Технологии «чистого угля» для эффективной и безопасной энергетики
Капитальные затраты на реализацию ультра-сверхкритической технологии с низким уровнем выбросов загрязняющих веществ на 20-30% больше, чем докритической. Однако при ее использовании наблюдается более высокая эффективность работы энергетических установок со снижением выбросов загрязнителей и затрат на топливо до 75% по сравнению с докритическими установками
На данный момент около 27% мировых потребностей в первичной энергии удовлетворяется за счет угля. Выработка 38% электроэнергии в мире основана на угле. Около 70% мирового производства стали зависит от угольного топлива. Уголь - это самый распространенный и широко применяемый ископаемый ресурс в мире. Однако каждый год при его сжигании образуется более 14 миллиардов тонн углекислого газа (CO₂), который выбрасывается в атмосферу. Большая часть этих выбросов приходится на выработку электроэнергии.
Разработка «чистых угольных» технологий призвана решить эту проблему, чтобы огромные мировые угольные ресурсы могли использовать будущие поколения, не загрязняя окружающую среду. Большая часть трудностей, связанных с внедрением таких технологий, заключается в их коммерциализации, чтобы использование угля оставалось экономически конкурентоспособным при достижении низких, а в конечном итоге «почти нулевых» выбросов в атмосферу загрязняющих веществ. В большинстве своем экологически чистые технологические процессы оказываются дорогостоящими и энергоемкими.
По мере того, как многие угольные электростанции подходят к завершению срока своей службы, их замена открывает большие возможности для получения электроэнергии более экологически чистым способом. Наряду с ядерной энергетикой и использованием возобновляемых источников, одним из вариантов получения «чистого угля» является улавливание углерода с последующим его отделением и хранением. Или углерод можно не только улавливать и хранить, но и использовать. Для осуществления хранения углерода подразумевается обустройство геологических хранилищ CO₂ на глубине 2-3 км на постоянной основе. Однако на этот счет Международное энергетическое агентство (МЭА) отмечает: «УХУ (улавливание и хранение углерода) развивается медленно из-за высоких затрат и отсутствия политических и финансовых обязательств со стороны государств».
Поэтому на данный момент термин «чистый уголь» в большей степени используется для сверхкритических и ультра-сверхкритических угольных электростанций без УХУ, работающих с тепловым КПД 42-48%. Они также известны как высокоэффективные установки с низким уровнем выбросов. Капитальные затраты на реализацию ультра-сверхкритической технологии с низким уровнем выбросов загрязняющих веществ на 20-30% больше, чем докритической. Однако при ее использовании наблюдается более высокая эффективность работы энергетических установок со снижением выбросов загрязнителей и затрат на топливо до 75% по сравнению с докритическими установками. Сверхкритический парогенератор работает при очень высоких температурах (около 600 ⁰C) и давлениях (выше 22 МПа), при которых жидкая и газовая фазы воды не разделяются. В Японии и Южной Корее около 70% энергии, получаемой из угля, поступает от сверхкритических и ультра-сверхкритических электростанций.
Снижение угольных отходов
Сжигание угля, например, при выработке электроэнергии, приводит к образованию различных отходов, которые необходимо контролировать или, по крайней мере, вести их учет. Так называемые «чистые угольные» технологии представляют собой ряд развитых ответов на экологические проблемы конца 20-го века.
Тем не менее многие из них применяются уже много лет, перечислим некоторые:
- Очистка угля методом «промывки» с некоторых пор стала стандартной практикой во многих странах. Это снижает выбросы золы и диоксида серы при его сжигании;
- Электростатические и тканевые фильтры способны удалить 99% летучей золы из дымовых газов - эта технология сейчас широко используется;
- Десульфурация дымовых газов снижает выход диоксида серы в атмосферу до 97%. Использование этого процесса зависит от уровня серы в угле и степени ее восстановления. Технология широко используется там, где это необходимо;
- Горелки с низким уровнем выбросов NOx позволяют электростанциям, работающим на угле, снизить выбросы оксидов азота до 40%. В сочетании с технологиями повторного сжигания топлива выбросы NOx могут быть снижены на 70%, а применение избирательного каталитического восстановления способно сократить их на 90%;
- Повышенная эффективность энергетических установок с тепловым КПД до 46% сейчас и 50% в будущем приводит к меньшим выбросам загрязняющих веществ на кВт∙ч энергии по сравнению с устаревшими технологиями;
- Передовые технологии, такие как «интегрированный комбинированный цикл газификации» и сжигание топлива в «псевдоожиженном слое», позволяют достичь еще более высокого теплового КПД (до 50% в будущем);
- Использование «сверхчистого угля», получаемого с помощью современных технологий обработки сырья, со сниженной зольностью (менее 0,25%) и содержаним серы на очень низком уровне. Пылевидный уголь может использоваться в качестве топлива для очень больших судовых двигателей вместо тяжелого нефтяного топлива. Сейчас ведется разработка как минимум двух таких технологий;
- Газификация угля, включая подземную на месторождении. Для превращения угля в монооксид углерода и водород используется пар и кислород;
- Сжижение захваченного углекислого газа и помещение его в глубокие геологические пласты.
Некоторые из представленных технологий влекут за собой эксплуатационные расходы и потерю энергоэффективности без получения сопутствующей выгоды для оператора, хотя на внешние затраты почти наверняка будут все больше влиять налоги на выбросы углерода или аналогичные административные меры, которые изменят экономику сжигания угля.
Кроме этого, угольные отходы можно использовать с пользой. В 1999 году ЕС половину своей летучей золы и зольного остатка направил на производство строительных материалов (где летучая зола может заменить цемент).
Источник: World Nuclear Association
Комментарии ()