Природний газ як паливо для електростанцій доступний практично у всіх промислових зонах міст Росії. У 2010 році рівень газифікації в Росії в середньому становив 62%. У містах рівень газифікації піднявся за Останніми рокамина 6% до 67%. У сільській місцевості рівень газифікації зріс на 8% і сьогодні становить 44%.
Будівництво теплових електростанцій, що працюють на природному газі, вимагає відносно малих інвестицій - у порівнянні з електростанціями, що працюють на інших видах палива, таких як вугілля, уран, водень.
Електричний ККД сучасної газової електростанції сягає 55–60%, а вугільної – лише 32–34%. При цьому капітальні витрати на 1 МВт/год установленої потужності газової ТЕЦ становлять лише 50% вугільної, 20% атомної, 15% вітрової електростанції.
Газ економічно ефективніший за інші види палива та альтернативні джерела енергії.
Будівництво газової електростанції займає лише 14–18 місяців. На будівництво сучасної вугільної електростанції потрібно 54–58 місяців. Для того, щоб спорудити атомну електростанцію (АЕС) потрібно не менше 56-60 місяців.
Газ - найдоступніше та економічно виправдане рішення для виробників та споживачів електроенергії, які рахують гроші.
Альтернативні джерела енергії чи газові електростанції – хто переможе у найближчому майбутньому?
Ймовірно, колись альтернативні джерела енергії замінять викопні види палива, але це відбудеться не скоро. Наприклад, щоб на енергію вітру припало 10% світового енергоспоживання, необхідно від 1 млн. до 1,5 млн. вітрових турбін. Для того щоб легко розмістити ці вітрогенератори, знадобиться площа розміром 550 000 кв. км. Це дорівнює площі Ханти-Мансійського автономного округу або найбільшої європейській країні– Франції.
Проблема не лише у площі: альтернативні джерела – не саме краще рішенняз погляду бізнесу. Альтернативні джерела енергії поки що економічно неспроможні. Найекономічніший вид палива на сьогодні - це газ. Газ дозволяє отримувати більш дешеву електроенергію порівняно з альтернативною енергетикою.
Газ та екологія
Газ - значно чистіше паливо, ніж будь-який інший вуглеводневий енергоносій. При згорянні газу виділяється менше вуглекислого газу порівняно з іншими традиційними джерелами, наприклад, вугіллям. Це, відповідно, робить набагато менше негативний впливна довкілля. Сучасна газова електростанція практично не має шкідливих викидів в атмосферу і в цьому сенсі її емісії схожі на подібні показники звичайних газових плит. Оманою багатьох людей є помилкова думка про нібито абсолютно чисті альтернативні джерела енергії. Вітрові, геотермальні та гідроелектростанції теж завдають шкоди навколишньому середовищу і часом чималий.
Для ТЕЦ перехід із вугілля на газ сприяє різкому скороченню обсягів викидів вуглекислого газу в атмосферу. Газ має більшу теплоту згоряння, ніж вугілля. Щоб отримати рівну кількість енергії, вугілля треба просто більше спалити. Газові електростанції більш ефективні за ККД: при тому самому кількості тепла, що виділяється при горінні, газова ТЕЦ дає більше електрики.
Внаслідок заміни вугільних потужностей на газові ТЕЦ дає зниження викидів СО 2 на 50–70%.
Газ – екологічно адекватне паливо.
Запаси газу – чи вистачить їх нашим дітям та онукам?
Часто можна прочитати, що запаси газу є вичерпними, але це не так. Газу вистачить не лише на наш вік. Газ не скінчиться ні за життя наших дітей, ні за життя їхніх онуків. За оцінкою Міжнародного енергетичного агентства, за існуючих темпів видобутку газу вже відкритих запасів цього палива вистачить на 130 років видобутку. Йдеться про запаси газу, видобуток яких можливий і економічно ефективний за існуючого рівня технологій. Обсяг газових запасів оцінюється у 400 трлн. кубометрів.
Запаси нетрадиційного газу (такого, як газ у щільних породах, сланцевий газ і вугільний метан) складають ще не менше 380 трлн. кубометрів. З розвитком технологій їх видобуток стає дедалі реальнішою. Таким чином уже виявлених запасів газу вистачить приблизно на 250 років. У цьому постійно вдосконалюються методи розвідки, що дозволяє нарощувати запаси. До сьогоднішнього дняСША, найбільший у світі споживач енергоносіїв, забезпечені запасами нетрадиційного газу на 100 років наперед. Аналогічні запаси газу має і другий найбільший споживач - Китай.
Газ – вирішення проблеми енергодефіциту у XXI столітті.
13.12.2010
Президент Росії Дмитро Медведєвна засіданні Ради безпеки країни 13 грудня доручив уряду розробити доктрину енергетичної безпеки. Про це повідомляє РІА Новини
........................................
Президент зазначив, що зараз у Росії на електростанціях невиправдано часто використовується газ. "Ми все ще невиправдано витрачаємо наші газові запаси, переводячи на "блакитне паливо" навіть ті ТЕЦ та котельні, де можна було б ефективно використати вугілля", - цитує слова президента "Інтерфакс".
Є такі конструктивні рішення, на основі яких можна модернізувати існуючі та будувати нові теплові електростанції, забезпечуючи при цьому зниження вартості виробництва електроенергії та зменшення шкідливих викидів у навколишнє середовище
РІЧАРД Е. БОЛЗХАЙЗЕР, КУРТ Е. ІГЕР
"Світ науки" (Scientific American) №11 1987
В1879 р., коли Томас Алва Едісонвинайшов лампу розжарювання, почалася епоха електрифікації. Для виробництва великих кількостей електроенергії потрібно дешеве і доступне паливо. Цим вимогам задовольняло кам'яне вугілля, і перші електростанції (побудовані наприкінці XIX ст. самим Едісоном) працювали на вугіллі. У міру того, як у країні будувалося все більше і більше станцій, залежність від вугілля зростала. Починаючи з першої світової війни, приблизно половина щорічного виробництва електроенергії в США припадала на теплові електростанції, що працюють на кам'яному вугіллі. У 1986 р. загальна встановлена потужність таких електростанцій становила 289000 МВт, і вони споживали 75% усієї кількості (900 млн. т) вугілля, що видобувається в країні. Враховуючи існуючі невизначеності щодо перспектив розвитку ядерної енергетики та зростання видобутку нафти і природного газу, можна припустити, що до кінця століття теплові станції на вугільному паливі будуть виробляти до 70% всієї електроенергії, що виробляється в країні.
Однак, незважаючи на те, що вугілля довгий час було і ще багато років буде основним джерелом отримання електроенергії (у США на його частку припадає близько 80% запасів усіх видів природних палив), він ніколи не був оптимальним паливом для електростанцій. Питома вміст енергії на одиницю ваги (тобто теплотворна здатність) біля вугілля нижче, ніж у нафти чи газу. Його важче транспортувати, і, крім того, спалювання вугілля викликає низку небажаних екологічних наслідків, зокрема випадання кислотних дощів. З кінця 60-х років привабливість теплових станцій на вугіллі різко пішла на спад у зв'язку з посиленням вимог до забруднення середовища газоподібними та твердими викидами у вигляді золи та шлаків. Витрати на вирішення цих екологічних проблем поряд із зростанням вартості будівництва таких складних об'єктів, якими є теплові електростанції, зробили менш сприятливими перспективи їх розвитку з суто економічної точки зору.
Однак, якщо змінити технологічну базу теплових станцій на вугільному паливі, їхня привабливість може відродитися. Деякі з цих змін мають еволюційний характері і націлені головним чином збільшення потужності існуючих установок. Разом про те розробляються абсолютно нові процеси безвідходного спалювання вугілля, т. е. з мінімальним збитком навколишнього середовища. Впровадження нових технологічних процесів спрямоване на те, щоб майбутні теплові електростанції на вугільному паливі піддавалися ефективному контролю на ступінь забруднення ними навколишнього середовища, мали гнучкість з точки зору можливості використання різних видів вугілля і не вимагали більших термінів будівництва.
Щоб оцінити значення досягнень у технології спалювання вугілля, розглянемо коротко роботу нормальної теплової електростанції на вугільному паливі. Вугілля спалюється в топці парового котла, що є величезною камерою з трубами всередині, в яких вода перетворюється на пару. Перед подачею в топку вугілля подрібнюється в пилюку, за рахунок чого досягається майже така ж повнота згоряння, як і при спалюванні горючих газів. Великий паровий котел споживає щогодини в середньому 500 т пилоподібного вугілля і генерує 2,9 млн кг пара, що достатньо для виробництва 1 млн квт-год електричної енергії. За той же час казан викидає в атмосферу близько 100000 м3 газів.
Генерована пара проходить через пароперегрівач, де його температура і тиск збільшуються, а потім надходить у турбіну високого тиску. Механічна енергія обертання турбіни перетворюється електрогенератором на електричну енергію. Для того щоб отримати більш високий ккд перетворення енергії, пара з турбіни зазвичай повертається в котел для вторинного перегріву і потім рухає одну або дві турбіни низького тиску і тільки після цього конденсується шляхом охолодження; конденсат повертається у цикл котла.
Устаткування теплової електростанції включає механізми паливоподачі, котли, турбіни, генератори, а також складні системи охолодження, очищення димових газів та видалення золи. Всі ці основні та допоміжні системи розраховуються так, щоб працювати з високою надійністю протягом 40 або більше років при навантаженнях, які можуть змінюватись від 20% встановленої потужності станції до максимальної. Капітальні витрати на обладнання типової теплової електростанції потужністю 1000 МВт зазвичай перевищують 1 млрд. дол.
Ефективність, з якою тепло, звільнене при спалюванні вугілля, може бути перетворено на електрику, до 1900 р. становила лише 5%, але до 1967 р. досягла 40%. Іншими словами, за період близько 70 років питоме споживання вугілля на одиницю електричної енергії, що виробляється, скоротилося у вісім разів. Відповідно відбувалося і зниження вартості 1 кВт встановленої потужності теплових електростанцій: якщо в 1920 р. вона становила 350 дол. (у цінах 1967 р.), то в 1967 р. знизилася до 130 дол. Ціна електроенергії, що відпускається, також впала за той же період 25 центів до 2 центів за 1 кВт-чай.
Однак, починаючи з 60-х років темпи прогресу стали падати. Ця тенденція, мабуть, пояснюється тим, що традиційні теплові електростанції досягли межі своєї досконалості, що визначається законами термодинаміки та властивостями матеріалів, з яких виготовляються котли та турбіни. З початку 70-х років ці технічні чинники посилилися новими економічними та організаційними причинами. Зокрема, різко зросли капітальні витрати, темпи зростання попиту на електроенергію сповільнилися, посилилися вимоги щодо захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів та подовжилися терміни реалізації проектів будівництва електростанцій. Через війну вартість виробництва електроенергії з вугілля, мала багаторічну тенденцію до зниження, різко зросла. Справді, 1 кВт електроенергії, виробленої новими тепловими електростанціями, коштує тепер більше, ніж у 1920 р. (у порівнянних цінах).
ДЕМОНСТРАЦІЙНА СТАНЦІЯ "Cool Water" фірми Southern California Edison щодня переробляє 1000 т кам'яного вугілля, отримуючи газ, що згорає без відходів.
Продукти згоряння обертають газову турбіну електрогенератора. Відпрацьоване тепло вихлопних газів використовується для водяної пари, яка обертає парову турбіну іншого електрогенератора.
На фотографії видно два вугільні бункери (у центрі). Праворуч від них газифікаційна установка, система охолодження газів та електрогенеруюче обладнання.
В останні 20 років на вартість теплових електростанцій на вугільному паливі найбільше впливали вимоги до видалення газоподібних, що посилилися.
рідких та твердих відходів. На системи газоочищення та золовидалення сучасних теплових електростанцій тепер припадає 40% капітальних витрат та 35% експлуатаційних витрат. З технічної та економічної точок зору найбільш значним елементом системи контролю викидів є установка для десульфуризації димових газів, часто звана системою мокрого (скрубберного) пиловловлення. Мокрий пиловловлювач (скруббер) затримує оксиди сірки, що є основною забруднювальною речовиною, що утворюється при згорянні вугілля.
Ідея мокрого пиловловлення проста, але на практиці виявляється важко здійсненною і дорогою. Лужна речовина, зазвичай вапно або вапняк, змішується з водою, розчин розпорошується в потоці димових газів. Окисли сірки, що містяться в димових газах, абсорбуються частинками лугу і випадають з розчину у вигляді інертного сульфіту або сульфату кальцію (гіпсу). Гіпс може бути легко видалений або, якщо він досить чистий, може знайти збут як будівельний матеріал. У більш складних і дорогих скруберних системах гіпсовий осад може перетворюватися на сірчану кислотуабо елементарну сірку - цінніші хімічні продукти. З 1978 р. установка скруберів є обов'язковою на всіх теплових електростанціях, що будуються, на пилокутному паливі. Внаслідок цього в енергетичній промисловості США зараз більше скруберних установок, ніж у всьому світі.
Вартість скруберної системи на нових станціях зазвичай становить 150-200 дол. на 1 кВт встановленої потужності. Установка скруберів на станціях, що діють, спочатку спроектованих без мокрого газоочищення, обходиться на 10-40% дорожче, ніж на нових станціях. Експлуатаційні витрати на скрубери досить високі незалежно від того, встановлені вони на старих чи нових станціях. У скруберах утворюється величезна кількість гіпсового шламу, який необхідно витримувати у відстійних ставках або видаляти у відвали, що створює нову екологічну проблему. Наприклад, теплова електростанція потужністю 1000 МВт, що працює на кам'яному вугіллі, що містить 3% сірки, виробляє на рік стільки шламу, що можна покрити площу в 1 км2 шаром завтовшки близько 1 м.
Крім того, системи мокрого газоочищення споживають багато води (на станції потужністю 1000 МВт витрата води становить близько 3800 л/хв), а їх обладнання та трубопроводи часто схильні до засмічення та корозії. Ці фактори збільшують експлуатаційні витрати та знижують загальну надійність систем. Нарешті, у скруберних системах витрачається від 3 до 8% вироблюваної станцією енергії на привід насосів і димососів та на підігрів димових газів після газоочищення, що необхідно для запобігання конденсації та корозії в димових трубах.
Широке поширення скруберів в американській енергетиці був ні простим, ні дешевим. Перші скруберні установки були значно менш надійними, ніж решта обладнання станцій, тому компоненти скруберних систем проектувалися з великим запасом міцності та надійності. Деякі з труднощів, пов'язані з установкою та експлуатацією скруберів, можуть бути пояснені тим фактом, що промислове застосування технології скруберного очищення було розпочато передчасно. Тільки тепер, після 25-річного досвіду, надійність скруберних систем досягла прийнятного рівня.
Вартість теплових станцій на вугільному паливі зросла не тільки через обов'язкову наявність систем контролю викидів, а й тому, що вартість будівництва сама по собі різко підскочила вгору. Навіть з урахуванням інфляції питома вартість встановленої потужності теплових станцій на вугільному паливі нині втричі вища, ніж у 1970 р. За минулі 15 років «ефект масштабу», тобто вигода від будівництва великих електростанцій, був зведений нанівець значним подорожчанням будівництва . Частково це подорожчання відбиває високу вартість фінансування довгострокових об'єктів капітального будівництва.
Який вплив має затримка реалізації проекту, можна побачити з прикладу японських енергетичних компаній. Японські фірми зазвичай більш спритні, ніж їхні американські колеги, у вирішенні організаційно-технічних та фінансових проблем, які часто затримують введення в експлуатацію великих будівельних об'єктів. У Японії електростанція може бути побудована та пущена в дію за 30-40 місяців, тоді як у США для станції такої ж потужності зазвичай потрібно 50-60 місяців. При таких великих термінах реалізації проектів вартість нової станції, що будується (і, отже, вартість замороженого капіталу) виявляється порівнянною з основним капіталом багатьох енергетичних компаній США.
Тому енергетичні компанії шукають шляхи зниження вартості будівництва нових електрогенеруючих установок, зокрема застосовуючи модульні установки меншої потужності, які можна швидко транспортувати та встановлювати на існуючій станції для задоволення зростаючої потреби. Такі установки можуть бути пущені в експлуатацію в більш короткий термін і тому окупаються швидше, навіть якщо коефіцієнт окупності капіталовкладень залишається незмінним. Установка нових модулів тільки в тих випадках, коли потрібне збільшення потужності системи, може дати чисту економію до 200 дол. на 1 кВт, незважаючи на те, що при застосуванні малопотужних установок втрачаються вигоди від «ефекту масштабу».
В якості альтернативи будівництву нових електрогенеруючих об'єктів енергетичні компанії також практикували реконструкцію старих електростанцій, що діють, для поліпшення їх робочих характеристик і продовження терміну служби. Ця стратегія, природно, потребує менших капітальних витрат, ніж будівництво нових станцій. Така тенденція виправдовує себе і тому, що електростанції, збудовані близько 30 років тому, ще не застаріли морально. У деяких випадках вони працюють навіть з вищим ккд, оскільки не оснащені скруберами. Старі електростанції набувають все більшої питомої ваги в енергетиці країни. У 1970 р. лише 20 електрогенеруючих об'єктів США мали вік понад 30 років. До кінця століття 30 років буде середнім віком теплових електростанцій на вугільному паливі.
Енергетичні компанії також шукають шляхів зниження експлуатаційних витрат на станціях. Для запобігання втратам енергії необхідно забезпечити своєчасне попередження про погіршення робочих характеристик найважливіших ділянок об'єкта. Тому безперервне спостереження станом вузлів і систем стає важливою складовою експлуатаційної служби. Такий безперервний контроль природних процесів зносу, корозії та ерозії дозволяє операторам станції вжити своєчасних заходів та попередити аварійний вихід із ладу енергетичних установок. Значимість таких заходів може бути правильно оцінена, якщо врахувати, наприклад, що вимушений простий станції на вугільному паливі потужністю 1000 МВт може завдати енергетичній компанії збитків в 1 млн. дол. на день, головним чином тому, що невироблена енергія має бути компенсована шляхом енергопостачання дорожчих джерел.
Зростання питомих витрат на транспортування та обробку вугілля та на шлаковидалення зробив важливим фактором і якість вугілля (визначається вмістом вологи, сірки та інших мінералів), що визначає робочі характеристики та економіку теплових електростанцій. Хоча низькосортне вугілля може коштувати дешевше від високосортного, його витрати на виробництво тієї ж кількості електричної енергії значно більші. Витрати перевезення більшого обсягу низькосортного вугілля можуть перекрити вигоду, обумовлену його нижчою ціною. Крім того, низькосортне вугілля дає зазвичай більше відходів, ніж високосортне, і, отже, необхідні великі витрати на видалення шлаку. Нарешті, склад низькосортного вугілля схильний до великих коливань, що ускладнює «налаштування» паливної системи станції на роботу з максимально можливим ккд; у цьому випадку система має бути відрегульована так, щоб вона могла працювати на вугіллі найгіршої очікуваної якості.
На діючих електростанціях якість вугілля може бути поліпшена або принаймні стабілізована шляхом видалення перед спалюванням деяких домішок, наприклад мінералів, що містять сірки. У очисних установках подрібнене «брудне» вугілля відокремлюється від домішок багатьма способами, що використовують відмінності у питомій вазі або інших фізичних характеристиках вугілля та домішок.
Незважаючи на зазначені заходи щодо поліпшення робочих характеристик діючих теплових електростанцій на вугільному паливі, у США до кінця століття потрібно буде ввести до ладу додатково 150000 МВт енергетичних потужностей, якщо попит на електроенергію зростатиме з очікуваним темпом 2,3% на рік. Для збереження конкурентоспроможності вугілля на енергетичному ринку, що постійно розширюється, енергетичним компаніям доведеться використовувати нові прогресивні способиспалювання вугілля, які є більш ефективними, ніж традиційні, у трьох ключових аспектах: менше забруднення навколишнього середовища, скорочення термінів будівництва електростанцій та покращення їх робочих та експлуатаційних характеристик.
СПАЛЮВАННЯ ВУГІЛЛЯ У ПСЕВДОЖИРЕНОМУ ШАРУ зменшує потребу у допоміжних установках з очищення викидів електростанції.
Псевдозріджений шар суміші вугілля і вапняку створюється в топці котла повітряним потоком, в якому тверді частинки перемішуються і знаходяться у зваженому стані, тобто поводяться так само, як у киплячій рідині.
Турбулентне перемішування забезпечує повноту згоряння вугілля; при цьому частинки вапняку реагують з окислами сірки та уловлюють близько 90% цих оксидів. Оскільки нагрівальні груби котла безпосередньо стосуються киплячого шару палива, генерація пари відбувається з більшою ефективністю, ніж у звичайних парових котлах, що працюють на подрібненому куті.
Крім того, температура вугілля, що горить, в киплячому шарі нижче, що запобігає плавленню котельного шлаку і зменшує утворення оксидів азоту.
ГАЗИФІКАЦІЯ ВУГІЛЛЯ може бути здійснена нагріванням суміші вугілля та води в атмосфері кисню. Продуктом процесу є газ, що складається в основному з окису вуглецю та водню. Після того, як газ буде охолоджений, очищений від твердих частинок і звільнений від сірки, його можна використовувати як паливо для газових турбін, а потім для водяної пари для парової турбіни (комбінований цикл).
Станція з комбінованим циклом викидає в атмосферу менше забруднюючих речовин ніж звичайна теплова станція на вугіллі.
В даний час розробляється більше десятка способів спалювання вугілля з підвищеним ккд та меншою шкодою для навколишнього середовища. Найбільш перспективними серед них є спалювання в псевдозрідженому шарі та газифікація вугілля. Спалювання по першому способу проводиться в топці парового котла, яка влаштована так, що подрібнене вугілля в суміші з частинками вапняку підтримується над решіткою топки у зваженому (псевдо-зрідженому) стані потужним висхідним потоком повітря.
Зважені частки поводяться по суті так само, як і в киплячій рідині, тобто знаходяться в турбулентний рухщо забезпечує високу ефективність процесу горіння. Водяні труби такого котла знаходяться в безпосередньому контакті з «киплячим шаром» палива, що горить, в результаті чого велика частка тепла передається теплопровідністю, що значно більш ефективно, ніж радіаційне і конвективне перенесення тепла в звичайному паровому котлі.
Котел з топкою, де вугілля спалюється у псевдозрідженому шарі, має велику площутеплопередаючих поверхонь труб, ніж звичайний котел, що працює на подрібненому в пил вугіллі, що дозволяє знизити температуру в топці і тим самим зменшити утворення оксидів азоту. (Якщо температура у звичайному котлі може бути вище 1650 °С, то в котлі зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вона знаходиться в межах 780-870 °С.) Більш того, вапняк, примішаний до вугілля, пов'язує 90 або більше відсотків сірки, що звільнилася з вугілля при горінні, оскільки нижча робоча температура сприяє проходженню реакції між сіркою та вапняком з утворенням сульфіту або сульфату кальцію. Таким чином, шкідливі для навколишнього середовища речовини, що утворюються при спалюванні вугілля, нейтралізуються на місці утворення, тобто в топці.
Крім того, котел зі спалюванням у псевдозрідженому шарі за своїм пристроєм та принципом роботи менш чутливий до коливань якості вугілля. У топці звичайного котла, що працює на пилоподібному вугіллі, утворюється величезна кількість розплавленого шлаку, який часто забиває теплопередаючі поверхні і тим самим знижує ккд і надійність котла. У казані зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вугілля згоряє при температурі нижче точки плавлення шлаку і тому проблема засмічення поверхонь нагрівання шлаком навіть не виникає. Такі котли можуть працювати на вугіллі нижчої якості, що в деяких випадках дозволяє суттєво знизити експлуатаційні витрати.
Спосіб спалювання в псевдозрідженому шарі легко реалізується в казанах модульної конструкції з невеликою паропродуктивністю. За деякими оцінками капіталовкладення на теплову електростанцію з компактними котлами, що працюють за принципом псевдозрідженого шару, можуть бути на 10-20% нижче капіталовкладень на теплову станцію традиційного типу такої ж потужності. Економія досягається за рахунок скорочення часу будівництва. Крім того, потужність такої станції можна легко наростити зі збільшенням електричного навантаженнящо важливо для тих випадків, коли її зростання в майбутньому заздалегідь невідоме. Спрощується і проблема планування, оскільки такі компактні установки можна швидко змонтувати, щойно виникне необхідність збільшення вироблення електроенергії.
Котли зі спалюванням в псевдозрідженому шарі можуть також включатися в схему існуючих електростанцій, коли необхідно швидко збільшити потужність, що генерується. Наприклад, енергетична компанія Northern States Power переробила один із пиловугільних котлів на станції в шт. Міннесота в котел із псевдозрідженим шаром. Переробка здійснювалася з метою збільшення потужності електростанції на 40%, зниження вимог до якості палива (котел може працювати навіть на місцевих відходах), ретельнішого очищення викидів та подовження терміну служби станції до 40 років.
За минулі 15 років масштаби застосування технології, що використовується на теплових електростанціях, оснащених виключно котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі, розширилися від дрібних експериментальних та напівпромислових установок до великих «демонстраційних» станцій. Така станція з загальною потужністю 160 МВт будується спільно компаніями Tennessee Valley Authority, Duke Power та Commonwealth of Kentucky; Компанія Colorado-Ute Electric Association, Inc. пустила в експлуатацію електрогенеруючу установку потужністю 110 МВт з котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі. У разі успіху цих двох проектів, а також проекту компанії Northern States Power, спільного підприємства приватного сектора із загальним капіталом близько 400 млн. дол., економічний ризик, пов'язаний із застосуванням котлів зі спалюванням у псевдозрідженому шарі в енергетичній промисловості, буде значно зменшений.
Іншим способом, який, щоправда, вже існував у більш простому виглядіще в середині XIX ст. є газифікація кам'яного вугілля з отриманням «чисто палаючого» газу. Такий газ придатний для освітлення та опалення і широко використовувався в США до Другої світової війни, поки не був витіснений природним газом.
Спочатку газифікація вугілля привернула увагу енергетичних компаній, які сподівалися за допомогою цього способу отримати паливо, що згоряє без відходів, і за рахунок цього позбутися скруберного очищення. Тепер стало очевидно, що газифікація вугілля має важливішу перевагу: гарячі продукти згоряння генераторного газу можна безпосередньо використовувати для приводу газових турбін. У свою чергу, відпрацьоване тепло продуктів згоряння після газової турбіни може бути утилізовано з метою отримання пари для приводу парової турбіни. Таке спільне використання газових та парових турбін, зване комбінованим циклом, є нині одним із самих ефективних способіввиробництва електричної енергії
Газ, отриманий газифікацією кам'яного вугілля та звільнений від сірки та твердих частинок, є чудовим паливом для газових турбін і, як і природний газ, згоряє майже без відходів. Високий ККД комбінованого циклу компенсує неминучі втрати, пов'язані з перетворенням вугілля на газ. Більше того, станція з комбінованим циклом споживає значно менше води, тому що дві третини потужності розвиває газова турбіна, яка не потребує води на відміну від парової турбіни.
Життєздатність електричних станцій з комбінованим циклом, що працюють на принципі газифікації вугілля, була доведена досвідом експлуатації станції Cool Water фірми Southern California Edison. Ця станція потужністю близько 100 МВт була введена в експлуатацію у травні 1984 р. Вона може працювати на різних сортахвугілля. Викиди станції по чистоті не відрізняються від викидів сусідньої станції, що працює на природному газі. Вміст оксидів сірки у газах, що йдуть підтримується на рівні значно нижче встановленої норми за допомогою допоміжної системи уловлювання сірки, яка видаляє майже всю сірку, що міститься у вихідному паливі, і виробляє чисту сірку, що використовується в промислових цілях. Утворення оксидів азоту запобігається додаванню до газу води перед спалюванням, що знижує температуру горіння газу. Більш того, залишок в газогенераторі залишок вугілля, що згорів, піддається переплавці і перетворюється в інертний склоподібний матеріал, який після охолодження відповідає вимогам, що пред'являються в штаті Каліфорнія до твердих відходів.
Крім більш високого ккд та меншого забруднення навколишнього середовища станції з комбінованим циклом мають ще одну перевагу: вони можуть споруджуватись у кілька черг, так що встановлена потужність нарощується блоками. Така гнучкість будівництва зменшує ризик надмірних чи, навпаки, недостатніх капіталовкладень, пов'язані з невизначеністю зростання попиту електроенергію. Наприклад, перша черга встановленої потужності може працювати на газових турбінах, а як паливо використовувати не вугілля, а нафту або природний газ, якщо поточні ціни на ці продукти низькі. Потім, зі зростанням попиту електроенергію, додатково вводять у лад котел-утилізатор і парова турбіна, що збільшить як потужність, а й ккд станції. Згодом, коли попит на електроенергію знову збільшиться, на станції можна буде збудувати установку для газифікації вугілля.
Роль теплових електростанцій на вугільному паливі є ключовою темою, коли йдеться про збереження природних ресурсів, захист навколишнього середовища та шляхи розвитку економіки. Ці аспекти цієї проблеми не обов'язково є конфліктуючими. Досвід застосування нових технологічних процесів спалювання вугілля показує, що вони можуть успішно та одночасно вирішувати проблеми та охорони навколишнього середовища, та зниження вартості електроенергії. Цей принцип було враховано у спільній американо-канадській доповіді про кислотні дощі, опублікованій минулого року. Керуючись пропозиціями, що містяться в доповіді, конгрес США в даний час розглядає можливість заснування генеральної національної ініціативи з демонстрації та застосування «чистих» процесів спалювання вугілля. Ця ініціатива, яка поєднає приватний капітал з федеральними капіталовкладеннями, націлена на широке промислове застосування в 90-ті роки нових процесів спалювання вугілля, включаючи котли зі спалюванням палива в киплячому шарі та газогенератори. Однак навіть за широкому застосуваннінових процесів спалювання вугілля в найближчому майбутньому зростаючий попит на електроенергію не зможе бути задоволений без цілого комплексу узгоджених заходів щодо консервації електроенергії, регулювання її споживання та підвищення продуктивності теплових електростанцій, що працюють на традиційних принципах. Економічні та екологічні проблеми, що постійно стоять на порядку денному, ймовірно, призведуть до появи абсолютно нових технологічних розробок, які принципово відрізняються від тих, що були тут описані. У перспективі теплові електростанції на вугільному паливі можуть перетворитися на комплексні підприємства з переробки природних ресурсів. Такі підприємства перероблятимуть місцеві види палива та інші природні ресурсита виробляти електроенергію, тепло та різні продукти з урахуванням потреб місцевої економіки. Крім котлів зі спалюванням у киплячому шарі та установок для газифікації вугілля такі підприємства будуть оснащені електронними системамитехнічної діагностики та автоматизованими системамиуправління та, крім того, корисно використовувати більшість побічних продуктів спалювання вугілля.
Таким чином, можливості покращення економічних та екологічних факторів виробництва електроенергії на базі кам'яного вугілля дуже широкі. Своєчасне використання цих можливостей залежить, однак, від того, чи зможе уряд проводити збалансовану політику щодо виробництва енергії та захисту навколишнього середовища, яка б створила необхідні стимули для електроенергетичної промисловості. Необхідно вжити заходів до того, щоб нові процеси спалювання вугілля розвивалися та впроваджувалися раціонально, при співпраці з енергетичними компаніями, а не так, як це було з впровадженням скруберного газоочищення. Все це можна забезпечити, якщо звести до мінімуму витрати та ризик шляхом добре продуманого проектування, випробування та вдосконалення невеликих досвідчених експериментальних установок з подальшим широким промисловим впровадженням систем, що розробляються.
У Калінінградській області реалізується проект, який поставить крапку у питаннях енергобезпеки анклавного регіону Росії. Йдеться про будівництво нових електростанцій. Три працюватимуть на газі, одна (резервна) – на вугіллі. При цьому технології, що застосовуються на нових ТЕС, дозволять мінімізувати вплив на навколишнє середовище. Кореспондент калінінградських «Вістей» Руслан Смолін побував у Красноярську, де чотири роки тому було введено в експлуатацію новий енергоблок вугільної станції.
У дні нашого візиту на електростанцію, а це середина листопада, на вулиці було близько 20. Через це кілька разів дала збій відеокамера. Але, якби не мороз, цей білий стовп ми б не побачили. Адже з труби йде не дим, а саме тепла пара.
ТЕЦ-3 – найсучасніша електростанція міста на Єнісеї. Спочатку станція забезпечувала лише теплом, а з 2012 року – ще й електрикою. Новий енергоблок був збудований, щоб закрити питання дефіциту енергії.
Подача палива до котельного відділення ТЕС здійснюється за закритим конвеєром. Так буде й на електростанції під Калінінградом.
За цим величезним кожухом - дорогий електрофільтр, який здійснює очищення димових газів. Після нього в атмосферу потрапить мізерна кількість викидів, - нуль цілих три десятих відсотки. Подібним обладнанням буде оснащено і вугільну станцію в Калінінградській області.
Петро Посаженников, заступник головного інженера з експлуатації: – По першості навіть не розуміння. Люди дзвонили й казали: "У вас, що там блок відключився?". Та ні! У нас такий ступінь очищення. Просто не видно.
Тетяна Телешева, начальник хімічного цеху Красноярської ТЕЦ-3: - У нас ніякі скиди не відбуваються, все йде в цикл замкнутий. Є у нас і очищення зливових стоків. Тобто всі води з дахів, доріг, проммайданчики, всі йдуть на наші очисні споруди. Там відбувається очищення. Вода у нас відповідає всім нормам та ГОСТам.
Робота станції справила враження на блогера Калінінграда Віталія Климова. До Сибіру він приїхав, щоб зблизька подивитися на вугільну станцію, і оцінити правдивість найпопулярніших «страшилок».
Віталій Клімов, блогер: - Дуже вражений, на вугільній станції дуже чисто. Навіть сніг білий навколо. У цехах у всіх приміщеннях ідеальна чистота, ні порошинки. Немає чорних вантажників, які ходять і лопатами вантажать вугілля. Таке сучасне підприємство такого європейського рівня і подекуди кажуть, що навіть краще.
Руслан Смолін, кореспондент: На Красноярській ТЕЦ-3 вихідних немає. Вона працює постійно. На відміну від Приморської ТЕС у Калінінградській області, яка буде резервним джерелом енергії на випадок перебоїв із постачанням газу.
Теплові електростанції виробляють нашій країні близько 80% електроенергії. Ці станції працюють на кам'яному вугіллі, торфі, сланцях, природному газі. Розглянемо, наприклад, принцип роботи теплової електростанції на кам'яному куті. Кам'яне вугілляпривозиться до станції залізницею, розвантажується і складується.
Відомо, що великі шматки вугілля горять погано та повільно
Істотно покращити процес горіння можна, спалюючи вугільний пил. Тому привезене вугілля спочатку подрібнюють, а потім у кульових млинах важкі сталеві кулі перетворюють шматочки вугілля на дрібний пил. Потоком гарячого повітря цей пил вдується в топку парового котла через спеціальні пальники. Згоряючи на льоту, пил перетворюється на яскравий смолоскип полум'я з температурою горіння до 1500 градусів. Полум'я нагріває воду у тонких трубках, якими зсередини покриті бічні стінки котельної топки. Розпечені топкові гази прямують димарем, зустрічаючи на своєму шляху кип'ятільні трубки.
У них нагріта полум'ям вода перетворюється на пару
Далі гази потрапляють в економайзер - пристрій для поповнення запасів води в казані і підігрівають у ньому воду. Потім гази потрапляють у підігрівач повітря, в якому нагрівається повітря, що надходить разом із вугільним пилом у пальники котлів.
Вугілля чудово горить, якщо в топці гарна тяга. Сильну потяг дає висока труба. Однак для потужних казанів труби виявляється недостатньо - доводиться додатково встановлювати потужні димососи. Димові гази несуть у собі багато золи. Тому їх очищають у золоуловлювачах, а золу відвозять у золовідвали.
Складність наведеного процесу спалювання вугілля повністю виправдовується високим к.п.д. такої теплової електростанції – до 90% тепла, укладеного у вугіллі, перетворюється на електричну енергію.
Отже, паливо згоріло, передавши свою енергію воді. Вода в казані перетворилася на пару. Але цю пару ще не можна пускати в турбіну - вона недостатньо гаряча і, остигаючи, швидко перетворитися на краплі води. Тому пара потрапляє в змійовики пароперегрівача, розташованого в димарі між кип'ятильними трубами та економайзером. Там пара додатково нагрівається до дуже високої температури 500-600 градусів при тиску 150-250 атмосфер. Така стиснена і перегріта пара паропроводами прямує в парові турбіни.
Турбіни на теплових електростанціях бувають не лише різної потужності, а й різної конструкції. Існують малі одноступінчасті турбіни потужністю в десятки кіловат. А є і багатоступінчасті турбіни - гіганти потужністю від 500 до 1500 кіловат.
Чим вище температура і тиск пари на вході в турбіну і чим нижчі вони на виході, тим більше енергії пари використовує турбіна.
Щоб знизити температуру та тиск пари на виході з турбіни, його не випускають у повітря, а направляють у конденсатор. Всередині конденсатора по тонких латунних трубках циркулює холодна вода. Вона охолоджує пару, перетворюючи її на воду, яку називають конденсатом. Від цього тиск у конденсаторі стає в 10-15 разів нижчим за атмосферний.
Отже, пара, що віддала практично всю свою енергію, перетворюється на конденсат - дуже чисту воду, що не містить хімічних або механічних домішок. Ця очищена вода потрібна у котлах, тому конденсат знову закачують у котел, замикаючи цикл руху води на тепловій станції.
Зазвичай потужна парова турбіна має швидкість 3000 оборотів за хвилину і її вал безпосередньо з'єднаний з валом електричного генератора, що виробляє трифазний змінний струмчастотою 50 періодів на секунду та напругою 10-15 тисяч вольт. Електроенергія – основний та найголовніший продукт теплової електростанції.
На більшості станцій вироблена електроенергія поділяється на три потоки
Частина її прямує кабелем споживачам, розташованим неподалік. Інша невелика частина – до 8% – йде на задоволення власних технологічних потреб станції. Більша частина виробленої електроенергії призначається для міст і промислових підприємств, що знаходяться на великому віддаленні – в десятках і сотнях кілометрів від станції. На великі відстані електроенергію передають високовольтними лініями при напрузі 110, 220, 400, 500 і 800 тисяч вольт. Для створення такої високої напруги на станції є підвищуюча трансформаторна підстанція та розподільчий пристрійвисокої напруги. Від нього до міст та підприємств розходяться високовольтні лінії електропередач.
Описана електростанція має замкнутий водяний цикл, що виробляє тільки електричний струмі називається «конденсаційною» (оскільки вся пара потрапляє в конденсатор).
Однак крім електроенергії потрібна ще й пара та гаряча вода. Для отримання на електростанціях встановлюють спеціальні теплофікаційні турбіни. Вони складаються з двох частин – циліндрів високого та низького тиску. Відпрацьовує пару в циліндрі високого тиску, а циліндр низького тиску надходить вже тільки частина пари. Іншу частину з турбіни відбирають та направляють у теплообмінник. Там дуже гаряча турбінна пара нагріває воду, перетворюючи її на вторинну пару. Потім турбінна пара йде далі своєю дорогою в конденсатор, а вторинна пара прямує споживачеві.
У місті частина вторинної пари потрапляє у теплообмінники – бойлери, в яких нагріває воду для опалення приміщень та побутових потреб у житлових будинках.
Теплові електростанції, які одночасно дають електричну енергію та тепло, називаються теплоелектроцентралями (ТЕЦ). Конденсаційні електростанції вигідно будувати поблизу багатих вугільних родовищ, торф'яних боліт, якщо поряд є підходящі водоймища.
Незважаючи на віддаленість такої станції від міста, передавати проводами електричний струм виявляється значно простіше і вигідніше, ніж возити паливо (торф, вугілля тощо).
А біля міст і великих заводіввигідно будувати ТЕЦ Ці станції забезпечать місто і теплом та електрикою. Сучасні ТЕЦ, що працюють на природному газі, практично не забруднюють повітря та є незамінними супутниками будь-якого міста, або великого промислового підприємства. Крім того, будівництво теплової електростанції обходиться значно дешевше і займає менше часу, ніж, наприклад, будівництво ГЕС. Газові ТЕЦ можуть бути швидко збудовані в будь-якому районі, будучи найбільш безпечним джерелом енергії.
Просто про складне - Теплова електростанція для виробництва електроенергії
- Галерея зображень, картинки, фотографії.
- Теплова електростанція- Основи, можливості, перспективи, розвиток.
- Цікаві факти, корисна інформація.
- Зелені новини – Теплова електростанція.
- Посилання на матеріали та джерела – Теплова електростанція для виробництва електроенергії.
- Схожі записи
Що таке вугільна електростанція? Це таке підприємство з виробництва електрики, де першим у ланцюжку з перетворення енергії стоїть вугілля (кам'яне, буре).
Згадаймо ланцюжок перетворення енергії на електростанціях, що працюють за циклом .
Перше в ланцюзі стоїть паливо, у нашому випадку вугілля. Воно має хімічною енергією, яка при згоранні в котлі перетворюється на теплову енергіюпара. Ще теплову енергію можна назвати потенційною. Далі потенційна енергія пари на соплах перетворюється на кінетичну енергію. Кінетичну енергію ми назвемо швидкістю. Ця кінетична енергія на виході із сопел турбіни штовхає робочі лопатки та обертає вал турбіни. Тут виходить механічна енергіяобертання. Вал нашої турбіни жорстко зчеплений із валом електричного генератора. Ось уже в електричному генераторімеханічна енергія обертання перетворюється на електричну енергію - електрику.
У вугільній електростанції є як переваги, так і недоліки в порівнянні, наприклад, з газовою (звичайною не брати до уваги сучасні ПГУ).
Переваги вугільних електростанцій:
- Низька вартість палива;
- Порівняльна незалежність від поставок палива (є великий вугільний склад);
- і все.
Недоліки вугільних електростанцій:
- Низька маневреність - обумовлена додатковим обмеженням по виходу шлаку з, якщо він з рідким шлаковидаленням;
- Високі викиди, порівняно з газовими;
- Нижчий ККД з відпуску електроенергії - тут додаються втрати в котлі і збільшення власних електричних потреб за рахунок системи вугільного пилеприготування;
— більше, ніж на газових станціях витрати на пов'язане з тим, що додається абразивний знос і більша кількість допоміжних установок.
З цього порівняння видно, що вугільні електростанції програють газовим. Але все ж таки світ не відмовляється від їх будівництва. Це пов'язано насамперед з економічної точки зору.
Візьмемо, наприклад, нашу країну. У нас є деякі місця на карті, де видобувають у великій кількості вугілля. Найвідоміше - Кузбас (Кузнецький вугільний басейн), вона ж Кемеровська область. Там досить багато електростанцій, найбільші — і крім них є ще трохи менше. Всі вони працюють на вугіллі, за винятком кількох енергоблоків, де може використовуватися як резервне паливо газ. У Кемеровській області така велика кількість вугільних електростанцій зумовлена, звичайно, тим, що вугілля видобувають «під боком». Практично відсутня транспортна складова у ціні вугілля для електричних станцій. До того ж, деякі власники ТЕС є також власниками вугільних підприємств. Здається, чому там не будують газові станції.
До того ж розвідані запаси вугілля незрівнянно більші, ніж розвідані запаси природного газу. Це стосується вже енергетичної безпеки країни.
У розвинених країнах зробили крок далі. З вугілля роблять так званий синтетичний газ, штучний аналог газу. До цього газу пристосували вже деякі з них, які можуть працювати у складі ПДУ. А тут уже зовсім інші ККД (вище) та шкідливі викиди (нижче) порівняно з вугільними станціями та й зі старими газовими.
Отже, можна зробити висновок: вугілля, як паливо для виробництва електрики, людство буде використовувати завжди.