Во всем мире растет интерес к устойчивому обеспечению надежными и недорогими источниками энергии. Это все чаще побуждает генерирующие предприятия изучать альтернативы ископаемому топливу, которое традиционно обеспечивало большую часть выработки электроэнергии.
Многие зарубежные развитые и развивающиеся страны продолжают полагаться на уголь в преобладающей степени, относительно своего энергетического баланса. В некоторых странах угольная энергетика работает на все более неопределенном рынке и сталкивается с острой конкуренцией со стороны других форм производства, таких как природный газ, атомная энергия и возобновляемые источники энергии.
Исходя из этого, операторы угольных электростанций продолжают искать пути повышения эффективности и продления срока службы своих установок, часто за счет повышения эксплуатационной гибкости и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду.
Это может быть достигнуто различными способами. Одним из вариантов, вызывающим интерес у некоторых энергетических компаний, является использование природного газа в угольных котлах. Это позволит избежать проблем с непостоянством возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, но, безусловно, сохранит некоторые недостатки, связанные с ископаемым топливом в целом.
Генерация как на угле, так и на газе имеет жизненно важное значение для питания многих развитых и развивающихся стран мира. И то, и другое используется для обеспечения безопасной и бесперебойной подачи электроэнергии, необходимой для того, чтобы экономика и общество могли развиваться и процветать.
В некоторых странах уголь обеспечивает большую часть энергии, тогда как в других преобладает газ. Тем не менее, есть много случаев, когда национальная энергетическая структура включает комбинации этих двух сырьевых источников. Каждый из них имеет свои хорошо документированные преимущества и недостатки, но в последние годы наблюдается растущий интерес к средствам, с помощью которых эти два вида топлива могут быть объединены экологически безопасным и экономически эффективным способом.
Хотя электростанции, работающие на угле, во многих странах уже используют природный газ для запуска оборудования и собственного обогрева, используемые количества часто весьма ограничены. Для обеспечения надежной работы, необходима постоянная гарантированная доступность газа. Этого можно добиться не везде.
Но с какой стати оператор завода хочет закупать газ в больших количествах? Какие выгоды это может дать? Как отмечалось ранее, меняющиеся рыночные условия все чаще вынуждают многие заводы находить новые методы работы, чтобы они оставались чистыми, эффективными и экономически жизнеспособными.
Замена части подачи угля газом и сжигание их вместе в парогенераторной установке может помочь повысить как топливную, так и эксплуатационную гибкость, что жизненно важно в сегодняшних, зачастую сложных условиях рынка электроэнергии.
Во многих странах природоохранное законодательство продолжает вводить требования для снижения уровня SO₂, NOₓ, твердых частиц, ртути и, в последнее время - CO₂. Все чаще операторы сталкиваются с дилеммой, что делать со своими заводами. Чтобы не вкладывать средства в модернизацию оборудования для контроля выбросов, они могут решить просто закрыть предприятие по экономическим причинам.
Например, многие заводы в США, в настоящее время находятся именно в такой ситуации. Если финансы позволяют, оператор может выбрать полное преобразование на 100% сжигание природного газа, но это может быть слишком дорого или непрактично.
В качестве альтернативы, должна быть возможность модифицировать установку так, чтобы в нее можно было добавлять природный газ, помогая поддерживать ее в рабочем состоянии. Сжигание газа представляется многообещающим вариантом по крайней мере для некоторых существующих угольных электростанций, и ряд генерирующих предприятий уже рассматривают преобразование или даже находятся в этом процессе, что позволяет им продолжать работать с использованием смеси угля и природного газа.
Важно отметить, что некоторые преобразования позволяют варьировать отношение угля к газу, обеспечивая полезную степень гибкости с точки зрения подачи топлива и работы установки.
Потенциально, газ может быть добавлен в существующую систему несколькими способами. Некоторые заменяют часть основного угольного сырья, тогда как другие используют газ в качестве средства для минимизации таких выбросов, как NOₓ.
- Возможная адаптация / повторное использование существующей инфраструктуры и систем управления. Многие угольные электростанции уже используют природный газ в качестве пускового или резервного топлива, поэтому необходимая инфраструктура и системы управления для подачи газа в котел, вероятно, уже на месте;
- Улучшенная топливная гибкость. Устраняется полная зависимость от одного источника топлива. Если возникает проблема с наличием одного топлива, установка может поддерживать работу, переключаясь на другое. Аналогичным образом, можно противостоять росту цен на любое топливо, изменяя коэффициент потребления;
- Экономия затрат может быть достигнута путем переключения на самое дешевое топливо в необходимое время. Также появляется возможность переключиться на более дешевые угли без риска потери мощности;
- Некоторые усовершенствования по контролю за выбросами могут быть сокращены по объему, задержаны или отменены в зависимости от качества угля, предполагаемого уровня сжигания газа и нормативно-правовой среды;
- Улучшенная эксплуатационная гибкость. Совместное включение может сократить время прогрева, позволяя подключить устройство к сети быстрее, чем не модифицированный эквивалент, а также обеспечивает более быстрое наращивание мощности. Более быстрый запуск может помочь минимизировать пиковые выбросы, иногда возникающие на этом этапе;
- Совместное сжигание может обеспечить значительное снижение достижимой минимальной удельной нагрузки, что является важным фактором для многих угольных электростанций. Кроме того, благодаря выделению значительного количества газа, в условиях низкой нагрузки, можно поддерживать минимальную рабочую температуру устройства селективного каталитического восстановления (если таковое имеется);
- Меньшая пропускная способность угля уменьшит износ измельчителей и систем обработки угля, а также сократит связанные с этим расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание;
- Снижение пропускной способности угля приводит к уменьшению количества твердых и жидких растительных отходов. Снизится количество золы, уменьшится количество отходов мельницы и прочего, произойдет экономия затрат на их переработку и утилизацию;
- Выбросы в атмосферу будут пропорционально ниже. Затраты на эксплуатацию систем экологического контроля, вероятно, будут ниже. При наличии систем контроля ртути потребуется меньше активированного угля.
Когда предполагается переход на совместное сжигание, должны быть рассмотрены различные технические вопросы. Например, вероятны значительные воздействия на теплообмен внутри котла. Характеристики теплопередачи пламени природного газа и угля заметно различаются и, в некоторых случаях, оригинальные поверхности теплообмена могут быть недостаточными для эффективного сжигания природного газа.
Если соответствующие меры не будут приняты, могут возникнуть проблемы с металлическими узлами и основные компоненты оборудования предприятий могут стать ненадежными.
Стоимость выработки электроэнергии из угля или газа может быть одинаковой. Но даже незначительные изменения в цене на топливо могут привести к значительным колебаниям себестоимости, и это может создать рыночные возможности для генерирующих компаний, имеющих, как газовые активы, так и угольные.
Совместное сжигание может стать возможным вариантом, позволяющим ценообразованию и рыночным условиям влиять на выбор. Замена части угля на газ считается вариантом с низким уровнем риска, позволяющим генерирующим предприятиям лучше соответствовать меняющимся требованиям рынка.
Добавление газа на угольных электростанциях дает генерирующим предприятиям возможность быстрого реагирования на изменение нагрузки, но сохраняет способность сжигать дешевый уголь. В странах, где спрос на электроэнергию колеблется, электростанции, которые способны быстро адаптироваться, чтобы соответствовать пикам и спадам, а также снижать мощность в периоды низкого спроса, с большей вероятностью будут прибыльными.
Совместное сжигание может обеспечить значительную экономию топлива и эксплуатационные расходы. Многие угольные электростанции были построены в эпоху, когда уголь был дешевым, давление на окружающую среду было низким, а конкуренция со стороны других генерирующих источников была ограниченной.
В настоящее время ожидается, что многие из этих станций будут работать в режимах без базовой нагрузки, для которых они не предназначены. Они должны адаптироваться и развиваться, чтобы выжить в долгосрочной перспективе, и способность работать на топливе, для которого они не были изначально рассчитаны, станет важным компонентом для этого.
Источник: Стивен Миллс, Объединение солнечной энергии с угольными электростанциями или сжигание природного газа, Чистая энергия, Том 2, Выпуск 1, июнь 2018 года, страницы 1–9, https://doi.org/10.1093/ce/zky004
Совместное сжигание природного газа и водорода (до 10% и выше) даст еще больший эффект, не только топливный и эксплуатационный, но и экологический и экономический.
Да если ещё с кислородным дутьем! :)
Посмотрел в одном из докладов по водородной экономике: сегодня электролизный водород дороже природного газа примерно в 20 раз и больше, реформированный из природного газа - раз в 5 минимум. Смесь из 90% газа и 10% водорода будет дороже обычного газа в 3 раза в первом случае, и в 1,4 - во втором. В чем экономический эффект?
Igorr Lavrenkoff, это как считать. 10 пальцев рук - вроде 100%. Но если еще прибавить пальцы ног, а нормировка прежняя, то у вас 200% пальцев!
Дополнительные занятия по физике и математике школьникам, хмм, от числа пальцев скорость кручения педалей и, соответственно, выработка энергии никак не зависит. Прибавляй, не прибавляй.
Igorr Lavrenkoff, вот в том и фокус ... а проценты приписать можно ...
Igorr Lavrenkoff, если бы не было экономического эффекта при тенденции снижения стоимости электролиза водорода, Великобритания не запустила бы проект HyDeploy.
Alex Poliakoff, это называется ответ не по существу. Из рубрики "есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, науке это неизвестно..."из ссылки на какой-то там проект что следует? что водород стал стоить в 1,5 раза дороже природного газа, стал дешевле природного газа? стоит столько же сколько природный газ? чтобы сделать водород, надо сначала добыть природный газ, доставить до электростанции, сжечь (везде на этих стадиях понести потери изначальной энергии), получить электроэнергию, транспортировать (опять потери) и затем через электролиз (тоже с потерями) получить водород. Затем его надо сжать (опять потери), а потом добавить в природный газ. Когда это закон сохранения энергии отменили и в связи с чем?
Смешивание природного газа и водорода получило собственное название. Сейчас этот пилотный проект на магистральных сетях Великобритании. В 2019 году пилотный проект HyDeploy по добавлению 20% водорода (вместо допустимых сейчас 0,1%) при подаче газа в распределительную сеть. Бывший зампред Газпрома Александр Медведев год назад делал предложение для правительства РФ о перспективности такого направления.
Из описания проекта явно, что он носит не экономический, а социальный характер - способствовать снижению эмиссии СО2.
Может быть лучше отходы лесопереработки сжигать в угольном блоке, а если есть газ, то на основе газовой турбины - подогрев конденсата организовать.
Igorr Lavrenkoff, Вы с чем не согласны? С экономическим и экологическим эффектом подмеса водорода в природный газ? Если для Вас нет экономического эффекта, то его Вам и не предлагаю. Достаточно будет экологического.
Alex Poliakoff, отличный метод отвечать на вопросы встречным, даже не вопросом, а типа наездом "с чем не согласны?" (проверить паспорт, прописку...) я задал конкретные вопросы, хотел бы получить конкретные ответы. Поскольку хочу внедрить эту технологию. Что сложного ответить на них. Не надо ничего при этом придумывать и тем более решать за собеседника. И нет, я согласен. Ответы будут?
Igorr Lavrenkoff, стоимость куба природного газа - 7 рублей, а электролизного водорода - 4 кВт электроэнергии или 4х7 - 28 рублей. Теплотворность куба природного газа - 9,3 кВт, а водорода - 33,2 кВт. Т.е. почти паритет. Значит есть экономическая целесообразность. И теперь главное: 7,23 рубля за кВт - это самый пиковый максимум. Можно на ночном тарифе платить 2,41 (т.е. 10 руб за куб водорода) или 5,56 на однотарифном счетчике. При этом 3,5Х превосходство в теплотворности остается. А если реально есть желание внедрять - то можно познакомиться с автономным бытовым электролизом на лэндинг-странице M-cycle.
http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RV/130002.shtm - тут немного другие расчеты, ну да ладно, все равно экономика видна. Без хранения и транспорта (а природный газ с ними), но это можно и так оценить.
Igorr Lavrenkoff, Вы там про закон сохранения вспоминали... Незнание этого закона не освободило людей от ответственности за природу и людей - и они сделали автономную установку щелочного электролиза. И стоимость в ней ниже 4 кВт за куб, и водород не отделяют от кислорода, и не хранят, и не транспортируют. Отсюда и экономическая целесообразность совсем другая - я знал о чем говорил не из учебников... И не просто подмешать водород в природный газ - с чего начали беседу, а все-все процессы в домохозяйстве обеспечить. Будет интерес - читайте M-cycle.
Albert Grigoriev, здесь изначально пост и дискуссия про подмешивания водорода к углю и к газу. Если говорить о любом горении топлива, то отличная экологическая (меньше выбросов) и экономическая (меньше расхода) тема - это горение в сильно увлажненном воздухе, до 50% влагосодержания.
А если ещё из самого угля выделять газ, то можно и не париться, где его брать.
Alex Poliakoff, есть ли разумный вариант использовать теплоту конденсации пара в условиях электростанции? Если нет, то считайте по низшей теплотворной способности - для метана 35,83 МДж/м³, для водорода 10,78 МДж/м³. Водород на НПЗ стоит примерно 900-1000 долларов за тонну (11200 м³), на его производство уходит 4160- 4600 м³ газа на 1 т водорода. На крупных установках - газ составляет 60-75% в себестоимости водорода. Электролизный водород дороже в несколько раз.
Господа "эксперты", кВт - это мощность, энергия - это кВт*час! Если теплотворная способность 1 м³ газа 9,3 кВт*часа, то электроэнергии из него можно получить около 60%. Это самый лучший, пожалуй, КПД (точнее КИТ) на сегодня! Это к оценке выгодности производства водорода электролизом и последующего его сжигания для производства электричества!
Igorr Lavrenkoff, в ваших рассуждениях попахивает "вечным двигателем" - чтобы получить водород надо сжечь газ, произвести электроэнергию, истратить ее на производство водорода и потом смешать водород с газом и получить новую электроэнергию... и вы утверждаете, что это снизит выбросы СО2! Может быть в том месте, где сжигаете последнюю смесь СО2 и уменьшится, а в целом не уменьшится! И в конечном итоге для производства единицы электроэнергии расход топлива (газа) возрастет! Сегодня КИТ при производстве электроэнергии при сжигании газа около 60% (это на самых современных блоках ПГУ!)!
Сергей Папафанасопуло, хмм... память моя, конечно, уже не та, но я точно ничего не утверждал про уменьшение выбросов СО2, а про "рассуждения, попахивающие вечным двигателем - это пересказ моих же сомнений в целесообразности нынешнего извлечения/применения водорода (выше в комментариях). С трудом понимаю смысл подобного пересказа. Да еще, вроде бы, как мне же в упрек.
Albert Grigoriev, у электролизного водорода есть сейчас проигрыш в цене, который может быть нивелирован после введения углеродного налога и снижения стоимости электролиза. А имеющийся выигрыш - это возможность автономного бытового применения сразу в нескольких приложениях в индивидуальных хозяйствах и на малых и средних предприятиях.
Изначально здесь обсуждается подмес водорода к углю, я написал про перспективу подмеса к газу или к другому топливу. Достаточно обоснована выгодность для случая автономного бытового электролиза и не только для выработки электричества, а для отопления, горячего водоснабжения, термических процессов и для подмеса к топливу в ДВС. В расчетах теплотворности и стоимости были правильные цифры. По размерности теплотворности вопросы к справочникам и экспертам, а не к трудящимся Таблица теплотворности.
Alex Poliakoff, так он давно применяется для сварки у частников и на малых предприятиях, в энергетике для охлаждения крупных паровых турбин (читайте средних предприятиях).
Alex Poliakoff, вы утверждаете, что вы дома разложите воду на кислород и водород, а потом этот водород сожжете (пусть даже в смеси с газом или еще с чем-то) и получите больше энергии чем если сожжете этот (первоначальный газ) в смеси с тем же и получите больше энергии? Здесь нужен Старик Хоттабыч или еще кто-нибудь с такой же профессией!
Сергей Папафанасопуло, здесь нужен Джейс Бонд, чтобы не смешивать и не взбалтывать две разные темы. Тема 1): Подмес водорода к природному газу (до 20%) сейчас тестируется на экономическую целесообразность. В экологической целесообразности этого сомнений нет. Тема 2): Я уже разложил воду на газ Брауна в промышленном образце и использую это минимум в 5 приложениях. Из электричества через водород в 1) тепло, 2) горячую воду, 3) во всякие сварки-обжиги-нагревы, 4) в регенерацию электричества из излишков и 5) подмес к топливу в ДВС - во всех 5 пунктах я перехожу эффективнее, чем через другие варианты носителей энергии. Особенно если у меня автономный дом без подключения к магистральному газу.
Зампред Газпрома Александр Медведев год назад делал предложение для правительства РФ о перспективности смешивания природного газа и водорода. Теперь бывший... Даже для России есть экономическая целесообразность подмешивать водород от щелочного электролиза к магистральному газу. А еще выгоднее - получать электролизом и использовать газ Брауна автономно в домохозяйствах и на МСБ предприятиях (тепло, горячая вода, горелки, генерация электричества, подмес к топливу в ДВС).
Написать комментарий
Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности