Гориво, студена вода и въздух са това, което ТЕЦ консумира. Пепел, гореща вода, дим и електричество са това, което произвежда.
Топлоелектрическите централи работят на различни видове гориво.
В средната лента съветски съюзмного електроцентрали работят на местно гориво - торф. Изгаря се в пещите на парни котли на бучки върху движещи се решетки или под формата на торфен стъргот - смлян торф - в минно-мелнични пещи или пещи на инж. Шершнев.
Фрезен торф се получава чрез отстраняване на дребни стърготини, трохи от торфената маса чрез назъбени барабани - фрези. След това тази троха се изсушава.
Изгаряне на смлян торф чиста форма дълго времеостава нерешен проблем, докато в нашия СССР инженерът Шершнев не проектира пещ, в която смлян торф се изгаря в суспензия. Смелият торф се издухва в пещта с въздух. Неизгорелите големи частици падат, но отново се поемат от силен въздушен поток и по този начин остават в суспензия в горивната камера до пълното изгаряне.
През 1931 г. в СССР е пусната първата електроцентрала в света, в която се изгаря смлян торф в такива пещи. Това е регионалната електроцентрала в Брянск.
По-късно, за изгаряне на смлян торф, са построени шахтови мелнични пещи. В минните мелници смлян торф се суши, раздробява, смесва се с въздух и вече под формата на много малки изсушени частици влиза в пещта, където изгаря.
В петролните райони на СССР има и електроцентрали, работещи на течно гориво - мазут (дестилация на отработено масло). Електроцентралите, разположени в близост до металургични заводи, консумират като гориво доменен газ и газ от коксови пещи. С откриването на находища на природен газ някои електроцентрали започнаха да използват този газ в пещите на своите котли.
Но нито едно от тези горива не е толкова повсеместно, колкото въглищата. Повечето от топлоелектрическите централи в СССР използват различни видове въглища като гориво.
Съвременните електроцентрали са много непретенциозни по отношение на качеството на въглищата. Те могат да използват пепел и блажни въглища, които не са подходящи за изгаряне в пещи на параходи и парни локомотиви, в доменни пещи и мартенови пещи.
Преди това в електроцентралите въглищата се изгаряха в пещите на парните котли на решетки - същите като в печките за торф и дърва за огрев. Практиката показва, че е много по-изгодно да се изгарят въглища под формата на фин прах - въглищен прах. За да се получи, въглищата се смилат в мелници. В същите мелници се суши. Повечето съвременни топлоелектрически централи работят на въглищен прах.
Една топлоелектрическа централа изисква много голямо количество вода. Парните котли трябва да се захранват. Но най-вече водата се използва за охлаждане на отпадната пара, за кондензирането й.
Съвременните големи ТЕЦ се изграждат предимно на брега на река, езеро или специално създадено езерце. Но не винаги на мястото, където се строи електроцентралата, има достатъчно количество вода. В този случай те се задоволяват с малък резервоар, където водата се „охлажда изкуствено с помощта на спрей басейни или охладителни кули.
ФИГ. 4-4. Разпределение на загубите и полезна енергия в парна турбинна електроцентрала.
Числата от 7 до 6 показват загубите: 1 - загуби в котела (влезли в околния въздух и за отопление на котелното помещение); 2-загуби с димни газове ^ - загуби в паропроводи; 4 - загуби в турбината и за отопление на турбинната зала; 5 - загуби в генератора; 6 - загуби с охлаждаща вода.
В кондензационна електроцентрала вътрешните и охладителните загуби на вода са 77%. В комбинирана топлоелектрическа централа част от топлината, съдържаща се в избраната и отпадна пара на турбините, се използва в промишлени предприятия 7 и за битови нужди 8. Общите загуби са 65%.
Топлата вода се стича към пръскащите басейни под налягане. Тръбна система разпределя тази вода между множество дюзи. От тях излиза вода малки фонтани, се разпръсква във фин спрей, охлажда се от околния въздух и, вече охладен, пада в басейна.
Охладителните кули са високи, кухи вътре в кулата. В долната им част по обиколката са разположени решетки. Топла вода се излива върху решетките при слаб дъжд. Въздухът преминава през този изкуствен дъжд, загрява се от топлината на водата и заедно с водната пара навлиза в централната част на охладителната кула. Тази гигантска тръба създава тяга. Топъл въздухсе издига и се изхвърля. Над охладителните кули винаги има огромни облаци пара.
Комбинираните топлоелектрически централи - съкратено CHP - са електроцентрали, които освен електрическа енергия дават и топлина на потребителите под формата на пара за технологичните нужди на фабрики и заводи и под формата на топла вода, отиващи за отопление на жилища и битови нужди на населението.
Комбинираните топлоелектрически централи са много по-икономични от обикновените или, както се наричат, кондензационни централи. При последния повече от половината от топлината, генерирана от изгарянето на горивото, се отвежда с охлаждащата вода. При комбинираните топлоелектрически централи тези загуби са много по-малки, тъй като част от парата, изразходвана в турбините, отива директно към потребителите и за подгряване на вода за отопление и топла вода на околността.
И така, най-разпространената в нашия СССР е ТЕЦ, работещ на въглища, изгорени в пещите на парни котли в прахообразно състояние. Ще посетим такава електроцентрала.
Топлавоподана
За да се генерира 1 kWh електричество в модерна електроцентрала, се изразходват само няколкостотин грама въглища, но дори една „средна” електроцентрала консумира няколко хиляди тона въглища на ден.
Тук портите на електроцентралата бяха отворени и, дрънчейки с буфери, бавно навлиза друга композиция от тежки смокини. 4-5. технологичен процес на ТЕЦ (горивоснабдяване и котелно помещение). Въглищата на бучки, подавани в саморазтоварващи се коли към бункерите на разтоварващата навеса 1 през конвейерната система 2, влизат в бункерите 3 на трошащата кула и през магнитния сепаратор 4 и решетката 5 - в трошачката 6, където се раздробяват. на парчета с размер 10-13 ΛίΛί. След трошачката фините въглища се подават през конвейер 2 към конвейерите на бункерна галерия 7 и през тях в бункери за сурови въглища на котли 8.
От бункерите за сурови въглища посредством лентово подаващо устройство 9, комбинирано с лентова везна, въглищата постъпват в топката мелница 10, където се смилат и изсушават с димните газове, подавани в мелницата по газопровод 11. Сместа от въглища прахът и газовете се изсмукват от мелницата чрез мелников вентилатор (аспиратор) 12, преминава през мелниковия сепаратор 13, където големи прахови частици се отделят и се връщат през прахопровода 14 обратно в мелницата. Финият прах с газове влиза в циклона 15, където прахът се отделя от газовете и се излива в кошчето за прах 16. От праховия циклон 15 газовете се изсмукват през газопровода 17 и през горелката 19
Издухано в пещта на котела 20.
В същия поток от газове посредством прахоподаващи устройства 18 се добавя количеството прах, необходимо за дадено натоварване на котела. Вентилаторът 21 отвежда нагрят въздух от горната част на котелното помещение, задвижва го през въздушния нагревател 22, където въздухът се довежда до температура от 300 - ^ 50° и го доставя в количеството, необходимо за пълното изгаряне на прахът през въздуховодите 23 към горелките 19. Огнените факли, излизащи от горелките, имат температура около 1500°. Образуваните при изгарянето на праха нажежени димни газове отделят част от топлината си чрез излъчване към екраниращите тръби 24, се засмукват излизат от пещта чрез димоотвод 29 и се изхвърлят в комина 31 от него през свинята 30.
По пътя от горивната камера газовете измиват 25 тръби за кипене, паропрегревател 26, бойлер - воден икономийзер 27 и въздушен нагревател 22. Температурата на газа пада под 200 °. В електрофилтрите 28 отработените газове се почистват от пепел, която се излива заедно с шлаката от пещта в хидравличните канали за отстраняване на пепел 12, от които се отвежда от мощна струя вода.
Водата влиза в котела от машинното помещение през тръбопровода за захранваща вода 33, преминава през водния икономийзер 27, където се нагрява приблизително до точката на кипене за дадено налягане, подава се в барабана на котела 34 и оттам запълва цялата тръба система. Получената пара се отвежда от горната част на котелния балабан през парни тръби 35 към паропрегревателя 26. Прегрятата пара през главния парен клапан 37 през прегрят паропровод 36 отива в турбинната зала към турбините.
четириосни саморазтоварни гондоли. Всеки е способен! задържа до 60 тона въглища.
Влакът се подава към вагонната везна, където всяка гондола се претегля. Претеглянето на горивото е необходимо, за да се поддържа точно отчитане на техническите и икономически показатели на електроцентралата и паричните разплащания с железопътните и снабдителните мини.
След претегляне част от колите отиват в склада за въглища, където се разтоварват за създаване на запаси от въглища. Необходим е склад при евентуални смущения в транспорта.
Складовете за въглища на централата са оборудвани с мощни товаро-разтоварни механизми - портални кранове, кабелни кранове, парни или електрически самоходни грайферни кранове. Времето за престой на вагоните при товарене и разтоварване е сведено до минимум.
В зависимост от условията за доставка на гориво, складът съхранява достатъчно въглища, за да поддържа централата да работи при пълно натоварване в продължение на няколко дни или дори седмици.
Друга част от вагоните, останали при вагонната везна, се поема от гаровия парен локомотив I 1 се подава към дълга сграда - разтоварващата барака. Големите двойни врати на разтоварващия навес се отварят, предупредителните сигнали светват, звънецът бие и целият влак, заедно с парния локомотив, влизат за разтоварване.
Работниците завъртат заключващите лостове, отварят долните странични щитове на мотогондолите и черна струя въглища се излива в големи ями с желязна мрежа и едро окото, разположени от двете страни на коловоза. Това са кошчета за разтоварване. Мощните електрически лампи на тавана изглеждат мрачни от облаците прах, които се издигат нагоре.Въглищата бяха поднесени сухи, защото има толкова много Фиг. 4-6. технологичен процес (продължение на фиг. 4-5). ТЕЦ (електроцентрала и ел. част).
Прегрятата пара от котлите през паропровод 1 постъпва в парната турбина 2, където топлинната енергия на парата се преобразува в механична енергия. Роторът на турбината върти ротора на свързания с него генератор L. Парата, изразходвана в турбината, влиза в 4, където се втечнява - кондензира, отдавайки топлината си на циркулиращата вода. Парата, превърната във вода - кондензат, се изпомпва от кондензатната помпа b и се изпраща към акумулаторните резервоари 7 и деаератора b, в който кислородът се отстранява от нагрятата вода. В деаератора '4, в допълнение към кондензата, през тръбопровод 12 се добавя вода от химическа обработка на водата за компенсиране на загубите на кондензат, дренажът от събирателните дренажни резервоари 10 също се подава тук чрез помпа 9. В зависимост от консумацията на вода на котелното помещение , кондензатът или се натрупва в резервоара за съхранение, или се консумира от него към деаератора. Освобождаването на вода от разтворения в нея кислород става при преминаване през деаераторната глава 11.
Захранващата помпа / 5 поема вода от деаератора и я задвижва под налягане през нагревателя 14, където водата се загрява от избраната пара от турбината и преминава през захранващата тръба под налягане 15 към котелното помещение към котлите. Изпускащата се пара от турбината, в допълнение към нагревателя, се подава и към главата на деаератора.
Мощна циркулационна помпа 16 се изпомпва през месинговите тръби 5 на студената вода на кондензатора ( циркулираща вода). Отработената пара от турбината измива тези тръби, отдава топлината си на циркулиращата вода и кондензира. Топла циркулираща вода през тръбопровода 17 навлиза в изхода 18 на охладителната кула, тече от там по решетката 19 под формата на фин дъжд и, срещайки се с въздушния поток, отиващ към кулата 20 на охладителната кула, се охлажда и от приемният басейн 2/, вече охладен, се връща към всмукателната циркулационна помпа 16.
От статора на генератора, генерираната електрическа енергия чрез кабел 22 през разединителите на генератора 23 и масления превключвател 24 се отклонява към шините на разпределителното устройство 27. От шините част от електричеството чрез спомагателни понижаващи трансформатори се изпраща към захранване на електродвигателите със собствено потребление и на осветлението на станцията. По-голямата част от електричеството чрез повишаващи трансформатори 26 и маслени превключватели 27 преминава по линията за високо напрежение 28 към общата линия за високо напрежение.
мрежа на електроенергийната система.
прах. Но се случва и по различен начин. През есента и зимно времекогато вали силен дъжд и сняг, съдържанието на влага във въглищата се увеличава неимоверно. Въглищата замръзват и трябва да бъдат избити от гондолите с лостове.
От разтоварните бункери въглищата през лентова конвейерна система; канавка, първо под земята, а след това изкачваща се нагоре през наклонени галерии, навлиза в трошачната кула. Тук чуковите трошачки го смилат на парчета с размер 10-13 мм. Оттук въглищата отиват в бункерите за сурови въглища на парните котли. Това завършва икономичността на цеха за доставка на гориво.
Фабрика за пара
Когато стоите долу в котелното, на пътеката между бойлерите, изглежда сякаш сте на тясна улица между високи сгради... Само вкъщи необичаен вид, обшит с черно боядисани стоманени листове и заобиколен от леки стоманени решетъчни пътеки и стълби. Съвременните котли достигат височината на пететажна сграда.
От всички страни котелът е с гладка черна обвивка. Само на самия връх се вижда сребърен купол, сякаш дирижабъл е вграден в котела. Това е барабанът на котела. Куполът на стоманения барабан е покрит със слой топлоизолация и боядисан с алуминиев бронз. В купола има люк, за да можете да влезете вътре в барабана по време на монтаж и ремонт.
На няколко места по корпуса на котела има малки дупчици. Нека отворим един от тях. Лицето веднага се къпе в жега, непоносимо ярка светлина удря в очите. Надникващите влизат в пещта на котела, където се изгаря горивото. Срещу една от отворените горелки има черна тръба със стъклена леща в края, като половин чифт бинокъл. Това е оптичен пирометър, който измерва температурата в горивната камера. Вътре в тръбата на пирометра е поставена чувствителна тръба. Проводниците от него отиват към галванометъра, фиксиран върху контролния топлинен щит на котела. Скалата на галванометъра е градуирана в градуси.
Температурата вътре в пещта на котела е повече от хиляда и половина градуса, а облицовката на стените му е само топла. Пламъкът в пещта е заобиколен от всички страни от поредица от тръби, пълни с вода и свързани с барабана на котела. Тези тръби - воден екран, както се наричат - възприемат лъчистата енергия на нажежаемите газове на пещта. Зад тръбите на екрана има зидария от огнеупорни тухли... Зад слой от огнеупорни тухли се полага слой от изолационни диатомитни тухли с много ниска топлопроводимост. И зад тази тухла, директно под стоманените облицовъчни панели, беше положен още един слой стъклена вата или азбест. Тръбите, излизащи от котела, са покрити с дебел слой топлоизолация. Всички тези мерки значително намаляват топлинните загуби в околната среда.
Вътре в горивната камера
В близост котелът е спрян за ремонт. През отвора в стената му можете да влезете във вътрешността на камината до временна алея, направена за времето на ремонта. Колко сиво е всичко вътре!
И четирите стени на горивната камера са покрити с водопреградни тръби. Тръбите са покрити със слой от насипна пепел и шлака. На някои места по страничните стени на пещта тръбите са разведени и се виждат зейнали черни дупки - горелки, през които се вдухва въглищен прах в пещта:
В долната част стените на камината се стесняват под формата на обърната пирамида, преминаваща в тясна шахта. Това е бункер за шлака и шлакова мина. Тук попада шлаката, образувана при изгарянето на въглищен прах. От шлаковите мини шлаката и пепелта се отмиват със силна струя вода в каналите за отстраняване на пепелта или се изсипват в колички и се транспортират до пепелнищата.
Когато стоите на дъното на пещта, лошото осветление първоначално прикрива височината на пространството на пещта. Но тази височина става забележима, ако погледнете една от тръбите на водния екран от самото дъно до върха.
Отдолу, на нивото на платформата, тръбите изглеждат дебели като рамо и пролуките между тях са ясно различими. В горната част грубите се огъват, образувайки плоска арка. А там горе тези тръби изглеждат като сламки, положени на равни редове. Трябва да хвърлите глава назад, за да проверите арката на горивната камера. Неволно устата се отваря и в нея отгоре се изсипва пепел.
По време на работа на котела всичките му водопроводи са непрекъснато покрити със слой от въглеродни отлагания, слой пепел и сажди. Това влошава преноса на топлина от горещите газове към водата в тръбите. По време на ремонта на котела всичките му водопроводи се почистват старателно.
Дизайнерите на парни котли регулират скоростта на нажежаемите газове, преминаващи през тръбните снопове, достатъчно високо, за да намалят отлагането на твърди частици върху тях. В противен случай щяха да се образуват израстъци като сталактити и сталагмити в пещерите.
Освен това, по време на работа на котела, от време на време се предполага, че тръбите му се издухват със силна струя сгъстен въздух или пара.
Обемът на пещта на котела е повече от хиляда кубически метра. Страшно е да си помислим какво се случва в това огромно пространство по време на работа на котела, когато цялото е изпълнено с бушуващи пламъци и вихри от горещи газове.
Какво е електроцентрала, работеща с въглища? Това е такова предприятие за производство на електроенергия, където въглищата (въглища, кафяви) са първи във веригата за преобразуване на енергия.
Нека си припомним веригата за преобразуване на енергия в електроцентрали, работещи в цикъл.
Първото във веригата е горивото, в нашия случай въглищата. Той притежава химическа енергия, която при изгаряне в котел се превръща в топлинна енергия от пара. Топлинната енергия може да се нарече и потенциална. Освен това потенциалната енергия на парата в дюзите се превръща в кинетична енергия. Ще наречем скорост на кинетична енергия. Тази кинетична енергия на изхода на дюзите на турбината избутва лопатките на ротора и завърта вала на турбината. Тук се получава механичната енергия на въртене. Валът на нашата турбина е твърдо свързан с вала на електрическия генератор. Вече в електрически генератор механичната енергия на въртене се преобразува в електрическа енергия - електричество.
Електроцентралата, работеща с въглища, има както предимства, така и недостатъци в сравнение, например, с газова (няма да вземаме предвид съвременните ПГУ, както обикновено).
Предимства на въглищните електроцентрали:
- ниска цена на горивото;
- сравнителна независимост от доставките на гориво (има голям склад за въглища);
- и това е.
Недостатъци на въглищните електроцентрали:
- ниска маневреност - поради допълнителни ограничения за изхода на шлака от, ако е с течно шлакоотвеждане;
- високи емисии в сравнение с газ;
- по-ниска ефективност за доставка на електроенергия - това добавя загуби в котела и увеличаване на собствените електрически нужди поради системата за пулверизиране на въглища;
- повече, отколкото на бензиностанциите, разходите се дължат на факта, че се добавя абразивно износване и по-голям брой спомагателни инсталации.
От това малко сравнение може да се види, че електроцентралите, работещи с въглища, губят от тези, работещи с газ. Въпреки това светът не отказва да ги изгради. Това се дължи преди всичко на икономическата гледна точка.
Да вземем нашата държава например. Имаме някои места на картата, където се добива големи количестваах въглища. Най-известният е Кузбас (Кузнецки въглищен басейн), известен още като Кемеровска област. Има доста електроцентрали, най-големите - и освен тях има и няколко по-малки. Всички те работят на въглища, с изключение на няколко енергоблока, където газът може да се използва като резервно гориво. В района на Кемерово има толкова много въглищни електроцентралипоради, разбира се, факта, че въглищата се добиват "наблизо". В цената на въглищата за електроцентрали на практика няма транспортен компонент. Освен това някои собственици на ТЕЦ са и собственици на въглищни предприятия. Изглежда ясно защо там не се строят бензиностанции.
Освен това доказаните запаси от въглища са несравнимо по-големи от доказаните запаси от природен газ. Това вече важи и за енергийната сигурност на страната.
V развити странипристъпи по-нататък. Така нареченият синтетичен газ, изкуствен аналог на природния газ, се произвежда от въглища. Някои вече са се приспособили към този газ, който може да работи като част от CCGT агрегат. И тук вече има напълно различни коефициенти на ефективност (по-високи) и вредни емисии (по-ниски), в сравнение с въглищните станции и дори със старите бензиностанции.
Така че можем да заключим, че въглищата, като гориво за производството на електроенергия, човечеството винаги ще използва.
От 2000 г. световният капацитет за производство на въглища се удвои до 2000 GW в резултат на експлозивния растеж на инвестиционните проекти в Китай и Индия. Други 200 GW са в процес на изграждане и 450 GW се планират в целия свят. През последните десетилетия въглищните електроцентрали произвеждат 40-41% от световната електроенергия - най-големият дял в сравнение с други видове производство. В същото време пикът в производството на електроенергия от въглища беше достигнат през 2014 г., а сега започна деветата вълна от намаляване на натоварването на работещите ТЕЦ и тяхното затваряне. Повече за това в нашия преглед на Carbon Brief.
От 2000 г. световният капацитет за производство на въглища се удвои до 2000 GW в резултат на експлозивния растеж на инвестиционните проекти в Китай и Индия. Други 200 GW са в процес на изграждане и 450 GW се планират в целия свят. В клуба на производителите на въглища има 77 държави, още 13 планират да се присъединят към него до 2030 г.
През последните десетилетия въглищните електроцентрали произвеждат 40-41% от световната електроенергия - най-големият дял в сравнение с други видове производство.
В същото време пикът в производството на електроенергия от въглища беше достигнат през 2014 г., а сега започна деветата вълна от намаляване на натоварването на работещите ТЕЦ и тяхното затваряне. През годините ЕС и САЩ затвориха 200 GW, други 170 GW трябва да бъдат спрени до 2030 г. От 9 април 2018 г. 27 държави се присъединиха към Алианса за извеждане от употреба на въглища, от които 13 имат работещи електроцентрали.
Имайте предвид, че от 2010 до 2017 г. само 34% от планирания капацитет за въглища са изградени или въведени в строителство (873 GW), докато 1700 GW са отменени или отложени, съобщава CoalSwarm. Например търг за изграждане на такъв нова станцияможе да привлече няколко приложения, всяко от които ще се брои в "планирания капацитет".
Според Международната агенция по енергетика (IEA) всички необработени въглищни централи трябва да бъдат затворени в рамките на няколко десетилетия, ако затоплянето трябва да бъде ограничено до по-малко от 2°C над прединдустриалните температури. За да хвърли светлина върху тази история, Carbon Brief картографира миналото, настоящето и бъдещето на всички въглищни електроцентрали в света към февруари 2018 г. (https://www.carbonbrief.org/mapped-worlds-coal-power-plants), която показва всички въглищни ТЕЦ над 30 MW всяка, работещи в периода 2000-2017 г., както и местоположението на планираните. Картата включва около 10 000 затворени, работещи и планирани въглищни централи с общ капацитет 4 567 GW, от които 1 996 GW са в експлоатация днес, 210 GW са в процес на изграждане, 443 GW са планирани, 2 387 GW се преустановяват и 1 681 GW са предложени да бъде построен, но след това отменен от 2010 г. в 95 страни по света. В света има и около 27 GW малки ТЕЦ на въглища - до 30 MW всяка.
Увеличаване на капацитета за въглища
Производството на въглища е преди всичко за обещанието за евтина електроенергия за стимулиране на икономическия растеж. Глобалният капацитет за производство на въглища нараства годишно между 2000 и 2017 г., почти удвоявайки се от 1,063 GW на 1,995 GW. Въглищата произвеждат 40-41% от електроенергията в света, което е най-големият дял през последните десетилетия. Днес въглищната енергия се използва от 77 страни по света в сравнение с 65 през 2000 г. Други 13 планират да се присъединят към клуба за въглищна енергия.
Емисиите на CO2 от съществуващите централи са достатъчни, за да нарушат въглеродния бюджет с 1,5 или 2 градуса по Целзий. Според проучването тези ограничения биха означавали липса на нови въглищни електроцентрали и предсрочно затваряне на 20% от флота, работещ с въглища. Всички електроцентрали на сурови въглища ще трябва да бъдат затворени до 2040 г., за да запазят растежа на света „много под“ 2 градуса по Целзий, според IEA. Това би означавало спиране на 100 GW мощност на въглища всяка година в продължение на 20 години или приблизително един въглищен блок всеки ден до 2040 г.
Въпреки това, заглавията на вестниците и енергийните прогнози показват, че растежът на въглищата няма да спре. Тези мрачни перспективи за влошаване на климата са смекчени от признаци на бързи промени в енергийния сектор. Конвейерната лента за строящи се или планирани въглищни блокове е намалена наполовина от 2015 г. Темпът на затваряне на ТЕЦ се ускорява, достигайки общо ниво от 197 GW между 2010 и 2017 г.
Забавяне на растежа на въглищата
МАЕ вярва в това инвестиционен пик към световната въглищна енергия вече премина и индустрията навлезе във фаза на "драматично забавяне". В доклада на МАЕ се казва, че Китай, който предоставя повечетотекущ растеж, вече не се нуждае от нови ТЕЦ.
Провал в инвестициите означава, че растежът на капацитета за въглища се забавя. И ако през 2011 г. в света са пуснати в експлоатация 82 GW, то през 2017 г. - само 34 GW.
Броят на новите станции в процес на изграждане намалява всяка година, което е спад от 73% от 2015 г., според последния годишен доклад на CoalSwarm, Greenpeace и Sierra Club. Китай затваря много стотици по-малки, по-стари и по-малко ефективни съоръжения, като ги заменя с по-големи и по-ефективни. Всичко това означава, че глобална сила генериране на въглища може да достигне своя пик през 2022 г., се казва в доклад за състоянието на индустрията на IEA.
Пикови емисии на CO2
Данните на МАЕ показват това CO2 емисии от въглищна енергия, може би вече достигна своя връх през 2014 г ., въпреки факта, че капацитетът на въглищата продължава да расте. Емисиите на въглища CO2 са спаднали с 3,9% между 2014-2016 г., производството на въглища е спаднало с 4,3%.
Тъй като капацитетът на въглищата продължава да се увеличава, съществуващите въглищни електроцентрали работят за по-малко часове. Средно глобалните електроцентрали, работещи с въглища, са работели за около половината от времето през 2016 г., с коефициент на използване от 52,5%. Подобна тенденция се наблюдава в САЩ (52%), ЕС (46%), Китай (49%) и Индия (60%).
Редица други фактори също оказват влияние върху връзката между електроцентралите, работещи с въглища, и емисиите на CO2. Те включват вида на въглищата и технологиите за горене, използвани от всяка централа. Топлоелектрическите централи, които изгарят нискокачествен лигнит, могат да отделят до 1200 тона CO2 на GWh произведена електроенергия. Висококачествените въглища отделят по-малко емисии.
Технологията на горене също е важна, от по-малко ефективни "подкритични" инсталации до свръх-свръхкритични системи, които повишават ефективността на котела при по-високи налягания. Най-старите и най-малко ефективни подкритични единици работят с 35% ефективност. Новите технологии повишават този показател до 40% и ултра-свръхкритични до 45% (HELE).
Въпреки това, според Световната асоциация за въглища, дори въглищните блокове HELE отделят около 800tCO2/GWh. Това е около два пъти повече от емисиите на газова електроцентрала и около 50-100 пъти по-високо от ядрените, вятърните и слънчевите. МАЕ не вижда по-нататъшни перспективи за енергия от въглища в сценарии преди 2C, тъй като остатъчните емисии са твърде високи, дори при улавяне и съхранение на въглерод.
Имаше малък скок в производството на въглища и емисиите на CO2 през 2017 г., движени от увеличеното производство в Китай, въпреки че те остават под пика от 2014 г.
Ерозия на въглищната икономика
Ниското ниво на използване на електроцентралите (CCI) е „разяждащо“ за икономиката на ТЕЦ, работещи с въглища. Като цяло те са проектирани да работят поне 80% от времето, тъй като имат относително високи фиксирани разходи. Това е и базата за оценка на разходите за изграждане на новия въглищен блок, докато по-ниското оползотворяване увеличава цената на единица електроенергия. Тенденцията надолу в CCI е особено токсична за операторите на електроцентрали, работещи с въглища, като се конкурират с бързо падащите цени на възобновяемата енергия, евтиния газ в САЩ и растящите цени на въглищата в ЕС. Ограниченията за доставка на въглища повишават цените на въглищата, като допълнително подкопават всички останали ползи пред алтернативите.
Новите екологични разпоредби повишават разходите за електроцентрали, работещи с въглища в много юрисдикции от ЕС до Индия и Индонезия. Собствениците на въглищни централи трябва да инвестират в пречиствателна станция за отпадни водида отговарят на по-високите екологични стандарти или да затворят напълно мръсните си ТЕЦ. Тази комбинация от фактори означава, че повечето станции в съществуващия въглищен флот в ЕС и дори Индия са изправени пред сериозни икономически проблеми, според финансовия мозъчен тръст Carbon Tracker. Установено е, че до 2030 г. например почти всички въглищни електроцентрали в ЕС ще бъдат нерентабилни. Основателят на Bloomberg New Energy Finance Майкъл Либрайх казва, че въглищата са изправени пред две „повратни точки“. Първият е, когато новата възобновяема енергия става по-евтина от новите въглищни електроцентрали, което вече се случи в няколко региона. Второ, когато новите възобновяеми енергийни източници са по-евтини от съществуващите въглищни електроцентрали.
отбележи, че електроцентралите на въглища могат да продължат да работят в неблагоприятни условия икономически условия, например, с доплащане за мощност. Тази практика беше въведена от редица страни от ЕС през 2018 г.
През 2018 г. Китай, Виетнам и Тайланд напълно отмениха слънчевата такса. Филипините и Индонезия значително го намалиха. А в Индия слънчевото производство вече е по-евтино от въглищата. Тоест, в условията на реална конкуренция, генерирането на въглища в страните Югоизток Азия вече губи от ВЕИ и ще се развива по-бавно от планираното.
Ключови държави и региони
77 държави използват въглища за производство на електроенергия, спрямо 65 през 2000 г. Оттогава 13 държави са изградили съоръжения за въглища и само една страна - Белгия - ги е затворила. Допълнителни 13 държави, които представляват 3% от сегашния капацитет, се ангажираха да изключат въглищата до 2030 г. чрез Алианса за въглищата от миналото, воден от Обединеното кралство и Канада. Междувременно 13 държави все още се надяват да се присъединят към клуба за въглищна енергия.
Топ 10 страните по света, показани в лявата част на таблицата по-долу, представляват 86% от общия брой работещи електроцентрали, работещи с въглища. Вдясно в таблицата - Топ 10 страни, които планират да изградят 64% от световния капацитет за работа с въглища.
Държава / оперативен MW / дял в света Държава / MW в процес на изграждане / дял
Китай 935.472 47% Китай 210.903 32%
САЩ 278.823 14% Индия 131.359 20%
Индия 214,910 11% Виетнам 46,425 7%
Германия 50 400 3% Турция 42 890 7%
Русия 48,690 2% Индонезия 34,405 5%
Япония 44,578 2% Бангладеш 21,998 3%
Южна Африка 41,307 2% Япония 18,575 3%
Южна Корея 37 973 2% Египет 14 640 2%
Полша 29,401 1% Пакистан 12,385 2%
Индонезия 28 584 1% Филипини 12 141 2%
Китай има най-големия действащ флот с въглища и е дом на най-големия тръбопровод от 97 GW в процес на изграждане в радиус от 250 км по делтата на река Яндзъ около Шанхай. Това е повече, отколкото вече съществува във всяка страна с изключение на Индия и Съединените щати. Русия има петия по големина флот, работещ с въглища в света, който представлява само 2% от световния производствен капацитет.
Китай
През последните 20 години най-значимите промени се случиха в Китай. Неговият флот, работещ с въглища, се е увеличил пет пъти между 2000 и 2017 г. и достигна 935 GW или почти половината от световния капацитет.
Китай е и най-големият емитен на CO2 в света и използва половината от световните въглища, така че бъдещият му път е непропорционално важен за глобалните усилия за борба с изменението на климата.
Индустриалната дейност и използването на въглища бяха стимулирани преди назначаването на председателя Си за „доживотен лидер“. Тази енергийна политика може да увеличи емисиите на CO2 с най-бързия темп от години.
Някои анализатори обаче твърдят, че употребата на въглища в Китай може да бъде намалена наполовина до 2030 г. Правителството въвежда национална схема за търговия с емисии и затваря и ограничава нови въглища в отговор на замърсяването на въздуха и опасенията за климата. Това означава, че конвейерната лента на строящи се или планирани през 2017 г. ТЕЦ на въглища е намаляла със 70% до 2016 г., съобщава CoalSwarm.
Това също така означава, че е малко вероятно планираните проекти да получат необходимите разрешителни за изграждането им, казва Лаури Миливирта, енергиен анализатор в Greenpeace в Източна Азия. „Много от планираните проекти в Китай и Индия на практика са мъртви. В Индия те са търговски неликвидни, никой в разума си няма да ги построи... в Китай няма смисъл, защото вече има твърде голям капацитет, излишък." Според Администрацията за енергийна информация на САЩ (EIA), производството на електроенергия и въглища в Китай са повече или по-малко на върха си.
Индия
Второто най-голямо увеличение на капацитета от 2000 г. насам се случи в Индия, където енергийният флот, работещ с въглища, се утрои до 215 GW. Напоследък състоянието на индийското въглищно поколение рязко се влоши. МАЕ намали прогнозата си за търсенето на индийски въглища поради забавяне на растежа на търсенето на електроенергия и намаляване на разходите за възобновяеми енергийни източници. Някои 10 GW централи се считат за „неустойчиви“, други 30 GW са под „стрес“, според индийския министър на енергетиката в интервю за Bloomberg през май 2018 г. Това е така, защото „революцията в областта на възобновяемата енергия в Индия изтласква въглищата от скалата на дълга. " Матю Грей, анализатор в Carbon Tracker.
Последният национален план за електроенергия на Индия е насочен към изхвърлянето на 48 GW електроцентрали, работещи с въглища, отчасти поради нови екологични стандарти. Той също така предвижда въвеждане в експлоатация на 94 GW нови мощности, но тази цифра се смята за нереалистична от ключови анализатори в света. Страната е планирала въвеждането в експлоатация на 44 GW проекта, от които 17 GW са спрени за дълги години. " В Индия възобновяемите енергийни източници вече могат да доставят енергия на по-ниска цена от новите и дори повечето съществуващи електроцентрали, работещи с въглища. „Казва Лаури Миливирта, енергиен анализатор в Greenpeace East Asia.
САЩ
Вълната от изхвърляне на стари мощности намали производството на въглища в САЩ с 61 GW за шест години, а други 58 GW се планира да бъдат закрити, отбелязва Coal Swarm. Това ще намали въглищния флот на САЩ с две пети, от 327 GW през 2000 г. на 220 GW в бъдеще или по-малко.
Един от начините да се спаси индустрията е чрез обявените планове на администрацията на Тръмп за спасяване на нерентабилни електроцентрали, работещи с въглища по причини национална сигурностза поддържане на надеждността на системата чрез допълнителни такси за капацитет, Bloomberg ги описва като „безпрецедентна намеса на американските енергийни пазари“.
От друга страна, пазарните условия в момента благоприятстват газовите електроцентрали и възобновяемите енергийни източници. В Съединените щати няма нови въглищни съоръжения. Очаква се извеждането от експлоатация на въглищните мощности през 2018 г. да възлезе на 18 GW. Миналата година потреблението на въглища в енергийния сектор на САЩ беше най-ниското от 1982 г.
Европейски съюз
Предвид плановете на ЕС за поетапно премахване на въглищата, флотът на съюза, работещ с въглища, трябва да бъде намален до 100 GW до 2030 г., или половината от общия му капацитет през 2000 г. Заедно с Канада, страните от ЕС водят Алианса към постепенното премахване на въглищата. Великобритания, Франция, Италия, Холандия, Португалия, Австрия, Ирландия, Дания, Швеция и Финландия обявиха постепенното спиране на въглищните електроцентрали до 2030 г. Техният капацитет е 42 GW, включително наскоро построените електроцентрали.
В същото време се намира четвъртият и деветият по големина национален флот за производство на въглища в света в страните членки ЕС, а именно 50 GW в Германия и 29 GW в Полша. Комисията на ЕС за определяне на крайна дата за доставките на електроенергия на базата на въглища за Германия започна да работи, въпреки че мрежовият оператор на страната казва, че само половината от въглищния й флот може да бъде затворен до 2030 г., без да се компрометира енергийната сигурност. Полша просто обеща, че няма да строи нови топлоелектрически централи с въглища извън това, което вече се строи.
Проучванията на МАЕ показват, че всички въглищни електроцентрали в ЕС трябва да бъдат затворени до 2030 г., за да се постигнат целите на Парижкото споразумение. Очаква се покачващите се цени на CO2 да доведат до преминаване от въглища към газ тази година, в зависимост от подходящи цени и наличност на газ.
Други ключови държави
Други азиатски страни, включително Южна КореаЯпония, Виетнам, Индонезия, Бангладеш, Пакистан и Филипините колективно удвоиха флота си за производство на въглища от 2000 г. насам, достигайки 185 GW през 2017 г. Общо тези страни ще построят 50 GW нови топлоелектрически централи сами и допълнителна 128 GW са планирани чрез финансиране и участие в строителството на Китай, Япония и Южна Корея.
В много от тези страни има смесени признаци на използване на въглища. Например, последният проект на Национален енергиен план на Япония разглежда значителната роля на въглищата през 2030 г., докато Парижкото споразумение означава, че Токио трябва постепенно да прекрати въглищата дотогава, отбелязва Climate Analytics.
Виетнам е третата страна по планиран обем производство на въглища - 46 GW, от които 11 GW вече са в процес на изграждане. „Въпреки това, правителството все повече инвестира в промяната на тази траектория“, пише Алекс Перера, заместник-директор по енергетика в Института за световни ресурси. „Виетнам предоставя интересна и важна комбинация от условия, които ще позволят прехода към чиста енергия: възобновяема енергия и частният сектор се стреми да постигне все по-строги цели за чиста енергия."
Индонезийското правителство забрани изграждането на нови въглищни централи на най-населения остров Ява. Държавното комунално дружество е критикувано за „масово надценяване на ръста на търсенето на електроенергия“, за да оправдае плановете си за въвеждане в експлоатация на нови електроцентрали, работещи с въглища.
Турция има значителни планове за разширяване на въглищния си флот. В момента обаче се изгражда само 1 GW от планирания тръбопровод от 43 GW.
Друга страна с големи планове е Египет, който няма нито въглищни станции, нито собствени находища на въглища. Моля, имайте предвид, че нито един от планираните 15 GW нови мощности не надхвърли ранна фазаодобрения, не е получил никакви разрешителни и не се строи.
Южна Африка има големи находища на въглища и седмият по големина флот за въглища в света. Южна Африка изгражда 6 GW нови топлоелектрически централи и планира да въведе още 6 GW. Въпреки това, след избора на Кирил Рамафоса по-рано тази година, политическите настроения в страната се променят и през април бяха подписани дългосрочни сделки за изграждане на възобновяеми енергийни източници на стойност 4,7 милиарда долара. ... Причината е, че новите въглищни станции ще са по-скъпи от ВЕИ, смятат експерти. Законодателни дискусии относно ролята на въглищата в новия план за инвестиции в енергия на Южна Африка ще се проведат по-късно това лято.
23 март 2013 г
Веднъж, когато закарахме в славния град Чебоксари, с източна посокажена ми забеляза две огромни кули покрай магистралата. — И какво е това? тя попита. Тъй като абсолютно не исках да показвам на жена си невежеството си, порових малко в паметта си и издадох победоносно: „Това е охладителна кула, не знаеш ли?“. Тя малко се смути: "За какво са?" — Е, изглежда има нещо за охлаждане. "И какво?". Тогава се смутих, защото абсолютно не знаех как да изляза по-нататък.
Може би този въпрос е останал завинаги без отговор в паметта, но чудеса се случват. Няколко месеца след този инцидент виждам публикация в емисията на моя приятел z_alexey за набирането на блогъри, желаещи да посетят Чебоксарската ТЕЦ-2, същата, която видяхме от пътя. Трябва да промените драстично всичките си планове, ще бъде непростимо да пропуснете такъв шанс!
И така, какво е CHP?
Това е сърцето на когенерационната централа и тук се развиват основните действия. Газът, който влиза в котела, изгаря, отделяйки лудо количество енергия. Тук се сервира и "Чиста вода". След нагряване се превръща в пара, по-точно в прегрята пара, която има изходна температура 560 градуса и налягане от 140 атмосфери. Ще го наречем още "Чиста пара", защото се образува от подготвена вода.
Освен пара имаме и изпускателен отвор. При максимален капацитет и петте котела консумират почти 60 кубически метра природен газ в секунда! За отстраняване на продуктите от горенето е необходим недетски "комин". И това също е налично.
Тръбата може да се види от почти всяка част на града, като се има предвид височината от 250 метра. Подозирам, че това е най-високата сграда в Чебоксари.
Наблизо има малко по-малка тръба. Резервирайте отново.
Ако когенерационна централа се използва с въглища, е необходима допълнителна обработка на отработените газове. Но в нашия случай това не се изисква, тъй като природният газ се използва като гориво.
Във втората секция на котелно-турбинния цех са разположени енергийни агрегати.
Четири от тях са монтирани в машинното отделение на Чебоксарската ТЕЦ-2 с обща мощност 460 MW (мегават). Тук се подава прегрятата пара от котелното помещение. Той, под огромен натиск, се изпраща към лопатките на турбината, принуждавайки 30-тонен ротор да се върти със скорост от 3000 оборота в минута.
Инсталацията се състои от две части: самата турбина и генератор, който генерира електричество.
А ето как изглежда роторът на турбината.
Габарити и габарити са навсякъде.
И турбини, и котли, в случай спешен случайможе да бъде спрян моментално. За това има специални клапани, които могат да изключат подаването на пара или гориво за част от секундата.
Чудя се дали има такова нещо като индустриален пейзаж или индустриален портрет? Тук има красота.
В стаята се вдига ужасен шум и за да чуете съсед, трябва да напрегнете слуха си. Освен това е много горещо. Бих искал да си сваля каската и да се съблека до тениска, но това не може да се направи. От съображения за безопасност дрехите с къси ръкави са забранени в ТЕЦ, има твърде много горещи тръби.
През повечето време работилницата е празна, хората се появяват тук веднъж на всеки два часа, по време на кръг. А работата на оборудването се управлява от главното табло за управление (групови контролни табла за котли и турбини).
Ето как изглежда работното място на дежурния.
Наоколо има стотици бутони.
И десетки сензори.
Има механични, има електронни.
Това е нашата екскурзия и хората работят.
Общо след котелно-турбинния цех на изхода имаме ток и пара, които са изстинали частично и са загубили част от налягането си. Електричеството изглежда е по-лесно. Изходното напрежение от различни генератори може да бъде от 10 до 18 kV (киловолта). С помощта на блокови трансформатори тя се повишава до 110 kV и след това електричеството може да се предава на дълги разстояния с помощта на електропроводи (електропроводи).
Неизгодно е да оставите останалата "чиста пара" да отиде встрани. Тъй като се образува от " Чиста вода", чието производство е доста сложен и скъп процес, е по-целесъобразно да го охладите и да го върнете обратно в котела. Така че в затворен кръг. Но с негова помощ и с помощта на топлообменници можете затоплят вода или произвеждат вторична пара, която може лесно да бъде продадена на потребители на трети страни.
Като цяло именно по този начин ние получаваме топлина и електричество в домовете си, притежавайки обичайния комфорт и уют.
О да. И за какво са охладителните кули?
Оказва се, че всичко е много просто. За охлаждане на останалата "чиста пара", преди новото подаване към котела, се използват всички същите топлообменници. Охлажда се с помощта на индустриална вода, в ТЕЦ-2 се взема директно от Волга. Не изисква специално обучение и може да се използва повторно. След преминаване през топлообменника технологичната вода се нагрява и отива в охладителните кули. Там се стича на тънък филм или пада под формата на капки и се охлажда поради противопотока на въздуха, създаван от вентилаторите. А в изхвърлящите охладителни кули водата се пръска с помощта на специални дюзи. Във всеки случай основното охлаждане се получава поради изпаряването на малка част от водата. Охладената вода напуска охладителните кули през специален канал, след което с помощта на помпена станция се изпраща за повторна употреба.
С една дума, охладителни кули са необходими за охлаждане на водата, която охлажда парата, работеща в котелно-турбинната система.
Цялата работа на ТЕЦ се контролира от Главния контролен съвет.
По всяко време има дежурен.
Всички събития се записват.
Не ме храни с хляб, нека снимам бутоните и сензорите...
На това, почти всичко. В заключение има малко снимки на станцията.
Това е стара, вече неработеща тръба. Най-вероятно скоро ще бъде съборен.
В предприятието има голяма агитация.
Тук те се гордеят със своите служители.
И техните постижения.
Изглежда, че не е напразно...
Остава да добавим, че като в шега - "Не знам кои са тези блогъри, но техният водач е директорът на клона в Мари Ел и Чувашия на TGK-5 OJSC, IES holding - SV Dobrov."
Заедно с директора на станцията С.Д. Столяров.
Без преувеличение те са истински професионалисти в своята област.
И разбира се, много благодаря на Ирина Романова, която представлява пресслужбата на компанията, за добре организираната обиколка.
През 1879 г., когато Томас Алва Едисонизобретил лампата с нажежаема жичка, ерата на електрификацията започна. Производството на големи количества електроенергия изисква евтино и лесно достъпно гориво. Въглищата отговарят на тези изисквания и първите електроцентрали (построени в края на 19 век от самия Едисон) работят на въглища.
Тъй като в страната се изграждат все повече и повече станции, зависимостта от въглищата се увеличава. След Първата световна война приблизително половината от годишното производство на електроенергия в САЩ идва от електроцентрали, работещи с въглища. През 1986 г. общата инсталирана мощност на такива електроцентрали е 289 000 MW и те консумират 75% от общото количество (900 милиона тона) добивани въглища в страната. Като се има предвид съществуващата несигурност по отношение на перспективите за развитие на ядрената енергетика и нарастването на производството на нефт и природен газ, може да се предположи, че до края на века ТЕЦ на въглища ще произвеждат до 70% от цялата електроенергия. генерирани в страната.
Въпреки това, въпреки факта, че въглищата отдавна са и ще бъдат основен източник на електроенергия в продължение на много години (в Съединените щати те представляват около 80% от запасите на всички видове природни горива), те никога не са били оптималните гориво за електроцентрали. Специфично енергийно съдържание на единица тегло (т.е. калорична стойност) за въглища е по-ниска, отколкото за нефт или природен газ. Той е по-труден за транспортиране и освен това изгарянето на въглища причинява редица нежелани последици за околната среда, по-специално киселинни дъждове. От края на 60-те години привлекателността на въглищните електроцентрали рязко намаля поради затягането на изискванията за замърсяване на околната среда с газообразни и твърди емисии под формата на пепел и шлака. Разходите за решаване на тези екологични проблеми, заедно с нарастващите разходи за изграждане на сложни съоръжения като топлоелектрическите централи, направиха перспективите им за развитие по-неблагоприятни от чисто икономическа гледна точка.
Въпреки това, ако промените технологична базаТЕЦ на въглища, тяхната предишна привлекателност може да се възроди. Някои от тези промени имат еволюционен характер и са насочени основно към увеличаване на капацитета на съществуващите инсталации. В същото време се разработват напълно нови процеси на безотпадно изгаряне на въглища, тоест с минимални щети за околната среда. Въвеждането на нови технологични процеси има за цел да гарантира, че бъдещите ТЕЦ на въглища могат да бъдат ефективно контролирани за степента на замърсяване на околната среда от тях и да имат гъвкавост по отношение на тяхното използване. различни видовевъглища и не изисква дълго време за строителство.
За да оцените значението на напредъка в технологията за изгаряне на въглища, разгледайте накратко работата на конвенционална ТЕЦ, работеща с въглища. Въглищата се изгарят в пещта на парен котел, която представлява огромна камера с тръби вътре, в която водата се превръща в пара. Преди да бъдат подадени в пещта, въглищата се раздробяват на прах, поради което се постига почти същата пълнота на изгаряне, както при изгаряне на запалими газове. Голям парен котел консумира средно 500 тона прахообразни въглища на час и генерира 2,9 милиона кг пара, което е достатъчно за генериране на 1 милион kWh електроенергия. За същото време котелът отделя около 100 000 m3 газове в атмосферата.
Генерираната пара преминава през прегревател, където температурата и налягането й се повишават и след това влиза в турбина с високо налягане. Механичната енергия на въртенето на турбината се преобразува от електрически генератор в електрическа енергия. За да се постигне по-висока ефективност на преобразуване на енергия, парата от турбината обикновено се връща в котела за повторно нагряване и след това задвижва една или две турбини с ниско налягане, преди да бъде кондензирана чрез охлаждане; кондензатът се връща в цикъла на котела.
Оборудването на ТЕЦ включва механизми за подаване на гориво, котли, турбини, генератори, както и сложни системи за охлаждане, почистване на димните газове и отстраняване на пепелта. Всички тези първични и вторични системи са проектирани да работят надеждно в продължение на 40 години или повече при натоварвания, които могат да варират от 20% от инсталирания капацитет на централата до максимум. Капиталовите разходи за оборудване за типична 1000 MW топлоелектрическа централа обикновено надхвърлят 1 милиард долара.
Ефективността, с която топлината, отделена от изгарянето на въглища, може да се преобразува в електричество, е била само 5% преди 1900 г., но до 1967 г. е достигнала 40%. С други думи, за период от около 70 години специфичното потребление на въглища на единица произведена електроенергия е намаляло осем пъти. Съответно цената на 1 kW инсталирана мощност на топлоелектрическите централи също намалява: ако през 1920 г. беше 350 долара (по цени от 1967 г.), то през 1967 г. падна до 130 долара. Цената на доставяната електроенергия също падна през същия период от 25 цента до 2 цента за kWh.
Въпреки това, започвайки през 60-те години на миналия век, темпът на напредък започва да намалява. Тази тенденция, очевидно, се обяснява с факта, че традиционните топлоелектрически централи са достигнали границата на своето съвършенство, обусловена от законите на термодинамиката и свойствата на материалите, от които са направени котлите и турбините. От началото на 70-те години на миналия век тези технически фактори бяха изострени от нови икономически и организационни причини. По-специално капиталовите разходи са се увеличили рязко, темпът на нарастване на търсенето на електроенергия се забави, изискванията за опазване на околната среда от вредни емисии станаха по-строги, а сроковете за изпълнение на проекти за изграждане на електроцентрали са удължени. В резултат на това цената за производство на електроенергия от въглища, която имаше дългосрочна тенденция на спад, се повиши рязко. Всъщност 1 kW електроенергия, произведена от нови топлоелектрически централи, сега струва повече, отколкото през 1920 г. (в съпоставими цени).
През последните 20 години цената на въглищните електроцентрали е била най-силно повлияна от по-строгите изисквания за отстраняване на газообразни,
течни и твърди отпадъци. Системите за пречистване на газ и пепел в съвременните топлоелектрически централи сега представляват 40% от капиталовите разходи и 35% от оперативните разходи. От техническа и икономическа гледна точка най-важният елемент на системата за контрол на емисиите е инсталация за десулфуриране на димни газове, често наричана система за мокро (скруберно) събиране на прах. Мокър прахоуловител (скрубер) улавя серните оксиди, които са основните замърсители, образувани при изгарянето на въглищата.
Идеята за мокрото събиране на прах е проста, но на практика се оказва трудна и скъпа. Алкално вещество, обикновено вар или варовик, се смесва с вода и разтворът се впръсква в потока на димните газове. Съдържащи се в димни газовесерните оксиди се абсорбират от алкални частици и изпадат от разтвора под формата на инертен сулфит или калциев сулфат (гипс). Гипсът може лесно да се отстрани или, ако е достатъчно чист, може да се продава като строителни материали... В по-сложни и скъпи скруберни системи гипсовата утайка може да бъде превърната в сярна киселина или елементарна сяра - по-ценно химически продукти... От 1978 г. инсталирането на скрубери е задължително във всички строящи се ТЕЦ на прахообразни въглища. В резултат на това енергийната индустрия на САЩ сега разполага с повече скрубери от останалата част от света.
Цената на скруберна система в нови заводи обикновено е 150-200 долара за 1 kW инсталиран капацитет. Монтирането на скрубери в съществуващи инсталации, първоначално проектирани без мокро газово почистване, е с 10-40% по-скъпо, отколкото в новите заводи. Текущите разходи на скруберите са доста високи, независимо дали са инсталирани в стари или нови инсталации. Скруберите генерират огромно количество гипсова утайка, която трябва да се съхранява в езера за утаяване или да се изхвърля, което създава нов екологичен проблем. Например, 1000 MW топлоелектрическа централа, работеща на въглища, съдържащи 3% сяра, произвежда толкова много утайки годишно, че могат да покрият площ от 1 km2 със слой с дебелина около 1 m.
Освен това системите за мокро пречистване на газ консумират много вода (при 1000 MW централа консумацията на вода е около 3800 l / min), а тяхното оборудване и тръбопроводи често са предразположени към запушване и корозия. Тези фактори увеличават оперативните разходи и намаляват цялостната надеждност на системата. И накрая, в скруберните системи, от 3 до 8% от енергията, генерирана от станцията, се изразходва за задвижване на помпи и димоуловители и за отопление на димните газове след пречистване на газ, което е необходимо за предотвратяване на конденз и корозия в комините.
Широкото разпространение на скрубери в американската енергийна индустрия не е било просто или евтино. Първите скруберни инсталации бяха значително по-малко надеждни от останалото оборудване на станцията, поради което компонентите на скруберните системи бяха проектирани с голям запас на безопасност и надеждност. Някои от трудностите, свързани с инсталирането и експлоатацията на скруберите, могат да се дължат на факта, че промишленото приложение на скруберната технология е започнало преждевременно. Едва сега, след 25 години опит, надеждността на скруберните системи достигна приемливо ниво.
Цената на въглищните електроцентрали се повиши не само поради задължителното наличие на системи за контрол на емисиите, но и защото цената на самото строителство се е повишила до небесата. Дори като се вземе предвид инфлацията, единичната цена на инсталираната мощност на ТЕЦ, работещи с въглища, сега е три пъти по-висока, отколкото през 1970 г. През последните 15 години "икономиите от мащаба", т.е. ползите от строителството на големи електроцентрали, са компенсирани от значително увеличение на разходите за строителство ... Това покачване на цената отчасти отразява високите разходи за финансиране на дългосрочни проекти за капитално строителство.
Влиянието от забавянето на изпълнението на проекта може да се види на примера на японските енергийни компании. Японските фирми обикновено са по-гъвкави от американските си колеги в справянето с организационните, техническите и финансовите проблеми, които често забавят въвеждането в експлоатация на големи строителни проекти. В Япония електроцентрала може да бъде построена и пусната в експлоатация за 30-40 месеца, докато в Съединените щати за централа със същия капацитет обикновено са необходими 50-60 месеца. При толкова дълги срокове за изпълнение на проекта, цената на нова строяща се централа (и следователно цената на замразения капитал) е сравнима с основния капитал на много американски енергийни компании.
Ето защо енергийните компании търсят начини да намалят разходите за изграждане на нови електроцентрали, по-специално чрез използване на модулни блокове с по-нисък капацитет, които могат бързо да бъдат транспортирани и инсталирани в съществуваща централа, за да отговорят на нарастващото търсене. Такива инсталации могат да бъдат пуснати в експлоатация в повече кратко времеи следователно се изплащат по-бързо, дори ако ROI остава постоянна. Инсталирането на нови модули само когато се изисква увеличаване на капацитета на системата може да доведе до нетни спестявания до $200 на kW, въпреки че икономиите от мащаба се губят с по-малки единици.
Като алтернатива на изграждането на нови съоръжения за производство на електроенергия, комуналните услуги също практикуват модернизиране на съществуващи стари електроцентрали, за да подобрят тяхната производителност и да удължат експлоатационния им живот. Тази стратегия естествено изисква по-малко капиталови разходи, отколкото изграждането на нови станции. Тази тенденция е оправдана и защото електроцентралите, построени преди около 30 години, все още не са морално остарели. В някои случаи те работят дори с по-висока ефективност, тъй като не са оборудвани с скрубери. Старите електроцентрали набират все по-голям дял в енергетиката на страната. През 1970 г. само 20 съоръжения за производство на електроенергия в Съединените щати са били на възраст над 30 години. До края на века 30 години ще бъде средната възраст на ТЕЦ, работещи с въглища.
Комуналните компании също търсят начини за намаляване на експлоатационните разходи на централата. За да се предотврати загубата на енергия, е необходимо да се осигури своевременно предупреждениевлошаване на работата на най-важните зони на обекта. Следователно непрекъснатото наблюдение на състоянието на компонентите и системите се превръща във важна част от оперативната услуга. Такова непрекъснато наблюдение на естествените процеси на износване, корозия и ерозия позволява на операторите на централите да вземат навременни мерки и да предотвратят аварийна повреда на електроцентралите. Значението на подобни мерки може да бъде правилно оценено, ако вземем предвид например, че принудителният престой на 1000 MW въглищна централа може да донесе на енергийната компания загуби от 1 милион долара на ден, главно защото неотчетената енергия трябва да бъде компенсирана чрез доставка на електроенергия от по-скъпи източници.
Увеличаването на единичните разходи за транспортиране и преработка на въглища и за отстраняване на пепелта направи качеството на въглищата (определено от влага, сяра и други минерали) важен фактор за определяне на производителността и икономиката на топлоелектрическите централи. Въпреки че нискокачествените въглища могат да струват по-малко от висококачествените, консумацията им за производството на същото количество електроенергия е много по-висока. Разходите за транспортиране на повече нискокачествени въглища могат да компенсират ползата от по-ниската им цена. Освен това нискокачествените въглища обикновено генерират повече отпадъци от висококачествените и следователно изискват високи разходи за отстраняване на пепелта. И накрая, съставът на нискокачествените въглища е подложен на големи колебания, което затруднява „настройването“ на горивната система на станцията да работи с максимално възможна ефективност; в този случай системата трябва да бъде настроена така, че да може да работи при най-лошия очакван клас.
В съществуващите електроцентрали качеството на въглищата може да се подобри или поне стабилизира чрез отстраняване на някои примеси, като например съдържащи сяра минерали, преди изгарянето. В пречиствателните станции натрошените „мръсни“ въглища се отделят от примесите по много начини, като се възползват от разликите в специфичното тегло или други физически характеристики на въглищата и примесите.
Въпреки тези усилия за подобряване на производителността на съществуващите въглищни електроцентрали, в Съединените щати ще трябва да работят допълнителни 150 000 MW мощност до края на века, ако търсенето на електроенергия расте с очакваните темпове от 2,3% годишно . За да поддържат конкурентоспособността на въглищата на непрекъснато разширяващия се енергиен пазар, енергийните компании ще трябва да приемат нови прогресивни методи за изгаряне на въглища, които са по-ефективни от традиционните в три ключови аспекти: по-малко замърсяване на околната среда, съкращаване на времето за изграждане на електроцентралите и подобряване на тяхната производителност и експлоатационни характеристики.
 |
 |
| ГОРЕНЕТО НА ВЪГЛИЩА В ТЕЧЕН СЛОЙ намалява необходимостта от допълнителни съоръжения за пречистване на емисии от електроцентралата. В пещта на котела се създава кипящ слой от смес от въглища и варовик чрез въздушен поток, в който твърдите частици се смесват и са в суспензия, тоест те се държат по същия начин като в кипяща течност. Турбулентното смесване осигурява пълно изгаряне на въглищата; в този случай варовиковите частици реагират със серните оксиди и улавят около 90% от тези оксиди. Тъй като нагревателните намотки на котела докосват директно кипящия слой гориво, генерирането на пара е по-ефективно, отколкото при конвенционалните парни котлиработещи върху натрошени въглища. Освен това температурата на горящите въглища в кипящия слой е по-ниска, което предотвратяватопене на котелна шлака и намаляване на образуването на азотни оксиди. |
ГАЗИФИКАЦИЯТА НА ВЪГЛИЩА може да се извърши чрез нагряване на смес от въглища и вода в кислородна атмосфера. Продуктът от процеса е газ, състоящ се главно от въглероден оксид и водород. След като газът е охладен, обезвреден и освободен от сяра, той може да се използва като гориво за газови турбини и след това за производство на пара за парна турбина (комбиниран цикъл). Инсталацията с комбиниран цикъл отделя по-малко замърсители в атмосферата от конвенционалната топлоцентрала, работеща с въглища. |
В момента се разработват повече от дузина метода за изгаряне на въглища с повишена ефективност и по-малко щети за околната среда. Най-обещаващите сред тях са горенето в кипящ слой и газификацията на въглищата. Изгарянето по първия метод се извършва в пещта на парен котел, който е устроен по такъв начин, че натрошените въглища, смесени с варовикови частици, се поддържат над решетката на пещта в суспендирано („псевдо-втечнено“) състояние чрез мощен възходящ въздушен поток. Суспендираните частици се държат по същество по същия начин като в кипяща течност, тоест те са в турбулентно движение, което осигурява висока ефективност на процеса на горене. Водопроводите на такъв котел са в пряк контакт с "кипящия слой" на горящото гориво, в резултат на което голяма част от топлината се пренася чрез топлопроводимост, която е много по-ефективна от радиационния и конвективния топлопренос в конвенционален парен котел.
Котел с горивна камера, където въглищата се изгарят в кипящ слой, има по-голяма повърхност на тръбата за пренос на топлина от конвенционалния котел, който работи на прахообразни въглища, което позволява да се намали температурата в пещта и по този начин да се намали образуването на азотни оксиди . (Ако температурата в конвенционален котел може да бъде по-висока от 1650 ° C, то в котел с горене в кипящ слой тя е в диапазона от 780-870 ° C.) Освен това, варовик, смесен с въглища, свързва 90 или повече процента на сярата, отделяна от въглищата при горене, тъй като по-ниската работна температуранасърчава реакцията между сяра и варовик с образуването на сулфит или калциев сулфат. По този начин вредните за околната среда вещества, образувани при изгарянето на въглища, се неутрализират на мястото на образуване, тоест в пещта.
В допълнение, котелът с кипящ слой е по-малко чувствителен към колебанията в качеството на въглищата по отношение на своя дизайн и принцип на работа. В пещта на конвенционален котел за прахообразни въглища се образува огромно количество разтопена шлака, която често запушва повърхностите за пренос на топлина и по този начин намалява ефективността и надеждността на котела. В котел с кипящ слой въглищата се изгарят при температура под точката на топене на шлаката и следователно проблемът със запушването на нагревателните повърхности с шлака дори не възниква. Такива котли могат да работят на въглища с по-ниско качество, което в някои случаи може значително да намали експлоатационните разходи.
Методът на горене с кипящ слой се прилага лесно в модулни котли с ниска мощност на пара. Според някои оценки капиталовата инвестиция за ТЕЦ с компактни котли, работещи на принципа на кипящ слой, може да бъде с 10-20% по-ниска от капиталовата инвестиция за термална станция традиционен типсъщата мощност. Спестяванията се постигат чрез намаляване на времето за строителство. Освен това капацитетът на такава станция може лесно да се увеличи с увеличаване на електрическото натоварване, което е важно за онези случаи, когато растежът му в бъдеще не е известен предварително. Проблемът с планирането също е опростен, тъй като такива компактни единици могат бързо да бъдат сглобени веднага щом възникне необходимост от увеличаване на производството на електроенергия.
Котлите с кипящ слой могат също да бъдат включени в съществуващи електроцентрали, когато генериращият капацитет трябва бързо да се увеличи. Например енергийната компания Northern States Power преобразува един от котлите на прахообразни въглища на станцията в бр. Минесота в котел с кипящ слой. Промяната е извършена с цел увеличаване на мощността на електроцентралата с 40%, намаляване на изискванията за качество на горивото (котелът може да работи дори на местни отпадъци), по-задълбочено почистване на емисиите и удължаване на експлоатационния живот на станция до 40г.
През последните 15 години технологията, използвана в топлоелектрическите централи, оборудвани изключително с котли с кипящ слой, се разшири от малки пилотни и пилотни инсталации до големи "демонстрационни" инсталации. Такава централа с общ капацитет от 160 MW се изгражда съвместно от Tennessee Valley Authority, Duke Power и Commonwealth of Kentucky; Електрическа асоциация на Колорадо-Ют, Inc. въведе в експлоатация електрогенератор 110 MW с котли с кипящ слой. Ако тези два проекта са успешни и този на Northern States Power, съвместно предприятие от частния сектор с общ капитал от около 400 милиона долара, икономическият риск, свързан с използването на котли с кипящ слой в енергетиката, ще бъде значително намален.
По друг начин, който обаче вече съществуваше в по-проста форма средата на XIXв., е газификацията на въглища с получаване на "чисто горящ" газ. Такъв газ е подходящ за осветление и отопление и е бил широко използван в САЩ до Втората световна война, когато е заменен с природен газ.
Първоначално газификацията на въглищата привлече вниманието на енергийните компании, които се надяваха да използват този метод за получаване на гориво, което гори без отпадъци и по този начин да елиминира почистването. Сега стана очевидно, че газификацията на въглищата има още по-важно предимство: горещите продукти от горенето на генераторния газ могат да се използват директно за задвижване на газови турбини. От своя страна, отпадната топлина от продуктите от горенето след газовата турбина може да се използва за получаване на пара за задвижване на парна турбина. Това комбинирано използване на газови и парни турбини, наречено комбиниран цикъл, сега е едно от най-популярните ефективни начинипроизводство на електрическа енергия.
Газът, получен чрез газификация на въглища и освободен от сяра и прахови частици, е отлично гориво за газови турбини и, подобно на природния газ, гори почти без отпадъци. Високата ефективност на комбинирания цикъл компенсира неизбежните загуби, свързани с превръщането на въглищата в газ. Освен това станцията за комбиниран цикъл консумира значително по-малко вода, тъй като две трети от мощността се развива от газова турбина, която не се нуждае от вода, за разлика от парната турбина.
Жизнеспособността на електроцентралите с комбиниран цикъл на газификация на въглища е доказана от централата Edison Cool Water в Южна Калифорния. Тази станция с мощност около 100 MW е пусната в експлоатация през май 1984 г. Може да работи на различни видове въглища. Емисиите от станцията не се различават по чистота от тези на съседната природен газстанция. Съдържанието на серни оксиди в отработените газове се поддържа на ниво, значително по-ниско установената нормасъс спомагателна система за възстановяване на сярата, която премахва почти цялата сяра в захранващото гориво и произвежда чиста сяра за промишлени цели. Образуването на азотни оксиди се предотвратява чрез добавяне на вода към газа преди горене, което понижава температурата на горене на газа. Освен това, останалите неизгорени въглища в газификатора се претопяват и превръщат в инертен стъкловиден материал, който след охлаждане отговаря на изискванията за твърди отпадъци в Калифорния.
В допълнение към по-високата ефективност и по-ниското замърсяване на околната среда, инсталациите с комбиниран цикъл имат и друго предимство: те могат да бъдат изградени на няколко етапа, така че инсталираната мощност се увеличава на блокове. Тази гъвкавост в строителството намалява риска от прекомерни или недостатъчни инвестиции, свързани с несигурността на растежа на търсенето на електроенергия. Например, първият етап от инсталирания капацитет може да работи газови турбини, и не въглища, а нефт или природен газ трябва да се използват като гориво, ако текущите цени на тези продукти са ниски. След това, с нарастването на търсенето на електроенергия, допълнително се пуска в експлоатация котел за отпадъчна топлина и въздушна турбина, което ще увеличи не само мощността, но и ефективността на станцията. Впоследствие, когато търсенето на електроенергия отново се увеличи, ще бъде възможно да се изгради блок за газификация на въглища в станцията.
Ролята на топлоелектрическите централи, работещи с въглища, е ключова тема, когато идваза опазване на природните ресурси, опазване на околната среда и начини за икономическо развитие. Тези аспекти на разглеждания проблем не са непременно противоречиви. Опитът от използването на нови технологични процеси на изгаряне на въглища показва, че те могат успешно и едновременно да решават проблеми както на опазването на околната среда, така и на намаляване на цената на електроенергията. Този принцип беше взет предвид в съвместен американско-канадски доклад за киселинните дъждове, публикуван миналата година. Водейки се от предложенията, съдържащи се в доклада, в момента Конгресът на САЩ обмисля създаването на обща национална инициатива за демонстриране и използване на „чисти“ процеси на изгаряне на въглища. Инициативата, която ще комбинира частен капитал с федерални инвестиции, има за цел да комерсиализира новите процеси на изгаряне на въглища през 90-те години, включително котли с кипящ слой и газови генератори. Въпреки това, дори при широкото използване на нови процеси на изгаряне на въглища в близко бъдеще, нарастващото търсене на електроенергия не може да бъде задоволено без цял набор от координирани мерки за пестене на електроенергия, регулиране на нейното потребление и повишаване на производителността на съществуващите топлоелектрически централи, работещи на традиционни принципи. Икономически и екологични проблемивероятно ще доведе до изцяло нови технологични разработки, коренно различни от описаните тук. В бъдеще топлоелектрическите централи, работещи с въглища, могат да се превърнат в комплексни предприятия за преработка на природни ресурси. Такива предприятия ще преработват местни горива и други природни ресурси и ще произвеждат електроенергия, топлинна енергия и различни продукти, като се вземат предвид нуждите на местната икономика. В допълнение към котлите с кипящ слой и инсталациите за газификация на въглища, такива предприятия ще бъдат оборудвани с електронни системи техническа диагностикаи автоматизирани системи за управление и освен това е полезно да се използват повечето от страничните продукти от изгарянето на въглища.
По този начин възможностите за подобряване на икономическите и екологичните фактори на производството на електроенергия на базата на въглища са много широки. Навременното използване на тези възможности обаче зависи от способността на правителството да прилага балансирани енергийни и екологични политики, които създават необходимите стимули за електроенергийната индустрия. Необходимо е да се вземат мерки, които да гарантират, че новите процеси на изгаряне на въглища се разработват и прилагат рационално, в сътрудничество с енергийни компании, а не както беше с въвеждането на пречистване на скруберния газ. Всичко това може да се постигне, ако разходите и рисковете се сведат до минимум чрез добре обмислен дизайн, тестване и усъвършенстване на малки пилотни инсталации, последвано от широко разпространена индустриализация на разработените системи.
