Bränsle, kallt vatten och luft – det är vad ett värmekraftverk förbrukar. Aska, varmvatten, rök och el är vad den producerar.
Termiska kraftverk drivs med olika typer av bränsle.
I mittfilen Sovjetunionen många kraftverk drivs med lokalt bränsle - torv. Det bränns i ångpannors ugnar i klumpform på rörliga galler eller i form av torvflis - mald torv - i gruvbruksugnar eller ugnar i Eng. Shershnev.
Fräsning av torv erhålls genom att ta bort små spån, smulor från torvmassan med redskapstrummor - fräsar. Sedan torkas denna smula.
Bränna in malen torv ren form länge sedan förblev ett olöst problem tills ingenjören Shershnev i vårt Sovjetunionen designade en ugn där mald torv bränns i suspension. Malstorv blåses med luft in i ugnen. Oförbrända stora partiklar faller, men tas återigen upp av en stark luftström och förblir således i ugnsutrymmet i suspension tills fullständig förbränning.
1931 togs världens första kraftverk i drift i Sovjetunionen, och brände mald torv i liknande ugnar. Detta är Bryansks regionala kraftverk.
Senare konstruerades schaktbruksugnar för eldning av mald torv. I schaktkvarnar torkas mald torv, krossas, blandas med luft och kommer redan i form av mycket fina torkade partiklar in i ugnen, där den brinner.
I oljeregionerna i Sovjetunionen finns det också kraftverk som drivs med flytande bränsle - eldningsolja (spilloljeraffinering). Kraftverk som ligger nära metallurgiska anläggningar förbrukar masugnsgas och gas från koksugnar som bränsle. Med upptäckten av naturgasfyndigheter började vissa kraftverk att använda denna gas i sina pannors ugnar.
Men inget av dessa bränslen är lika vanliga som kol. De flesta termiska kraftverk i Sovjetunionen förbrukar olika sorters kol som bränsle.
Moderna kraftverk är mycket opretentiösa för kvaliteten på kol. De kan använda flerask- och Blage-kol, som är olämpliga för eldning i ugnar på ångfartyg och ånglok, i masugnar och ugnar med öppen härd.
Tidigare brändes kol i kraftverk i ångpannors ugnar på galler - samma som i ugnarna för torv och för ved. Praxis har visat att det är mycket mer lönsamt att elda kol i form av ett fint pulver - koldamm. För att få det mals kol i kvarnar. I samma kvarnar torkas det. De flesta moderna värmekraftverk drivs med koldamm.
Ett värmekraftverk kräver mycket vatten. Vi måste mata ångpannorna. Men det mesta av vattnet går till att kyla avgasångan, för att kondensera den.
Moderna stora värmekraftverk är mestadels byggda på stranden av en flod, sjö eller speciellt skapad damm. Men inte alltid på den plats där kraftverket byggs finns det tillräckligt med vatten. I det här fallet nöjer de sig med en liten reservoar, där vattnet på konstgjord väg ”kylas med hjälp av spraypooler eller kyltorn.
Fikon. 4-4. Fördelning av förluster och nyttig energi i ett ångturbinkraftverk.
Siffrorna från 7 till 6 visar förlusterna: 1 - förluster i pannan (vänster in i den omgivande luften och för uppvärmning av pannrummet); 2-förluster med utgående gaser, ^- förluster i ångledningar; 4 - förluster i turbinen och för uppvärmning av maskinrummet; 5 - förluster i generatorn; 6 - förluster med kylvatten.
I ett kondenskraftverk är intern- och kylvattenförlusterna 77 %. Vid kraftvärmeverket används en del av värmen som finns i turbinernas selektiva ånga och spillånga i industriföretag 7 och för hushållens behov 8. De totala förlusterna är 65 %.
Varmvatten tillförs spraypoolerna under tryck. Ett rörsystem fördelar detta vatten mellan ett flertal munstycken. Det kommer vatten ur dem små fontäner, sprayas i små sprayer, kyls av den omgivande luften, och, redan kyld, faller i poolen.
Kyltorn är höga, ihåliga inuti tornet. Galler är placerade i sin nedre del längs omkretsen. Varmt vatten häller på gallren i ett fint regn. Luften passerar genom detta konstgjorda regn, värms upp av vattnets värme och kommer tillsammans med vattenångan in i den centrala delen av kyltornet. Detta gigantiska rör skapar dragkraft. Varm luft går upp och ut. Det finns alltid enorma ångmoln ovanför kyltornen.
Kraftvärmeverk - förkortat CHP - kallas kraftverk, som förutom el även ger konsumenterna värme i form av ånga för fabrikers och fabrikers tekniska behov och i form av varmt vatten, går till uppvärmning av bostäder och inhemska behov av befolkningen.
Kraftvärmeverk är mycket mer ekonomiska än enkla eller, som de kallas, kondenskraftverk. I den senare förs mer än hälften av värmen som genereras vid förbränning av bränsle med kylvatten. Vid kraftvärmeverk är dessa förluster mycket mindre, eftersom en del av ångan som släpps ut i turbinerna går direkt till konsumenterna och för att värma upp vatten för uppvärmning och varmvattenförsörjning i det omgivande området.
Så det vanligaste i vårt Sovjetunionen är ett termiskt kraftverk som arbetar på kol som bränns i ugnarna i ångpannor i ett pulveriserat tillstånd. Vi kommer att besöka ett sådant kraftverk.
Bränsletillförseln
För att generera 1 kWh el i ett modernt kraftverk går det bara åt några hundra gram kol, men även ett "genomsnittligt" kraftverk förbrukar flera tusen ton kol per dag.
Här slogs kraftverkets portar upp och klirrande av buffertar kommer nästa tåg med tunga långsamt in. 4-5. teknisk process för ett termiskt kraftverk (bränsleförsörjning och pannrum). Klumpkol som matas i självavlastande vagnar in i trattarna i lossningsboden 1 genom systemet av transportörer 2 kommer in i trattarna 3 i krosstornet och genom den magnetiska separatorn 4 och rosten 5 in i krossen 6, där det krossas för att bitar av storlek 10-13 ΛίΛί. Efter krossen matas fint kol genom transportören 2 till transportörerna i bunkerhallen 7 och genom dem till pannornas 8 råkolskärl.
Från råkolskärlen, med hjälp av en bandmatare 9, kombinerad med bandfjäll, kommer kolet in i kulkvarnen 10, där det mals och torkas med rökgaser som tillförs bruket genom en gasledning 11. En blandning av kol damm och gaser sugs ut ur kvarnen av en kvarnfläkt (fläkt) 12, passerar genom kvarnavskiljaren 13, där stora dammpartiklar separeras och återförs genom stoftrörledningen 14 tillbaka till kvarnen. Fint damm med gaser kommer in i pi vänstra cyklonen 15, där dammet separeras från gaserna och hälls i dammbehållaren 16. Från dammcyklonen 15 sugs gaserna av genom gasledningen 17 och genom brännaren 19
De blåses in i pannugnen 20.
I samma flöde av gaser genom stoftmatarna 18 tillförs den mängd damm som krävs för en given belastning av pannan. Blåsfläkten 21 tar den uppvärmda luften från pannrummets övre del, driver den genom luftvärmaren 22, där luften bringas till en temperatur av 300 - ^ 50°, och levererar den i den mängd som krävs för fullständig förbränning av dammet genom luftkanalerna 23 till brännarna 19. Brandfacklor, som lämnar brännarna, har en temperatur på ca 1 500° Glödande rökgaser som bildas vid förbränning av damm avger en del av sin värme genom strålning till silrören 24, sugs ut ur ugnen av en rökavluftare 29 och kastas ut i skorstenen 31 längs med grisen 30.
På vägen från ugnen tvättas gaserna av pannrören 25, överhettaren 26, vattenvärmaren - vattenekonomisatorn 27 och luftvärmaren 22. Gastemperaturen sjunker under 200 °. I elektrostatiska filter 28 renas avgaserna från aska, som hälls tillsammans med slagg från ugnen in i kanalerna för hydraulisk askborttagning 12, varifrån den förs bort av en kraftig vattenström.
Vatten kommer in i pannan från maskinrummet genom matarvattenledningen 33, passerar genom vattenekonomisatorn 27, där det värms upp till ungefär kokpunkten för ett givet tryck, matas in i panntrumman 34 och fyller därifrån hela röret systemet. Den resulterande ångan släpps ut från den övre delen av pannans balaban genom ångrör 35 till överhettaren 26. Den överhettade ångan genom huvudångventilen 37 genom den överhettade ångledningen 36 går till maskinrummet till turbinerna.
fyraxlade självlossande gondoler. Alla är kapabla! rymmer upp till 60 ton kol.
Kompositionen matas till vagnvågen, där varje gondol vägs. Bränslevägning är nödvändig för att hålla korrekta register över kraftverkets tekniska och ekonomiska prestanda och kontantavräkningar med järnvägs- och leverantörsgruvor.
Efter vägning går en del av vagnarna till kollagret, där det lossas för att skapa kolreserver. Ett lager behövs vid eventuella avbrott i transporten.
Kollagren i kraftverket är utrustade med kraftfulla lastnings- och lossningsmekanismer - portalkranar, kabelkranar, ång- eller elektriska självgående gripkranar. Driftstopp för vagnar för lastning och lossning minimeras.
Beroende på förhållandena för bränsletillförseln lagras tillräckligt med kol i lagret, vilket är tillräckligt för att säkerställa driften av stationen med full last i flera dagar eller till och med veckor.
Den andra delen av vagnarna, som stod kvar vid vagnvågen, tas av stationsångloket I 1 och matas till den långa byggnaden - avlastningsboden. Avlastningsbodens stora dubbeldörrar öppnas, varningssignaler lyser, klockan ringer och hela tåget tillsammans med loket går in - för avlastning.
Arbetarna vrider på låsspakarna, öppnar de nedre sidopanelerna på gondolerna och en svart ström av kol strömmar in i stora, järnslipade, storcelliga gropar som ligger på båda sidor om järnvägsspåret. Dessa är lossningsbunkrar. Kraftfulla elektriska lampor under taket verkar svaga av stigande dammmoln. Kolet serverades torrt, eftersom det finns så många. 4-6. teknisk process (fortsättning av fig. 4-5). värmekraftverk (maskinrum och eldel).
Den överhettade ångan från pannorna genom ångledningen 1 kommer in i ångturbinen 2, där ångans termiska energi omvandlas till mekanisk energi. Turbinrotorn roterar generatorrotorn L som är ansluten till den. Ångan som har tömts ut i turbinen kommer in i 4, där den kondenserar - kondenserar och avger sin värme till det cirkulerande vattnet. Ångan som omvandlas till vatten - kondensat - pumpas ut av kondensatpumpen b och skickas till lagringstanken 7 och avluftaren b, i vilken syre avlägsnas från det uppvärmda vattnet. I '4 tillförs avluftaren, förutom kondensat, vattentillförsel genom rörledning 12 från kemisk vattenbehandling för att kompensera för kondensatförluster, här tillför överföringspumpen 9 dränering från uppsamlingsdräneringstankar 10. Beroende på vattenförbrukningen hos pannrum, kondensat antingen samlas i ackumulatortanken eller förbrukas från den till avluftaren. Frigörandet av vatten från syret som är löst i det sker när huvudet på avluftaren 11 passerar.
Matarpumpen /5 tar vatten från avluftaren och driver det under tryck genom värmaren 14, där vattnet värms upp av turbinens selektiva ånga och går genom tryckmatningsvattenledningen 15 till pannrummet till pannorna. Selektiv ånga från turbinen, förutom värmaren, tillförs även avluftningshuvudet.
En kraftfull cirkulationspump 16 pumpar kallt vatten genom mässingsrören 5 på kondensorn ( cirkulerande vatten). Turbinens avgasånga tvättar dessa rör, avger sin värme till det cirkulerande vattnet och kondenserar. Varmt cirkulerande vatten genom rörledningen 17 kommer in i kyltornets utlopp 18, rinner därifrån ner längs gallret 19 i form av fint regn och möter luftflödet som går till kyltornets torn 20, kyls och från den mottagande poolen 2/, som redan är kyld, återgår till sugcirkulationspumpen 16.
Från generatorstatorn överförs den alstrade elektriciteten via kabeln 22 genom generatorfrånskiljarna 23 och oljebrytaren 24 till samlingsskenorna i ställverket 27. Från samlingsskenorna används en del av elektriciteten genom extra nedtrappningstransformatorer för att driva den elektriska motorer av egen förbrukning och för att belysa stationen. Huvuddelen av elektriciteten genom step-up transformatorer 26 och oljebrytare 27 går genom högspänningsledningen 28 till den gemensamma högspänningen.
kraftsystemnätverk.
damm. Men det händer också annorlunda. På hösten och vintertid När det kommer kraftiga regn och snöfall ökar fukthalten i kolet enormt. Kolet fryser och måste slås ut ur gondolerna med kofot.
Från lossningsbunkrarna kommer kol genom ett bältestransportsystem, ett dike, först under jord och sedan stigande uppåt längs lutande gallerier, in i krosstornet. Här maler hammarkrossar den till bitar på 10-13 mm. Härifrån går kolet till ångpannornas råkolskärl. Detta fullbordar ekonomin i bränsleförsörjningsverkstaden.
ångfabrik
När man står nere i pannrummet, i passagen mellan pannorna, verkar det som om man befinner sig på en smal gata mellan kl. höga hus. Bara hemma ovanligt utseende, mantlad med stålplåtar målade svart, och omgiven av lätta stålgallergångar och trappor. Moderna pannor når höjden av en femvåningsbyggnad.
På alla sidor är pannan slät svartplätering. Bara längst upp kan man se en silverkupol, som om ett luftskepp byggts in i kitteln. Det här är panntrumman. Ståltrummans kupol är täckt med ett skikt av värmeisolering och målad med aluminiumbrons. Det finns en lucka i kupolen så att du kan klättra in i trumman under installation och reparation.
På flera ställen på pannans hölje är små kikar anordnade. Låt oss öppna en av dem. Ansiktet översvämmas omedelbart av värme, ett outhärdligt starkt ljus träffar ögonen. Peepers går in i pannugnen, där bränslet förbränns. Mitt emot en av de öppna brännarna finns ett svart rör med en glaslins i änden, som en halv kikare. Detta är en optisk pyrometer som mäter temperaturen i ugnen. Ett känsligt rör placeras inuti pyrometerröret. Ledningarna från den går till en galvanometer monterad på pannans kontrollvärmesköld. Galvanometerns skala är graderad i grader.
Temperaturen inuti pannugnen är mer än ett och ett halvt tusen grader, och fodret på dess väggar är bara varmt. Lågan i ugnen är omgiven på alla sidor av en serie rör fyllda med vatten och anslutna till panntrumman. Dessa rör - en vattenskärm, som de kallas - uppfattar strålningsenergin från ugnens heta gaser. Bakom skärmens rör är murverk från eldfast tegel. Bakom lagret av eldfast tegel läggs ett lager av isolerande kiselalgstenar med mycket låg värmeledningsförmåga. Och bakom detta tegel, direkt under stålbeklädnaden, läggs ytterligare ett lager glasull eller asbest. Rören som lämnar pannan är täckta med ett tjockt lager av värmeisolering. Alla dessa åtgärder minskar värmeförlusten till miljön avsevärt.
Inne i ugnen
I närheten stoppades pannan för reparation. Genom en öppning i väggen kan du gå in i eldstaden till en tillfällig träplattform som är gjord under reparationens varaktighet. Vad grått allt är inuti!
Alla fyra väggarna i eldstaden är täckta med vattensilrör. Rören är täckta med ett lager av lös aska och slagg. På vissa ställen på ugnens sidoväggar är rören separerade och gapande svarta hål är synliga - brännare genom vilka koldamm blåses in i ugnen:
Längst ner smalnar ugnens väggar i form av en inverterad pyramid och förvandlas till en smal axel. Dessa är en slaggbunker och en slagggruva. Hit faller slaggen som bildas vid förbränning av koldamm. Från slagggruvor sköljs slagg och aska bort med en stark vattenstråle in i kanalerna för hydraulisk askborttagning eller hälls i vagnar och transporteras till askdeponier.
När du står längst ner i ugnen döljer dålig belysning först höjden på ugnsutrymmet. Men den här höjden blir påtaglig om du tar en titt på ett av vattenskärmens rör från botten till toppen.
Nedanför, i nivå med plattformen, verkar rören tjocka som en arm och mellanrummen mellan dem är tydligt urskiljbara. Överst är de grova böjda och bildar ett platt valv. Och där uppe verkar de här rören som strån i jämna rader. Du måste luta huvudet för att titta på eldstadens valv. Ofrivilligt öppnas munnen och aska strömmar in i den från ovan.
Under driften av pannan täcks alla dess vattenrör kontinuerligt med ett lager av sot, ett lager av aska och sot. Detta försämrar värmeöverföringen från heta gaser till vatten i rör. Under reparationen av pannan rengörs alla dess vattenrör noggrant.
Konstruktörer av ångpannor väljer att hastigheten för de heta gaserna genom buntarna av rör ska vara tillräckligt hög för att minska avsättningen av fasta partiklar på dem. Annars skulle det ha bildats utväxter, liknande stalaktiter och stalagmiter i grottor.
Dessutom, under driften av pannan, är det nödvändigt från tid till annan att blåsa sina rör med en stark stråle av tryckluft eller ånga.
Volymen på pannugnen är mer än tusen kubikmeter. Det är fruktansvärt att tänka på vad som händer i detta enorma utrymme under driften av pannan, när det hela är fyllt med rasande lågor och virvelvindar av heta gaser.
Vad är ett kolkraftverk? Detta är ett sådant företag för produktion av el, där kol (sten, brunt) är det första i energiomvandlingskedjan.
Låt oss komma ihåg kedjan av energiomvandling vid kraftverk som arbetar i en cykel.
Det första i kedjan är bränsle, i vårt fall kol. Den har kemisk energi, som, när den bränns i en panna, omvandlas till termisk energi av ånga. Termisk energi kan också kallas potentiell energi. Vidare omvandlas den potentiella energin hos ångan vid munstyckena till kinetisk energi. Vi kallar kinetisk energihastighet. Denna kinetiska energi vid utloppet av turbinmunstyckena trycker på rotorbladen och roterar turbinaxeln. Här erhålls den mekaniska rotationsenergin. Axeln på vår turbin är styvt kopplad till axeln på en elektrisk generator. Redan i den elektriska generatorn omvandlas den mekaniska rotationsenergin till elektrisk energi - elektricitet.
Ett kolkraftverk har både för- och nackdelar jämfört med till exempel ett gaseldat kraftverk (vi tar inte hänsyn till modern CCGT).
Fördelar med kolkraftverk:
— Låg kostnad för bränsle.
— Relativt oberoende av bränsletillförsel (det finns ett stort kollager).
- och allting.
Nackdelar med koleldade kraftverk:
- låg manövrerbarhet - på grund av en ytterligare begränsning av produktionen av slagg från, om det är med flytande askaborttagning;
- Höga utsläpp jämfört med gas;
- lägre effektivitet för elförsörjningen - här tillkommer förluster i pannan och ett ökat eget elbehov på grund av kolpulveriseringssystemet;
- mer än på bensinstationer beror kostnaden på att nötande slitage och ett större antal hjälpinstallationer tillkommer.
Av denna lilla jämförelse kan man se att koleldade kraftverk förlorar mot gas. Men fortfarande vägrar världen inte deras konstruktion. Detta beror främst ur ekonomisk synvinkel.
Ta till exempel vårt land. Vi har några platser på kartan där de bryter in stora mängder ah kol. Den mest kända är Kuzbass (Kuznetsk kolbassäng), även känd som Kemerovo-regionen. Det finns en hel del kraftverk, de största - och förutom dem finns det flera mindre. Alla drivs med kol, med undantag för ett fåtal kraftaggregat, där gas kan användas som reservbränsle. I Kemerovo-regionen, ett så stort antal koleldade kraftverk beror förstås på att kol bryts "till hands". Det finns praktiskt taget ingen transportkomponent i priset på kol till kraftverk. Dessutom är vissa TPP-ägare också ägare till kolföretag. Det verkar tydligt varför det inte byggs bensinstationer där.
Dessutom är de undersökta reserverna av kol ojämförligt större än de undersökta reserverna av naturgas. Detta gäller energitryggheten i landet.
PÅ utvecklade länder steg längre. Så kallad syntetisk gas, en konstgjord analog av naturgas, tillverkas av kol. Vissa har redan anpassat sig till denna gas, som kan fungera som en del av en CCGT. Och här finns redan helt andra effektivitetsfaktorer (högre) och skadliga utsläpp (lägre), jämfört med koleldade stationer, och även med gamla gasstationer.
Så vi kan dra slutsatsen: mänskligheten kommer alltid att använda kol som bränsle för produktion av el.
Den globala koleldade produktionskapaciteten har fördubblats till 2 000 GW sedan 2000, drivet av explosiv tillväxt i investeringsprojekt i Kina och Indien. Ytterligare 200 GW är under uppbyggnad och 450 GW planeras över hela världen. Under de senaste decennierna har koleldade kraftverk genererat 40-41 % av världens el – den största andelen i jämförelse med andra typer av produktion. Samtidigt nåddes toppen av elproduktionen från kol 2014, och nu har den nionde vågen av minskning av belastningen på operativa värmekraftverk och deras stängning börjat. Mer om detta i Carbon Brief.
Den globala koleldade produktionskapaciteten har fördubblats till 2 000 GW sedan 2000, drivet av explosiv tillväxt i investeringsprojekt i Kina och Indien. Ytterligare 200 GW är under uppbyggnad och 450 GW planeras över hela världen. Det finns 77 länder i kolgeneratorklubben, ytterligare 13 länder planerar att gå med i den 2030.
Under de senaste decennierna har koleldade kraftverk genererat 40-41 % av världens el – den största andelen i jämförelse med andra typer av produktion.
Samtidigt nåddes toppen av elproduktionen från kol 2014, och nu har den nionde vågen av minskning av belastningen på operativa värmekraftverk och deras stängning börjat. Under åren har 200 GW stängts av i EU och USA, med ytterligare 170 GW som ska stängas av till 2030. Från och med den 9 april 2018 har 27 länder anslutit sig till Coal Phase-out Alliance, varav 13 länder ha kraftverk i drift.
Observera att från 2010 till 2017 byggdes eller fördes endast 34 % av den planerade kolkapaciteten till byggstatus (873 GW), medan 1 700 GW ställdes in eller försenades, enligt CoalSwarm. Till exempel ett anbud för att bygga en sådan ny station kan locka flera ansökningar som var och en kommer att räknas in i den "planerade kapaciteten".
Enligt International Energy Agency (IEA) måste alla råkolanläggningar stänga inom några decennier om uppvärmningen ska begränsas till mindre än 2C över förindustriella temperaturer. För att belysa denna historia kartlade Carbon Brief det förflutna, nuet och framtiden för alla koleldade kraftverk runt om i världen från och med februari 2018. (https://www.carbonbrief.org/mapped-worlds-coal-power-plants), som visar alla koleldade värmekraftverk över 30 MW vardera i drift under perioden 2000-2017, samt placeringen av de planerade. Kartan omfattar cirka 10 000 stängda, driftsatta och planerade kolverk med en total kapacitet på 4 567 GW, varav 1 996 GW är i drift idag, 210 GW är under uppbyggnad, 443 GW planeras, 2 387 GW är under pensionering och 1 681 GW föreslogs till byggas men sedan ställas in sedan 2010 i 95 länder i världen. Det finns också cirka 27 GW små kolvärmekraftverk i världen - upp till 30 MW vardera.
Tillväxt av kolkapacitet
Koleldad produktion är framför allt löftet om billig el för att stimulera ekonomisk tillväxt. Den globala koleldade produktionskapaciteten växte årligen mellan 2000 och 2017, nästan fördubblades från 1 063 GW till 1 995 GW. Kol producerar 40-41 % av världens el, den största andelen under de senaste decennierna. Idag använder 77 länder runt om i världen kolenergi, upp från 65 år 2000. Ytterligare 13 planerar att gå med i kolenergiklubben.
CO2-utsläpp från befintliga installationer räcker för att störa kolbudgeten med 1,5 eller 2 grader Celsius. Enligt studien skulle dessa restriktioner innebära inga nya koleldade kraftverk och en tidig stängning av 20 % av den koleldade produktionsflottan. Enligt IEA kommer alla råkolkraftverk att behöva stängas till 2040 om världen ska hålla sig "väl under" 2 grader Celsius tillväxt. Detta skulle innebära att man stänger av 100 GW kolkapacitet varje år i 20 år, eller ungefär ett kolblock varje dag fram till 2040.
Rubriker och energiprognoser tyder dock på att koltillväxten inte kommer att stanna. Dessa dystra utsikter för ett försämrat klimat dämpas av tecken på snabba energiförändringar. Pipeledningen av kolblock som är under uppbyggnad eller planeras har halverats sedan 2015. Nedläggningstakten av termiska kraftverk accelererar och når en sammanlagd nivå på 197 GW mellan 2010 och 2017.
Kol avmattning
Det tror IEA toppinvesteringar till den globala kolenergin redan passerat och branschen har gått in i en fas av "dramatisk avmattning". I IEA-rapporten anges att Kina, som tillhandahåller mest nuvarande tillväxt, inte längre behöver nya värmekraftverk.
Misslyckandet i investeringar gör att tillväxten i kolkapaciteten bromsar in. Och om 2011 82 GW introducerades i världen, så 2017 - bara 34 GW.
Antalet nya stationer under uppbyggnad minskar snabbare varje år, en minskning med 73 % sedan 2015, enligt den senaste årsrapporten från CoalSwarm, Greenpeace och Sierra Club. Kina stänger ner många hundra mindre, äldre och mindre effektiva anläggningar och ersätter dem med större, mer effektiva. Allt detta betyder det global makt kolproduktion kan nå en topp så tidigt som 2022, enligt IEA State of the Industry Report.
Högsta CO2-utsläpp
IEA-data visar det CO2-utsläpp från kolenergi, kanske redan nådde sin topp 2014 ., trots att kolkapaciteten fortsätter att växa. Kol CO2-utsläppen minskade med 3,9 % under perioden 2014-2016, kolproduktionen med 4,3 %.
När kolkapaciteten fortsätter att öka går befintliga kolkraftverk färre timmar. I genomsnitt var globala koleldade kraftverk i drift ungefär hälften av tiden 2016, med en belastningsfaktor på 52,5 %. En liknande trend observeras i USA (52 %), EU (46 %), Kina (49 %) och Indien (60 %).
En rad andra faktorer påverkar också sambandet mellan koleldade kraftverk och CO2-utsläpp. Dessa inkluderar typen av kol och förbränningsteknik som används av varje anläggning. Värmekraftverk som förbränner brunkol av låg kvalitet kan släppa ut upp till 1 200 ton CO2 per genererad GWh el. Kol av hög kvalitet släpper ut färre utsläpp.
Förbränningsteknik är också viktig, från mindre effektiva "subkritiska" anläggningar till ultra-superkritisk system som ökar pannans verkningsgrad vid högre tryck. De äldsta och minst effektiva subkritiska anläggningarna arbetar med 35 % verkningsgrad. Ny teknik höjer denna siffra till 40 %, och ultra-superkritisk upp till 45 % (HELE).
Men enligt World Coal Association släpper även HELE-kolblock ut cirka 800tCO2/GW. Det är ungefär dubbelt så högt som utsläppen från gaseldade kraftverk och ungefär 50-100 gånger högre än kärnkraft, vind och sol. IEA ser inga ytterligare utsikter för kolkraft i scenarier före 2C eftersom restutsläppen är för höga, även med kolavskiljning och lagring.
Det var en liten uppgång i kolproduktionen och koldioxidutsläppen under 2017, drivet av högre produktion i Kina, även om de ligger under 2014 års topp.
Erosion av kolekonomin
Lågt kraftverksutnyttjande (PLU) är "frätande" för ekonomin i koleldade kraftverk. I allmänhet är de designade för att fungera minst 80 % av tiden, eftersom de har relativt höga fasta kostnader. Detta ligger också till grund för kostnadsberäkningen för byggandet av ett nytt kolblock, medan en mindre belastning ökar kostnaden per enhet el. Dynamiken i nedgången i NFI är särskilt giftig för koleldade kraftverksoperatörer som konkurrerar med snabbt fallande priser på förnybar energi, billig gas i USA och stigande kolpriser i EU. Begränsningar av koltillgången driver upp kolpriserna, vilket ytterligare underminerar eventuella kvardröjande fördelar jämfört med alternativ.
Nya miljöbestämmelser driver upp kostnaderna för koleldade kraftverk i många jurisdiktioner från EU till Indien och Indonesien. Kolverksägare bör investera i behandlingsanläggningar att möta högre miljökrav, eller lägga ner sina smutsiga värmekraftverk helt och hållet. Denna kombination av faktorer gör att de flesta stationer i den befintliga kol-"flottan" i EU och även i Indien står inför allvarliga ekonomiska problem, enligt Financial tankesmedjan Carbon Tracker. Det konstaterades att år 2030 kommer till exempel nästan alla koleldade kraftverk i EU att vara olönsamma. Bloomberg New Energy Finances grundare Michael Liebreich säger att kol står inför två "tipping points". Det första är när ny förnybar energi blir billigare än nya koleldade värmekraftverk, vilket redan har skett i flera regioner. Det andra är när nya förnybara energikällor är billigare än befintliga koleldade kraftverk.
anteckna det koleldade värmekraftverk kan fortsätta att fungera i ogynnsamt ekonomiska förhållanden, t.ex, med strömtillägg. Denna praxis infördes av ett antal EU-länder 2018.
2018 avskaffade Kina, Vietnam och Thailand helt tillägget för solelproduktion. Filippinerna och Indonesien har minskat den betydligt. Och i Indien är solelproduktion redan billigare än kol. Det vill säga, under verkliga konkurrensförhållanden, koleldad produktion i länderna sydöstra Asien tappar redan förnybara energikällor och kommer att utvecklas långsammare än planerat.
Viktiga länder och regioner
77 länder använder kol för att generera el, upp från 65 länder år 2000. Sedan dess har 13 länder byggt upp kolkapacitet och bara ett land, Belgien, har stängt den. Ytterligare 13 länder, som står för 3 % av den nuvarande kapaciteten, har lovat att fasa ut kol till 2030 som en del av Coal Leaving Alliance, ledd av Storbritannien och Kanada. Samtidigt hoppas 13 länder fortfarande på att gå med i kolenergiklubben.
Topp 10 länder i världen, som visas till vänster i tabellen nedan, står för 86 % av det totala antalet koleldade kraftverk i drift. På höger sida av bordet - Topp 10 länder som planerar att bygga 64 % av världens koleldade kapacitet.
Land/MW i drift/andel i världen Land/MW under uppbyggnad/andel
Kina 935.472 47 % Kina 210.903 32 %
USA 278.823 14 % Indien 131.359 20 %
Indien 214,910 11 % Vietnam 46,425 7 %
Tyskland 50 400 3 % Turkiet 42 890 7 %
Ryssland 48 690 2 % Indonesien 34 405 5 %
Japan 44 578 2 % Bangladesh 21 998 3 %
Sydafrika 41,307 2 % Japan 18,575 3 %
Sydkorea 37 973 2 % Egypten 14 640 2 %
Polen 29.401 1 % Pakistan 12.385 2 %
Indonesien 28.584 1 % Filippinerna 12.141 2 %
Kina har den största kolgenereringsflottan i drift och är hem för världens mest kraftfulla 97 GW-transportör under uppbyggnad i en radie på 250 km längs Yangtzeflodens delta runt Shanghai. Detta är mer än något land med undantag för Indien och USA som redan existerar. Ryssland har den femte största kolproducerande flottan i världen, som bara är 2 % av världens produktionskapacitet.
Kina
Under de senaste 20 åren har de mest betydande förändringarna skett i Kina. Dess koleldade flotta femdubblades mellan 2000 och 2017. och nådde 935 GW eller nästan hälften av världens kapacitet.
Kina är också världens största utsläppare av CO2 och använder hälften av världens kol, så dess framtida väg är oproportionerligt viktig för de globala ansträngningarna för att bekämpa klimatförändringarna.
Industriell aktivitet och användningen av kol stimulerades fram till president Xis utnämning till "ledare för livet". En sådan energipolitik skulle kunna driva ökningen av CO2-utsläppen till den snabbaste takten på många år.
Vissa analytiker säger dock att Kinas kolanvändning kan halveras till 2030. Regeringen antar ett nationellt system för handel med utsläppsrätter och stänger och begränsar ny koleldad kraftproduktion som svar på luftföroreningar och klimatoro. Det betyder att pipelinen av koleldade värmekraftverk under uppbyggnad eller planerade 2017 minskade med 70 % jämfört med 2016, enligt CoalSwarm.
Det betyder också att planerade projekt sannolikt inte kommer att få de tillstånd som behövs för att bygga dem, säger Lauri Millivirta, energianalytiker för Östasien på Greenpeace. "Många av de planerade projekten i Kina och Indien är faktiskt döda. I Indien är de kommersiellt illikvida, ingen med sitt fulla sinne kommer att bygga dem ... i Kina är det inte vettigt, eftersom det redan finns för mycket kapacitet, ett överskott.” Enligt US Energy Information Administration (EIA), kapacitet och kolproduktion i Kina har mer eller mindre nått sin topp.
Indien
Den näst största ökningen av kapaciteten sedan 2000 har skett i Indien, där den koleldade kraftflottan har mer än tredubblats till 215 GW. På senare tid har tillståndet för den indiska kolproduktionen försämrats kraftigt. IEA sänker sin efterfrågansprognos för indiskt kol på grund av bromsande tillväxt i efterfrågan på el och billigare förnybara energikällor. Några 10 GW-anläggningar bedöms som "icke-livskraftiga", andra 30 GW är under "stress", enligt Indiens energiminister i en intervju med Bloomberg i maj 2018. Detta beror på att "Indiens revolution för förnybar energi driver kol från en skuldklippa ”, skriver Matthew Gray är analytiker på Carbon Tracker.
Indiens senaste nationella elplan syftar till att avveckla 48 GW koleldade kraftverk, bl.a. på grund av nya miljöstandarder. Det föreskriver också driftsättning av 94 GW ny kapacitet, men denna siffra anses orealistisk av viktiga världsanalytiker. Landet har planerade projekt för 44 GW, varav 17 GW har lagts på is i flera år. " I Indien kan förnybar energi redan leverera energi till en lägre kostnad än nya och till och med de flesta befintliga koleldade kraftverk. ”, säger Lauri Millivirta, energianalytiker på Greenpeace i Östasien.
USA
En våg av avveckling av gammal kapacitet har minskat USA:s kolproduktion med 61 GW på sex år, och ytterligare 58 GW planeras att stängas, konstaterar Coal Swarm. Detta kommer att minska den amerikanska kolflottan med två femtedelar, från 327 GW år 2000 till 220 GW eller mindre i framtiden.
Ett sätt att rädda industrin är Trump-administrationens uttalade planer på att rädda koleldade anläggningar som går förlorade av skäl nationell säkerhet Bloomberg karakteriserar dem som "oöverträffad intervention på amerikanska energimarknader" för att upprätthålla systemets tillförlitlighet med kapacitetstillägg.
Å andra sidan gynnar marknadsförhållandena för närvarande gaseldade kraftverk och förnybar energi. Det finns inga nya kolkapaciteter i USA. Det förväntas att avvecklingen av kolkapaciteten 2018 kommer att uppgå till 18 GW. Förra året var kolförbrukningen i den amerikanska energisektorn den lägsta sedan 1982.
europeiska unionen
Med tanke på EU:s utfasningsplaner för kol bör unionens koleldade produktionsflotta reduceras till 100 GW år 2030, hälften av dess totala kapacitet år 2000. Tillsammans med Kanada leder EU-länderna alliansen för utfasning av kol. Storbritannien, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Österrike, Irland, Danmark, Sverige och Finland har aviserat utfasningen av koleldade kraftverk fram till 2030. Deras kapacitet är 42 GW, inklusive nybyggda värmekraftverk.
Samtidigt är den fjärde och nionde största nationella kolgenererande flottan i världen i medlemsstaterna EU, nämligen 50 GW i Tyskland och 29 GW i Polen. En EU-kommission för att fastställa ett brytdatum för Tysklands kolbaserade elförsörjning har påbörjat arbetet, även om landets nätoperatör säger att bara hälften av kolflottan kan stängas av till 2030 utan att kompromissa med energisäkerheten. Polen lovade helt enkelt att de inte skulle bygga nya koleldade värmekraftverk utöver det som redan är under uppbyggnad.
IEA-studier har visat att alla EU:s koleldade kraftverk måste stängas till 2030 för att uppfylla målen i Parisavtalet. Stigande CO2-priser förväntas leda till en övergång från kol till gas redan i år, förutsatt att priset är rätt och gas finns tillgänglig.
Andra nyckelländer
Andra asiatiska länder inklusive Sydkorea, Japan, Vietnam, Indonesien, Bangladesh, Pakistan och Filippinerna har kollektivt fördubblat sin koleldade produktionsflotta sedan 2000 och nådde 185 GW 2017. Tillsammans kommer dessa länder att själva bygga 50 GW nya värmekraftverk, med ytterligare 128 GW planerade genom finansiering och deltagande i byggandet av Kina, Japan och Sydkorea.
I många av dessa länder finns det blandade tecken på kolanvändning. Till exempel tar det senaste utkastet till Japans nationella energiplan hänsyn till kolets betydelsefulla roll 2030, medan Parisavtalet innebär att Tokyo måste fasa ut kolet då, konstaterar Climate Analytics.
Vietnam är det tredje landet när det gäller den planerade volymen av kolproduktion - 46 GW, varav 11 GW redan är under uppbyggnad. "Regeringen investerar dock allt mer i att förändra denna bana", skriver Alex Perera, Associate Director of Energy vid The World Resources Institute. förnybar energi och den privata sektorn som försöker uppnå allt strängare mål för ren energi."
Den indonesiska regeringen har förbjudit byggandet av nya kolanläggningar på den mest tätbefolkade ön Java. Det statliga elbolaget har kritiserats för att "massivt överskattat tillväxten i efterfrågan på el" för att motivera planer på att lägga till nya koleldade kraftverk.
Turkiet har betydande planer på att utöka sin kolflotta. Men bara 1 GW av den planerade rörledningen på 43 GW byggs för närvarande.
Ett annat land med stora planer är Egypten, som varken har kolanläggningar eller egna kolfyndigheter. Observera att ingen av de 15 GW planerade ny kapacitet gick utöver tidigt skede godkännanden, har inte fått några tillstånd och byggs inte.
Sydafrika har stora kolfyndigheter och världens sjunde största koleldade energiflotta. Sydafrika bygger 6 GW nya värmekraftverk och planerar att ta i drift ytterligare 6 GW. Men sedan valet av Cyril Ramaphosa tidigare i år har den politiska stämningen i landet förändrats, och långsiktiga avtal för konstruktion av förnybar energi värda 4,7 miljarder dollar undertecknades i april. Anledningen är att nya kolverk kommer att bli dyrare än förnybara energikällor, tror experter. Lagstiftningsdiskussioner kring kolets roll i Sydafrikas nya energiinvesteringsplan kommer att äga rum senare i sommar.
23 mars 2013
En gång när vi gick in i den härliga staden Cheboksary, östlig riktning min fru märkte två enorma torn längs motorvägen. "Och vad är det?" hon frågade. Eftersom jag absolut inte ville visa min okunnighet för min fru grävde jag lite i minnet och delade ut ett segrande: "Det här är kyltorn, vet du inte?". Hon var lite generad: "Vad är de till för?" "Tja, det finns något att coola, verkar det som." "Och vad?". Då skämdes jag, för jag visste inte alls hur jag skulle ta mig ut längre.
Kanske har denna fråga legat kvar för alltid i minnet utan svar, men mirakel händer. Några månader efter den här incidenten ser jag ett inlägg i mitt vänflöde z_alexey om rekryteringen av bloggare som vill besöka Cheboksary CHPP-2, samma som vi såg från vägen. Att drastiskt behöva ändra alla dina planer, skulle vara oförlåtligt att missa en sådan chans!
Så vad är CHP?
Detta är hjärtat i kraftvärmeverket och här utspelar sig huvudhandlingen. Gasen som kommer in i pannan brinner ut och frigör en galen mängd energi. Det är här rent vatten kommer in. Efter uppvärmning förvandlas den till ånga, mer exakt till överhettad ånga, med en utloppstemperatur på 560 grader och ett tryck på 140 atmosfärer. Vi kommer också att kalla det "Ren ånga" eftersom det bildas av förberedt vatten.
Förutom ånga har vi även avgas vid utgången. Vid maximal effekt förbrukar alla fem pannor nästan 60 kubikmeter naturgas per sekund! För att ta bort förbränningsprodukterna behövs ett icke-barnsligt "rök"rör. Och det finns en också.
Röret kan ses från nästan alla delar av staden, givet höjden på 250 meter. Jag misstänker att detta är den högsta byggnaden i Cheboksary.
I närheten finns ett lite mindre rör. Boka igen.
Om kraftvärmeverket är koleldat krävs ytterligare avgasrening. Men i vårt fall är detta inte nödvändigt, eftersom naturgas används som bränsle.
I den andra delen av pann- och turbinverkstaden finns installationer som genererar el.
Fyra av dem är installerade i maskinrummet på Cheboksary CHPP-2, med en total kapacitet på 460 MW (megawatt). Det är här som överhettad ånga från pannrummet tillförs. Han, under enormt tryck, skickas till turbinbladen, vilket tvingar den trettio ton tunga rotorn att rotera med en hastighet av 3000 rpm.
Installationen består av två delar: själva turbinen och en generator som genererar el.
Och så här ser turbinrotorn ut.
Sensorer och mätare finns överallt.
Både turbiner och pannor, i fall nödsituation kan stoppas omedelbart. För detta finns speciella ventiler som kan stänga av tillförseln av ånga eller bränsle på en bråkdel av en sekund.
Intressant nog, finns det något sådant som ett industrilandskap eller ett industriporträtt? Den har sin egen skönhet.
Det är ett fruktansvärt ljud i rummet, och för att höra en granne måste man anstränga hörseln mycket. Dessutom är det väldigt varmt. Jag vill ta av mig hjälmen och ta av mig till min t-shirt, men det kan jag inte göra. Av säkerhetsskäl är kortärmad klädsel förbjuden på kraftvärmeverket, det finns för många heta rör.
För det mesta är verkstaden tom, folk dyker upp här en gång varannan timme, under en runda. Och driften av utrustningen styrs från huvudkontrollkortet (gruppkontrollpaneler för pannor och turbiner).
Så här ser tjänstestationen ut.
Det finns hundratals knappar runt omkring.
Och dussintals sensorer.
Vissa är mekaniska och andra är elektroniska.
Det här är vår utflykt och folk arbetar.
Totalt, efter pann- och turbinverkstaden, har vi vid utgången el och ånga som delvis har svalnat och tappat en del av sitt tryck. Med el verkar det vara lättare. Vid utgången från olika generatorer kan spänningen vara från 10 till 18 kV (kilovolt). Med hjälp av blocktransformatorer stiger den till 110 kV, och då kan el överföras över långa avstånd med hjälp av kraftledningar (kraftledningar).
Det är olönsamt att släppa den återstående "Clean steam" åt sidan. Eftersom den är bildad av rent vatten", vars tillverkning är en ganska komplicerad och kostsam process, är det mer ändamålsenligt att kyla det och återföra det till pannan. Så i en ond cirkel. Men med dess hjälp, och med hjälp av värmeväxlare, kan du värma vatten eller producera sekundär ånga, som lätt kan säljas till tredje part.
I allmänhet är det på detta sätt som vi får värme och el i våra hem, med den vanliga komforten och mysigheten.
Åh ja. Varför behövs kyltorn ändå?
Det visar sig att allt är väldigt enkelt. För att kyla kvarvarande "Ren ånga", innan en ny tillförsel till pannan, används alla samma värmeväxlare. Den kyls med hjälp av tekniskt vatten, vid CHPP-2 tas den direkt från Volga. Den kräver ingen speciell utbildning och kan även återanvändas. Efter att ha passerat genom värmeväxlaren värms processvattnet upp och går till kyltornen. Där rinner det ner i en tunn hinna eller faller ner i form av droppar och kyls av det mötande luftflödet som skapas av fläktarna. Och i utkastningskyltorn sprutas vatten med speciella munstycken. I vilket fall som helst sker huvudkylningen på grund av avdunstning av en liten del av vattnet. Det kylda vattnet lämnar kyltornen genom en speciell kanal, varefter det med hjälp av en pumpstation skickas för återanvändning.
Med ett ord behövs kyltorn för att kyla vattnet som kyler ångan som arbetar i pannturbinsystemet.
Allt arbete i CHP styrs från huvudkontrollpanelen.
Det finns en skötare här hela tiden.
Alla händelser loggas.
Mata mig inte med bröd, låt mig ta bilder på knapparna och sensorerna...
På detta, nästan allt. Avslutningsvis finns det några bilder från stationen.
Detta är ett gammalt rör som inte längre fungerar. Troligtvis tas den ner snart.
Det förekommer mycket propaganda på företaget.
De är stolta över sina anställda här.
Och deras prestationer.
Det verkar inte rätt...
Det återstår att tillägga att, som i ett skämt - "Jag vet inte vilka dessa bloggare är, men deras guide är chefen för filialen i Mari El och Chuvashia av OAO TGC-5, företagets IES - Dobrov S.V. "
Tillsammans med stationsdirektören S.D. Stolyarov.
Utan överdrift - riktiga proffs inom sitt område.
Och naturligtvis ett stort tack till Irina Romanova, som representerar företagets presstjänst, för den perfekt organiserade turnén.
År 1879, när Thomas Alva Edisonuppfann glödlampan, började elektrifieringens era. Att generera stora mängder el krävde billigt och lättillgängligt bränsle. Kol uppfyllde dessa krav, och de första kraftverken (byggda i slutet av 1800-talet av Edison själv) gick på kol.
I takt med att fler och fler stationer byggdes i landet ökade beroendet av kol. Sedan första världskriget kom ungefär hälften av den årliga elproduktionen i USA från koleldade värmekraftverk. 1986 var den totala installerade kapaciteten för sådana kraftverk 289 000 MW, och de förbrukade 75 % av det totala (900 miljoner ton) kol som bröts i landet. Med tanke på den rådande osäkerheten när det gäller utsikterna för utvecklingen av kärnenergi och tillväxten av olje- och naturgasproduktion, kan man anta att koleldade värmekraftverk i slutet av århundradet kommer att producera upp till 70 % av all elektricitet genereras i landet.
Men trots det faktum att kol länge har varit och kommer att vara den huvudsakliga elkällan i många år framöver (i USA står det för cirka 80 % av reserverna av alla typer av naturliga bränslen), har det aldrig varit optimalt bränsle för kraftverk. Specifikt energiinnehåll per viktenhet (dvs. värmevärde) är lägre för kol än för olja eller naturgas. Det är svårare att transportera och dessutom orsakar eldning av kol en rad oönskade miljöeffekter, särskilt surt regn. Sedan slutet av 1960-talet har attraktionskraften för koleldade värmekraftverk minskat kraftigt på grund av skärpta krav på miljöföroreningar genom gasformiga och fasta utsläpp i form av aska och slagg. Kostnaderna för att ta itu med dessa miljöproblem, tillsammans med de ökande kostnaderna för att bygga komplexa anläggningar som värmekraftverk, har gjort deras utvecklingsutsikter mindre gynnsamma ur en rent ekonomisk synvinkel.
Men om du ändrar dig teknisk bas koleldade värmekraftverk, kan deras tidigare attraktivitet återupplivas. Vissa av dessa förändringar är av evolutionära karaktär och syftar främst till att öka kapaciteten hos befintliga installationer. Samtidigt utvecklas helt nya processer för avfallsfri förbränning av kol, det vill säga med minimal skada på miljön. Införandet av nya tekniska processer syftar till att säkerställa att framtida koleldade värmekraftverk effektivt kan kontrolleras för graden av miljöförorening de har, har flexibilitet vad gäller möjligheten att använda olika sorter kol och krävde inte långa byggperioder.
För att förstå betydelsen av framsteg inom kolförbränningsteknik, överväg kortfattat driften av ett konventionellt koleldat värmekraftverk. Kol förbränns i ugnen i en ångpanna, som är en enorm kammare med rör inuti, där vatten förvandlas till ånga. Innan det matas in i ugnen krossas kol till damm, på grund av vilket nästan samma förbränningseffektivitet uppnås som vid förbränning av brännbara gaser. En stor ångpanna förbrukar i genomsnitt 500 ton pulveriserat kol per timme och genererar 2,9 miljoner kg ånga, vilket räcker för att producera 1 miljon kWh elektrisk energi. Under samma tid släpper pannan ut cirka 100 000 m3 gaser till atmosfären.
Den alstrade ångan passerar genom överhettaren, där dess temperatur och tryck ökar, och kommer sedan in i högtrycksturbinen. Den mekaniska energin från turbinrotationen omvandlas av en elektrisk generator till elektrisk energi. För att erhålla en högre energiomvandlingseffektivitet återförs vanligen ångan från turbinen till pannan för återuppvärmning och driver sedan en eller två lågtrycksturbiner och först därefter kondenseras den genom kylning; kondensatet återförs till panncykeln.
Utrustning för värmekraftverk inkluderar bränslematare, pannor, turbiner, generatorer samt sofistikerade system för kylning, rökgasrening och askborttagning. Alla dessa huvud- och hjälpsystem är designade för att fungera med hög tillförlitlighet i 40 år eller mer vid belastningar som kan variera från 20 % av anläggningens installerade kapacitet till maximalt. Kapitalkostnaden för att utrusta ett typiskt 1 000 MW värmekraftverk överstiger vanligtvis 1 miljard dollar.
Verkningsgraden med vilken den värme som frigörs från förbränning av kol kan omvandlas till elektricitet var endast 5 % före 1900, men 1967 hade den nått 40 %. Med andra ord, under en period av cirka 70 år har den specifika förbrukningen av kol per producerad enhet el minskat med åtta gånger. Följaktligen minskade kostnaden för 1 kW installerad kapacitet för värmekraftverk: om det 1920 var $ 350 (i 1967 års priser), minskade det 1967 till $ 130. Priset på levererad el sjönk också över samma period från 25 cent till 2 cent för 1 kW te.
Men sedan 1960-talet har utvecklingstakten börjat avta. Denna trend förklaras tydligen av det faktum att traditionella termiska kraftverk har nått gränsen för sin perfektion, bestämt av termodynamikens lagar och egenskaperna hos materialen från vilka pannor och turbiner är gjorda. Sedan början av 1970-talet har dessa tekniska faktorer förvärrats av nya ekonomiska och organisatoriska skäl. I synnerhet har investeringarna ökat kraftigt, tillväxten av efterfrågan på el har avtagit, kraven på miljöskydd mot skadliga utsläpp har blivit strängare och tidsramen för att genomföra kraftverksbyggen har förlängts. Som ett resultat av detta har kostnaden för att producera el från kol, som hade sjunkit under många år, ökat kraftigt. Faktum är att 1 kW el producerad av nya värmekraftverk nu kostar mer än 1920 (i jämförbara priser).
Under de senaste 20 åren har kostnaden för koleldade värmekraftverk påverkats mest av ökade krav på avlägsnande av gasformiga,
flytande och fast avfall. Gasrening och askborttagningssystem i moderna värmekraftverk står nu för 40 % av kapitalkostnaderna och 35 % av driftskostnaderna. Ur teknisk och ekonomisk synvinkel är den viktigaste delen av ett avgaskontrollsystem rökgasavsvavlingsanläggningen, ofta kallad ett våtskrubbningssystem. Den våta dammsamlaren (scrubbern) håller kvar svaveloxider, som är den huvudsakliga föroreningen som bildas vid förbränning av kol.
Tanken med våt dammuppsamling är enkel, men i praktiken visar det sig vara svårt och dyrt. Ett alkaliskt ämne, vanligtvis kalk eller kalksten, blandas med vatten och lösningen sprutas in i rökgasströmmen. Ingår i influensa gaser svaveloxider absorberas av alkalipartiklar och fälls ut ur lösningen i form av inert sulfit eller kalciumsulfat (gips). Gipset kan enkelt tas bort eller, om det är tillräckligt rent, kan säljas som byggmaterial. I mer komplexa och dyra skursystem kan gipsslam omvandlas till svavelsyra eller elementärt svavel - mer värdefullt kemiska produkter. Sedan 1978 har installation av scrubbers varit obligatoriskt vid alla värmekraftverk under uppförande som använder pulveriserat kolbränsle. Som ett resultat har den amerikanska energiindustrin nu fler skrubberinstallationer än resten av världen.
Kostnaden för ett skrubbersystem vid nya anläggningar är vanligtvis $150-200 per 1 kW installerad kapacitet. Installation av skrubber vid befintliga anläggningar, ursprungligen konstruerade utan våtskurning, kostar 10-40 % mer än vid nya anläggningar. Driftskostnaderna för scrubbers är ganska höga oavsett om de installeras i gamla eller nya anläggningar. Skrubbrar genererar enorma mängder gipsslam som måste förvaras i sedimenteringsdammar eller dumpas, vilket skapar ett nytt miljöproblem. Till exempel producerar ett värmekraftverk med en kapacitet på 1000 MW, som drivs på kol som innehåller 3% svavel, så mycket slam per år att det kan täcka en yta på 1 km2 med ett lager som är cirka 1 m tjockt.
Dessutom förbrukar våtgasreningssystem mycket vatten (vid en anläggning på 1000 MW är vattenflödet cirka 3800 l / min), och deras utrustning och rörledningar är ofta utsatta för igensättning och korrosion. Dessa faktorer ökar driftskostnaderna och minskar systemets övergripande tillförlitlighet. Slutligen, i skrubbersystem går från 3 till 8 % av energin som genereras av stationen till att driva pumpar och rökavgaser och på att värma upp rökgaser efter gasrening, vilket är nödvändigt för att förhindra kondens och korrosion i skorstenar.
Utbredd användning av scrubbers i den amerikanska kraftindustrin var varken lätt eller billig. De första skrubberinstallationerna var mycket mindre tillförlitliga än resten av stationsutrustningen, så komponenterna i skrubbersystemen konstruerades med stor säkerhets- och tillförlitlighetsmarginal. En del av svårigheterna i samband med installation och drift av scrubbers kan förklaras av det faktum att industriell tillämpning av scrubberteknik startade i förtid. Först nu, efter 25 års erfarenhet, har tillförlitligheten hos skrubbersystem nått en acceptabel nivå.
Kostnaden för koleldade termiska anläggningar har ökat inte bara på grund av de obligatoriska systemen för utsläppskontroll, utan också på grund av att själva byggkostnaden har skjutit i höjden. Även om man tar hänsyn till inflationen är enhetskostnaden för installerad kapacitet i koleldade termiska anläggningar nu tre gånger högre än 1970. Under de senaste 15 åren har ”skaleffekten”, d.v.s. nyttan av att bygga stora kraftverk, har motverkats av en betydande ökning av byggkostnaderna. Delvis återspeglar denna prisuppgång de höga kostnaderna för att finansiera långsiktiga kapitalprojekt.
Effekten av projektförseningar kan ses i exemplet med japanska energibolag. Japanska företag är vanligtvis smidigare än sina amerikanska motsvarigheter när det gäller att hantera organisatoriska, tekniska och finansiella problem som ofta försenar idrifttagandet av stora byggprojekt. I Japan kan ett kraftverk byggas och tas i drift på 30-40 månader, medan i USA tar ett kraftverk med samma kapacitet vanligtvis 50-60 månader. Med så långa projektgenomförandetider är kostnaden för en ny anläggning under uppbyggnad (och därmed kostnaden för fruset kapital) jämförbar med det fasta kapitalet för många amerikanska energibolag.
Därför letar energibolag efter sätt att minska kostnaderna för att bygga nya kraftverk, i synnerhet genom att använda mindre modulära anläggningar som snabbt kan transporteras och installeras i en befintlig anläggning för att möta den växande efterfrågan. Sådana installationer kan tas i drift i fler kort tid och därför lönar sig snabbare, även om avkastningen på investeringen förblir konstant. Att installera nya moduler endast när en ökning av systemkapaciteten krävs kan resultera i nettobesparingar på upp till $200/kW, även om skalfördelar går förlorade med mindre installationer.
Som ett alternativ till att bygga nya kraftgenererande anläggningar har energibolag också tränat på att eftermontera befintliga gamla kraftverk för att förbättra deras prestanda och förlänga deras livslängd. Denna strategi kräver naturligtvis mindre investeringar än att bygga nya anläggningar. Denna trend är också motiverad eftersom de kraftverk som byggdes för cirka 30 år sedan inte är moraliskt föråldrade ännu. I vissa fall fungerar de till och med med högre effektivitet, eftersom de inte är utrustade med skrubber. Gamla kraftverk tar allt större andel i landets energisektor. 1970 var endast 20 produktionsanläggningar i USA över 30 år gamla. I slutet av seklet kommer 30 år att vara medelåldern för koleldade värmekraftverk.
Energibolagen letar också efter sätt att minska driftskostnaderna på stationerna. För att förhindra energiförlust är det nödvändigt att tillhandahålla varning i rätt tid om försämringen av prestandan för de viktigaste delarna av anläggningen. Därför blir kontinuerlig övervakning av tillståndet för enheter och system en viktig del av den operativa tjänsten. Sådan kontinuerlig övervakning av de naturliga processerna av slitage, korrosion och erosion gör det möjligt för anläggningsoperatörer att vidta åtgärder i tid och förhindra nödstopp i kraftverk. Betydelsen av sådana åtgärder kan korrekt bedömas om man till exempel betänker att den påtvingade stilleståndstiden för en 1000 MW koleldad anläggning skulle kunna kosta kraftbolaget 1 miljon dollar om dagen, främst för att den outnyttjade energin måste kompenseras genom att tillföra energi fr.o.m. dyrare källor.
Ökningen av specifika kostnader för transport och bearbetning av kol och för borttagning av aska har gjort kolets kvalitet (bestämd av innehållet av fukt, svavel och andra mineraler) till en viktig faktor som bestämmer prestandan och ekonomin för värmekraftverk. Även om lågvärdigt kol kan kosta mindre än högvärdigt kol, kostar det mycket mer att producera samma mängd el. Kostnaden för att transportera mer lågvärdigt kol kan uppväga fördelen med dess lägre pris. Dessutom genererar lågvärdigt kol vanligtvis mer avfall än högvärdigt kol, och följaktligen krävs höga kostnader för askavlägsnande. Slutligen är sammansättningen av låghaltiga kol föremål för stora fluktuationer, vilket gör det svårt att "trimma" anläggningens bränslesystem för att fungera med högsta möjliga verkningsgrad; i detta fall måste systemet anpassas så att det kan fungera med den sämsta förväntade kolkvaliteten.
I befintliga kraftverk kan kvaliteten på kolet förbättras, eller åtminstone stabiliseras, genom att avlägsna vissa föroreningar, såsom svavelmineraler, före förbränning. I reningsverk separeras det malda "smutsiga" kolet från föroreningar på många sätt, med hjälp av skillnader i specifik vikt eller andra fysiska egenskaper hos kolet och föroreningarna.
Trots dessa ansträngningar för att förbättra prestandan hos befintliga koleldade termiska kraftverk kommer ytterligare 150 000 MW produktionskapacitet att behöva installeras i USA i slutet av århundradet om efterfrågan på el växer med en förväntad takt på 2,3 % per år. För att förbli konkurrenskraftiga med kol på en ständigt växande energimarknad kommer energibolagen att behöva anta innovativa nya sätt att elda kol som är effektivare än traditionella på tre sätt. nyckelaspekter: mindre miljöföroreningar, minskad byggtid för kraftverk och förbättring av deras arbets- och driftsegenskaper.
 |
 |
| FLUIDISERAD KOLBRÄNNING minskar behovet av hjälpanläggningar för att behandla utsläpp från kraftverk. Ett fluidiserat lager av en blandning av kol och kalksten skapas i pannugnen av ett luftflöde i vilket fasta partiklar blandas och i suspension, det vill säga de beter sig på samma sätt som i en kokande vätska. Turbulent blandning säkerställer fullständig förbränning av kol; medan kalkstenspartiklar reagerar med svaveloxider och fångar upp cirka 90 % av dessa oxider. Eftersom pannans värmeslingor direkt berör den fluidiserade bädden av bränslet, sker ånggenerering med större effektivitet än i konventionella ångpannor arbetar med krossat kol. Dessutom är temperaturen på det brinnande kolet i den fluidiserade bädden lägre, vilket förhindrar smälter pannslagg och minskar bildningen av kväveoxider. |
KOL FÖRGASNING kan utföras genom att värma en blandning av kol och vatten i en syreatmosfär. Produkten av processen är en gas som huvudsakligen består av kolmonoxid och väte. När gasen har kylts, avsolifierats och avsvavlats kan den användas som bränsle för gasturbiner och sedan för att producera ånga till en ångturbin (kombinerad cykel). En kombianläggning släpper ut färre föroreningar till atmosfären än en konventionell koleldad termisk anläggning. |
För närvarande utvecklas mer än ett dussin sätt att elda kol med ökad effektivitet och mindre skador på miljön. De mest lovande bland dem är förbränning av fluidiserad bädd och kolförgasning. Förbränning enligt den första metoden utförs i en ångpanneugn, som är utformad så att krossat kol blandat med kalkstenspartiklar hålls ovanför ugnsgallret i ett suspenderat ("pseudo-flytande") tillstånd genom ett kraftigt stigande luftflöde. Suspenderade partiklar beter sig på i huvudsak samma sätt som i en kokande vätska, dvs. de är i turbulent rörelse, vilket säkerställer en hög effektivitet i förbränningsprocessen. Vattenrören i en sådan panna är i direkt kontakt med den "fluidiserade bädden" av det brinnande bränslet, vilket resulterar i att en stor del av värmen överförs genom värmeledning, vilket är mycket effektivare än strålnings- och konvektivvärmen överföring i en konventionell ångpanna.
Den koleldade pannan med fluidiserad bädd har en större rörvärmeöverföringsarea än en konventionell pulveriserad koleldad panna, vilket sänker ugnstemperaturen och därmed minskar bildningen av kväveoxider. (Medan temperaturen i en konventionell panna kan vara över 1650°C ligger den i en virvelbäddspanna i intervallet 780-870°C.) Dessutom binder kalksten blandad med kol 90 procent eller mer av svavlet som frigörs från kol under förbränning, eftersom den lägre arbetstemperatur bidrar till reaktionen mellan svavel och kalksten med bildning av sulfit eller kalciumsulfat. På så sätt neutraliseras miljöskadliga ämnen som bildas vid förbränning av kol på bildningsplatsen, det vill säga i ugnen.
Dessutom är virvelbäddspannan mindre känslig för fluktuationer i kolkvaliteten på grund av dess design och funktionsprincip. I ugnen i en konventionell pulveriserad kolpanna bildas en enorm mängd smält slagg, vilket ofta täpper till värmeöverföringsytorna och därigenom minskar pannans effektivitet och tillförlitlighet. I en fluidiserad bäddpanna brinner kolet vid en temperatur under slaggens smältpunkt, och därför uppstår inte ens problemet med nedsmutsning av värmeytorna med slagg. Dessa pannor kan arbeta på kol av lägre kvalitet, vilket i vissa fall kan minska driftskostnaderna avsevärt.
Metoden för förbränning i en fluidiserad bädd implementeras enkelt i pannor av en modulär design med liten ångkapacitet. Enligt vissa uppskattningar kan investeringen i ett värmekraftverk med kompakta virvelbäddspannor vara 10-20 % lägre än investeringen i termisk station traditionell typ samma kraft. Besparingar uppnås genom att minska byggtiden. Dessutom kan kraften hos en sådan anläggning lätt ökas med en ökning av elektrisk belastning, vilket är viktigt för de fall då dess tillväxt i framtiden inte är känd i förväg. Problemet med planering förenklas också, eftersom sådana kompakta installationer snabbt kan installeras så fort behov uppstår att öka elproduktionen.
Fluidbäddspannor kan även inbyggas i befintliga kraftverk när kraftproduktionen snabbt behöver ökas. Exempelvis konverterade energibolaget Northern States Power en av de pulveriserade kolpannorna på stationen i st. Minnesota i en fluidiserad bäddpanna. Ändringen genomfördes för att öka kraftverkskapaciteten med 40 %, minska kraven på bränslekvalitet (pannan kan fungera även på lokalt avfall), mer noggrann utsläppsrening och förlänga anläggningens livslängd upp till 40 år.
Under de senaste 15 åren har tekniken som används i termiska kraftverk utrustade uteslutande med virvelbäddspannor expanderat från små pilot- och semiindustriella anläggningar till stora "demonstrations"-anläggningar. En sådan station med en total kapacitet på 160 MW byggs gemensamt av Tennessee Valley Authority, Duke Power och Commonwealth of Kentucky; Colorado-Ute Electric Association, Inc. driftsatt ett 110 MW kraftverk med virvelbäddspannor. Om dessa två projekt blir framgångsrika, liksom Northern States Power, ett samriskföretag inom den privata sektorn med ett totalt kapital på cirka 400 miljoner dollar, kommer den ekonomiska risken förknippad med användningen av virvelbäddspannor inom energiindustrin att minska avsevärt.
På ett annat sätt, som dock redan fanns i enklare form tillbaka i mitten av nittondeårhundradet, är förgasning av kol med produktion av "rent brinnande" gas. Sådan gas är lämplig för belysning och uppvärmning och användes i stor utsträckning i USA fram till andra världskriget, tills den förträngdes av naturgas.
Inledningsvis väckte kolförgasning energibolagens uppmärksamhet, som hoppades kunna använda denna metod för att få bränsle som brinner utan avfall och därigenom bli av med skrubberrengöring. Det har nu blivit tydligt att kolförgasning har en viktigare fördel: de heta produkterna från förbränning av produktionsgas kan direkt användas för att driva gasturbiner. I sin tur kan spillvärmen från förbränningsprodukterna efter gasturbinen utnyttjas för att erhålla ånga för att driva ångturbinen. Denna kombinerade användning av gas- och ångturbiner, som kallas den kombinerade cykeln, är nu en av de mest effektiva sätt produktion av elektrisk energi.
Gasen som erhålls från förgasning av kol och befriad från svavel och partiklar är ett utmärkt bränsle för gasturbiner och brinner, liksom naturgas, nästan utan avfall. Den höga effektiviteten hos den kombinerade cykeln kompenserar för de oundvikliga förlusterna i samband med omvandlingen av kol till gas. Dessutom förbrukar kombianläggningen avsevärt mindre vatten, eftersom två tredjedelar av effekten utvecklas av en gasturbin, som inte behöver vatten, till skillnad från en ångturbin.
Lönsamheten hos kraftverk med kombinerad cykel som arbetar enligt principen om kolförgasning har bevisats av erfarenheten av att driva Cool Water-anläggningen i Edison i södra Kalifornien. Denna station med en kapacitet på cirka 100 MW togs i drift i maj 1984. Den kan drivas med olika sorters kol. Anläggningens utsläpp skiljer sig inte i renhet från de från en närliggande naturgasanläggning. Innehållet av svaveloxider i rökgaser hålls på en betydligt lägre nivå fastställd norm med ett extra svavelåtervinningssystem som tar bort nästan allt svavel som finns i originalbränslet och producerar rent svavel för industriellt bruk. Bildandet av kväveoxider förhindras genom att tillsätta vatten till gasen före förbränning, vilket minskar gasens förbränningstemperatur. Dessutom smälts det oförbrända kolet som finns kvar i förgasaren ner och omvandlas till ett inert glasartat material som efter kylning uppfyller Kaliforniens krav på fast avfall.
Förutom högre effektivitet och lägre miljöföroreningar har kombianläggningar ytterligare en fördel: de kan byggas i flera etapper, så att den installerade kapaciteten ökas i block. Denna konstruktionsflexibilitet minskar risken för över- eller underinvesteringar i samband med osäkerheten om efterfrågan på el. Till exempel kan det första steget av installerad kapacitet fortsätta gasturbiner, och använd olja eller naturgas istället för kol som bränsle, om de nuvarande priserna för dessa produkter är låga. Sedan, i takt med att efterfrågan på el växer, kommer spillvärmepannan och ångturbin, vilket kommer att öka inte bara kraften utan också effektiviteten hos stationen. Därefter, när efterfrågan på el ökar igen, kan en kolförgasningsanläggning byggas vid stationen.
Rollen för koleldade värmekraftverk är ett nyckelämne när vi pratar om bevarande av naturresurser, miljöskydd och vägar för ekonomisk utveckling. Dessa aspekter av det aktuella problemet är inte nödvändigtvis motstridiga. Erfarenheterna av att använda nya tekniska processer för förbränning av kol visar att de framgångsrikt och samtidigt kan lösa problemen med att både skydda miljön och minska kostnaderna för el. Denna princip beaktades i en gemensam amerikansk-kanadensisk rapport om surt regn som publicerades förra året. På basis av rapportens förslag överväger den amerikanska kongressen för närvarande att upprätta ett nationellt allmänt initiativ för att demonstrera och tillämpa "rena" kolförbränningsprocesser. Detta initiativ, som kommer att kombinera privat kapital med federala investeringar, syftar till att kommersialisera nya kolförbränningsprocesser på 1990-talet, inklusive virvelbäddspannor och gasgeneratorer. Men även med den utbredda användningen av nya kolförbränningsprocesser inom en snar framtid, kan den växande efterfrågan på elektricitet inte tillfredsställas utan en hel rad samordnade åtgärder för att spara elektricitet, reglera dess förbrukning och öka produktiviteten i befintliga värmekraftverk i drift på traditionella principer. Ständigt på agendan är ekonomiska och miljöproblem kommer sannolikt att leda till helt nya tekniska utvecklingen helt annorlunda än de som beskrivs här. I framtiden kan koleldade värmekraftverk förvandlas till integrerade företag för bearbetning av naturresurser. Sådana företag kommer att bearbeta lokala bränslen och andra naturresurser och producera el, värme och olika produkter, med hänsyn till den lokala ekonomins behov. Förutom virvelbäddspannor och kolförgasningsanläggningar kommer sådana anläggningar att vara utrustade med elektroniska system teknisk diagnostik och automatiserade styrsystem och dessutom är det användbart att använda de flesta av biprodukterna från kolförbränning.
Möjligheterna att förbättra de ekonomiska och miljömässiga faktorerna för kolbaserad elproduktion är således mycket breda. Huruvida dessa möjligheter utnyttjas i rätt tid beror dock på om regeringen kan bedriva en balanserad energiproduktion och miljöpolitik som skapar nödvändiga incitament för elbranschen. Man måste se till att nya kolförbränningsprocesser utvecklas och genomförs rationellt, i samarbete med energibolagen, och inte på det sätt som var fallet med införandet av skrubbergasrening. Allt detta kan uppnås genom att minimera kostnader och risker genom genomtänkt design, testning och förbättring av små pilotexperimentanläggningar, följt av omfattande industriell implementering av de utvecklade systemen.
