Новая энергетика

Мировая энергетика переходит на уголь

Новая энергия - Уголь в энергетике

Для энергетического сектора российской экономики наступило поистине золотое время. Отечественная экономика еще не знала таких масштабных инвестиций, планируемых к реализации в России. Инвестиционная программа РАО ЕЭС России , рассчитанная на пять лет, предполагает до 2010 года вложение в энергетический комплекс 2,2 трлн рублей.

По каждой из энергокомпаний, входящей в холдинг РАО ЕЭС России : ОГК, ТГК, ГидроОГК, СО-ЦДУ, ФСК, РСК и материнской компании, сформированы перечни инвестиционных проектов, включающие в себя новое строительство, комплексную реконструкцию и модернизацию существующих объектов энергетики. Реализация намеченной программы позволит ввести в эксплуатацию 20,9 ГВт генерирующих мощностей. В развитие генерирующих мощностей с 2006 по 2010 гг. будет вложено более 1 трлн рублей. Более 330 млрд рублей будет направлено на финансирование объектов гидрогенерации, около 50 млрд предполагается инвестировать в электростанции, не вошедшие в состав ОГК и ТГК. Для компаний, которые занимаются инжинирингом объектов энергосистем, наступило время предложить готовые технические решения для участия в будущем строительстве. К станциям, которые будут работать в XXI веке, предъявляются повышенные требования по экологичности и эффективности энергоблоков.Сегодня показатели экологичности производства в России рассматриваются в очень щадящем режиме и защищены от штрафов за невозможностью закрыть производства или в короткие сроки переоборудовать его.

К сожалению, в России закон до сих пор не лимитирует выбросы оксидов серы и ртути, которые даже в минимальных количествах представляют серьезную опасность для экологии и здоровья человека. В этой связи базовым принципом отбора компаний, претендующих на разработку технической концепции и проектов строительства новых электростанций, станет использование инновационных разработок. Немаловажную роль в этом вопросе играет участие российских компаний в международных конференциях и форумах, где крупнейшие игроки энергетического рынка рассказывают о новейших разработках в этой сфере. Так, например, многие зарубежные технологии сухой сероочистки отлично подходят для российских углей, содержащих относительно небольшое количество серы. Современные электрофильтры имеют КПД до 99,9% и могут быть совмещены с эффективной сероочисткой. Отдельная проблема для российских энергетических предприятий - ликвидация образующихся золоотвалов и переход к использованию технологий утилизации золы. Зола используется для производства цементных добавок, а также в строительных работах - малоэтажное строительство, прокладка автодорог, фундаментная основа вместо песка.

В конце августа в г. Цинцинатти (США) состоялся крупный международный форум Coal-Gen . Более трехсот крупных компаний, таких как Siemens, Alstom Power, Mitsubishi, Toshiba, Clyde Bergemann, Babcock Power Inc., обсуждали экологические проблемы сжигания угля и специфику развития мировой угольной энергетики. Россию на этом форуме представляла сибирская компания СибКОТЭС . Наиболее актуальная проблема в связи с переходом на уголь ряда российских и зарубежных электростанций и промышленных предприятий, работающих на мазуте, - газификация угля. Значительное удорожание мазута и газа, происходящее во всем мире, делает производство энергии и тепла с использованием этих топлив практически нерентабельным. За последние годы стоимость природного газа в США выросла в восемь раз. Многие электростанции и котельные, спроектированные для работы на этих видах топлива, были вынуждены прекратить функционирование либо значительно снизить выработку. Наиболее удачное решение - перевод таких станций на сжигание газифицированного угля. Для внедрения этой технологии предусмотрена предварительная газификация угля с последующим использованием синтез-газа в парогазовом цикле. Во многих странах технологии газификации угля применяются достаточно давно - передовыми технологиями в этой области обладают компании General Electric и Shell. В России из-за относительно низких искусственно сдерживаемых цен на газ, а также ряда других причин, опыта внедрения таких технологий пока нет.

Сегодня по заказу ряда предприятий металлургической отрасли ЗАО СибКОТЭС выполняет предпроектные проработки по переводу электростанций и технологических печей на сжигание газифицированного угля. По словам директора по развитию ЗАО СибКОТЭС , д.т.н., Феликса Серанта в настоящее время разработаны технические предложения по нескольким станциям и комбинатам. Несмотря на значительный объем капитальных вложений, характерный для технологии газификации, сроки окупаемости таких проектов составляют 5-7 лет.

Новейшая технология плазменной газификации угля с помощью плазмотрона с жидкометаллическими электродами, внедрением которой будет заниматься компания СибКОТЭС , была разработана совместно с Институтом теплофизики СО РАН. В настоящее время в мире уже работают первые пилотные плазменные газификаторы. Компания Westinghouse-plasma Corp. провела успешные испытания плазменного газификатора угля, а компания Plasma Energy Corporation создала пилотный плазменный газификатор с плазмотроном мощностью 4,5 МВт. Однако широкое внедрение в промышленность технологии плазменной газификации сдерживается тем, что ресурс работы генераторов электродуговой плазмы (плазмотронов), которые использованы для создания упомянутых газификаторов, не отвечает требованиям промышленной эксплуатации. Например, ресурс непрерывной работы плазмотрона Plasma Energy Corporation не превышает 200 часов, а плазмотрона Marc-11 разработки Westinghouse-plasma Corp. - 700 часов. По прошествии этого времени технологический цикл приходится останавливать для замены электродов в плазмотроне из-за интенсивной эрозии электродов под воздействием электрической дуги. Кроме того, в указанных плазмотронах для генерации плазмы используется воздух, что приводит к разбавлению синтез газа азотом.

С точки зрения увеличения выхода водорода выгодно использование водяного пара. Водяной пар интенсифицирует процесс эрозии электродов и тем самым сокращает ресурс работы. Кардинальное решение проблемы ресурса дуговых плазмотронов было разработано специалистами Института теплофизики. Электрическая дуга привязана к поверхности расплавленного металла. Такие электроды не подвержены эрозии и снимают ограничения на ресурс, мощность дуги и тип плазмообразующего газа. В результате реакции газификации образуется синтез-газ - экологически чистое газовое топливо.

Являются ли такие ‘ископаемые’ энергоносители, как уголь также биомассой?

В ходе геологической истории образовались огромные залежи биомассы, которые первоначально накапливались на поверхности земли, а впоследствии постепенно исчезли под толщей земной коры и горных пород.

В результате химических реакций, продолжавшихся миллионы лет под высоким давлением и при высокой темепратуре, биомасса превратилась в ископаемые энергоносители уголь, нефть и природный газ. Так атмосфера лишилась когда-то огромного количества углерода, который сегодня возвращается в атмосферу в виде двуокиси углерода (CO2) путём сжигания ископаемых энергоносителей.

Однако эта отдача происходит так быстро и так интенсивно, что ставит под угрозу радиационный баланс атмосферы. Последствия: изменения климата и природные аномалии в результате парникового эффекта.

При сжигании, газификации или сбраживании культивируемой биомассы в целях энергопользования также выделяется двуокись углерода. Однако она не представляет дополнительной нагрузки на атмосферу, так как каждый раз выделяется лишь столько CO2, сколько было поглощено растением из воздуха. Удаление CO2 растениями из атмосферы и добавление CO2 при сжигании в итоге взаимно уничтожаются. То же самое происходит и при естественном разложении, однако оно протекает значительно медленнее, чем сжигание.

При этом предпосылкой всегда служит рациональное хозяйствование и недопущение хищнической эксплуатации, например, корчевания дождевого тропического леса. В Германии система устойчивого развития была введена в лесном хозяйстве два века назад; поэтому сейчас количество сырья для биомассы постоянно растёт благодаря увеличению лесных запасов. Итак, если биомасса может заменять ископаемые энергоносители, то это в целом приводит к сокращению выбросов углекислого газа в атмосферу. При этом преимущество биомассы заключается в том, что её легко хранить и накапливать.