Energy Efficiency in Power Sector Alok Mathur General Manager (ARP) BHEL New Delhi

3rd India –Japan Energy Forum 15-16 February 2010

Importance of Increasing Efficiency in  Power Sector y y y y y

Less fuel burnt per unit Less CO2 and other pollutants per unit Conserves non‐renewable fuel Reduces cost of generation Reduces requirement of fresh capacity addition

Predominance of Coal • Coal is predominant source of energy for power  generation – 40% in world  – 70% in India • Coal likely to remain mainstay of India's electricity  generation for next twenty five years • With explosive growth in energy demand, the  consumption of coal is slated to increase many fold

Strategies to Improve Efficiency in  Power Sector y Multi‐pronged strategy has to be adopted: y Improvements in existing technologies such as   subcritical power plants and hydro power plants y R&M of aged power plants  y Introduction of supercritical and ultra supercritical  power plants y Introduction of advanced technologies such as  Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) y Reduce losses in power transmission

Improvements in Steam Turbines • For every 1 kcal/ kWh reduction in TG cycle heat rate, coal  consumption per year reduces by – 300 tonnes for 210 MW sets  – 700 tonnes for 500 MW sets • Since 1977, heat rate of BHEL’s steam turbines has reduced – 210 MW by 5.4% – 500 MW by 3.1% • Efficiency of steam turbines is being improved by – More efficient aerodynamic blade profiles – Re‐designing inlet and outlet sections – Reduction of primary and secondary heat losses – Effective inter‐stage sealing – Using higher steam parameters especially reheat steam  temperature

New 500 MW Steam Turbine • New variant of 500 MW steam turbine introduced by  BHEL  – Reheat steam temperature raised from 537°C to 565°C – Flow paths of HP, IP and LP turbines redesigned – Advanced class blade profiles • Reduction of heat rate by 10 kcal/kWhr • Thermal performance 0.6% better than conventional  cycle  • New cycle adopted for NTPC Dadri, Simhadri,  Ennore, Aravali, etc.

New Rating of 600 MW • New unit rating of 600 MW developed – Uses existing HP and IP turbine modules of 500 MW  – LP turbine changed from N30‐2 x 10.0 to N30‐4 x 6.3 (two LP  turbines of 250 MW)   • Two alternatives  – 6‐heater cycle and 537 °C reheat temperature – 7‐heater cycle and 565 °C reheat temperature • Lower cost per MW  • One percent improvement in heat rate over conventional 500  MW • Saving of 24,000 tonnes of coal per year • First 600 MW plant being installed at North Chennai, with a 7‐ heater cycle

Auxiliary Power Consumption • Aerofoil bladed PA fans, with inlet guide vane control in  place of damper control, has helped reduce fan losses  • Replacement of worm gear by planetary gear in pulverisers has improved energy efficiency. • Efficiency of boiler feed pumps being enhanced by one  percent through thermo hydraulic re‐design • Use of variable speed drives with ID fans and BFPs can  reduce energy losses at part loads • Use of efficient motors such as H‐compact can increase  drive efficiency by 0.6%

Control & Instrumentation • Modern distributed control systems help to run all  power plant equipment at close to their optimum  operating points • PADO (Performance Analysis, Diagnosis and  Optimisation) software provides online guidance to  run the plant with minimum losses and downtime • Smart wall blowing system can optimise steam  blowing cycle for soot blowers  – Improving the heat absorption in boiler surfaces – Reducing the consumption of auxiliary steam

Supercritical Power Plants • Power plant cycle above critical pressure (221.2 bar) • Offers advantage of ‘burn less fuel for the same  output’ and low emissions • Current steam parameters in India: 250 bar, 568 °C  main steam and 593 °C hot reheat temperature • Steam parameters are expected to be raised further, in  line with global trends • During the 12th Five Year Plan, over 50% of the  capacity expansion will be through supercritical  power plants

Ultra Supercritical Power Plants • Worldwide, Ultra Supercritical (USC) plants with  steam parameters up to 280 bar and 620 OC have been  set up  • Development of USC plants with steam parameters of  300 bar and 700 OC is in progress  • The first such plant is expected by 2015

USC Technology in India y India also plans to shift to USC steam parameters over  the next few years y India also plans to develop USC technology with 300  bar and 700 OC y The key challenges y Development of suitable materials y Development of an optimum thermodynamic cycle y Development of major equipment such as steam  generators, steam turbines and their auxiliaries

Integrated Gasification Combined Cycle  (IGCC) y Important technology in the context of climate change  y Emission of CO2 per MW less than for conventional  plants y Potential efficiency (~45%) higher than that of sub‐critical  (~37%) and super‐critical (~40%)  y Capture of CO2 is easier in the case of IGCC y Low NOx and SOx emissions y Low water consumption y Fuel flexibility: coal as well as refinery residues y Syn Gas can be used for conversion to oil, chemicals,  fertiliser and hydrogen

IGCC vs. Conventional Coal Plant Conventional Coal Plant

IGCC 

Plant y y y y y y y

NOx 350 ppm SOx 600 ppm SPM 50 mg/Nm3 CO2 Emission High CO2 capture ready       No Fuel consumption High less Water consumption    High