Uhlie sa vracia do generácie. Vyhliadky na výrobu uhlia a moderný vývoj ruských inžinierov TE pracujúcich na uhlí

Až do včerajška boli v mojej mysli všetky uhoľné elektrárne približne rovnaké a boli to ideálne kulisy hororových filmov. So štruktúrami začiernenými časom, kotlami, turbínami, miliónmi rôznych potrubí a ich zložitými plexusmi s veľkorysou vrstvou čierneho uhoľného prachu. Vzácni robotníci, skôr baníci, opravujú niektoré zložité celky v mizernom osvetlení zelených plynových lámp, sem-tam zasyčí, unikajú oblaky pary a dymu, na podlahu sa rozliali husté kaluže tmavej tekutiny, niečo je. kvapká všade. Takto som videl uhoľné stanice a myslel som si, že ich vek sa už míňa. Budúcnosť patrí plynu, pomyslel som si.

Ukazuje sa, že vôbec nie.

Včera som navštívil najnovšiu uhoľnú elektráreň štátnej okresnej elektrárne Cherepetskaya v regióne Tula. Ukazuje sa, že moderné uhoľné elektrárne nie sú vôbec špinavé a dym z ich komínov nie je hustý ani čierny.

1. Niekoľko slov o princípe fungovania GRES. Voda, palivo a atmosférický vzduch sa do kotla privádzajú pomocou čerpadiel pod vysokým tlakom. Proces spaľovania prebieha v peci kotla - chemická energia paliva sa premieňa na tepelnú energiu. Voda preteká potrubným systémom umiestneným vo vnútri kotla.

2. Horiace palivo je výkonný zdroj tepla, ktoré sa odovzdáva vode, ktorá sa zahreje na bod varu a vyparí sa. Vzniknutá para sa v tom istom kotli prehreje nad bod varu, približne na 540 °C, a pod vysokým tlakom 13–24 MPa sa jedným alebo viacerými potrubiami privádza do parnej turbíny.

3. Parná turbína, elektrický generátor a budič tvoria celú turbínovú jednotku. V parnej turbíne para expanduje na veľmi nízky tlak(asi 20-krát menej ako atmosférický) a potenciálna energia stlačená a zahriata na vysoká teplota Para sa premieňa na kinetickú energiu otáčania rotora turbíny. Turbína poháňa elektrický generátor, ktorý premieňa kinetickú energiu otáčania rotora generátora na elektrický prúd.

4. Voda sa odoberá priamo z nádrže Cherepetskoye.

5. Voda prechádza chemickým čistením a hĺbkovým odsoľovaním, aby v parných kotloch a turbínach nevznikali usadeniny. vnútorné povrchy zariadení.

6. Uhlie a vykurovací olej sa do stanice dodávajú po železnici.

7. V otvorenom sklade uhlia nakladacie žeriavy vykladajú vozne. Potom vstúpi do hry ten veľký a podáva ho na dopravník.

8. Takto sa uhlie dostáva do sekcií drvárne na predbežné mletie uhlia a následné rozomletie. Uhlie sa dodáva do samotného kotla vo forme zmesi uhoľného prachu a vzduchu.

10. Kotolňa je umiestnená v kotolni hlavnej budovy. Samotný kotol je niečo geniálne. Obrovský zložitý mechanizmus vysoký ako 10-poschodová budova.

14. Labyrintmi kotolne sa môžete prechádzať navždy. Čas určený na nakrúcanie už dvakrát vypršal, no od tejto industriálnej krásky sa nedalo odtrhnúť!

16. Galérie, výťahové šachty, priechody, schodiská a mosty. Jedným slovom - priestor)

17. Slnečné lúče osvetľovali drobného človeka na pozadí všetkého, čo sa dialo, a ja som si nemohol pomôcť, ale myslel som si, že všetky tieto zložité obrie stavby vymyslel a postavil človek. Tento malý muž prišiel s desaťposchodovými pecami na výrobu elektriny z minerálov v priemyselnom meradle.

18. Krása!

19. Za stenou od kotolne je strojovňa s turbogenerátormi. Ďalšia gigantická izba, priestrannejšia.

20. Včera bol slávnostne uvedený do prevádzky energetický blok č. 9, čo bola záverečná etapa projektu rozšírenia Cherepetskaya GRES. Projekt zahŕňal výstavbu dvoch moderných práškových uhoľných blokov s výkonom 225 MW každý.

21. Garantovaný elektrický výkon nového energetického bloku je 225 MW;
Elektrická účinnosť - 37,2 %;
Merná spotreba ekvivalentného paliva na výrobu elektriny je 330 g/kWh.

23. Hlavným zariadením sú dve parné kondenzačné turbíny vyrábané OJSC Power Machines a dve kotlové jednotky vyrábané OJSC EMAlliance. Hlavným palivom novej elektrárne je kuzneckovské čierne uhlie triedy DG.

24. Riadiaca miestnosť.

25. Pohonné jednotky sú vybavené prvým ruský trh integrovaný systém suchého prachu a odsírenia spalín elektrostatickými filtrami.

26. Vonkajšie transformátory rozvádzačov.

28. Uvedením nového energetického bloku do prevádzky bude možné vyradiť z prevádzky zastarané uhoľné zariadenia I. etapy bez zníženia objemu výroby elektriny a celkového inštalovaného výkonu stanice.

29. Spolu s novým energetickým blokom boli vybudované aj dve 87-metrové chladiace veže - súčasť systému technického vodovodu, ktorý zabezpečuje veľké množstvo studená voda na chladenie turbínových kondenzátorov.

30. Sedem polí po 12 metroch. Zospodu sa táto výška nezdá byť taká vážna.

31. Na hornej plošine komína bolo teplo aj chlad zároveň. Kamera sa neustále zahmlievala.

32. Pohľad na pohonnú jednotku z chladiacej veže. Nové elektrárne sú navrhnuté tak, aby výrazne znížili emisie škodlivín, znížili emisie prachu pri práci v sklade uhlia, znížili množstvo spotrebovanej vody a tiež eliminovali možnosť znečistenia. životné prostredie odpadových vôd.

34. Vo vnútri chladiacej veže sa všetko ukázalo byť celkom jednoduché a nudné)

36. Fotografia jasne ukazuje novú pohonnú jednotku a dve staré. Ako dymí komín starej pohonnej jednotky a novej. Postupne sa budú staré energetické bloky vyraďovať a demontovať. Tak to ide.

V roku 1879, kedy Thomas Alva Edison vynašiel žiarovku, začala éra elektrifikácie. Výroba veľkého množstva elektriny si vyžadovala lacné a ľahko dostupné palivo. Tieto požiadavky spĺňalo uhlie a prvé elektrárne (vstavané v r koniec XIX V. Edison sám) pracoval na uhlí.

Ako krajina stavala stále viac elektrární, jej závislosť od uhlia rástla. Od prvej svetovej vojny pochádza približne polovica ročnej produkcie elektriny v Spojených štátoch amerických tepelných elektrární, pracuje na uhlí. V roku 1986 bol celkový inštalovaný výkon takýchto elektrární 289 000 MW a spotrebovali 75 % z celkového množstva (900 miliónov ton) uhlia vyprodukovaného v krajine. Vzhľadom na existujúcu neistotu ohľadom vyhliadok rozvoja jadrovej energetiky a rastu produkcie ropy a zemného plynu možno predpokladať, že do konca storočia budú uhoľné tepelné stanice vyrábať až 70 % všetkej vyrobenej elektriny. v krajine.

Avšak aj napriek tomu, že uhlie na dlhú dobu bola a ešte dlhé roky bude hlavným zdrojom elektriny (v USA tvorí asi 80 % zásob všetkých druhov prírodných palív), nikdy nebola optimálnym palivom pre elektrárne. Špecifický energetický obsah na jednotku hmotnosti (t. j. výhrevnosť) uhlia je nižší ako u ropy alebo zemného plynu. Je náročnejšia na prepravu a navyše spaľovanie uhlia spôsobuje množstvo nežiaducich environmentálnych následkov, najmä kyslé dažde. Od konca 60. rokov atraktivita uhoľných tepelných elektrární prudko klesla v dôsledku prísnejších požiadaviek na znečisťovanie životného prostredia plynnými a tuhými emisiami vo forme popola a trosky. Náklady na riešenie týchto environmentálnych problémov spolu s rastúcimi nákladmi na výstavbu zložitých zariadení, akými sú tepelné elektrárne, znížili ich vyhliadky na rozvoj z čisto ekonomického hľadiska.

Ak sa však zmení technologická základňa uhoľných tepelných staníc, môže dôjsť k oživeniu ich bývalej atraktivity. Niektoré z týchto zmien majú evolučný charakter a sú zamerané predovšetkým na zvýšenie kapacity existujúcich zariadení. Zároveň sa vyvíjajú úplne nové procesy bezodpadového spaľovania uhlia, teda s minimálnym poškodzovaním životného prostredia. Zavádzanie nových technologických procesov má za cieľ zabezpečiť, aby budúce tepelné elektrárne využívajúce uhoľné palivo mohli byť efektívne kontrolované z hľadiska stupňa znečistenia životného prostredia a mali flexibilitu z hľadiska možnosti využitia rôzne druhy uhlia a nevyžadovali si dlhé doby výstavby.

Vybavenie tepelnej elektrárne zahŕňa mechanizmy dodávky paliva, kotly, turbíny, generátory, ako aj komplexné chladiace systémy, čistenie spalín a odstraňovanie popola. Všetky tieto primárne a pomocné systémy sú navrhnuté tak, aby fungovali s vysokou spoľahlivosťou 40 a viac rokov pri záťažiach, ktoré sa pohybujú od 20 % inštalovanej kapacity elektrárne po maximum. Náklady na kapitálové vybavenie pre typickú 1000 MW tepelnú elektráreň zvyčajne presahujú 1 miliardu USD.

Od 60. rokov však tempo napredovania začalo klesať. Zdá sa, že tento trend možno vysvetliť tým, že tradičné tepelné elektrárne dosiahli hranicu svojej dokonalosti, ktorú určujú zákony termodynamiky a vlastnosti materiálov, z ktorých sú kotly a turbíny vyrobené. Od začiatku 70. rokov 20. storočia tieto technické faktory zhoršovali nové ekonomické a organizačných dôvodov. Prudko sa zvýšili najmä kapitálové náklady, spomalilo sa tempo rastu dopytu po elektrickej energii, sprísnili sa požiadavky na ochranu životného prostredia pred škodlivými emisiami a predĺžil sa časový rámec realizácie projektov výstavby elektrární. V dôsledku toho prudko vzrástli náklady na výrobu elektriny z uhlia, ktoré mali dlhé roky klesajúci trend. Skutočne, 1 kW elektriny vyrobenej v nových tepelných elektrárňach teraz stojí viac ako v roku 1920 (v porovnateľných cenách).

Myšlienka mokrého zberu prachu je jednoduchá, ale v praxi sa ukazuje ako náročná a drahá. Alkalická látka, zvyčajne vápno alebo vápenec, sa zmieša s vodou a roztok sa nastrieka do prúdu spalín. Oxidy síry obsiahnuté v spalinách sú absorbované časticami alkálií a vypadávajú z roztoku vo forme inertného siričitanu alebo síranu vápenatého (sadry). Sadru možno ľahko odstrániť, alebo ak je dostatočne čistá, možno ju uviesť na trh ako stavebný materiál. V zložitejších a drahších čistiacich systémoch sa sadrový zvyšok môže premeniť na kyselinu sírovú alebo elementárnu síru, cennejšie chemické produkty. Od roku 1978 je vo všetkých budovaných tepelných elektrárňach s palivom z práškového uhlia povinná inštalácia práčok plynu. Výsledkom je, že energetický priemysel USA má teraz viac zariadení na čistenie práčok ako zvyšok sveta.
Náklady na systém práčky na nových staniciach sú zvyčajne 150 – 200 USD na 1 kW inštalovanej kapacity. Inštalácia práčok na existujúcich staniciach, pôvodne navrhnutých bez mokrého čistenia plynu, stojí o 10 – 40 % viac ako na nových staniciach. Prevádzkové náklady čističiek sú pomerne vysoké, bez ohľadu na to, či sú inštalované v starých alebo nových zariadeniach. Práčky produkujú obrovské množstvo sadrového kalu, ktorý sa musí uchovávať v usadzovacích nádržiach alebo likvidovať na skládkach, čo vytvára nový environmentálny problém. Napríklad tepelná elektráreň s výkonom 1000 MW, pracujúca na čiernom uhlí s obsahom 3 % síry, vyprodukuje za rok toľko kalu, že dokáže pokryť plochu 1 km2 vrstvou s hrúbkou asi 1 m.
Okrem toho systémy mokrého čistenia plynov spotrebúvajú veľa vody (pri 1000 MW zariadení je prietok vody asi 3800 l/min) a ich zariadenia a potrubia často podliehajú upchávaniu a korózii. Tieto faktory zvyšujú prevádzkové náklady a znižujú celkovú spoľahlivosť systému. Napokon, v systémoch práčky sa 3 až 8 % energie generovanej stanicou spotrebuje na pohon čerpadiel a odsávačov dymu a na ohrev spalín po čistení plynov, čo je potrebné na zabránenie kondenzácii a korózii v komínoch.
Rozšírené prijatie práčok v americkom energetickom priemysle nebolo jednoduché ani lacné. Prvé inštalácie čističiek boli podstatne menej spoľahlivé ako iné zariadenia závodu, takže komponenty systémov čističiek boli navrhnuté s veľkou mierou bezpečnosti a spoľahlivosti. Niektoré z ťažkostí spojených s inštaláciou a prevádzkou práčok plynu možno pripísať skutočnosti, že priemyselná aplikácia čistiacej technológie sa začala predčasne. Až teraz, po 25 rokoch skúseností, dosiahla spoľahlivosť systémov čističiek prijateľnú úroveň.
Náklady na tepelné elektrárne spaľujúce uhlie sa zvýšili nielen preto, že sú potrebné systémy na kontrolu emisií, ale aj preto, že samotné náklady na výstavbu raketovo vzrástli. Aj keď vezmeme do úvahy infláciu, jednotkové náklady na inštalovaný výkon uhoľných tepelných elektrární sú v súčasnosti trikrát vyššie ako v roku 1970. Za posledných 15 rokov „úspory z rozsahu“, t. j. výhody budovania veľkých elektrární, boli negované výrazným zvýšením stavebných nákladov . Časť tohto nárastu odráža vysoké náklady na financovanie dlhodobých kapitálových projektov.

Vplyv meškania projektov možno vidieť v japonských energetických spoločnostiach. Japonské firmy sú zvyčajne efektívnejšie ako ich americké náprotivky pri riešení organizačných, technických a finančných problémov, ktoré často oneskorujú uvedenie veľkých stavebných projektov do prevádzky. V Japonsku môže byť elektráreň postavená a uvedená do prevádzky za 30 – 40 mesiacov, zatiaľ čo v USA si elektráreň s rovnakou kapacitou zvyčajne vyžaduje 50 – 60 mesiacov. Pri takýchto dlhých časoch realizácie projektu sa náklady na nový závod vo výstavbe (a teda aj náklady na zmrazený kapitál) ukazujú ako porovnateľné s fixným kapitálom mnohých energetických spoločností v USA.

Energetické spoločnosti teda hľadajú spôsoby, ako znížiť náklady na výstavbu nových elektrární, najmä pomocou modulárnych elektrární s menšou kapacitou, ktoré je možné rýchlo prepraviť a nainštalovať na existujúcu elektráreň, aby uspokojili rastúci dopyt. Takéto zariadenia je možné uviesť do prevádzky v kratšom čase, a preto sa rýchlejšie splatia, aj keď návratnosť investície zostáva konštantná. Inštalácia nových modulov iba vtedy, keď je potrebné zvýšiť kapacitu systému, môže viesť k čistým úsporám až 200 USD na kW, hoci pri použití nízkoenergetických inštalácií sa strácajú úspory z rozsahu.
Ako alternatívu k budovaniu nových zariadení na výrobu energie energetické spoločnosti tiež renovovali existujúce elektrárne, aby zlepšili ich výkon a predĺžili ich životnosť. Táto stratégia si prirodzene vyžaduje nižšie kapitálové náklady ako budovanie nových staníc. Tento trend je opodstatnený aj preto, že elektrárne postavené asi pred 30 rokmi ešte nie sú morálne zastarané. V niektorých prípadoch dokonca pracujú s vyššou účinnosťou, keďže nie sú vybavené práčkami. Staré elektrárne sú v energetickom sektore krajiny čoraz dôležitejšie. V roku 1970 malo iba 20 zariadení na výrobu elektriny v Spojených štátoch viac ako 30 rokov. Do konca storočia bude priemerný vek tepelných elektrární spaľujúcich uhlie 30 rokov.

Energetické spoločnosti tiež hľadajú spôsoby, ako znížiť prevádzkové náklady elektrární. Aby sa predišlo stratám energie, je potrebné včas varovať pred zhoršením výkonu v najkritickejších oblastiach zariadenia. Nepretržité monitorovanie stavu komponentov a systémov sa preto stáva dôležitou súčasťou prevádzkovej služby. Takéto nepretržité monitorovanie prirodzených procesov opotrebovania, korózie a erózie umožňuje prevádzkovateľom elektrární prijímať včasné opatrenia a predchádzať havarijným poruchám elektrární. Význam takýchto opatrení možno náležite oceniť, keď sa napríklad vezme do úvahy, že nútený výpadok 1000 MW uhoľnej elektrárne môže spôsobiť stratu 1 milión USD za deň pre elektrárenskú spoločnosť, najmä preto, že nevygenerovaná energia musí byť kompenzované dodávkou elektriny z drahších zdrojov.

Nárast jednotkových nákladov na dopravu a spracovanie uhlia a na odstraňovanie trosky spôsobil, že kvalita uhlia (určená obsahom vlhkosti, síry a iných minerálov) je dôležitým faktorom, ktorý určuje výkonové charakteristiky a ekonomiku tepelných elektrární. Hoci uhlie nízkej kvality môže stáť menej ako uhlie vysokej kvality, výroba rovnakého množstva elektrickej energie stojí podstatne viac. Náklady na prepravu väčších objemov nekvalitného uhlia môžu kompenzovať výhody jeho nižšej ceny. Okrem toho uhlie nízkej kvality zvyčajne produkuje viac odpadu ako uhlie vysokej kvality, a preto sú potrebné vyššie náklady na odstraňovanie trosky. Napokon, zloženie uhlia nízkej kvality podlieha veľkým výkyvom, čo sťažuje „vyladenie“ palivového systému stanice na prevádzku s najvyššou možnou účinnosťou; v tomto prípade musí byť systém nastavený tak, aby mohol fungovať s uhlím najhoršej očakávanej kvality.
V prevádzkovaných elektrárňach možno kvalitu uhlia zlepšiť alebo aspoň stabilizovať odstránením niektorých nečistôt, ako sú minerály obsahujúce síru, ešte pred spaľovaním. V čistiarňach sa rozdrvené „špinavé“ uhlie oddeľuje od nečistôt mnohými metódami, ktoré využívajú rozdiely v špecifickej hmotnosti alebo iných fyzikálnych vlastnostiach uhlia a nečistôt.

Napriek tomuto úsiliu zlepšiť výkon existujúcich tepelných elektrární spaľujúcich uhlie, Spojené štáty budú musieť do konca storočia pridať ďalších 150 000 MW kapacity na výrobu energie, ak dopyt po elektrine porastie očakávaným tempom 2,3 % ročne. . Aby uhlie zostalo konkurencieschopné na neustále sa rozširujúcom trhu s energiou, energetické spoločnosti budú musieť prijať nové, pokročilé metódy spaľovania uhlia, ktoré sú efektívnejšie ako tradičné metódy spaľovania uhlia, a to tromi kľúčovými spôsobmi: menšie znečistenie, kratšie časy výstavby zariadení a zlepšený výkon výkon .

SPAĽOVANIE UHLIA VO FLUIDIFIKOVOM LOŽI znižuje potrebu pomocných zariadení na čistenie emisií elektrární.
Fluidizovaná vrstva zmesi uhlia a vápenca vzniká v kotli prúdom vzduchu, v ktorom sa miešajú a suspendujú pevné častice, t.j. správajú sa ako vo vriacej kvapaline.
Turbulentné miešanie zaisťuje úplné spálenie uhlia; v tomto prípade častice vápenca reagujú s oxidmi síry a zachytávajú asi 90 % týchto oxidov. Keďže sa výhrevné hady kotla priamo dotýkajú fluidného lôžka paliva, dochádza k tvorbe pary s vyššou účinnosťou ako v bežných parných kotloch na drvené uhlie.
Okrem toho je teplota spaľovania uhlia vo fluidnom lôžku nižšia, čo zabraňuje taveniu kotlovej trosky a znižuje tvorbu oxidov dusíka.

Splyňovanie uhlia sa môže uskutočniť zahrievaním zmesi uhlia a vody v kyslíkovej atmosfére. Produktom procesu je plyn pozostávajúci hlavne z oxidu uhoľnatého a vodíka. Keď je plyn ochladený, zbavený pevných častíc a odsírený, môže sa použiť ako palivo pre plynové turbíny a potom na výrobu pary pre parnú turbínu (kombinovaný cyklus).
Zariadenie s kombinovaným cyklom vypúšťa do ovzdušia menej znečisťujúcich látok ako konvenčné tepelné zariadenie spaľujúce uhlie.

Kotol s pecou, kde sa spaľuje uhlie vo fluidnom lôžku má veľká plocha teploprenosné plochy rúrok ako bežný kotol pracujúci na práškové uhlie, čo umožňuje znížiť teplotu v peci a tým znížiť tvorbu oxidov dusíka. (Zatiaľ čo v bežnom kotle môže byť teplota nad 1650 °C, v kotli s fluidným spaľovaním je to v rozmedzí 780-870 °C.) Navyše vápenec zmiešaný s uhlím viaže 90 percent alebo viac uvoľnenej síry. z uhlia počas spaľovania, keďže nižšia prevádzková teplota podporuje reakciu medzi sírou a vápencom za vzniku siričitanu alebo síranu vápenatého. Týmto spôsobom sa látky škodlivé pre životné prostredie vznikajúce pri spaľovaní uhlia neutralizujú v mieste vzniku, teda v peci.
Okrem toho je fluidný spaľovací kotol svojou konštrukciou a princípom činnosti menej citlivý na kolísanie kvality uhlia. Pec bežného kotla na práškové uhlie produkuje obrovské množstvo roztavenej trosky, ktorá často upcháva teplovýmenné plochy a tým znižuje účinnosť a spoľahlivosť kotla. Vo fluidnom spaľovacom kotli uhlie horí pri teplote pod bodom topenia trosky a preto ani nevzniká problém so zanášaním výhrevných plôch troskou. Takéto kotly môžu fungovať aj na menej kvalitné uhlie, čo môže v niektorých prípadoch výrazne znížiť prevádzkové náklady.
Metóda fluidného spaľovania je ľahko implementovateľná v modulárnych kotloch s nízkym parným výkonom. Podľa niektorých odhadov môže byť investícia do tepelnej elektrárne s kompaktnými kotlami pracujúcimi na princípe fluidného lôžka o 10 – 20 % nižšia ako investícia do klasickej tepelnej elektrárne s rovnakým výkonom. Úspory sa dosahujú skrátením času výstavby. Okrem toho sa výkon takejto stanice môže ľahko zvýšiť, keď sa zvýši elektrické zaťaženie, čo je dôležité pre tie prípady, keď je jej rast v budúcnosti vopred neznámy. Zjednodušuje sa aj problém plánovania, pretože takéto kompaktné inštalácie je možné rýchlo nainštalovať, akonáhle vznikne potreba zvýšiť výrobu energie.
Kotly s fluidným spaľovaním môžu byť tiež integrované do existujúcich elektrární, keď je potrebné rýchlo zvýšiť výrobnú kapacitu. Napríklad energetická spoločnosť Northern States Power prerobila jeden z kotlov na práškové uhlie na stanici na ks. Minnesota vo fluidnom kotle. Rekonštrukcia bola vykonaná s cieľom zvýšiť kapacitu elektrárne o 40 %, znížiť požiadavky na kvalitu paliva (kotol môže fungovať aj na lokálny odpad), dôkladnejšie vyčistiť emisie a predĺžiť životnosť stanice na 40 rokov.
Za posledných 15 rokov sa technológia používaná v tepelných elektrárňach vybavených výlučne fluidnými spaľovacími kotlami rozšírila z malých pilotných a poloprevádzkových prevádzok na veľké „demonštračné“ prevádzky. Túto elektráreň s celkovou kapacitou 160 MW spoločne stavajú Tennessee Valley Authority, Duke Power a Commonwealth of Kentucky; Colorado-Ute Electric Association, Inc. uviedla do prevádzky elektráreň s výkonom 110 MW s fluidnými spaľovacími kotlami. Ak budú tieto dva projekty, ako aj projekt Northern States Power, spoločného podniku súkromného sektora s celkovým kapitálom približne 400 miliónov USD úspešné, ekonomické riziko spojené s používaním fluidných kotlov v energetickom priemysle sa výrazne zníži. .
Ďalšou metódou, ktorá však v jednoduchšej forme existovala už v polovici 19. storočia, je splyňovanie uhlia na „čisto horiaci“ plyn. Takýto plyn je vhodný na svietenie a kúrenie a v USA bol hojne využívaný pred 2. svetovou vojnou, kým ho nenahradil zemný plyn.
Spočiatku prilákalo splyňovanie uhlia pozornosť energetických spoločností, ktoré dúfali, že pomocou tejto metódy vznikne palivo, ktoré horí bez odpadu a tým sa zbaví prania. Teraz sa ukázalo, že splyňovanie uhlia má dôležitejšiu výhodu: horúce produkty spaľovania generátorového plynu možno priamo použiť na pohon plynových turbín. Odpadové teplo produktov spaľovania po plynovej turbíne možno využiť na výrobu pary na pohon parnej turbíny. Táto kombinácia plynových a parných turbín, nazývaná kombinovaný cyklus, je teraz jednou z naj efektívnymi spôsobmi výrobu elektrickej energie.
Plyn získaný splyňovaním uhlia a zbavený síry a pevných častíc je výborným palivom pre plynové turbíny a podobne ako zemný plyn horí takmer bez odpadu. Vysoká účinnosť kombinovaného cyklu kompenzuje nevyhnutné straty spojené s premenou uhlia na plyn. Okrem toho zariadenie s kombinovaným cyklom spotrebuje podstatne menej vody, pretože dve tretiny energie vyrába plynová turbína, ktorá na rozdiel od parnej turbíny nepotrebuje vodu.
Životaschopnosť elektrární s kombinovaným cyklom fungujúcich na princípe splyňovania uhlia bola preukázaná skúsenosťami s prevádzkou stanice Southern California Edison „Cool Water“. Táto elektráreň s kapacitou približne 100 MW bola uvedená do prevádzky v máji 1984. Môže pracovať na rôznych druhoch uhlia. Emisie zo stanice sa čistotou nelíšia od emisií zo susednej stanice zemného plynu. Obsah oxidov síry vo výfukových plynoch je udržiavaný výrazne pod požadovanou úrovňou pomocou pomocného systému regenerácie síry, ktorý odstraňuje takmer všetku síru obsiahnutú v privádzanom palive a produkuje čistú síru na priemyselné účely. Tvorbe oxidov dusíka sa predchádza pridaním vody do plynu pred spaľovaním, čím sa zníži teplota spaľovania plynu. Okrem toho sa zvyšné nespálené uhlie v splyňovači roztaví na inertný sklovitý materiál, ktorý po ochladení spĺňa kalifornské predpisy pre pevný odpad.
Okrem vyššej účinnosti a menšieho znečistenia životného prostredia majú elektrárne s kombinovaným cyklom ďalšiu výhodu: môžu byť postavené v niekoľkých etapách, takže inštalovaný výkon sa zvyšuje v blokoch. Táto flexibilita v stavebníctve znižuje riziko nadmerných alebo nedostatočných investícií spojených s neistým rastom dopytu po elektrickej energii. Napríklad prvý stupeň inštalovanej kapacity môže bežať na plynových turbínach a ako palivo používať ropu alebo zemný plyn namiesto uhlia, ak sú súčasné ceny týchto produktov nízke. Potom, ako rastie dopyt po elektrickej energii, sa dodatočne uvádza do prevádzky kotol na odpadové teplo a parná turbína, čím sa zvýši nielen výkon, ale aj účinnosť stanice. Následne, keď sa opäť zvýši dopyt po elektrine, bude možné na stanici postaviť splyňovacie zariadenie uhlia.
Úloha tepelných elektrární spaľujúcich uhlie je kľúčovou témou, pokiaľ ide o zachovanie prírodných zdrojov, ochranu životného prostredia a cesty ekonomického rozvoja. Tieto aspekty daného problému nie sú nevyhnutne v rozpore. Skúsenosti s využívaním nových technologických postupov spaľovania uhlia ukazujú, že dokážu úspešne a súčasne riešiť problémy ochrany životného prostredia a znižovania nákladov na elektrickú energiu. Tento princíp bol zohľadnený v spoločnej americko-kanadskej správe o kyslých dažďoch zverejnenej minulý rok. Na základe návrhov správy Kongres USA v súčasnosti zvažuje vytvorenie veľkej národnej iniciatívy na demonštráciu a implementáciu čistých procesov spaľovania uhlia. Iniciatíva, ktorá bude spájať súkromný kapitál s federálnymi investíciami, má za cieľ priniesť nové procesy spaľovania uhlia, vrátane fluidných kotlov a splyňovačov, do širokého priemyselného využitia v 90. rokoch. Avšak ani pri rozšírenom využívaní nových procesov spaľovania uhlia v blízkej budúcnosti nemožno rastúci dopyt po elektrickej energii uspokojiť bez celého súboru koordinovaných opatrení na šetrenie elektriny, reguláciu jej spotreby a zvýšenie produktivity existujúcich tepelných elektrární pracujúcich na tradičné princípy. Pokračujúce ekonomické a environmentálne problémy pravdepodobne povedú k úplne novému technologickému vývoju, ktorý sa zásadne líši od tých, ktoré sú tu opísané. V budúcnosti sa tepelné elektrárne spaľujúce uhlie môžu zmeniť na integrované podniky na spracovanie prírodných zdrojov. Takéto podniky budú spracovávať miestne druhy palivá a iné prírodné zdroje a vyrábajú elektrinu, teplo a rôzne produkty na základe potrieb miestnej ekonomiky. Okrem fluidných spaľovacích kotlov a zariadení na splyňovanie uhlia budú tieto podniky vybavené elektronickými technickými diagnostickými systémami a automatizovanými riadiacimi systémami a navyše budú profitovať z využívania väčšiny vedľajších produktov spaľovania uhlia.

Možnosti na zlepšenie ekonomických a environmentálnych faktorov výroby elektriny z uhlia sú teda veľmi široké. Včasné využitie týchto príležitostí však závisí od toho, či vláda dokáže presadzovať vyváženú politiku výroby energie a ochrany životného prostredia, ktorá by vytvorila potrebné stimuly pre elektroenergetiku. Treba dbať na to, aby sa nové procesy spaľovania uhlia vyvíjali a zavádzali racionálne, v spolupráci s energetickými spoločnosťami, a nie tak, ako to bolo pri zavádzaní čistenia pracieho plynu. Toto všetko je možné dosiahnuť minimalizáciou nákladov a rizík prostredníctvom dobre premysleného návrhu, testovania a zlepšovania malých pilotných zariadení, po ktorých nasleduje rozsiahla komercializácia vyvinutých systémov.

13.12.2010
Ruský prezident Dmitrij Medvedev na zasadnutí Bezpečnostnej rady krajiny 13. decembra dal vláde pokyn, aby rozvinula doktrína energetickej bezpečnosti. Informuje o tom Správy RIA
........................................
Prezident poznamenal, že teraz sa plyn v Rusku neoprávnene často používa v elektrárňach. „Stále bezdôvodne plytváme našimi zásobami plynu prechodom na „modré palivo“ aj v tých tepelných elektrárňach a kotolniach, kde by sa dalo efektívne využívať uhlie,“ povedal prezident. "Interfax". Existujú také konštrukčné riešenia, na základe ktorých je možné modernizovať existujúce a stavať nové tepelné elektrárne pri zabezpečení zníženia nákladov na výrobu elektriny a zníženia škodlivých emisií do životného prostredia.

RICHARD E. BOLZHEISER, KURT E. IGER
"Vo svete vedy" (Scientific American) č. 11 1987

V roku 1879, kedy Thomas Alva Edison vynašiel žiarovku, začala éra elektrifikácie. Výroba veľkého množstva elektriny si vyžadovala lacné a ľahko dostupné palivo. Uhlie tieto požiadavky spĺňalo a prvé elektrárne (postavené koncom 19. storočia samotným Edisonom) fungovali na uhlie. Ako krajina stavala stále viac elektrární, jej závislosť od uhlia rástla. Od prvej svetovej vojny pochádza približne polovica ročnej výroby elektriny v Spojených štátoch z tepelných elektrární spaľujúcich uhlie. V roku 1986 bol celkový inštalovaný výkon takýchto elektrární 289 000 MW a spotrebovali 75 % z celkového množstva (900 miliónov ton) uhlia vyprodukovaného v krajine. Vzhľadom na existujúcu neistotu ohľadom vyhliadok rozvoja jadrovej energetiky a rastu produkcie ropy a zemného plynu možno predpokladať, že do konca storočia budú uhoľné tepelné stanice vyrábať až 70 % všetkej vyrobenej elektriny. v krajine.
No napriek tomu, že uhlie dlho bolo a ešte dlhé roky bude hlavným zdrojom elektriny (v USA tvorí asi 80 % zásob všetkých druhov prírodných palív), nikdy to nebolo optimálne palivo pre elektrárne. Špecifický energetický obsah na jednotku hmotnosti (t. j. výhrevnosť) uhlia je nižší ako u ropy alebo zemného plynu. Je náročnejšia na prepravu a navyše spaľovanie uhlia spôsobuje množstvo nežiaducich environmentálnych následkov, najmä kyslé dažde. Od konca 60. rokov atraktivita uhoľných tepelných elektrární prudko klesla v dôsledku prísnejších požiadaviek na znečisťovanie životného prostredia plynnými a tuhými emisiami vo forme popola a trosky. Náklady na riešenie týchto environmentálnych problémov spolu s rastúcimi nákladmi na výstavbu zložitých zariadení, akými sú tepelné elektrárne, znížili ich vyhliadky na rozvoj z čisto ekonomického hľadiska.
Ak sa však zmení technologická základňa uhoľných tepelných staníc, môže dôjsť k oživeniu ich bývalej atraktivity. Niektoré z týchto zmien majú evolučný charakter a sú zamerané predovšetkým na zvýšenie kapacity existujúcich zariadení. Zároveň sa vyvíjajú úplne nové procesy bezodpadového spaľovania uhlia, teda s minimálnym poškodzovaním životného prostredia. Zavádzanie nových technologických procesov má za cieľ zabezpečiť, aby budúce uhoľné tepelné elektrárne mohli byť efektívne kontrolované z hľadiska miery znečistenia životného prostredia, mali flexibilitu z hľadiska možnosti využitia rôznych druhov uhlia a nevyžadovali dlhé doby výstavby.

Aby sme ocenili význam pokroku v technológii spaľovania uhlia, stručne sa zamyslime nad prevádzkou klasickej uhoľnej tepelnej elektrárne. Uhlie sa spaľuje v peci parného kotla, čo je obrovská komora s rúrkami vo vnútri, v ktorých sa voda premieňa na paru. Pred zavedením do pece sa uhlie rozdrví na prach, čím sa dosiahne takmer rovnaká úplnosť spaľovania ako pri spaľovaní horľavých plynov. Veľký parný kotol spotrebuje každú hodinu v priemere 500 ton práškového uhlia a vygeneruje 2,9 milióna kg pary, čo stačí na výrobu 1 milióna kWh elektrickej energie. Za ten istý čas kotol vypustí do atmosféry asi 100 000 m3 plynov.
Vzniknutá para prechádza prehrievačom, kde sa zvýši jej teplota a tlak, a následne vstupuje do vysokotlakovej turbíny. Mechanická energia rotácie turbíny je premieňaná elektrickým generátorom na elektrickú energiu. Aby sa dosiahla vyššia účinnosť premeny energie, para z turbíny sa zvyčajne vracia do kotla na sekundárne prehriatie a potom poháňa jednu alebo dve nízkotlakové turbíny pred kondenzáciou ochladením; kondenzát sa vracia do cyklu kotla.
Vybavenie tepelnej elektrárne zahŕňa mechanizmy dodávky paliva, kotly, turbíny, generátory, ako aj komplexné chladiace systémy, čistenie spalín a odstraňovanie popola. Všetky tieto primárne a pomocné systémy sú navrhnuté tak, aby fungovali s vysokou spoľahlivosťou 40 a viac rokov pri záťažiach, ktoré sa pohybujú od 20 % inštalovanej kapacity elektrárne po maximum. Náklady na kapitálové vybavenie pre typickú 1000 MW tepelnú elektráreň zvyčajne presahujú 1 miliardu USD.

Účinnosť, s akou sa teplo uvoľnené spaľovaním uhlia môže premeniť na elektrickú energiu, bola pred rokom 1900 iba 5 %, ale v roku 1967 už dosiahla 40 %. Inými slovami, za obdobie asi 70 rokov sa merná spotreba uhlia na jednotku vyrobenej elektrickej energie znížila osemnásobne. V súlade s tým došlo k zníženiu nákladov na 1 kW inštalovaného výkonu tepelných elektrární: ak v roku 1920 to bolo 350 USD (v cenách roku 1967), potom v roku 1967 klesla cena dodávanej elektriny rovnako obdobie od 25 centov do 2 centov za 1 kWh.
Od 60. rokov však tempo napredovania začalo klesať. Zdá sa, že tento trend možno vysvetliť tým, že tradičné tepelné elektrárne dosiahli hranicu svojej dokonalosti, ktorú určujú zákony termodynamiky a vlastnosti materiálov, z ktorých sú kotly a turbíny vyrobené. Od začiatku 70. rokov tieto technické faktory zhoršujú nové ekonomické a organizačné dôvody. Prudko sa zvýšili najmä kapitálové náklady, spomalilo sa tempo rastu dopytu po elektrickej energii, sprísnili sa požiadavky na ochranu životného prostredia pred škodlivými emisiami a predĺžil sa časový rámec realizácie projektov výstavby elektrární. V dôsledku toho prudko vzrástli náklady na výrobu elektriny z uhlia, ktoré mali dlhé roky klesajúci trend. Skutočne, 1 kW elektriny vyrobenej v nových tepelných elektrárňach teraz stojí viac ako v roku 1920 (v porovnateľných cenách).

DEMONSTRAČNÝ ZÁVOD „Cool Water“ v južnej Kalifornii Edison spracuje 1 000 ton uhlia denne na výrobu bezodpadového spaľovacieho plynu.
Produkty spaľovania poháňajú plynovú turbínu elektrického generátora. Odpadové teplo z výfukových plynov sa využíva na výrobu vodnej pary, ktorá roztáča parnú turbínu ďalšieho elektrického generátora.
Na fotografii sú dva uhoľné bunkre (v strede). Napravo od nich je splyňovacie zariadenie, systém chladenia plynu a zariadenia na výrobu elektriny.

Cenu tepelných elektrární spaľujúcich uhlie za posledných 20 rokov najviac ovplyvnili prísnejšie požiadavky na odstraňovanie plynných, resp.
tekutý a pevný odpad. Systémy čistenia plynu a odstraňovania popola v moderných tepelných elektrárňach dnes predstavujú 40 % kapitálových nákladov a 35 % prevádzkových nákladov. Z technického a ekonomického hľadiska je najvýznamnejším prvkom systému kontroly emisií jednotka odsírenia spalín, často nazývaná aj mokrý (skruber) systém. Mokrý zberač prachu (práčka) zachytáva oxidy síry, ktoré sú hlavnými znečisťujúcimi látkami vznikajúcimi pri spaľovaní uhlia.
Myšlienka mokrého zberu prachu je jednoduchá, ale v praxi sa ukazuje ako náročná a drahá. Alkalická látka, zvyčajne vápno alebo vápenec, sa zmieša s vodou a roztok sa nastrieka do prúdu spalín. Oxidy síry obsiahnuté v spalinách sú absorbované časticami alkálií a vypadávajú z roztoku vo forme inertného siričitanu alebo síranu vápenatého (sadry). Sadru možno ľahko odstrániť, alebo ak je dostatočne čistá, možno ju uviesť na trh ako stavebný materiál. V zložitejších a drahších čistiacich systémoch sa sadrový zvyšok môže premeniť na kyselinu sírovú alebo elementárnu síru, cennejšie chemické produkty. Od roku 1978 je vo všetkých budovaných tepelných elektrárňach s palivom z práškového uhlia povinná inštalácia práčok plynu. Výsledkom je, že energetický priemysel USA má teraz viac zariadení na čistenie práčok ako zvyšok sveta.
Náklady na systém práčky na nových staniciach sú zvyčajne 150 – 200 USD na 1 kW inštalovanej kapacity. Inštalácia práčok na existujúcich staniciach, pôvodne navrhnutých bez mokrého čistenia plynu, stojí o 10 – 40 % viac ako na nových staniciach. Prevádzkové náklady čističiek sú pomerne vysoké, bez ohľadu na to, či sú inštalované v starých alebo nových zariadeniach. Práčky produkujú obrovské množstvo sadrového kalu, ktorý sa musí uchovávať v usadzovacích nádržiach alebo likvidovať na skládkach, čo vytvára nový environmentálny problém. Napríklad tepelná elektráreň s výkonom 1000 MW, pracujúca na čiernom uhlí s obsahom 3 % síry, vyprodukuje za rok toľko kalu, že dokáže pokryť plochu 1 km2 vrstvou s hrúbkou asi 1 m.
Okrem toho systémy mokrého čistenia plynov spotrebúvajú veľa vody (pri 1000 MW zariadení je prietok vody asi 3800 l/min) a ich zariadenia a potrubia často podliehajú upchávaniu a korózii. Tieto faktory zvyšujú prevádzkové náklady a znižujú celkovú spoľahlivosť systému. Napokon, v systémoch práčky sa 3 až 8 % energie generovanej stanicou spotrebuje na pohon čerpadiel a odsávačov dymu a na ohrev spalín po čistení plynov, čo je potrebné na zabránenie kondenzácii a korózii v komínoch.
Rozšírené prijatie práčok v americkom energetickom priemysle nebolo jednoduché ani lacné. Prvé inštalácie čističiek boli podstatne menej spoľahlivé ako iné zariadenia závodu, takže komponenty systémov čističiek boli navrhnuté s veľkou mierou bezpečnosti a spoľahlivosti. Niektoré z ťažkostí spojených s inštaláciou a prevádzkou práčok plynu možno pripísať skutočnosti, že priemyselná aplikácia čistiacej technológie sa začala predčasne. Až teraz, po 25 rokoch skúseností, dosiahla spoľahlivosť systémov čističiek prijateľnú úroveň.
Náklady na tepelné elektrárne spaľujúce uhlie sa zvýšili nielen preto, že sú potrebné systémy na kontrolu emisií, ale aj preto, že samotné náklady na výstavbu raketovo vzrástli. Aj keď vezmeme do úvahy infláciu, jednotkové náklady na inštalovaný výkon uhoľných tepelných elektrární sú v súčasnosti trikrát vyššie ako v roku 1970. Za posledných 15 rokov „úspory z rozsahu“, t. j. výhody budovania veľkých elektrární, boli negované výrazným zvýšením stavebných nákladov . Časť tohto nárastu odráža vysoké náklady na financovanie dlhodobých kapitálových projektov.
Vplyv meškania projektov možno vidieť v japonských energetických spoločnostiach. Japonské firmy sú zvyčajne efektívnejšie ako ich americké náprotivky pri riešení organizačných, technických a finančných problémov, ktoré často oneskorujú uvedenie veľkých stavebných projektov do prevádzky. V Japonsku môže byť elektráreň postavená a uvedená do prevádzky za 30 – 40 mesiacov, zatiaľ čo v USA si elektráreň s rovnakou kapacitou zvyčajne vyžaduje 50 – 60 mesiacov. Pri takýchto dlhých časoch realizácie projektu sa náklady na nový závod vo výstavbe (a teda aj náklady na zmrazený kapitál) ukazujú ako porovnateľné s fixným kapitálom mnohých energetických spoločností v USA.
Energetické spoločnosti teda hľadajú spôsoby, ako znížiť náklady na výstavbu nových elektrární, najmä pomocou modulárnych elektrární s menšou kapacitou, ktoré je možné rýchlo prepraviť a nainštalovať na existujúcu elektráreň, aby uspokojili rastúci dopyt. Takéto zariadenia je možné uviesť do prevádzky v kratšom čase, a preto sa rýchlejšie splatia, aj keď návratnosť investície zostáva konštantná. Inštalácia nových modulov iba vtedy, keď je potrebné zvýšiť kapacitu systému, môže viesť k čistým úsporám až 200 USD na kW, hoci pri používaní zariadení s nízkou spotrebou sa strácajú úspory z rozsahu.
Ako alternatívu k budovaniu nových zariadení na výrobu energie energetické spoločnosti tiež renovovali existujúce elektrárne, aby zlepšili ich výkon a predĺžili ich životnosť. Táto stratégia si prirodzene vyžaduje nižšie kapitálové náklady ako budovanie nových staníc. Tento trend je opodstatnený aj preto, že elektrárne postavené asi pred 30 rokmi ešte nie sú morálne zastarané. V niektorých prípadoch dokonca pracujú s vyššou účinnosťou, keďže nie sú vybavené práčkami. Staré elektrárne sú v energetickom sektore krajiny čoraz dôležitejšie. V roku 1970 malo iba 20 zariadení na výrobu elektriny v Spojených štátoch viac ako 30 rokov. Do konca storočia bude priemerný vek tepelných elektrární spaľujúcich uhlie 30 rokov.
Energetické spoločnosti tiež hľadajú spôsoby, ako znížiť prevádzkové náklady elektrární. Aby sa predišlo stratám energie, je potrebné včas varovať pred zhoršením výkonu v najkritickejších oblastiach zariadenia. Nepretržité monitorovanie stavu komponentov a systémov sa preto stáva dôležitou súčasťou prevádzkovej služby. Takéto nepretržité monitorovanie prirodzených procesov opotrebovania, korózie a erózie umožňuje prevádzkovateľom elektrární prijímať včasné opatrenia a predchádzať havarijným poruchám elektrární. Význam takýchto opatrení možno náležite oceniť, keď sa napríklad vezme do úvahy, že nútený výpadok 1000 MW uhoľnej elektrárne môže spôsobiť stratu 1 milión USD za deň pre elektrárenskú spoločnosť, najmä preto, že nevygenerovaná energia musí byť kompenzované dodávkou elektriny z drahších zdrojov.
Nárast jednotkových nákladov na dopravu a spracovanie uhlia a na odstraňovanie trosky spôsobil, že kvalita uhlia (určená obsahom vlhkosti, síry a iných minerálov) je dôležitým faktorom, ktorý určuje výkonové charakteristiky a ekonomiku tepelných elektrární. Hoci uhlie nízkej kvality môže stáť menej ako uhlie vysokej kvality, výroba rovnakého množstva elektrickej energie stojí podstatne viac. Náklady na prepravu väčších objemov nekvalitného uhlia môžu kompenzovať výhody jeho nižšej ceny. Okrem toho uhlie nízkej kvality zvyčajne produkuje viac odpadu ako uhlie vysokej kvality, a preto sú potrebné vyššie náklady na odstraňovanie trosky. Napokon, zloženie uhlia nízkej kvality podlieha veľkým výkyvom, čo sťažuje „vyladenie“ palivového systému stanice na prevádzku s najvyššou možnou účinnosťou; v tomto prípade musí byť systém nastavený tak, aby mohol fungovať s uhlím najhoršej očakávanej kvality.
V prevádzkovaných elektrárňach možno kvalitu uhlia zlepšiť alebo aspoň stabilizovať odstránením niektorých nečistôt, ako sú minerály obsahujúce síru, ešte pred spaľovaním. V čistiarňach sa rozdrvené „špinavé“ uhlie oddeľuje od nečistôt mnohými metódami, ktoré využívajú rozdiely v špecifickej hmotnosti alebo iných fyzikálnych vlastnostiach uhlia a nečistôt.
Napriek tomuto úsiliu zlepšiť výkon existujúcich tepelných elektrární spaľujúcich uhlie, Spojené štáty budú musieť do konca storočia pridať ďalších 150 000 MW kapacity na výrobu energie, ak dopyt po elektrine porastie očakávaným tempom 2,3 % ročne. . Aby uhlie zostalo konkurencieschopné na neustále sa rozširujúcom trhu s energiou, energetické spoločnosti budú musieť prijať nové, pokročilé metódy spaľovania uhlia, ktoré sú efektívnejšie ako tradičné metódy spaľovania uhlia, a to tromi kľúčovými spôsobmi: menšie znečistenie, kratšie časy výstavby zariadení a zlepšený výkon výkon .

V súčasnosti sa vyvíja viac ako tucet spôsobov spaľovania uhlia so zvýšenou účinnosťou a menším poškodzovaním životného prostredia. Najsľubnejšie z nich je spaľovanie vo fluidnom lôžku a splyňovanie uhlia. Spaľovanie podľa prvého spôsobu sa uskutočňuje v peci parného kotla, ktorý je konštruovaný tak, že drvené uhlie zmiešané s časticami vápenca je udržiavané nad roštom pece v zavesenom („pseudoskvapalnenom“) stave silným prúdom vzduchu. tok.
Suspendované častice sa správajú v podstate rovnako ako vo vriacej kvapaline, to znamená, že sú v turbulentnom pohybe, čo zabezpečuje vysokú účinnosť spaľovacieho procesu. Vodné potrubia takéhoto kotla sú v priamom kontakte s „fluidným lôžkom“ horiaceho paliva, v dôsledku čoho sa veľká časť tepla prenáša vedením, čo je oveľa efektívnejšie ako prenos tepla sálaním a konvekciou. klasický parný kotol.
Kotol s ohniskom, kde sa uhlie spaľuje vo fluidnom lôžku, má väčšiu plochu teplosmenných plôch rúrok ako bežný kotol na práškové uhlie, čo umožňuje znížiť teplotu v ohnisku a tým znížiť tvorba oxidov dusíka. (Zatiaľ čo v bežnom kotle môže byť teplota nad 1650 °C, v kotli s fluidným spaľovaním je to v rozmedzí 780-870 °C.) Navyše vápenec zmiešaný s uhlím viaže 90 percent alebo viac uvoľnenej síry. z uhlia počas spaľovania, keďže nižšia prevádzková teplota podporuje reakciu medzi sírou a vápencom za vzniku siričitanu alebo síranu vápenatého. Týmto spôsobom sa látky škodlivé pre životné prostredie vznikajúce pri spaľovaní uhlia neutralizujú v mieste vzniku, teda v peci.
Okrem toho je fluidný spaľovací kotol svojou konštrukciou a princípom činnosti menej citlivý na kolísanie kvality uhlia. Pec bežného kotla na práškové uhlie produkuje obrovské množstvo roztavenej trosky, ktorá často upcháva teplovýmenné plochy a tým znižuje účinnosť a spoľahlivosť kotla. Vo fluidnom spaľovacom kotli uhlie horí pri teplote pod bodom topenia trosky a preto ani nevzniká problém so zanášaním výhrevných plôch troskou. Takéto kotly môžu fungovať na menej kvalitné uhlie, čo môže v niektorých prípadoch výrazne znížiť prevádzkové náklady.
Metóda fluidného spaľovania je ľahko implementovateľná v modulárnych kotloch s nízkym parným výkonom. Podľa niektorých odhadov môže byť investícia do tepelnej elektrárne s kompaktnými kotlami pracujúcimi na princípe fluidného lôžka o 10 – 20 % nižšia ako investícia do klasickej tepelnej elektrárne s rovnakým výkonom. Úspory sa dosahujú skrátením času výstavby. Okrem toho sa výkon takejto stanice môže ľahko zvýšiť, keď sa zvýši elektrické zaťaženie, čo je dôležité pre tie prípady, keď je jej rast v budúcnosti vopred neznámy. Zjednodušuje sa aj problém plánovania, pretože takéto kompaktné inštalácie je možné rýchlo nainštalovať, akonáhle vznikne potreba zvýšiť výrobu energie.
Kotly s fluidným spaľovaním môžu byť tiež integrované do existujúcich elektrární, keď je potrebné rýchlo zvýšiť výrobnú kapacitu. Napríklad energetická spoločnosť Northern States Power prerobila jeden z kotlov na práškové uhlie na stanici na ks. Minnesota vo fluidnom kotle. Rekonštrukcia bola vykonaná s cieľom zvýšiť kapacitu elektrárne o 40 %, znížiť požiadavky na kvalitu paliva (kotol môže fungovať aj na lokálny odpad), dôkladnejšie vyčistiť emisie a predĺžiť životnosť stanice na 40 rokov.
Za posledných 15 rokov sa technológia používaná v tepelných elektrárňach vybavených výlučne fluidnými spaľovacími kotlami rozšírila z malých pilotných a poloprevádzkových prevádzok na veľké „demonštračné“ prevádzky. Túto elektráreň s celkovou kapacitou 160 MW spoločne stavajú Tennessee Valley Authority, Duke Power a Commonwealth of Kentucky; Colorado-Ute Electric Association, Inc. uviedla do prevádzky elektráreň s výkonom 110 MW s fluidnými spaľovacími kotlami. Ak budú tieto dva projekty, ako aj projekt Northern States Power, spoločného podniku súkromného sektora s celkovým kapitálom približne 400 miliónov USD úspešné, ekonomické riziko spojené s používaním fluidných kotlov v energetickom priemysle sa výrazne zníži. .
Ďalšou metódou, ktorá však v jednoduchšej forme existovala už v polovici 19. storočia, je splyňovanie uhlia na „čisto horiaci“ plyn. Takýto plyn je vhodný na svietenie a kúrenie a v USA bol hojne využívaný pred 2. svetovou vojnou, kým ho nenahradil zemný plyn.
Spočiatku prilákalo splyňovanie uhlia pozornosť energetických spoločností, ktoré dúfali, že pomocou tejto metódy vznikne palivo, ktoré horí bez odpadu a tým sa zbaví prania. Teraz sa ukázalo, že splyňovanie uhlia má dôležitejšiu výhodu: horúce produkty spaľovania generátorového plynu možno priamo použiť na pohon plynových turbín. Odpadové teplo produktov spaľovania po plynovej turbíne možno využiť na výrobu pary na pohon parnej turbíny. Táto kombinácia plynových a parných turbín, nazývaná kombinovaný cyklus, je v súčasnosti jedným z najefektívnejších spôsobov výroby elektrickej energie.
Plyn získaný splyňovaním uhlia a zbavený síry a pevných častíc je výborným palivom pre plynové turbíny a podobne ako zemný plyn horí takmer bez odpadu. Vysoká účinnosť kombinovaného cyklu kompenzuje nevyhnutné straty spojené s premenou uhlia na plyn. Okrem toho zariadenie s kombinovaným cyklom spotrebuje podstatne menej vody, pretože dve tretiny energie vyrába plynová turbína, ktorá na rozdiel od parnej turbíny nepotrebuje vodu.
Životaschopnosť elektrární s kombinovaným cyklom fungujúcich na princípe splyňovania uhlia bola preukázaná skúsenosťami s prevádzkou stanice Southern California Edison „Cool Water“. Táto elektráreň s kapacitou približne 100 MW bola uvedená do prevádzky v máji 1984. Môže pracovať na rôznych druhoch uhlia. Emisie zo stanice sa čistotou nelíšia od emisií zo susednej stanice zemného plynu. Obsah oxidov síry vo výfukových plynoch je udržiavaný výrazne pod požadovanou úrovňou pomocou pomocného systému regenerácie síry, ktorý odstraňuje takmer všetku síru obsiahnutú v privádzanom palive a produkuje čistú síru na priemyselné účely. Tvorbe oxidov dusíka sa predchádza pridaním vody do plynu pred spaľovaním, čím sa zníži teplota spaľovania plynu. Okrem toho sa zvyšné nespálené uhlie v splyňovači roztaví na inertný sklovitý materiál, ktorý po ochladení spĺňa kalifornské predpisy pre pevný odpad.
Okrem vyššej účinnosti a menšieho znečistenia životného prostredia majú elektrárne s kombinovaným cyklom ďalšiu výhodu: môžu byť postavené v niekoľkých etapách, takže inštalovaný výkon sa zvyšuje v blokoch. Táto flexibilita v stavebníctve znižuje riziko nadmerných alebo nedostatočných investícií spojených s neistým rastom dopytu po elektrickej energii. Napríklad prvý stupeň inštalovanej kapacity môže bežať na plynových turbínach a ako palivo používať ropu alebo zemný plyn namiesto uhlia, ak sú súčasné ceny týchto produktov nízke. Potom, ako rastie dopyt po elektrickej energii, sa dodatočne uvádza do prevádzky kotol na odpadové teplo a parná turbína, čím sa zvýši nielen výkon, ale aj účinnosť stanice. Následne, keď sa opäť zvýši dopyt po elektrine, bude možné na stanici postaviť splyňovacie zariadenie uhlia.
Úloha tepelných elektrární spaľujúcich uhlie je kľúčovou témou, pokiaľ ide o zachovanie prírodných zdrojov, ochranu životného prostredia a cesty ekonomického rozvoja. Tieto aspekty daného problému nie sú nevyhnutne v rozpore. Skúsenosti s využívaním nových technologických postupov spaľovania uhlia ukazujú, že dokážu úspešne a súčasne riešiť problémy ochrany životného prostredia a znižovania nákladov na elektrickú energiu. Tento princíp bol zohľadnený v spoločnej americko-kanadskej správe o kyslých dažďoch zverejnenej minulý rok. Na základe návrhov správy Kongres USA v súčasnosti zvažuje vytvorenie veľkej národnej iniciatívy na demonštráciu a implementáciu čistých procesov spaľovania uhlia. Iniciatíva, ktorá bude spájať súkromný kapitál s federálnymi investíciami, má za cieľ priniesť nové procesy spaľovania uhlia, vrátane fluidných kotlov a splyňovačov, do širokého priemyselného využitia v 90. rokoch. Avšak ani pri rozšírenom využívaní nových procesov spaľovania uhlia v blízkej budúcnosti nemožno rastúci dopyt po elektrickej energii uspokojiť bez celého súboru koordinovaných opatrení na šetrenie elektriny, reguláciu jej spotreby a zvýšenie produktivity existujúcich tepelných elektrární pracujúcich na tradičné princípy. Pokračujúce ekonomické a environmentálne problémy pravdepodobne povedú k úplne novému technologickému vývoju, ktorý sa zásadne líši od tých, ktoré sú tu opísané. V budúcnosti sa tepelné elektrárne spaľujúce uhlie môžu zmeniť na integrované podniky na spracovanie prírodných zdrojov. Takéto podniky budú spracovávať miestne palivá a iné prírodné zdroje a vyrábať elektrinu, teplo a rôzne produkty na základe potrieb miestnej ekonomiky. Okrem fluidných spaľovacích kotlov a zariadení na splyňovanie uhlia budú tieto podniky vybavené elektronickými technickými diagnostickými systémami a automatizovanými riadiacimi systémami a navyše budú profitovať z využívania väčšiny vedľajších produktov spaľovania uhlia.
Možnosti na zlepšenie ekonomických a environmentálnych faktorov výroby elektriny z uhlia sú teda veľmi široké. Včasné využitie týchto príležitostí však závisí od toho, či vláda dokáže presadzovať vyváženú politiku výroby energie a ochrany životného prostredia, ktorá by vytvorila potrebné stimuly pre elektroenergetiku. Treba dbať na to, aby sa nové procesy spaľovania uhlia vyvíjali a zavádzali racionálne, v spolupráci s energetickými spoločnosťami, a nie tak, ako to bolo pri zavádzaní čistenia pracieho plynu. Toto všetko je možné dosiahnuť minimalizáciou nákladov a rizík prostredníctvom dobre premysleného návrhu, testovania a zlepšovania malých pilotných zariadení, po ktorých nasleduje rozsiahla komercializácia vyvinutých systémov.

Medzitým uhoľné spoločnosti v Ruskej federácii zvyšujú produkciu uhlia, ktoré bolo predtým kontrahované v zahraničí. Jednou z príčin „plynovej“ nerovnováhy v energetike je nedostatok moderných technológií na spaľovanie a spracovanie uhlia, ktoré by umožnili nielen naplno využiť ruské energetické uhlie žiadané na svetovom trhu, ale aj nájsť primerané využitie pre nekvalitné uhlie a uhoľný odpad, čím sa nevýhody menia na plusy. Hovorí Igor Kozhukhovsky, generálny riaditeľ Agentúry pre prognózovanie bilancií v elektroenergetike (ZAO APBE).

– V ruskom energetickom sektore sa dnes vyvinula paradoxná situácia: bola schválená stratégia rozvoja uhoľného priemyslu, pričom sa rozumie, že hlavným stimulom pre rast uhlia bude export. Ako tento trend vznikol? A aké významné sú potreby domáceho trhu s uhlím v dlhodobé plány Ruské energetické spoločnosti?

– Ruské tepelné elektrárne sú tradične najväčšími spotrebiteľmi uhlia na domácom trhu. V roku 2010 však nastala významná udalosť - objem exportu energetického uhlia sa vyrovnal objemu dodávok do domácich elektrární av roku 2011 ho výrazne prevýšil. V roku 2011 objem exportu ruského energetického uhlia predstavoval 108,3 milióna ton, čo je v porovnaní s rokom 2010 nárast o 12,4 milióna ton (13 percent). Export sa stal najväčším sektorom spotreby ruského energetického uhlia a podiel dodávok do domácich tepelných elektrární klesol z 39,8 na 31,4 percenta.

Dnes tvorí 90 percent celkovej ročnej spotreby uhoľného paliva v ruských tepelných elektrárňach nekvalitné uhlie, pričom kvalitné druhy sa vyvážajú. Napriek tomu, že objemy obohacovania energetického uhlia v Rusku v posledných rokoch narastajú, obohatené uhlie sa do ruských staníc nedodáva a ani nedodáva.

Vývoz konkuruje domácim spotrebiteľom na trhu gondolových áut. Pre uhoľné spoločnosti je prioritou uspokojiť exportný dopyt a iba zostávajúci vozový park sa používa na zásobovanie domácich spotrebiteľov.

Na domácom trhu je nedostatok kvalitného uhlia SS a T Stále častejšie sa vyskytujú prípady, keď elektrárne nedokážu nakúpiť potrebné uhlie požadované množstvo alebo dodávatelia ju ponúkajú za ceny, ktoré nespĺňajú cenové obmedzenia elektriny. V dôsledku toho sa v tepelných elektrárňach začalo používať nekonštrukčné druhy uhlia a dokonca aj odpad z úpravy uhlia a ťažby uhlia, čo zvyšuje nehodovosť zariadení.

Napríklad v Cherepetskaya GRES sa vykonalo testovanie spaľovania zmesi odpadu a uhlia, ako aj dovážaného uhlia Ekibastuz v TPP Kemerovo - testovanie spaľovania tried G/D namiesto T/SS v Južnom -Kuzbasskaya GRES a Západosibírska TPP - testovanie spaľovania priemyselných produktov (obohacovanie odpadov z koksovateľného uhlia).

Hlavné uhlie spotrebované v tepelných elektrárňach v Rusku sú Kuzneck, Kansk-Achinsk a dovážaný Ekibastuz. Ich spoločný podiel na celkovom objeme dodávok je asi 60 percent. Zároveň sa znižuje objem dodávok uhlia Kuznetsk, zatiaľ čo objem dodávok uhlia Kansk-Achinsk a Ekibastuz sa zvyšuje. V roku 2011 sa dovážané uhlie Ekibastuz umiestnilo na prvom mieste z hľadiska objemu dodávok do ruských tepelných elektrární, pred najväčšími ruskými uhoľnými panvami.

– Takže sa vyváža kvalitné energetické uhlie z Ruska, zatiaľ čo domáce stanice sú nútené vystačiť si s tým, o čo v zahraničí nie je dopyt. Súvisí to s výhodnejšími cenovými podmienkami na zahraničnom trhu? Alebo sú iné dôvody?

– Prevádzkové uhoľné elektrárne (až na ojedinelé výnimky) sú postavené na „dizajnovom“ uhlí zo špecifických ložísk a kvalitné uhlie potrebujú moderné uhoľné stanice využívajúce technológie čistého uhlia, ktoré naša elektroenergetika nemá. Na vytvorenie dopytu po vysokokvalitnom energetickom uhlí je potrebné modernizovať uhoľnú energetiku v krajine.

Slabé stimuly na kontrolu cien na veľkoobchodnom trhu, jeho nedokonalosti a neefektívnosť vyvolávajú pasivitu výrobcov. Nie je pre nich výhodné optimalizovať dodávky paliva, pretože sú si istí, že všetky náklady na uhlie budú zahrnuté v cene elektriny.

– Aký veľký je podiel výroby uhlia na energetickej bilancii Ruskej federácie?

– Ruské elektrárne ročne vyprodukujú viac ako 1 bilión kWh elektriny, vrátane 68 percent v tepelných elektrárňach, z ktorých väčšina je poháňaná zemným plynom. Výroba elektriny spaľovaním uhlia v Rusku predstavuje približne 200 miliárd kWh (asi jedna pätina výrobnej štruktúry).

Štruktúra výroby elektriny podľa typu výroby v rôznych regiónoch Ruska je heterogénna. Ak je v európskej časti vrátane Uralu tepelná energia zameraná najmä na plyn a podiel uhlia je zanedbateľný (menej ako 10 percent), tak na Sibíri a na Ďalekom východe sa každá druhá kilowatthodina vyrába z uhlia.

Nárast spotreby energie v Rusku za posledných desať rokov dosiahol 20 percent a bol zabezpečený najmä výrobou plynu. Uhlie zároveň na domácom trhu postupne strácalo medzipalivovú konkurenciu voči plynu.

– Všeobecná schéma umiestnenia elektroenergetických zariadení schválená pred piatimi rokmi znamenala intenzívne zvýšenie podielu uhlia na výrobe. Upravená verzia dokumentu poskytuje skromnejšie ukazovatele. Znamená to, že vyrovnávanie energetickej bilancie v prospech uhlia ustupuje do pozadia? Aká je situácia s modernizačnými projektmi určenými špeciálne na ťažbu uhlia pre ruského spotrebiteľa?

– V úvodných strategických dokumentoch pre rozvoj priemyslu – „Energetická stratégia Ruska na obdobie do roku 2020“ (2003) a „Všeobecná schéma umiestnenia elektroenergetických zariadení na obdobie do roku 2020“ (2008) – a bol stanovený cieľ pre zrýchlený rozvoj výroby uhlia. Ale v „Energetickej stratégii Ruska na obdobie do roku 2030“ (2009), „Všeobecnej schéme umiestnenia elektroenergetických zariadení na obdobie do roku 2020 s perspektívou do roku 2030“ (2010) a „Dlhodobom programe“. pre rozvoj uhoľného priemyslu na obdobie do roku 2030“ „(2012) sa vektor „zrýchleného rozvoja výroby uhlia“ zmenil na „nevýrazné tempo rastu“.

Je indikatívne, o koľko nižšia cieľová hodnota spotreby uhlia v tepelných elektrárňach v Rusku v roku 2030, uvedená v najnovšom dokumente, je nižšia ako podobná hodnota pre „Energetickú stratégiu 2030“: 102 a 158 miliónov ton!

Prognóza objemu spotreby uhlia v ruskej elektroenergetike, vypracovaná v „Dlhodobom programe rozvoja uhoľného priemyslu do roku 2030“, vychádza z údajov „Všeobecnej schémy 2030“ a zohľadňuje aktuálne plány výrobcov na uvedenie nových a modernizáciu existujúcich uhoľných kapacít do prevádzky, ktorých celkový objem bude do roku 2030 predstavovať 26,1 GW.

Všetky budú založené na technológiách „čistého“ uhlia – nadkritické parametre pary (SSCP), cirkulačné fluidné lôžko (CFB), splyňovanie uhlia a podobne, keďže zvýšenie poplatkov za emisie znečisťujúcich látok a možné zavedenie poplatkov za emisie CO2 spôsobí, že používanie tradičných technológií bude ešte nekonkurencieschopnejšie.

Plány na roky 2012 – 2020 zahŕňajú realizáciu pilotných projektov moderných technológií spaľovania uhlia v tepelných elektrárňach, potrebných pre následný priemyselný rozvoj. Napríklad výstavba 330 MW CFB energetického bloku v Novočerkaskej štátnej okresnej elektrárni sa blíži ku koncu. Projekty KCSP sú v štádiu výskumu a vývoja.

Rusko zaostáva európske krajiny, Čína a Spojené štáty americké v oblasti zavádzania „čistých“ uhoľných technológií, ale vektor vládnej politiky je zameraný na podporu rozvoja domáceho trhu s uhlím. Nie nadarmo na januárovom stretnutí o rozvoji uhoľného priemyslu v Kemerove úrady výkonná moc subjekty Ruskej federácie si vypočuli odporúčanie zabezpečiť pri príprave rozvojových stratégií maximálne možné využitie uhlia na zásobovanie tepelných elektrární. Výrobcom a uhoľným spoločnostiam sa odporúča koordinovať svoje rozvojové programy s ministerstvami a rezortmi, aby zohľadnili modernizáciu tepelných elektrární spaľujúcich uhlie tak, aby ako hlavné palivo využívali obohatené uhlie.

– Čo vám bráni dokončiť túto úlohu?

– Verejnosť a odborná obec sa obávajú podporovať rozvoj výroby uhlia z ekologických a ekonomických dôvodov.

Teraz je kilowatthodina uhlia drahšia ako plyn, keďže cena uhlia je približne jedenapolkrát nižšia ako cena plynu v ekvivalentnom palive a na dosiahnutie konkurencieschopnosti uhlia musí byť tento pomer ceny aspoň dva, resp. tri, keďže celkové náklady tepelných elektrární spaľujúcich uhlie sú oveľa vyššie. V európskej časti Ruska sú teda náklady na výrobu elektriny pri výrobe uhlia približne 1,6 rubľov za kilowatthodinu a pri výrobe plynu približne 1,1.

Zavedenie mechanizmu net-back, ktorý zabezpečuje rovnakú ziskovosť dodávok plynu na vonkajší a domáci trh, a teda zvyšuje konkurencieschopnosť uhlia, sa neustále odsúva, momentálne až po roku 2021.

Ďalej je pre úspešný rozvoj výroby uhlia potrebné zabezpečiť garantované dodávky projektového uhoľného paliva do tepelných elektrární v Rusku, ako aj zlepšiť koordináciu nákladnej dopravy, konkurenciu medzi prevádzkovateľmi a znížiť vagónovú zložku nákladov železničná preprava uhlia do tepelných elektrární, ktorá prudko vzrástla po reforme as Ruských železníc a privatizácii vozového parku .

Ďalšou prekážkou rozvoja výroby uhlia je nízky level likvidácia odpadu popola a trosky. Aby sa verejná mienka obrátila smerom k výrobe uhlia, je potrebné presvedčiť verejnosť, že energia z pevných palív pomocou nových technológií nebude produkovať odpad, ale je schopná ho recyklovať na výrobu energie a uhoľných chemických produktov s vysokou pridanou hodnotou.

Na úrovni štátu je potrebné vypracovať a schváliť účinnú stratégiu rozvoja výroby uhlia v Rusku na báze moderných „čistých“ uhoľných technológií a komplexov energetických technológií v rámci Štátneho programu rozvoja elektrickej energie. Priemysel Ruska, berúc do úvahy možné zvýšenie potenciálu spoločnej interakcie s krajinami SNŠ a pobaltskými krajinami v sektore palív a energetiky.

Nárast spotreby nekvalitného uhlia a odpadu z výroby uhlia by sa mal premeniť na výhodu pri výrobe uhlia. Energia z pevných palív založená na environmentálne „čistých“ technológiách sa môže stať „továrňou“ na likvidáciu nekvalitných surovín, priemyselného a domáceho odpadu.

Je potrebné prejsť na kombinovanú bezodpadovú výrobu energie a vysokohodnotných uhoľných chemických produktov: polygeneračný cyklus v rámci energeticko-technologických komplexov na výrobu elektrickej a tepelnej energie a uhoľných chemických produktov s vysokou pridanou hodnotou (koks produkty, uhlíkové sorbenty, briketované palivo, GTL, metanol, hnojivá, polymetalické koncentráty, Konštrukčné materiály vzácne súvisiace plyny (dusík, kvapalný argón, kyslík) atď.).

– Ako funguje stratégia podpory inovácií uhlia v praxi?

– Inovatívny rozvoj uhoľnej energie dnes aktívne podporuje ruská vláda prostredníctvom troch hlavných nástrojov. Po prvé, ide o technologické platformy, medzi ktoré patrí „Environmentálna tepelná energia s vysokou účinnosťou“ (koordinátor - VTI) a „Drobná distribuovaná energia“ (koordinátor - ZAO APBE). Po druhé, inovatívne rozvojové programy pre výrobné spoločnosti, vrátane projektov zavádzania „čistých“ uhoľných technológií (koordinovaných Inter RAO UES, Gazprom Energoholding, RAO ES východu). A napokon inovatívne teritoriálne klastre, predovšetkým Kuzbassov klaster „Integrované spracovanie uhlia a priemyselného odpadu“, ktorý sa vytvára v hlavnom regióne ťažby uhlia v Rusku.

Stratégia rozvoja klastra Kuzbass zahŕňa projekty na vytvorenie energetických a energetických technologických komplexov s hlbinným spracovaním uhlia na ložisku Mencherepskoye; energetický technologický komplex "Karakansky" s hĺbkovým spracovaním uhlia; päťdesiat komplexov na spracovanie odpadu z obohacovania uhlia na báze vodného uhlia; desať energetických technologických komplexov malých distribuovaných energií; výstavba piatich závodov na integrované spracovanie priemyselného odpadu. Okrem toho sa v rámci inovačného klastra založeného na technologickej platforme „Small Distributed Energy“ plánuje zorganizovať Koordinačné centrum pre rozvoj inovatívne technológie využitie uhlia na malovýrobných zariadeniach (koordinátori - ZAO APBE a Ústav termofyziky SB RAS).

Od roku 2000 sa celosvetová kapacita výroby uhlia zdvojnásobila na 2 000 GW v dôsledku prudkého rastu investičných projektov v Číne a Indii. Ďalších 200 GW je vo výstavbe a celosvetovo sa plánuje 450 GW. V posledných desaťročiach uhoľné elektrárne vyrobili 40 – 41 % svetovej elektriny – čo je najväčší podiel v porovnaní s inými typmi výroby. Zároveň bol v roku 2014 dosiahnutý vrchol výroby elektriny z uhlia a teraz sa začala deviata vlna znižovania zaťaženia existujúcich tepelných elektrární a ich zatvárania. O tom v recenzii Carbon Brief.

V posledných desaťročiach uhoľné elektrárne vyrobili 40 – 41 % svetovej elektriny – čo je najväčší podiel v porovnaní s inými typmi výroby.

Zároveň bol v roku 2014 dosiahnutý vrchol výroby elektriny z uhlia a teraz sa začala deviata vlna znižovania zaťaženia existujúcich tepelných elektrární a ich zatvárania. Len za pár rokov bolo v EÚ a USA odstavených 200 GW, pričom ďalších 170 GW má byť odstavených pred rokom 2030. K 9. aprílu 2018 sa k Coal Phase-out Alliance pripojilo 27 krajín, z ktorých 13 krajiny majú prevádzkované elektrárne.

Všimnite si, že od roku 2010 do roku 2017 bolo vybudovaných alebo presunutých do výstavby iba 34 % plánovanej uhoľnej kapacity (873 GW), zatiaľ čo 1 700 GW bolo zrušených alebo odložených, uvádza CoalSwarm. Napríklad súťaž na výstavbu jednej novej stanice môže prilákať niekoľko ponúk, z ktorých každá sa bude započítavať do „plánovanej kapacity“.

Podľa Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) musia byť všetky uhoľné elektrárne zatvorené v priebehu niekoľkých desaťročí, ak sa má otepľovanie obmedziť na menej ako 2 °C nad predindustriálnymi teplotami. Na objasnenie tohto príbehu Carbon Brief zmapoval minulosť, súčasnosť a budúcnosť všetkých svetových uhoľných elektrární od februára 2018. (https://www.carbonbrief.org/mapped-worlds-coal-power-plants), ktorý zobrazuje všetky uhoľné tepelné elektrárne s výkonom nad 30 MW, prevádzkované v období 2000–2017, ako aj umiestnenie plánovaných. Mapa obsahuje približne 10 000 zatvorených, prevádzkovaných a plánovaných uhoľných elektrární s celkovou kapacitou 4 567 GW, z toho 1 996 GW je v prevádzke dnes, 210 GW je vo výstavbe, 443 GW je plánovaných, 2 387 GW je vyradených a 1 681 GW bolo navrhnutých do bude postavená, ale potom od roku 2010 zrušená v 95 krajinách sveta. Vo svete je tiež okolo 27 GW malých uhoľných tepelných elektrární – každá do 30 MW.

Rast kapacity uhlia

Výroba uhlia je predovšetkým prísľub lacnej elektriny na stimuláciu ekonomického rastu. Globálna kapacita výroby uhlia medzi rokmi 2000 a 2017 každoročne rástla, pričom sa takmer zdvojnásobila z 1,063 GW na 1,995 GW. Uhlie produkuje 40 – 41 % svetovej elektriny, čo je najväčší podiel za posledné desaťročia. Dnes využíva energiu z uhlia 77 krajín po celom svete, pričom v roku 2000 to bolo 65 krajín. Ďalších 13 krajín plánuje vstúpiť do klubu uhoľnej energie.

Emisie CO2 z existujúcich zariadení stačia na to, aby narušili uhlíkový rozpočet o 1,5 alebo 2 stupne Celzia. Podľa štúdie by tieto obmedzenia znamenali žiadne nové uhoľné elektrárne a predčasné zatvorenie 20 % uhoľnej výrobnej flotily. Všetky uhoľné elektrárne budú musieť byť zatvorené do roku 2040, aby svet zostal „výrazne pod“ rastom 2 stupňov Celzia, tvrdí IEA. Znamenalo by to odstavenie 100 GW uhoľnej kapacity každý rok na 20 rokov alebo približne jeden uhoľný blok každý deň až do roku 2040.

Novinové titulky a energetické prognózy však naznačujú, že rast uhlia sa nezastaví. Tieto pochmúrne vyhliadky na zmenu klímy zmierňujú známky rýchlej zmeny v energetickom prostredí. Potrubie rozostavaných alebo plánovaných uhoľných blokov sa od roku 2015 znížilo na polovicu. Tempo zatvárania tepelných elektrární sa zrýchľuje a v rokoch 2010 až 2017 dosahuje celkovo 197 GW.

Spomalenie rastu uhlia

IEA tomu verí špičková investícia do globálneho uhoľného energetického priemyslu už prešiel a priemysel vstúpil do fázy „dramatického spomalenia“. Správa IEA hovorí, že Čína, ktorá predstavuje väčšinu súčasného rastu, už nepotrebuje nové tepelné elektrárne.

Neúspech investícií znamená, že rast kapacity uhlia sa spomaľuje. A ak v roku 2011 bolo na svete uvedených do prevádzky 82 GW, potom v roku 2017 - iba 34 GW.

Podľa najnovšej výročnej správy CoalSwarm, Greenpeace a Sierra Club počet nových elektrární vo výstavbe každým rokom klesá rýchlejšie, o 73 % od roku 2015. Čína zatvára mnoho stoviek malých, starších a menej efektívnych elektrární a nahrádza ich väčšími, efektívnejšími. To všetko znamená globálnej moci uhoľnej výroby mohol dosiahnuť svoj vrchol už v roku 2022, uvádza správa IEA o stave priemyslu.

Špičkové emisie CO2

Ukazujú to údaje IEA emisie CO2 z uhoľnej energie možno už dosiahol svoj vrchol v roku 2014 ., napriek tomu, že kapacita uhlia stále rastie. Emisie CO2 z uhlia klesli v období 2014−2016 o 3,9 %, produkcia uhlia o 4,3 %.

Keďže kapacita uhlia sa neustále zvyšuje, existujúce uhoľné elektrárne bežia menej hodín. Svetové uhoľné elektrárne bežali v roku 2016 v priemere približne polovičný čas s faktorom vyťaženia 52,5 %. Podobný trend možno pozorovať v USA (52 %), EÚ (46 %), Číne (49 %) a Indii (60 %).

Vzťah medzi uhoľnými elektrárňami a emisiami CO2 ovplyvňuje aj množstvo ďalších faktorov. Medzi ne patrí typ uhlia a technológia spaľovania, ktorú používa každá elektráreň. Tepelné elektrárne spaľujúce nekvalitné hnedé uhlie môžu vypustiť až 1200 ton CO2 na GWh vyrobenej elektriny. Vysokokvalitné uhlie produkuje menej emisií.

Dôležitá je aj technológia spaľovania z menej účinných „podkritických“ zariadení až ultrasuperkritické systémy, ktoré zvyšujú účinnosť kotla s viac vysoké tlaky. Najstaršie a najmenej efektívne podkritické elektrárne pracujú s účinnosťou 35 %. Nové technológie zvyšujú toto číslo na 40 %, a ultrasuperkritické až 45 % (HELE).

Podľa World Coal Association však aj uhoľné bloky HELE vypúšťajú okolo 800 t CO2/GW. To je približne dvojnásobok emisií plynových elektrární a asi 50 – 100-krát viac ako jadrové, veterné a solárne elektrárne. IEA nevidí žiadne budúce vyhliadky pre uhoľnú energiu v scenároch pred 2C, pretože zvyškové emisie sú príliš vysoké, dokonca aj pri zachytávaní a ukladaní uhlíka.

V roku 2017 došlo k malému nárastu produkcie uhlia a emisií CO2 v dôsledku rastúcej produkcie v Číne, aj keď zostávajú pod maximom z roku 2014.

Erózia uhoľného hospodárstva

Nízka miera využitia elektrární (LPL) je „korozívna“ pre ekonomiku tepelných elektrární spaľujúcich uhlie. Vo všeobecnosti sú navrhnuté tak, aby fungovali aspoň 80 % času, keďže majú relatívne vysoké fixné náklady. Z toho vychádza aj odhad nákladov na výstavbu novej uhoľnej jednotky, pričom nižšie zaťaženie zvyšuje náklady na jednotku elektriny. Dynamika poklesu NHI je obzvlášť toxická pre prevádzkovateľov uhoľných elektrární, ktorí súperia s rýchlo klesajúcimi cenami obnoviteľnej energie, lacným plynom v USA a rastúcimi cenami uhlia v EÚ. Obmedzenia dodávok uhlia zvyšujú ceny uhlia, čím ďalej narúšajú všetky zostávajúce výhody oproti alternatívam.

Nové environmentálne predpisy zvyšujú náklady na uhoľné elektrárne v mnohých jurisdikciách od EÚ po Indiu a Indonéziu. Majitelia uhoľných elektrární musia investovať do čistiarní odpadových vôd, aby splnili vyššie environmentálne normy, alebo svoje špinavé zariadenia úplne zatvoria. Táto kombinácia faktorov znamená, že väčšina existujúcej uhoľnej flotily v EÚ a dokonca aj v Indii čelí vážnym ekonomickým problémom, uvádza Financial thinktank Carbon Tracker. Zistilo sa, že do roku 2030 budú napríklad takmer všetky uhoľné elektrárne v EÚ nerentabilné. Zakladateľ Bloomberg New Energy Finance Michael Liebreich hovorí, že uhlie čelí dvom " zlomové body». Prvým je, keď sa nová obnoviteľná energia stane lacnejšou ako nové uhoľné elektrárne, čo sa už stalo vo viacerých regiónoch. Druhým je, keď sú nové obnoviteľné zdroje energie lacnejšie ako existujúce uhoľné elektrárne.

poznač si to tepelné elektrárne spaľujúce uhlie môžu pokračovať v prevádzke v nepriaznivých ekonomických podmienkach, Napríklad, s doplatkom za napájanie. Viaceré krajiny EÚ zaviedli túto prax v roku 2018.

V roku 2018 Čína, Vietnam a Thajsko úplne zrušili príplatky za solárnu výrobu. Výrazne ju znížili Filipíny a Indonézia. A v Indii je solárna výroba už lacnejšia ako uhlie. Teda v podmienkach skutočnej konkurencie, výroby uhlia v krajinách Juhovýchodná Ázia už stráca na obnoviteľných zdrojoch energie a bude sa rozvíjať pomalšie, ako sa plánovalo.

Kľúčové krajiny a regióny

Na výrobu elektriny používa uhlie 77 krajín, v roku 2000 to bolo 65 krajín. Odvtedy 13 krajín vybudovalo uhoľné kapacity a iba jedna krajina, Belgicko, ju zatvorila. Ďalších 13 krajín, ktoré predstavujú 3 % súčasnej kapacity, sa zaviazalo postupne vyradiť uhlie do roku 2030 v rámci aliancie „Leave Coal Behind Alliance“ pod vedením Spojeného kráľovstva a Kanady. Medzitým 13 krajín stále dúfa, že sa pridajú ku klubu uhoľnej energie.

Najlepších 10 Krajiny sveta uvedené na ľavej strane nižšie uvedenej tabuľky predstavujú 86 % z celkového počtu prevádzkovaných uhoľných elektrární. Vpravo v tabuľke - Najlepších 10 krajiny plánujúce vybudovať 64 % svetovej kapacity spaľujúcej uhlie.

Krajina/prevádzkové MW/podiel vo svete Krajina/vo výstavbe MW/podiel

Čína 935 472 47 % Čína 210 903 32 %

USA 278 823 14 % India 131 359 20 %

India 214 910 11 % Vietnam 46 425 7 %

Nemecko 50 400 3 % Türkiye 42 890 7 %

Rusko 48 690 2 % Indonézia 34 405 5 %

Japonsko 44 578 2 % Bangladéš 21 998 3 %

Južná Afrika 41 307 2 % Japonsko 18 575 3 %

Južná Kórea 37 973 2 % Egypt 14 640 2 %

Poľsko 29 401 1 % Pakistan 12 385 2 %

Indonézia 28 584 1 % Filipíny 12 141 2 %

Čína má najväčšiu prevádzkovú flotilu výroby uhlia a je domovom najväčšieho budovaného potrubia s výkonom 97 GW v okruhu 250 km pozdĺž delty rieky Jang-c'-ťiang okolo Šanghaja. To je viac, ako už existuje v ktorejkoľvek krajine okrem Indie a USA. Rusko má piatu najväčšiu flotilu na výrobu uhlia na svete, ktorá predstavuje iba 2 % celosvetovej výrobnej kapacity.

Čína

Za posledných 20 rokov sa najvýznamnejšie zmeny udiali v Číne. Jeho flotila na výrobu uhlia sa v rokoch 2000 až 2017 päťnásobne rozrástla. a dosiahol 935 GW alebo takmer polovicu svetovej kapacity.

Čína je tiež najväčším svetovým producentom CO2 a využíva polovicu svetového uhlia, takže jej budúca cesta je neúmerne dôležitá pre globálne úsilie v boji proti klimatickým zmenám.

Priemyselná činnosť a využívanie uhlia boli posilnené pred vymenovaním predsedu Xi za „doživotného vodcu“. Takéto energetické politiky by mohli posunúť rast emisií CO2 na najrýchlejšie tempo za mnoho rokov.

Niektorí analytici však tvrdia, že využívanie uhlia v Číne by sa do roku 2030 mohlo znížiť na polovicu. Vláda zavádza národný systém obchodovania s emisiami a vypína a obmedzuje novú uhoľnú energiu v reakcii na znečistenie ovzdušia a obavy súvisiace s podnebím. To znamená, že počet uhoľných elektrární vo výstavbe alebo plánovaných v roku 2017 sa v porovnaní s rokom 2016 znížil o 70 %, uvádza CoalSwarm.

Znamená to tiež, že plánované projekty pravdepodobne nedostanú povolenia potrebné na ich výstavbu, hovorí Lauri Myllyvirta, energetický analytik Greenpeace East Asia. „Mnohé z plánovaných projektov v Číne a Indii sú v podstate mŕtve. V Indii sú komerčne nelikvidné, nikto so zdravým rozumom ich nepostaví... v Číne to nedáva zmysel, pretože už majú príliš veľkú kapacitu, prebytok.“ Podľa amerického úradu pre energetické informácie (EIA) Kapacita a produkcia uhlia v Číne viac-menej dosiahli vrchol.

India

K druhému najväčšiemu zvýšeniu kapacity od roku 2000 došlo v Indii, kde sa uhoľná energetická flotila viac ako strojnásobila na 215 GW. V poslednej dobe sa stav výroby indického uhlia prudko zhoršil. IEA znížila svoju prognózu dopytu po indickom uhlí kvôli pomalší rast dopytu po elektrine a lacnejších obnoviteľných zdrojov energie. Podľa indického ministra energetiky v rozhovore pre Bloomberg v máji 2018 je približne 10 GW zariadení považovaných za „neživotaschopné“, ďalších 30 GW je pod „stresom“. “ píše Matthew Gray, analytik Carbon Tracker.

Najnovší indický národný energetický plán má za cieľ čiastočne vyradiť z prevádzky 48 GW uhoľných elektrární kvôli nové environmentálne normy. Počíta aj so spustením 94 GW novej kapacity, no kľúčoví globálni analytici považujú tento údaj za nereálny. Krajina plánuje uviesť do prevádzky 44 GW projektov, z ktorých 17 GW je pozastavených na mnoho rokov. " V Indii môže obnoviteľná energia už dodávať energiu za nižšie náklady ako nové a dokonca väčšina existujúcich uhoľných elektrární. “ hovorí Lauri Myllyvirta, energetický analytik Greenpeace East Asia.

USA

Vlna vyraďovania starej kapacity znížila produkciu uhlia v USA o 61 GW za šesť rokov, pričom ďalších 58 GW je naplánovaných na zatvorenie, poznamenáva Coal Swarm. To by znížilo americkú uhoľnú flotilu o dve pätiny, z 327 GW v roku 2000 na 220 GW v budúcnosti alebo menej.

Jedným zo spôsobov, ako zachrániť priemysel, sú plány Trumpovej administratívy na záchranu nerentabilných uhoľných elektrární z dôvodov národnej bezpečnosti, aby sa zachovala spoľahlivosť systému prostredníctvom kapacitných príplatkov, Bloomberg ich charakterizuje ako „bezprecedentný zásah do amerických energetických trhov“.

Na druhej strane podmienky na trhu v súčasnosti uprednostňujú plynové elektrárne a obnoviteľné zdroje energie. V Spojených štátoch nie je žiadna nová uhoľná kapacita. Očakáva sa, že odobratie uhoľnej kapacity v roku 2018 bude predstavovať 18 GW. V minulom roku bola spotreba uhlia v energetickom sektore USA najnižšia od roku 1982.

Európska únia

Vzhľadom na plány EÚ postupne vyradiť uhlie by sa uhoľná flotila únie mala do roku 2030 znížiť na 100 GW, teda polovicu celkovej kapacity v roku 2000. Krajiny EÚ spolu s Kanadou vedú Alianciu k postupnému vyraďovaniu uhlia. Spojené kráľovstvo, Francúzsko, Taliansko, Holandsko, Portugalsko, Rakúsko, Írsko, Dánsko, Švédsko a Fínsko oznámili postupné vyraďovanie uhoľných elektrární do roku 2030. Ich kapacita je 42 GW vrátane novovybudovaných tepelných elektrární.

Zároveň sa tu nachádza štvrtá a deviata najväčšia národná flotila na výrobu uhlia na svete v členských štátoch EÚ, konkrétne 50 GW v Nemecku a 29 GW v Poľsku. Komisia EÚ, ktorá má stanoviť konečný dátum pre nemeckú uhoľnú energiu, začala pracovať, hoci prevádzkovateľ siete v krajine tvrdí, že do roku 2030 môže byť odstavená len polovica uhoľnej flotily bez ohrozenia energetickej bezpečnosti. Poľsko jednoducho sľúbilo, že nebude stavať nové uhoľné elektrárne nad rámec toho, čo je už vo výstavbe.

Výskum IEA ukázal, že všetky uhoľné elektrárne v EÚ musia byť zatvorené do roku 2030, aby sa dosiahli ciele Parížskej dohody. Očakáva sa, že rastúce ceny CO2 povedú k prechodu od uhlia k plynu už v tomto roku, za predpokladu, že cena a dostupnosť plynu budú správne.

Ďalšie kľúčové krajiny

Ostatné ázijské krajiny, vrátane Južnej Kórey, Japonska, Vietnamu, Indonézie, Bangladéša, Pakistanu a Filipín, od roku 2000 spoločne zdvojnásobili svoje flotily na výrobu uhlia a v roku 2017 dosiahli 185 GW. Celkovo tieto krajiny vybudujú 50 GW nových tepelných elektrární a ďalších 128 GW sa plánuje prostredníctvom financovania a účasti na výstavbe z Číny, Japonska a Južnej Kórey.

Mnohé z týchto krajín vykazujú zmiešané známky využívania uhlia. Napríklad najnovší návrh národného energetického plánu Japonska zvažuje významnú úlohu uhlia v roku 2030, zatiaľ čo Parížska dohoda znamená, že Tokio musí dovtedy uhlie postupne vyradiť, poznamenáva Climate Analytics.

Vietnam je treťou krajinou z hľadiska plánovaného objemu výroby uhlia – 46 GW, z toho 11 GW je už vo výstavbe. „Vláda však stále viac investuje do zmeny tejto trajektórie,“ píše Alex Perera, zástupca riaditeľa pre energetiku v The World Resources Institute. „Vietnam poskytuje zaujímavú a dôležitú kombináciu podmienok, ktoré umožnia prechod na čistú energiu: záväzok vlády obnoviteľnej energii a súkromnému sektoru, ktorý sa snaží dosiahnuť čoraz prísnejšie ciele v oblasti čistej energie.

Indonézska vláda zakázala výstavbu nových uhoľných elektrární na najľudnatejšom ostrove Jáva. Štátna elektráreň bola kritizovaná za „veľmi prehnané predpovedanie rastu dopytu po elektrine“, aby odôvodnila plány na zavedenie nových uhoľných elektrární.

Türkiye má významné plány na rozšírenie svojej uhoľnej flotily. V súčasnosti je však vo výstavbe iba 1 GW z plánovaného 43 GW plynovodu.

Ďalšou krajinou s veľkými plánmi je Egypt, ktorý nemá ani uhoľné stanice, ani vlastné ložiská uhlia. Všimnite si, že žiadna z 15 GW plánovanej novej kapacity neprekročila najskoršie štádium schvaľovania, nedostala žiadne povolenia ani sa nestavia.

Južná Afrika má veľké ložiská uhlia a siedmu najväčšiu flotilu uhoľných elektrární na svete. Južná Afrika stavia 6 GW nových tepelných elektrární a plánuje uviesť do prevádzky ďalších 6 GW. Po zvolení Cyrila Ramaphosu začiatkom tohto roka sa však politická nálada v krajine mení a v apríli boli podpísané dlhodobé dohody o obnoviteľných zdrojoch energie v hodnote 4,7 miliardy dolárov. Ťažký priemysel v Juhoafrickej republike uprednostňuje obnoviteľné zdroje energie aj napriek tomu, že to trvá rozvoj výroby uhlia. Dôvodom je, že nové uhoľné stanice budú podľa odborníkov drahšie ako obnoviteľné zdroje energie. Legislatívne diskusie o úlohe uhlia v novom energetickom investičnom pláne Južnej Afriky sa uskutočnia koncom tohto leta.