Новая энергетика

Чистый уголь

Новая энергия - Уголь в энергетике

Может ли уголь быть экологически безопасным энергоносителем?

Экологически чистые технологии сжигания угля — это выражение, на первый взгляд, звучит подобно фразам сухая вода или негорючая нефть . Уголь традиционно считается наиболее грязным энергоносителем, использование которого связано с наибольшими выбросами загрязняющих веществ и углекислого газа. Экологические движения, к которым вынуждены прислушиваться правительства развитых стран, выступают за полный отказ от сжигания угля, однако в обозримом будущем сделать это невозможно вследствие слишком большой доли угля в мировом производстве энергии. Правда, в последние годы в США и Европе очень много говорится о разработке чистых угольных технологий, позволяющих использовать уголь на электростанциях с минимальным уроном для окружающей среды. По словам некоторых специалистов, чистый уголь может стать более конкурентоспособным по сравнению с другими традиционными энергоносителями в соотношении цена/экологическая безопасность. Но насколько реально их применение в нынешних условиях?

Что такое чистый уголь?

Украина, как известно, богата углем, однако имеет ограниченные запасы других энергоносителей и вынуждена импортировать в больших количествах нефть и газ. В связи с этим, в последние месяцы правительством неоднократно озвучивались планы перевода энергетики и теплокоммунэнерго на преимущественное использование угля, что даст возможность не только поправить торговый баланс и уменьшить зависимость Украины от внешних поставок, но и загрузить угледобывающую отрасль, находящуюся в перманентном кризисе.

Правда, как отмечают специалисты, сегодня эти планы совершенно невыполнимы, поскольку требуют многомиллиардных (и не в гривнях) инвестиций в строительство новых угольных энергоблоков и перевод свыше 70 тыс украинских котельных на новое топливо, создание разветвленной транспортной инфраструктуры и закладку новых шахт. Однако, если поставить перед государством такую цель в долгосрочном плане, задачу по постепенной замене импортного природного газа отечественным углем с течением времени можно решить.

Вопрос в том, насколько оправдана такая стратегия. Во всем мире правительства ставят перед собой прямо противоположную цель — минимизировать использование угля. В частности, такие страны, как Германия и Польша, даже взяли на себя обязательства перед Евросоюзом о радикальном снижении доли угольной генерации в национальной энергетике к 2020-2030 гг. При этом в качестве альтернативы рассматриваются, прежде всего, альтернативные источники энергии и природный газ.

Проблема в том, что уголь — это не только самый распространенный и дешевый энергоресурс, но и самый грязный . При сжигании угля выделяются соединения серы и азота, являющиеся основой для смога и кислотных дождей. При его добыче происходит загрязнение наземных водных источников и подземных вод, большие территории превращаются в свалку пустой породы или отвалов обогатительных фабрик. Кроме того, при получении определенного количества энергии из угля в атмосферу выделяется на две трети больше углекислого газа, чем при использовании природного газа.

Однако в последние годы в ряде стран мира (прежде всего, в США) активно пропагандируются т. н. чистые угольные технологии, минимизирующие выбросы вредных веществ в атмосферу. Как заявляют их сторонники, в основном представляющие угледобывающую и энергетическую отрасли, благодаря этим технологиям уголь может поднять свою конкурентоспособность в экологическом плане по сравнению с другими видами ископаемого топлива и даже стать достойной (как намного более дешевой и простой) альтернативой по отношению к солнечной и ветровой энергии.

В американской энергетике на угольные ТЭС приходится более 50% генерирующих мощностей, и заменить их на альтернативные виды энергии, как того требуют многочисленные американские зеленые , не представляется возможным. Между тем к экологическому лобби в США приходится прислушиваться и политикам, и большому бизнесу. В 2007 г. из 151 проекта строительства угольных энергоблоков 59 были прекращены — в основном из-за сопротивления общественности и местных властей. В некоторых американских штатах введен мораторий на создание новых генерирующих мощностей, использующих уголь.

Все это уже накладывает серьезные ограничения на использование данного энергоносителя и наносит заметный ущерб интересам добывающей отрасли. По словам американских угольщиков, чистый уголь вполне может утвердить себя в качестве топлива будущего , что позволит сохранить его важную роль в экономике. Возможно, американским опытом может воспользоваться и Украина?

Правда, как отмечают специалисты, вопрос о чистом угле в настоящее время выглядит несколько запутанным из-за терминологических нестыковок. По их словам, в это понятие может вкладываться разный смысл.

Чистыми можно назвать традиционные угольные энергоблоки, в которых используются современные системы очистки и удаления вредных примесей — прежде всего, пыли, оксидов серы и азота. Для этого применяются скрубберы, электрофильтры и т.д. К чистым также можно отнести котлы, сжигающие низкосортное топливо в циркулирующем кипящем слое и вследствие этого способствующие уменьшению объема отходов. В Украине первая такая установка появилась на Старобешевской ТЭС ( ДТЭК ).

Благодаря новым технологиям очистки, выбросы пыли и загрязняющих веществ можно сократить до минимума. Собственно, именно эту задачу в меру своих сил и решают сейчас украинские энергетические компании, постепенно оснащающие ТЭС современными эффективными системами обеспечения экологической безопасности. Этот процесс сдерживается, прежде всего, недостатком финансовых средств. Пока украинские компании не могут оперативно решить вопрос даже со снижением выбросов от имеющихся энергоблоков и угольных котельных, а о переводе мощностей с более чистого газа на уголь речь вообще не идет.

Чистыми угольными технологиями называют также использование угля, при котором вообще не происходит его сжигания. На выходе в данном случае получают синтетический газ, представляющий собой, в основном, смесь водорода и угарного газа и в зависимости от используемого процесса жидкое топливо.

В последние годы наиболее широко обсуждается технология комбинированного цикла комплексной газификации (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC). В рамках этого процесса синтетический газ, получаемый из угля, обработанного горячим паром и сжатым воздухом либо кислородом, очищается от вредных примесей и сжигается в газовой турбине для получения тепло - и электроэнергии. IGCC дает возможность практически полностью предотвратить проникновение в атмосферу загрязняющих веществ, а также обеспечивает высокую эффективность использования топлива благодаря КПД, превышающему 50%.

Однако с точки зрения зеленых , и процесс IGCC не может быть признан чистым , поскольку он сопряжен с высоким уровнем выбросов углекислого газа, на который возложена основная ответственность за нежелательное потепление климата. В первой половине текущего десятилетия появились разработки, в которых технология IGCC совмещена с улавливанием и захоронением углекислого газа. Именно такое комплексное решение и признается экологическим лобби по-настоящему чистым . Правда, с его претворением в жизнь возникли определенные проблемы.

Очищение американского угля

В течение 80-90-х годов американское Министерство энергетики финансировало крупномасштабные исследования, направленные на создание более чистых угольных технологий. Одним из возможных решений стала, в частности, технология IGCC. В конце 90-х в США были построены два энергоблока, на которых используется этот процесс, — мощностью в 250 МВт на электростанции в г.Тампа (штат Флорида) и 300 МВт на реконструированной ТЭС Wabash River (штат Индиана). При этом был достигнут КПД свыше 50%, выбросы оксидов азота на станции Wabash River благодаря внедрению новой технологии были сокращены на 82%, а сернистого газа — на 97%.

Правда, в процессе строительства и эксплуатации экспериментальных энергоблоков выявились и весьма серьезные проблемы. Во-первых, затраты на сооружение IGCC-блоков в пересчете на киловатты оказались в 1.2-1.5 раза выше, чем традиционных угольных блоков (с современными системами очистки) аналогичной мощности и в 2.5-3 раза больше, чем у парогазовых станций.

Их эксплуатация также оказалась более сложной и дорогостоящей, чем блоков обычных ТЭС. По данным Министерства энергетики США, в 2008 г. оба блока простаивали в 6-8 раз больше, чем предусматривается отраслевыми стандартами. Собственно, именно поэтому строительство новых IGCC-блоков в США было прекращено.

Тем не менее, с точки зрения борьбы с выбросами углекислого газа технология IGCC имеет одно весьма существенное преимущество. В отходящих газах доля диоксида углерода достигает на данных блоках 90% против 10% у традиционных ТЭС, так что его гораздо легче улавливать. Вследствие этого, в 2003 г. в США был запущен пилотный проект FutureGen по строительству в штате Иллинойс экспериментального энергоблока мощностью 275 МВт, в котором должны были быть совмещены технологии IGCC и улавливания углекислого газа. Предполагалось, что эта станция должна была стать прообразом для американской энергетики и проложить путь для перехода на по-настоящему чистые угольные технологии.

Однако при реализации проекта, его участники, в состав которых, помимо государства, вошли еще несколько энергетических и угледобывающих компаний, столкнулись с рядом трудностей. Основные проблемы возникали с захоронением уловленного углекислого газа. Предложенные решения по его закачке в подземные пласты значительно удорожали процесс, делая его совершенно нерентабельным. В начале 2008 г., когда стало ясно, что первоначальные затраты, оцененные в $1 млрд на 10 лет, будут превышены, по меньшей мере, в 1.8 раза, проект было решено приостановить.

Тем не менее, проблема чистого угля внезапно оказалась одним из основных пунктов в американской предвыборной гонке 2008 г. В начале того же года ряд американских угледобывающих компаний оплатили рекламную кампанию с бюджетом в $35 млн, в которой под чистыми понимались традиционные технологии сжигания угля в котлах ТЭС, только с применением современных систем очистки.

Затевая эту кампанию, производители угля, очевидно, ставили своей целью улучшение имиджа отрасли и преломление в свою пользу общественных настроений, что могло бы способствовать строительству новых угольных энергоблоков и повышению спроса на уголь.

Но эффект был, по сути, обратным. Летом 2008 г. в американских СМИ появилась целая серия гневных публикаций, в которых доказывалось, что уголь по определению не может быть чистым , поскольку его сжигание сопряжено с огромными выбросами углекислого газа, а добыча приводит к значительному загрязнению окружающей среды. Многих зеленых даже радовало прекращение финансирования проекта FutureGen, поскольку его удача могла бы стимулировать нежелательный рост угледобычи.

На этой волне обоим кандидатам в Президенты США пришлось пообещать уделять больше внимания экологически чистым технологиям генерирования энергии, а также принять меры по повышению экологической безопасности угольной отрасли. Барак Обама, став Президентом, начал выполнять эти обещания. В июне 2009 г. было принято решение о продолжении проекта FutureGen, а Министерство энергетики выделило $3.4 млрд на исследования в сфере технологий утилизации углекислого газа, образующегося вследствие сжигания угля.

Впрочем, специалисты скептически оценивают перспективы всех работ в данном направлении. Их вердикт звучит так: очень дорого и неэффективно. Пилотные проекты по улавливанию и утилизации углекислого газа, которые в последние годы были реализованы (или, по крайней мере, начаты) в США, Австралии и некоторых странах Европы, показали, что этот процесс крайне затратный при очень низком КПД (улавливается всего несколько процентов выбросов диоксида углерода). В США и Китае провозглашено строительство нескольких демонстрационных заводов, но далеко не факт, что эти планы будут претворены в жизнь.

По самым оптимистичным прогнозам, достаточно эффективные технологии по удалению углекислого газа появятся не ранее 2020 г., а перспективы их массового использования вообще неясны. Как считают специалисты, их рентабельность может быть создана лишь искусственно, посредством введения высоких платежей за выбросы углекислого газа. Однако против подобных мер дружно выступают все промышленники и энергетики в западных странах, невзирая на все усилия зеленых .

Таким образом, по-настоящему чистых угольных технологий с точки зрения многочисленных борцов с потеплением глобального климата в обозримом будущем, скорее всего, не появится. Даже при решении проблемы с выбросами углекислого газа, уголь все равно останется в немилости у зеленых .

Украина же, если действительно поставит перед собой цель заменить углем природный газ, окажется в противоходе к общемировой тенденции и станет объектом давления со стороны правительств западных стран и многочисленных негосударственных организаций. Не говоря уже о том, что огромные средства, которые понадобятся для повышения роли угля в энергетике, можно потратить с гораздо большей пользой — например, на оснащение действующих угольных мощностей современными эффективными системами очистки.

Чистого угля не бывает, но его можно сделать менее грязным.