Сжигание угля: Технологии сжигания угля стали безопасными для природы — Российская газета

Содержание

Технологии сжигания угля стали безопасными для природы — Российская газета

В наше время многократная смена технологических принципов в ведущих отраслях промышленности происходит фактически на глазах одного поколения, но этот процесс практически не затрагивает угольную энергетику. Технологический принцип индустриального сжигания угля сохранился почти в неизменном виде со времен промышленной революции в Европе.

Еще каких-то полвека назад у нас отсутствовало такое понятие, как экология. Поэтому весь путь совершенствования аппаратов для сжигания угля — это повышение энергетической эффективности без оглядки на экологические последствия. С появлением природоохранных требований технология, по сути, не претерпела изменений — просто год от года стали возрастать затраты на очистку дымовых газов и обустройство золоотвалов. В результате постепенного увеличения мощности котлов и усложнения их конструкции удалось достичь предельно возможного уровня извлечения полезной энергии из угля. Вместе с этим достигли максимума и затраты на очистку дымовых газов и хранение золошлаковых отходов. И сегодня потенциал развития классической технологии сжигания угля можно считать исчерпанным.

В общественном сознании укоренилось мнение, что с точки зрения экологии наиболее безопасным топливом является природный газ: при его сжигании не образуется золошлаковых отходов, а дымовые газы почти наполовину состоят из «безвредного» водяного пара: при сгорании 1 килограмма газа образуется 2,6 кг углекислого газа и 2,25 — водяного пара. Однако сторонники этого топлива почему-то замалчивают факт, что пар обладает более мощными парниковыми свойствами, чем углекислый газ. Более того, его влияние на климатические процессы еще плохо изучено.

Дополнительный вброс водяного пара выполняет роль спускового механизма для обвальных осадков на сравнительно небольших территориях

Затронем только одно свойство водяного пара — способность конденсироваться с выпадением на поверхность Земли осадков. При сжигании природного газа на территории Европы ежегодно образуется около миллиарда тонн водяного пара, который довольно часто играет роль критической добавки к естественно сложившемуся круговороту воды на континенте. Дело в том, что время от времени перемещение воздушных масс приводит к концентрации больших объемов влаги в ограниченных областях атмосферы. И тогда дополнительный вброс водяного пара выполняет роль спускового механизма для обвальных осадков на сравнительно небольших территориях. Это с определенной регулярностью приводит к массовым затоплениям или к неожиданным мощным снегопадам, которые наносят огромный ущерб экономике Евросоюза.

Кстати, при замене природного газа эквивалентным количеством водородного топлива поступление водяного пара в атмосферу Европы увеличилось бы в 1,5 раза. Климатические последствия этого эффекта сегодня трудно предсказуемы.

Одним из наиболее популярных способов «облагораживания» угля считается его газификация, что позволяет очистить газ перед сжиганием и реализовать парогазовый цикл производства электроэнергии с более высоким КПД, чем в обычной схеме с паровой турбиной. С точки зрения термодинамики, газификация угля- не более чем двухступенчатое сжигание.

Как правило, этот процесс осуществляется под высоким давлением с использованием кислорода вместо воздуха и влечет значительное усложнение оборудования (в том числе на стадии очистки газа) и, как следствие, — снижение надежности и рост удельных капитальных затрат. Естественно, что при этом сохраняется проблема золошлаковых отходов. Кроме того, весь углерод из угля переходит в синтетический газ в виде СО и СО2. Удаление СО2 перед сжиганием газа требует дополнительных инвестиций и снижает КПД электростанции, а это, в свою очередь, требует увеличения расхода угля. В конечном итоге все дополнительные затраты суммируются в себестоимости угольного газа и итоговый экономический эффект далеко не всегда убедителен для инвестора. Поэтому технология газификации мало что изменяет в противостоянии угля и природного газа.

После подписания Парижского соглашения 2016 года вектор развития энергетики безоговорочно направляется в сторону низкоуглеродных и безуглеродных источников. Поскольку уголь принято считать самым грязным видом топлива, может ли он найти место в новом энергетическом сценарии? Как это ни странно прозвучит для многочисленных противников угля, ответ — да! Но только на базе новой концепции использования энергетических углей, которая адекватна современным экологическим и экономическим реалиям. Естественно, что речь может идти только о технологии, разработанной в XXI веке, а не о повышении степени очистки выбросов при классическом сжигании угля.

Уголь, безусловно, займет достойное место в новом энергетическом сценарии

Предпосылки нового подхода к использованию угля заключаются в следующем. Примерно три четверти добываемого в России угля относится к категории энергетического. Преимущественно — это угли, у которых горючая масса содержит от 30 до 50 процентов так называемых летучих веществ. При частичной газификации таких углей образуется горючий газ, обогащенный водородом, а в твердом остатке остается углерод и зола. И здесь напрашивается лежащее на поверхности решение: для получения тепловой энергии следует сжигать только газовую составляющую угля, а углеродный остаток (вместе с золой) выводить из энергетического цикла для использования в других сферах промышленности. Благодаря новой технологии без значительных инвестиций эмиссия СО2 сокращается как минимум на треть. Безусловно, это — огромный технологический прогресс.

Наилучшим образом для частичной газификации подходят малозольные бурые угли Канско-Ачинского бассейна с 45-процентным содержанием летучих веществ, а также длиннопламенные угли Кузбасса и Хакасии. Принципиально важно, что уникальная технология не требует разработки новых аппаратов — она осуществляется внутри типового энергетического котла, подвергнутого незначительной модификации. В инновационном котле уголь, условно говоря, разделяется на газовое топливо и углеродный остаток — термококс, который капсулирует в себе золу исходного угля. Газ тут же сгорает, обеспечивая паспортную тепловую мощность котла, а термококс после охлаждения направляется на склад готовой продукции. Новая технология имеет уникальные экономические показатели: продажа термококса как минимум компенсирует затраты на приобретение угля и тепловая энергия производится из газа с условно нулевой стоимостью!

Получение термококса происходит согласно международным стандартам по технологии «zero emission»

Еще один шаг в направлении «декарбонизации» угля. Поскольку удельные выбросы после сжигания «угольного газа» относятся на единицу тепловой энергии, получение термококса происходит абсолютно безотходно, то есть согласно современным международным стандартам по технологии класса «zero emission». Термококс — высококалорийное топливо специального назначения, для которого открываются широкие перспективы на достаточно длительном переходном периоде к безуглеродной экономике. Это — идеальное топливо для вдувания в домны, а также для использования во многих технологических процессах, где требуется высокая теплота сгорания. Термококс имеет на порядок более высокую реакционность, чем металлургический кокс. И в то же время кратно пониженную себестоимость производства. Наряду с высоким электросопротивлением это обеспечивает возможность существенной интенсификации электрометаллургических переделов. Однако максимальный экономический и экологический эффект достигается при использовании термококса в технологиях прямого (недоменного) восстановления железной руды, где оказываются востребованными его относительная дешевизна и высокая реакционность. И это — единственная возможность радикально снизить себестоимость стали в обозримом будущем.

Коксохимическое производство выбрасывает в атмосферу примерно 0,3 тонны СО2 на каждую тонну произведенного кокса и огромное количество вредных веществ 2-4 класса опасности. Поэтому крупномасштабное замещение классического кокса новым продуктом, произведенным с нулевыми выбросами, приведет к значительному сокращению не только выбросов углекислого газа. С учетом этого факта превышение выброса углекислого газа при частичной газификации угля по отношению к сжиганию природного газа составит всего лишь 30-35 процентов вместо почти двукратного превышения при классическом сжигании энергетических углей. Это сопоставимо с выбросами от сжигания бензина или дизтоплива. Таким образом, имеется вполне реальная возможность перевести, по крайней мере, часть энергетического угля в категорию низкоуглеродного топлива, тем более что новая технология и ее продукция прошли уже достаточно длительный период опытно-промышленной апробации.

Инфографика: «РГ» / Антон Переплетчиков / Ирина Фурсова

Российским ученым удалось значительно увеличить эффективность сжигания угля

Исследователи из Лаборатории катализа и переработки углеводородов НИТУ «МИСиС», научно-исследовательской лаборатории «Энергетика 4.0» ТПУ и Института катализа СО РАН им. Г.К. Борескова предложили новый метод повышения эффективности сгорания угольного топлива с помощью солей меди, который позволяет на 40% сократить выбросы угарного газа и в три раза снизить недожог, превратив его в полезное тепло. Исследование было опубликовано в журнале Fuel Processing Technology.

По данным Международного энергетического агентства, уголь является самым распространенным первичным энергоресурсом в мире. Согласно отчетам организации, в 2020 году более трети мировой электроэнергии производилось за счет сжигания угля. Эксперты утверждают, что, несмотря на все усилия по переходу на возобновляемые источники энергии, уголь в ближайшие годы сохранит лидирующие позиции в производстве электроэнергии. При этом, с использованием угля в качестве энергоносителя связан ряд проблем, включая неполное сгорание топлива и выделение токсичных газов, что ставит перед угольной энергетикой задачу более эффективной и экологичной конверсии топлива в энергию. Одним из возможных решений для повышения эффективности сгорания угля может стать использование каталитических агентов (катализаторов), способных повысить интенсивность процесса его горения. В качестве таких агентов могут выступать оксиды различных металлов или их прекусоры: нитраты, ацетаты, хлориды и сульфаты.

«На угольной энергетике рано ставить крест. Китай, несмотря на все „зеленые“ тенденции, рассматривает уголь как основное топливо XXI века. В России доля угля в энергобалансе составляет немногим менее 20%. Даже Великобритания, последовательно проводящая курс на переход к возобновляемым источникам энергии, в третьем квартале 2020 года сожгла более 200 тыс. тонн угля. Следовательно, поиск каталитических добавок, активирующих сжигание угля, будет продолжаться. Мы добились определенных успехов в этом направлении: эффективность сгорания углей, особенно высокозолистых, существенно повышается при использовании катализаторов, предложенных и испытанных нашим научным консорциумом», — отметил руководитель исследовательской группы НИТУ «МИСиС», д.т.н., заведующей лабораторией «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» Александр Громов.

При использовании солей металлов в качестве катализаторов, повышение эффективности процесса горения достигается за счет интенсификации реакции горения и понижения температуры горения. При этом авторы исследования отмечают, что применение солевых агентов делает процесс горения более управляемым.

В ходе исследования ученые использовали соли меди в качестве активирующей добавки горения для повышения реакционной способности твердого топлива с высокой степенью углефикации, такого как антрацит или каменноугольный кокс. Такое топливо имеет высокую температуру воспламенения и теплоту сгорания при более низкой интенсивности горения. Увеличение реакционной способности и скорости горения позволило значительно снизить потери тепла из-за так называемого топливного недожога путем его преобразования в энергию.

Исследователи интегрировали нитраты, ацетаты и сульфаты меди в объемную структуру угля методом пропитки, что позволило им обеспечить равномерное распределение добавки по материалу. Затем полученный материал сжигали в камере сгорания при начальной температуре 500-700°C.

Механизм активации процесса горения заключался в интенсификации выделения горючих газофазных продуктов на стадии высвобождения летучих соединений и формировании локальных очагов газообразования, которые препятствуют образованию шлака, что в конечном итоге позволило обеспечить хорошее взаимодействие окислителя с топливом в процессе его сжигания.

Авторы исследования отмечают, что при использовании оксидных катализаторов существует необходимость обеспечить динамический контакт каталитической добавки и угля, т.е. добавка должна быть распределена равномерно в слое топлива, отдавая кислород и тем самым усиливая реакционную способность смеси. Применение солей в качестве катализатора позволяет динамический контакт исключить, что является преимуществом данного метода, поскольку слоевое сжигание широко применяется в угольной энергетике.

В будущем применение солей меди для повышения эффективности сгорания угля позволит существенно снизить топливные потери в энергетической отрасли, минимизировать затраты энергии при растопке электроэнергетического оборудования и сократить выбросы от угольных электростанций.

российские учёные нашли способ увеличить эффективность сжигания угольного топлива — РТ на русском

Российским учёным удалось увеличить эффективность сжигания угля и на 40% снизить выбросы угарного газа при его сгорании. Исследователи установили, что использование определённых солей металлов в качестве катализаторов позволяет в три раза уменьшить объём несгоревшего остатка при сжигании угля и увеличить количество выделяемого полезного тепла. Также специалисты отметили, что процесс горения благодаря применению добавок стал более управляемым.

Учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Национального исследовательского Томского политехнического университета и Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН предложили новый метод повышения эффективности сжигания угольного топлива. При использовании определённых добавок можно значительно увеличить эффективность сжигания угля и при этом снизить выбросы токсичного угарного газа. Об этом сообщается в журнале Fuel Processing Technology.

Основными проблемами использования угольного топлива в качестве энергоносителя считаются неполное сгорание и выделение угарного газа, отмечают российские исследователи. Для решения этих проблем учёные предложили применение каталитических агентов (катализаторов) — оксидов меди или их прекурсоров: нитратов, ацетатов, хлоридов и сульфатов. По данным учёных, такие добавки обеспечивают как большую эффективность, так и экологичность сгорания.

Также по теме


Возвращая исходную форму: учёные извлекли углекислый газ из воздуха и превратили в уголь при комнатной температуре

Австралийские учёные нашли способ извлекать углекислый газ из воздуха и превращать в уголь. Выделить из газообразного диоксида…

В ходе лабораторного эксперимента исследователи пропитывали угольное топливо солями металлов. Затем полученный материал сжигали в камере сгорания при начальной температуре 500—700 °C, соответствующей реальным топливным котлам. Применение солей в качестве катализаторов обеспечило эффективную и экологичную конверсию топлива за счёт интенсификации реакции и понижения температуры горения, отметили учёные.

С помощью поточного газоанализатора исследователи установили, что использование добавок в среднем способствовало уменьшению времени задержки воспламенения в 1,8 раза и снижению минимальной температуры воспламенения на 54—135 °С. Добавление солей также привело к значительному (на 40%) снижению объёма выделения угарного газа (СО).

При этом, по данным учёных, использование солевых агентов сделало процесс горения более управляемым, а также позволило значительно снизить потери тепла из-за так называемого топливного недожога (несгоревшего остатка). Так, в результате эксперимента в зольном остатке содержание несгоревшего углерода снизилось в среднем в 3,1 раза.

Авторы рассчитывают, что применение их метода позволит существенно снизить топливные потери в энергетической отрасли, минимизировать затраты энергии при растопке электроэнергетического оборудования и сократить вредные выбросы от угольных электростанций.

Напомним, несмотря на все усилия по переходу на возобновляемые источники энергии, уголь по-прежнему обеспечивает более одной трети производства электроэнергии в мире.

  • Уголь по-прежнему обеспечивает более одной трети производства электроэнергии в мире
  • Reuters
  • © Valentyn Ogirenko

По мнению руководителя исследовательской группы, заведующего лабораторией катализа и переработки углеводородов НИТУ «МИСиС» Александра Громова, на угольной энергетике «рано ставить крест», так как ведущая экономика мира — китайская — «рассматривает уголь как один из основных видов топлива XXI века».

«Следовательно, поиск каталитических добавок, активирующих сжигание угля, будет продолжаться. Мы добились определённых успехов в этом направлении: эффективность сгорания углей, особенно высокозолистых, существенно повышается при использовании катализаторов, предложенных и испытанных нашим научным консорциумом», — заявил Александр Громов.

Газификация угля — Что такое Газификация угля?

Газификация угля — это физико-химический процесс превращения угля в горючий газ с помощью кислорода или других газов.

Актуальность газификации угля


Уголь — самый насыщенный углеродом вид ископаемого топлива.
При сжигании угля на тепловых электростанциях (ТЭС) образуется в 2 раза больше СО2, чем в процессе сжигания природного газа. 
В связи с декарбонизацией мировой экономики предполагается отказаться от использования угля в качестве энергоресурса из-за превышения допустимого уровня выбросов в атмосферу твердых углеродных частиц, окислов азота. 
Газификации угля позволяет его использовать в переходный период декарбонизации и снижать выбросы в атмосферу.

Технология газификации угля



Реакция газификации угля является высокотемпературным процессом взаимодействия углерода из топлива с окислителями.
Этот процесс необходим для того, чтобы получить горючие газы (Н2, СО, СН4).
В зависимости от применяемого сырья и вида конверсии (водяным паром или нестехиометрическим количеством О2) соотношение компонентов в газовой смеси изменяется в широких пределах:

  •  СН4 + Н2О : СО + 3Н2
  •  СН4 + ½O2 : СО + 2Н2
  • -СН2-+ Н2О : СО + 2Н2
  • -СН2-+ ½O2 : СО + Н2

Окислители:

  • кислород (или обогащенный им воздух), 
  • водяной пар, 
  • диоксид углерода (СО2)
  • или комбинации перечисленных веществ. 

Основные реакции при газификации угля — реакции неполного окисления углерода органической массы, гетерогенные превращения угля с образованием газообразных продуктов:


  • С + 1/2 O2 : СО,

  • С + СO2 : 2 СO2,

  • С + Н2О : СО + Н2

Первичные продукты газификации, например СО2, могут реагировать с углеродом угля.
Сопутствующие газификации угля продукты его термического разложения:

  • диоксид углерода, 
  • вода, 
  • водород, 
  • продукты полукоксования (углеводороды), которые также могут взаимодействовать с раскаленным углеродом.

Скорость реакции газификации  — соответствует техническим целям.
Температура — высокая, при которой образование высших углеводородов практически исключается.
Угольная сера — нежелательная примесь, переводится в сероводород и сероуглерод.

В 1950х гг. впервые в США началась газификация угля с целью получения горючего газа в условиях дефицита природного газа.

Состав и теплота сгорания полученного в результате газификации газа различны и зависят от его использования:

  • горючий газ (для технологического и энергетического сжигания) — наличие большего объема метана и отсутствие нежелательных продуктов полукоксования угля: масла, смолы, фенолы,
  • синтез-газ ( химсырье для производства метанола, аммиака, использование в процессе Фишера-Тропша для производства жидкого топлива) — определенное соотношения СО:Н2 и Н2*2, что достигается подбором условий техпроцесса и выбором состава газифицирующего агента( состав: кислород и водяной пар).
  • восстановительный газ  (в металлургической промышленности) — для прямого восстановления железной руды и др..

Классификация способов газификации:
По состоянию топлива в газогенераторе:

  • газификация в неподвижном слое;
  • газификация в медленно опускающемся слое твердого топлива;
  • газификация в кипящем слое;
  • газификация в потоке пылевидного топлива. 

На различии способов подвода тепла к реактору газификации — эндотермический процесс:

  • автотермический, необходимое для газификации тепло, получают путем сжигания части введенного топлива в присутствии кислородсодержащих газифицирующих агентов, 
  • аллотермический, тепло подводится извне с помощью твердого или газообразного теплоносителя.


По принципу организации потока. Мелкозернистый или пылевидный уголь газифицируют при подаче в одном направлении угля и газообразного газифицирующего агента.

Это техническое решение имеет ряд преимуществ по сравнению с процессами газификации в неподвижном слое:

— более низкую стоимость мелкозернистого топлива по сравнению с кусковым;

— возможность применения сырья любой степени газификации, прежде всего любой спекаемости;

— отсутствие побочных продуктов — смолы, масла, фенолов и др.

— если газификацию проводят при повышенном давлении, значение этих факторов еще более возрастает, так как производительность генератора увеличивается пропорционально давлению.

В настоящее время:

  • совершенствуются существующие технологии газификации под давлением, 
  • разрабатываются принципиально новых технологических процессов под давлением,
  • разрабатываются технологии повышения реакционной температуры,
  • разрабатываются технологии без использования дорогостоящей кислородной установки.

Повышение давления:

  • позволяет увеличить производительность, что повышает концентрация газифицирующего агента.
  • влияет на равновесие в процессе газификации.
  • благоприятно отражается на габаритных размерах газогенератора и скрубберов, 
  • дает экономию затрат на компрессию, так как производимый газ занимает больший объем, чем газифицирующий агент.
  • делает возможным применение физических способов очистки газа, которые неэффективны при атмосферном давлении, экономить стоимость чистящего агента, снижать его потребления .

Повышение реакционной температуры:

  • увеличивает производительность газификатора;
  • уменьшает удельный объем газификатора,
  • снижает выход смол или нежелательных углеводородов,
  • за счет смещения равновесия при высоких температурах выходит газ с более высоким восстановительным потенциалом вследствие низкого содержания СО2 и более глубокого разложения водяного пара.

Отсутствие кислородной установки:

  • означает не использование кислорода, полученного из воздуха путем сжижения и низкотемпературной ректификации,
  • означает разделение нагрева и паровой газификации угля путем использования воздуха.

Сжигание

Особенности сжигания ВУТ

Водоугольное топливо является жидким топливом и имеет вязкость, немного превышающую вязкость мазута: примерно 800-1000 мПа*с по сравнению с 400-440 мПа*с (до 44 мм2/с) у мазута. Соответственно, подача ВУТ в топку котла осуществляется аналогично мазуту, но через форсунки, специально разработанные для ВУТ.

ВУТ относится к низкореакционным видам топлива. Следовательно, для его воспламенения и стабильного горения требуется дополнительный объём. Обычно это решается за счёт использования вихревого способа сжигания или использования предтопков.

Вне зависимости от способа сжигания ВУТ, его подача в топку осуществляется через форсунки. На первых порах использования ВУТ существовала проблема создания горелок, которые были бы устойчивы к абразивному истиранию частицами угля, входящими в состав ВУТ. В настоящее время проблема износа решена путём изменения конструкции форсунок, когда расыл ВУТ не зависит от абразивного износа подающего канала.

На сегодня можно выделить следующие способы сжигания:

  • Автономное факельное сжигание с использованием предтопков
  • Комбинированное факельное сжигание с другими видами топлива: углём, газом, мазутом.

Возможно также сжигание в кипящем слое (полностью или частично), либо сжигание с газификацией ВУТ (полной или частичной).

1. Автономное факельное сжигание предтопках

Факельное сжигание ВУТ осуществляется по классической схеме: топливо подаётся под давлением через распыляющую форсунку, аналогично мазуту. Распыление ВУТ может производиться как сжатым воздухом, так и паром — выбор производится в зависимости от типа котла и условий в котельной.

Полностью самостоятельное (автономное) сжигание ВУТ позволяет иметь только один источник энергии (уголь) и, следовательно, снизить затраты на содержание топливного хозяйства. Однако, полностью автономное горение на существующих котлах, как правило, возможно при использовании предтопков.

Предтопок ВУТ с дизельной горелкой для предварительного прогрева

При использовании предтопков удлиняется траектория факела ВУТ, особенно в начальной фазе, где происходит нагрев капель ВУТ. Это позволяет снизить объём зоны горения ВУТ.
С целью поддержания стабильного температурного режима, предтопки изготавливают теплоизолированными (адиабатическими).

При использовании факельного сжигания такие параметры ВУТ, как соотношение твёрдое/жидкое, тонина помола (грансостав), а также вязкость ВУТ должны быть как можно ближе к проектным значениям с целью сохранения стабильного воспламенения и горения ВУТ и сохранения высоких эксплуатационных характеристик котла (КПД, количество выбросов и др.).

Основным преимуществом автономного факельного сжигания является независимость от других видов топлива.

2. Совместное сжигание с другими видами топлива

Подача ВУС из фильтр-кека в сушильную печь с колосниковой решёткой для сжигания угля

Данный способ наиболее приемлем при использовании ВУТ на уже существующих объектах, особенно на угольных котлах. ВУТ подаётся в котёл через одну или несколько форсунок. В случае газомазутного котла второе топливо (газ или мазут, а также пылеуголь) подаются через другую (-ие) горелки. Точное соотношение ВУТ/газ или ВУТ/мазут определяется на стадии аэродинамического и теплового расчёта котла.

На угольных котлах со слоевым сжиганием уголь по-прежнему подаётся на колосниковую топку, а ВУТ подаётся через одну или несколько горелок, расположенных над колосниковой топкой. Наиболее оптимальное соотношение ВУТ/уголь составляет 80%/20%…70%/30%. В этом случае обеспечивается стабильное горение угля в обеих формах (ВУТ и кусоковой), при этом происходит минимизация мех.недожёга.

На угольных котлах комбинированное сжигание позволяет содержать только один склад сырья (уголь).
На мазутных и газовых котельных необходимо иметь два топливных хозяйства. Это компенсируется большей гибкостью для владельцев котла при использовании того или иного вида топлива в различное время суток, либо в связи с сезонными изменениями нагрузки. Например, при отсутствии угля котельная по-прежнему может использовать газ/мазут в качестве основного топлива.

К преимуществам комбинированного (совместного) сжигания моно отнести простоту схемы, её масштабируемость для использования на котлах малой, средней и большой мощности. Кроме того, комбинированное сжигание характеризуется минимальными сроками и стоимостью внедрения при одновременной организации стабильного горения ВУТ. Наличие второго топлива (газа, мазута, угля), выполняющего роль «подсветки», снижает требования к качеству подготовки ВУТ.

При правильной организации горения использование двух топлив позволяет добиться достаточно большого диапазона изменения мощностей котла (отношение max/min).

Сравнение экономических параметров автономного сжигания ВУТ и  сжигания ВУТ с подсветкой показывает, что экономический эффект от использования обоих способов практически идентичен в горизонте планирования около 5 лет. Соответственно, выбор способа сжигания должен определяться индивидуально для каждого объекта.

См. также:

Технология Clean Coal — чистое сжигание угля. Cleandex

Каменный уголь, начиная с периода промышленной революции, играет важнейшую роль в топливном балансе планеты. На сегодня, его доля среди всех используемых источников энергии составляет около 23%. Уголь – это самый доступный энергоресурс, его потребление растет повсеместно. Например, с 2001 по 2005 год потребление угля (для разных нужд) в США выросло почти на 50%, в Индии на 70%, а в Китае оно удвоилось.

Запасы угля в отличии от нефти и газа огромны. Уголь способен обеспечивать энергетические аппетиты планеты в течении ближайших столетий. Однако, уже давно доказано, что уголь, как топливо, имеет существенные недостатки, главный из которых – огромный ущерб экологии.

При сжигании угля в атмосферу в значительных концентрациях попадает целый ряд опасных соединений (NOx, SO2 и пр. ), среди которых есть и парниковые газы. Особенность угля, как топлива, в том, что на один выработанный кВт*ч электроэнергии на угольной станции приходится значительно большая эмиссия парниковых газов, чем на газовой станции. Именно сжигание угля является основным антропогенным фактором глобального потепления. К сожалению, альтернативы использованию угля в энергетике, особенно в развивающихся странах на сегодня нет. Поэтому, ученые бьются над задачей снижения экологического ущерба от его использования.

Еще недавно задача казалась невыполнимой. Предлагавшиеся методы были практически не реализуемыми и приводили к отрицательной энергетической эффективности угольных станций. Построенная в Германии опытная установка, должна на практике доказать, что создание эффективной «чистой» угольной электростанции возможно.

Строительство установки осуществила одна из крупнейших немецких энергетических компаний — Vattenfall. Пилотный проект является важной вехой на пути к реализации стратегической цели компании – строительству коммерческой «чистой» угольной станции в периоде между 2015 и 2020 годом.

Реализация проекта была начата в 2005 году, когда Vattenfall принял решение о строительстве первой в мире опытной «чистой» угольной электростанции мощностью 30 МВт, использующей технологию сжигания угля в чистом кислороде с последующей очисткой дымовых газов и утилизацией углекислого газа (oxyfuel capture method). За три года в проект было инвестировано 50 млн. евро.

Опытную станцию было решено построить рядом с действующей угольной станцией мощностью 1600 МВт в местечке Schwarze Pumpe в восточной Германии. Такое решение позволило частично использовать уже существующие технологические цепочки.

Для реализации проекта компания Vattenfall выбрала один из трех широко известных методов утилизации углекислого газа. Выбранный метод наиболее экономичен и приспособлен для широкого распространения на действующих угольных станциях.

Суть метода состоит в том, что из воздуха выделяется кислород, который смешивается с угольной пылью и сжигается. При сжигании угля в чистом кислороде (а не в воздухе) в дымовых газах отсутствуют опасные соединения азота (NOx). После нескольких ступеней очистки в дымовых газах остается лишь углекислый газ. Газ сжимается в компрессоре в 500 раз и закачиваться в емкость для транспортировки к месту захоронения на глубине 1000 метров под поверхностью земли. Таким образом, закаченный газ будет надежно скрыт от попадания в атмосферу.

Модель станции Schwarze Pumpe. По сравнению с гигантской действующей угольной станцией (на изображении справа) опытная установка (слева) выглядит, как лилипут.

Остается нерешенным вопрос, захотят ли энергетические компании платить высокую цену за установку на своих станциях утилизационного оборудования и оплачивать строительство хранилищ газа. Одной из экологических групп выражающих сомнение в целесообразности освоения новой технологии является известная организация Greenpeace. Ее специалисты считают, что новая технология служит лишь поводом для оправдания продолжения строительства угольных станций. По их мнению, новая технология слишком дорога и она осваивается слишком поздно, чтобы изменить ситуацию с эмиссией парниковых газов. Кроме того, исследования в области «чистого угля» отвлекают столь необходимые ресурсы от альтернативных источников энергии, энергосбережения и энергоффективности — от тех сфер, в которых действительно может быть найдено решение проблемы.

Евросоюз в течение ближайших лет планирует запустить в эксплуатацию 10–12 демонстрационных установок по утилизации углекислого газа на разных станциях Европы. Многие энергокомпании давно проявляют интерес к этому проекту, но никто из них еще не приступил к строительству. Правительство Великобритании в октябре заявило, что присоединяется в программе Евросоюза и готово участвовать в финансировании пилотного проекта.

Одним из главных факторов, тормозящих внедрение технологии, является отсутствие согласия между Европейской комиссией и парламентом по поводу того, как финансировать эти проекты. Требуются десятки миллиардов долларов для того, чтобы дооборудовать действующие станции. При этом, никто не хочет перекладывать эти инвестиции на плечи потребителей энергии.

В настоящее время дискутируются несколько вариантов финансирования:

• Прямое выделение средств из бюджета европейского союза и государств-членов,
• Премирование тех энергокомпаний, которые будут уменьшать эмиссию углекислого газа,
• Создание нового фонда, который будет действовать в рамках европейской системы торговли квотами на эмиссию парниковых газов (EU’s Emission Trading Scheme (EUETS).

 Фонд будет кредитовать энергокомпании, но не денежными средствами, а квотами на выброс парниковых газов. Расплачиваясь за кредит, энергокомпания должна будет закачать определенное количество тонн углекислого газа в подземные хранилища.

Так как технология строительства коммерческих станций с утилизацией углекислого газа еще не существует, никто не знает, какова будет окончательная стоимость таких объектов. Согласно разным оценкам, стоимость одного киловатта установленной мощности на угольной станции с утилизацией СО2 может быть сравнима с ветроэнергетической установкой (то есть около 3000 долл. за кВт).

Метод «oxyfuel capture»

Опытная угольная электростанция в местечке Schwarze Pumpe использует в качестве окислителя для топлива чистый кислород (oxyfuel). Угольная пыль смешивается не с воздухом, как на обычных станциях, а с практически чистым кислородом.

Опытная электростанция в местечке Schwarze Pumpe

Метод утилизации углекислого газа «oxyfuel capture»

Стадии процесса сжигания угля и утилизации дымовых газов:

1. Разделение воздуха

В специальной установке удаляется азот, доля которого в воздухе достигает 78%. Существенным недостатком технологии являются большие энергозатраты на процесс разделения, существенно снижающие эффективность станции в целом.

2. Сжигание топлива

В котле происходит сгорание угля и образование пара, который приводит во вращение турбину. Кислородно-угольная смесь сгорает при более высоких температурах, чем воздушно-угольная. Для того, чтобы снизить температуру часть отходящих дымовых газов возвращается в котел.

3. Удаление золы из дымовых газов

Для удаления золы используются электромагнитные фильтры.

4. Удаление оксидов серы

Из дымовых газов удаляется оксид серы (SO2), который при попадании в атмосферу может стать причиной кислотных дождей. Для удаления этого соединения в поток дымовых газов подается струя из смеси воды и известняка. SO2 вступает в реакцию и образуется гипс, который в дальнейшем может использоваться в строительстве.

5. Охлаждение и конденсация

На этом этапе дымовые газы охлаждаются, в результате чего пары воды конденсируются. Поскольку азот был удален из воздуха еще до попадания в котел, в дымовых газах отсутствуют опасные соединения азота (NOx). После прохождения этого этапа дымовые газы представляют собой практически чистый поток углекислого газа.

6. Сжатие углекислого газа

Содержание СО2 в дымовых газах на этом этапе достигает 95%. При давлении около 70 атмосфер газа становится жидким, напоминающим по плотности тяжелую нефть. После этой стадии углекислый газ готов к транспортировке и захоронению.

Компания Vattenfall продолжает исследовать потенциал и двух других технологий – удаления углекислого газа в дымовых газах после сжигания (метод postcombustion) и до сжигания (метод precombustion). 

Метод «pre-combustion»

Отличие метода состоит в том, что на первом этапе уголь подвергается газификации (нагреванию) в результате чего получается синтетический газ и твердый остаток. Затем синтетический газ проходит ряд ступеней очистки и подвергается химической реакции, в ходе которой содержащийся в синтезгазе монооксид углерода (СО) преобразуется в водород (h3) и углекислый газ (CO2). Углекислый газ удаляется из синтеза-газа при помощи жидкого абсорбента. Оставшийся водород сжигается в газовой турбине. В отдельной установке углекислый газ восстанавливается и затем подвергается сжатию.

 

Метод «pre-combustion»

В этом методе уголь сжигается, смешиваясь с воздухом в обычном котле. Затем происходит удаление золы и SO2, после чего при помощи жидкого абсорбента удаляется углекислый газ. Главный минус этого метода в том опасный оксид азота (NOx) попадает в атмосферу.

 

Метод «post-combustion»

Последняя стадия процесса утилизации углекислого газа – это захоронение его в подземных хранилищах, где он должен оставаться тысячи лет.

Для наиболее эффективной транспортировки углекислый газ должен быть сжижен при давлении около 70 атмосфер. Транспортировка возможна при помощи трубопроводов, танкеров, цистерн.

Захоронение газа на глубине 800 метров и более дает гарантию сохранения давления, то есть газ будет оставаться в жидкой фазе. Для хранилища подойдут достаточно распространенные области с пористыми породами. Например, может быть использован известняк, треть объема которого составляют поры. Над пористыми должны находится плотные породы (например глина), формирующие герметичный колпак, сохраняющий давление в хранилище.

В качестве хранилищ могут быть использованы:

• месторождения газа и нефти (причем как выработанные так и действующие). Эти хранилища доказали свою герметичность. Если бы эти области были не герметичными, не было бы и месторождений нефти и газа.
• подземные резервуары соленой воды. СО2 будет надежно хранится в таких резервуарах, подобно тому, углекислый газ хранится в бутылках с газированной минеральной водой.
• неиспользуемые угольные месторождения. Уголь так же имеет микропоры, которые могут быть заполнены углекислотой.

Согласно последним исследованиям, емкости всех известных месторождений нефти и газа достаточно, чтобы закачивать в них весь объем эмиссии СО2 на планете в течение 40 лет. Емкость резервуаров соленой воды, по мнению ученых, в 100 превышает емкость нефтяных и газовых месторождений. Таким образом, на земле вполне достаточно емкостей для захоронения углекислого газа в течение нескольких веков. Проблема только в том, что емкости размещены крайне неравномерно. В Индии и Японии, например, их практически нет. С другой стороны, это открывает новые возможности для бизнеса в беднейших странах, которые могли бы представлять свои хранилища развитым странам за плату.

Коммерческий отчет «Маркетинговое исследование рынка энергетического угля» 

Источник:
www.newchemistry.ru

Экоактивисты из РФ призвали бундестаг ускорить отказ от угля из России | Новости из Германии о России | DW

Российская экологическая общественная организация «Экозащита» призвала Германию ускорить отказ от использования угля, в частности из РФ, в связи с изменением климата. В открытом письме депутатам бундестага ФРГ и его председателю Вольфгангу Шойбле (Wolfgang Schäuble), обнародованном 30 июня, экоактивисты подчеркивают, что рост добычи угля в РФ обусловлен лишь спросом в других странах, а большая часть экспортируемого угля из России поставляется в Западную Европу и, прежде всего, в Германию.

«Для немецких компаний российский уголь означает суперприбыли, но реальная цена для Кузбасса — это человеческие жизни», — заявил в обращении сопредседатель «Экозащиты» Владимир Сливяк. Организация напомнила, что «с 1990-х годов использование угля в России значительно снизилось и нет никаких предпосылок к его увеличению». При этом в государственном стратегическом планировании заложен рост добычи угля, что объясняется только спросом на этот вид энергоносителей за рубежом, отмечают экологи.

Кузбасс является крупнейшим источником угля для Германии

Авторы письма также указывают на то, что сжигание угля способствует процессу изменения климата, охватывающему все регионы планеты. Между тем крупнейшим источником угля для немецких электростанций является российский Кузбасс, а масштабная добыча угля в этом российском монорегионе «наносит непоправимый вред природе и здоровью людей и, прежде всего, женщинам и детям», отмечает «Экозащита».

В связи с этим организация призвала ФРГ как можно скорее «прекратить закупки угля из Кузбасса и ускорить отказ от угольной энергетики в Германии, у которой есть огромный позитивный опыт в развитии возобновляемой энергетики». Кроме того, в самом Кузбассе экологи предложили провести масштабную программу перепрофилирования рабочих мест и массовое развитие альтернативных производств.

В бундестаге 3 июля состоится голосование по законопроекту, предполагающему отказ от использования угля не позднее 2038 года. После этого документ поступит на рассмотрение бундесрата (представительства федеральных земель Германии).

Смотрите также:

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Символ угольных карьеров

    Ни один угольный разрез не обходится без роторного экскаватора. Многие из почти 20 тысяч человек, которые еще заняты в отрасли в ФРГ, будут вспоминать об этой машине, когда добыча бурого угля уйдет в прошлое. Но пока не решено, когда это произойдет. Для сравнения: в 1960 году в ФРГ в угледобывающей отрасли работали более полумиллиона человек. Каменный уголь в ФРГ из-под земли больше не добывают.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Многокилометровые карьеры

    Многокилометровые карьеры стали неотъемлемой частью ландшафта во всех регионах Германии, в которых открытым способом все еще добывают бурый уголь. Они расположены на юге Саксонии-Анхальт, в западной части Нижней Саксонии и Северного Рейна — Вестфалии (на фото), а также в регионе Лаузиц на юге Бранденбурга.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Твердая валюта для ГДР

    Роторный экскаватор, гусеницы которого видны на фото, работает в угольном разрезе Профен в Саксонии-Анхальт. Сейчас добыча бурого угля поддерживает все еще структурно слабую экономику в Восточной Германии, а в ГДР она была одной из базовых отраслей. Бурый уголь добывали, невзирая на экологию, и значительная его часть продавалась за границу за твердую валюту.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Миллиардные компенсации

    В промышленных масштабах бурый уголь стали добывать на востоке Германии еще в 19 веке. Сегодня в качестве компенсации за досрочное прекращение добычи угля федеральные земли и угледобывающие компании требуют от правительства в Берлине 70 миллиардов евро. Это соответствует сумме в 3,5 млн евро за одно рабочее место в угольной отрасли, которое будет потеряно.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    «Огненное кольцо» протеста

    Добыча угля уже много лет вызывает ожесточенные споры, как из-за загрязнения воздуха угольными электростанциями, так и из-за того, что для добычи угля открытым способом понижают уровень грунтовых вод. Акцией протеста, проведенной в январе 2019 года в Роммельскирхене на западе ФРГ, экологические активисты добиваются завершения угледобычи в Германии.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Защитники Хамбахского леса

    Широкую известность в ФРГ и за ее пределами в 2018 году получили массовые протесты против вырубки Хамбахского леса, за счет которого концерн RWE планировал расширить угольный разрез Хамбах. Протесты привели к тому, что суд в Кельне временно запретил вырубку деревьев до тех пор, пока не будет вынесено окончательное решение по жалобе экологической организации BUND.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Спорный Гарцвайлер

    Угольный разрез Гарцвайлер возник в 1983 году на Западе Германии. Вокруг него постоянно разгорались споры, в том числе из-за того, что в ходе его расширения сносили целые населенные пункты. Наряду с экологическими вопросами это — второй важный пункт критики у противников угледобычи.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Деревни-призраки

    И в наши дни продолжают исчезать деревни, на месте которых появляются угольные карьеры. Вскоре такая участь постигнет местечко Керпен-Манхайм всего в 20 километрах от Кельна. В деревне уже практически не осталось жителей, большинство из них переселили. В 2022 году здесь начнется добыча угля.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Церковь уступает место угольному карьеру

    Жертвами добычи угля становятся и памятники архитектуры. В 2018 году вслед за всей деревней Иммерат была снесена действовавшая церковь Святого Ламберта, построенная в 1891 году в неороманском стиле. Сделано это было для расширения угольного разреза Гарцвайлер-2, расположенного неподалеку от Ахена на западе страны.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Место жительства сменили 40 тысяч человек

    Снос деревни Иммерат и переселение ее жителей освещалось в немецких СМИ значительно шире, чем другие подобные случаи. Однако, по данным экологической организации BUND, только в Северном Рейне — Вестфалии в ходе расширения угольных разрезов были переселены около 40 тысяч человек.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Церковь переезжает на новое место

    Больше повезло церкви в саксонской деревне Хойерсдорф. Построенное 750 лет назад здание в 2008 году перевезли в соседний городок Борна. На своем пути церковь длиной 14, шириной 8,9, высотой 19 метров и весом 600 тонн преодолела два моста и два железнодорожных переезда.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    На смену старым приходят новые технологии

    В производстве электричества место угля, нефти и атома постепенно занимают возобновляемые источники. Из них в 2018 году в Германии было выработано более 40 процентов электроэнергии. В альтернативной энергетике в стране занято около 280 тысяч человек.

  • В Германии заканчивается эпоха добычи бурого угля

    Озера вместо карьеров

    Так может выглядеть будущее. В Восточной Германии многие бывшие угольные карьеры затоплены и превращены в зоны отдыха. В ближайшие годы в регионе Лаузиц появится самая крупная в Европе сеть связанных друг с другом озер, что наверняка порадует любителей водных видов спорта.

    Автор: Фридель Таубе, Сергей Гуща

 

Сжигание угля, ископаемое топливо, загрязнение

В жаркий августовский день на юго-западе Индианы гигантская генерирующая станция Гибсон вышла из строя. Его пять котлов высотой 180 футов (54,9 метра) заглатывают 25 тонн (22,7 метрических тонны) угля каждую минуту, посылая паровой взрыв мощностью в тысячу градусов через турбины, которые вырабатывают более 3000 мегаватт электроэнергии, 50 процентов. больше, чем плотина Гувера. Система охлаждения завода изо всех сил пытается не отставать, и в диспетчерской издают звуки предупреждения, когда температура выхлопных газов повышается.

Но в такой день, как этот, когда кондиционеры гудят по всему Среднему Западу, а спрос на электроэнергию близок к рекордным уровням, невозможно. Гибсон, одна из крупнейших электростанций в стране, является опорой электроснабжения региона, поставляя в сеть достаточно энергии для трех миллионов человек. Выйдя из душного завода в офисы с кондиционерами, Анджелина Протогер из Cinergy, коммунального предприятия в Цинциннати, владеющего Gibson, с благодарностью говорит: «Вот почему мы создаем всю эту мощность.»

В следующий раз, когда вы включите кондиционер или вставите DVD, подумайте о таких местах, как Гибсон, и о грязном топливе, которое он потребляет со скоростью три поезда по 100 вагонов в день. Угольные электростанции, подобные этой поставляют в Соединенные Штаты половину электроэнергии. Они также выделяют множество вредных веществ, в том числе двуокись серы — главную причину кислотных дождей — и ртуть. И они выделяют такое же количество углекислого газа, способствующего потеплению климата, как американские автомобили, грузовики, автобусы и т. д. и самолеты вместе

В небольших демонстрационных проектах инженеры изучают технологии, которые могут превратить уголь в энергию без этих экологических издержек.Тем не менее, если в ближайшее время коммунальные предприятия не начнут строительство таких станций — а их будет много, — в будущем, вероятно, будет гораздо больше традиционных станций, таких как Gibson.

Прожорное потребление электричества прошлым летом было всего лишь предварительным просмотром. По данным Министерства энергетики США, стремление американцев к большим домам, наряду с ростом населения на Западе и зависимым от кондиционирования воздуха Юго-Востоком, помогут поднять аппетит США к власти на треть в течение следующих 20 лет. А в развивающихся странах, особенно в Китае, потребности в электричестве будут расти еще быстрее, поскольку фабрики растут, а сотни миллионов людей покупают свои первые холодильники и телевизоры.Большая часть этого спроса, вероятно, будет удовлетворена за счет угля.

За последние 15 лет коммунальные предприятия США, которым необходимо было увеличить мощность, в основном строили заводы, сжигающие природный газ — относительно чистое топливо. Но почти утроение цен на природный газ за последние семь лет остановило многие газовые электростанции и затруднило новое строительство. Ни ядерная энергия, ни альтернативные источники, такие как ветер и солнце, похоже, не смогут удовлетворить спрос на электроэнергию.

Между тем, более четверти триллиона тонн угля лежит под ногами, от Аппалачей через Иллинойсский бассейн до Скалистых гор — этого достаточно, чтобы прослужить 250 лет при сегодняшних темпах потребления.Вы слышите это снова и снова: США — это угольная Саудовская Аравия. Около 40 угольных электростанций сейчас проектируются или строятся в США. Китай, также богатый углем, может построить несколько сотен к 2025 году.

Добыча угля в количестве, достаточном для удовлетворения этого растущего аппетита, отразится на землях и общинах. Из всех ископаемых видов топлива уголь выделяет больше всего углекислого газа на единицу энергии, поэтому его сжигание представляет собой дополнительную угрозу для глобального климата, который уже вызывает тревожное потепление. При активной поддержке правительства угольные компании сократили количество загрязняющих веществ, таких как диоксид серы и оксиды азота, установив такое оборудование, как скрубберы размером со здание и каталитические установки, расположенные за заводом Гибсон.Но углекислый газ, который вызывает глобальное потепление, просто попадает в трубы — почти два миллиарда тонн его ежегодно вырабатывается угольными электростанциями США. В течение следующих двух десятилетий эта сумма может увеличиться на треть.

Нет простого способа уловить весь углекислый газ из традиционной угольной станции. «Прямо сейчас, если вы возьмете растение и установите на него устройство для улавливания углерода, вы потеряете 25 процентов энергии», — говорит Хулио Фридманн, изучающий управление углекислым газом в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.Но новый тип электростанции может это изменить.

В ста милях (161 км) вверх по реке Вабаш от завода Гибсона находится небольшая электростанция, совсем не похожая на гигантские котлы и паровые турбины Гибсона. Этот напоминает нефтеперерабатывающий завод, все цистерны и серебристые трубы. Вместо сжигания угля завод на реке Вабаш химически преобразует его в процесс, называемый газификацией угля.

Завод Wabash смешивает уголь или нефтяной кокс, напоминающий уголь остаток нефтеперерабатывающих заводов, с водой и чистым кислородом и закачивает его в высокий резервуар, где в результате реакции пламени смесь превращается в горючий газ.Другое оборудование удаляет серу и другие загрязняющие вещества из синтез-газа, как его называют, до того, как он будет сожжен в газовой турбине для производства электроэнергии.

Очистка несгоревшего синтез-газа дешевле и эффективнее, чем пытаться отсеивать загрязняющие вещества из выхлопных газов электростанции, как это делают скрубберы на таких заводах, как Gibson. «Эту электростанцию ​​называют самой чистой угольной электростанцией в мире», — говорит Стивен Вик, генеральный директор завода в Вабаше. «Мы очень гордимся этим отличием».

Синтез-газ можно обрабатывать даже для удаления диоксида углерода.Завод Wabash не пойдет на этот шаг, но заводы будущего могут. По словам Вик, газификация угля «представляет собой технологию, предназначенную для полного удаления CO2». Углекислый газ можно закачивать глубоко под землю в истощенные нефтяные месторождения, старые угольные пласты или заполненную жидкостью породу, изолированную от атмосферы. И в качестве бонуса, удаление углекислого газа из синтез-газа может оставить чистый водород, который может питать новое поколение экологически чистых автомобилей, а также вырабатывать электроэнергию.

Завод Wabash и аналогичный завод около Тампы, Флорида, были построены или отремонтированы на государственные деньги в середине 1990-х годов, чтобы продемонстрировать, что газификация является жизнеспособным источником электроэнергии.Проекты в Северной Дакоте, Канаде, Северном море и других местах проверяли другие части уравнения: улавливание углекислого газа и его улавливание под землей. Исследователи говорят, что им нужно больше знать о том, как ведет себя похороненный углекислый газ, чтобы быть уверенным, что он не просочится обратно — потенциальная угроза для климата или даже для людей. Но Фридманн говорит: «Для первого этапа у нас достаточно информации, чтобы сказать:« Это несложно. Мы знаем, как это сделать »».

Однако это не гарантия, что коммунальные предприятия примут технологию газификации.«Тот факт, что это доказано в Индиане и Флориде, не означает, что руководители сделают на это ставку в миллиард долларов», — говорит Уильям Розенберг из Гарвардской школы государственного управления им. Кеннеди. Две газификационные электростанции в США вдвое меньше большинства коммерческих генерирующих станций и оказались менее надежными, чем традиционные электростанции. Эта технология также стоит на 20 процентов дороже. Самое главное, у компании мало стимулов брать на себя дополнительный риск и расходы, связанные с экологически чистыми технологиями: на данный момент U.Коммунальные предприятия S. могут свободно выделять углекислый газ в любом количестве.

Генеральный директор Cinergy Джеймс Роджерс, ответственный за Gibson и восемь других предприятий по выбросу углерода, говорит, что он ожидает, что ситуация изменится. «Я действительно верю, что у нас будет регулирование выбросов углерода в этой стране», — говорит он и хочет, чтобы его компания была готова. «Чем раньше мы приступим к работе, тем лучше. Я считаю, что очень важно, чтобы мы развили способность связывать углерод». Роджерс говорит, что он намеревается построить электростанцию ​​с газификацией в промышленных масштабах, способную улавливать углекислый газ, и несколько других компаний объявили о подобных планах.

Закон об энергии, принятый Конгрессом США в июле прошлого года, предлагает помощь в виде гарантий по кредитам и налоговых льгот для проектов газификации. «Это должно дать толчок развитию событий», — говорит Розенберг, который выступал за эти меры в своем выступлении перед Конгрессом. Опыт строительства и эксплуатации первых нескольких заводов должен снизить затраты и повысить надежность. И рано или поздно, говорит Роджерс, новые законы об окружающей среде, устанавливающие цену за выбросы углекислого газа, сделают чистые технологии намного более привлекательными.«Если стоимость углерода составляет 30 долларов за тонну, удивительно, какие виды технологий будут развиваться, чтобы позволить вам производить больше электроэнергии с меньшими выбросами».

Если он прав, однажды мы сможем охлаждать наши дома без включения термостата на всей планете.

Уголь и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

Уголь — это богатый источник топлива, производство и преобразование которого в полезную энергию относительно недороги.Однако производство и использование угля влияет на окружающую среду.

Последствия добычи угля

Открытые шахты (иногда называемые разрезами ) были источником около 62% угля, добытого в Соединенных Штатах в 2019 году. Эти горные работы удаляют почву и породу над угольными отложениями, или пластов . Самые большие открытые шахты в Соединенных Штатах находятся в бассейне Паудер-Ривер в Вайоминге, где залежи угля находятся близко к поверхности и имеют толщину до 70 футов.

Удаление горных вершин и горные работы в долинах затронули большие территории Аппалачских гор в Западной Вирджинии и Кентукки. При таком виде добычи угля вершины гор снимаются с помощью взрывчатки. Эта техника меняет ландшафт, и ручьи иногда покрываются камнями и грязью. Вода, стекающая из этих заполненных долин, может содержать загрязняющие вещества, которые могут нанести вред водным животным, живущим ниже по течению. Хотя горная добыча существует с 1970-х годов, ее использование стало более распространенным и противоречивым, начиная с 1990-х годов.

Законодательство США требует, чтобы стоки пыли и воды с территорий, затронутых добычей угля, находились под контролем, а территория должна быть восстановлена ​​на , близка к исходному состоянию.

Подземные шахты обычно меньше влияют на ландшафт, чем карьерные. Однако земля над шахтными туннелями может обрушиться, и кислая вода может стекать из заброшенных подземных шахт.

Метан, образующийся в угольных месторождениях, может взорваться, если он концентрируется в подземных выработках.Этот метан угольных пластов необходимо выпускать из шахт, чтобы сделать шахты более безопасными для работы. В 2018 году выбросы метана от добычи угля и заброшенных угольных шахт составили около 11% от общих выбросов метана в США и около 1% от общих выбросов парниковых газов в США (исходя из потенциала глобального потепления). Некоторые шахты улавливают и используют или продают метан угольных пластов, добытый в шахтах.

Выбросы от сжигания угля

  • Двуокись серы (SO2), вызывающая кислотные дожди и респираторные заболевания
  • Оксиды азота (NOx), способствующие возникновению смога и респираторных заболеваний
  • Твердые частицы, способствующие возникновению смога, дымки, респираторных заболеваний и болезней легких
  • Двуокись углерода (CO2), который является основным парниковым газом, образующимся при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть и природный газ)
  • Ртуть и другие тяжелые металлы, которые были связаны как с неврологическими нарушениями, так и с нарушениями развития у людей и других животных
  • Летучая зола и зольный остаток, которые образуются при сжигании угля на электростанциях

В прошлом летучая зола выбрасывалась в воздух через дымовую трубу, но теперь законы требуют, чтобы большая часть выбросов летучей золы улавливалась устройствами контроля загрязнения.В Соединенных Штатах летучая зола и зольный остаток обычно хранятся рядом с электростанциями или на свалках. Выщелачивание загрязняющих веществ из хранилищ угольной золы и свалок в грунтовые воды, а также разорвавшиеся несколько крупных накопителей угольной золы представляют собой экологическую проблему.

Снижение воздействия угля на окружающую среду

Закон о чистом воздухе и Закон о чистой воде требуют от предприятий сокращения выбросов загрязняющих веществ в воздух и воду.

Угольная промышленность нашла несколько способов уменьшить содержание серы и других примесей в угле.Промышленность также нашла более эффективные способы очистки угля после его добычи, и некоторые потребители угля используют уголь с низким содержанием серы.

На электростанциях

используется оборудование для обессеривания дымовых газов, также известное как скрубберы , для очистки дыма от серы до того, как он покинет дымовые трубы. Кроме того, угольная промышленность и правительство США сотрудничали в разработке технологий, которые могут удалять примеси из угля или повышать энергоэффективность угля, что снижает количество сжигаемого угля на единицу произведенной полезной энергии.

Оборудование, предназначенное в основном для уменьшения выбросов SO2, NOx и твердых частиц, также может использоваться для сокращения выбросов ртути из некоторых видов угля. Ученые также работают над новыми способами сокращения выбросов ртути на угольных электростанциях.

В настоящее время проводятся исследования по снижению выбросов углекислого газа при сжигании угля. Один из методов — это улавливание углерода , при котором CO2 отделяется от источников выбросов и улавливается в концентрированном потоке. Затем углекислый газ можно закачать под землю для постоянного хранения или секвестрации или .

Повторное использование и переработка также могут снизить воздействие на окружающую среду производства и использования угля. Земли, которые ранее использовались для добычи угля, могут быть восстановлены и использованы под аэропорты, свалки и поля для гольфа. Отходы, улавливаемые скрубберами, могут использоваться для производства таких продуктов, как цемент и синтетический гипс для стеновых плит.

Последнее обновление: 1 декабря 2020 г.

Угольные электростанции мира в 2020 году

ИНФОГРАФИКА | 26 марта.2020. 6:01

На карте: угольные электростанции мира

С 2000 года мировая мощность угольных электростанций увеличилась вдвое до примерно 2045 гигаватт (ГВт) после бурного роста в Китае и Индии. Еще 200 ГВт строятся и планируется 300 ГВт.

Совсем недавно 268GW закрылась из-за волны выходов на пенсию в ЕС и США. Анализ Carbon Brief предполагает, что в сочетании с быстрым сокращением количества строящихся новых электростанций это означает, что количество угольных блоков, работающих по всему миру, впервые в 2018 году сократилось.

Еще один 213 ГВт уже выведен из эксплуатации, и 19 из 80 угольных стран мира планируют полный отказ от топлива, включая Великобританию и Германию.

Между тем объем выработки электроэнергии из угля с 2014 года снизился, поэтому увеличивающийся автопарк работает меньше часов. Это подрывает чистую прибыль угля, как и конкуренция со стороны других видов топлива. Теперь было бы дешевле построить новые ветряные и солнечные электростанции, чем поддерживать половину существующих угольных электростанций.

То, как разворачивается следующая глава об угле, является ключом к решению проблемы изменения климата.Согласно недавнему анализу Carbon Brief, глобальное неослабленное использование угля должно сократиться примерно на 80% в этом десятилетии, если потепление будет ограничено уровнем ниже 1,5 ° C выше доиндустриальных температур.

Чтобы пролить свет на эту историю, Carbon Brief нанесла на карту прошлое, настоящее и будущее всех угольных электростанций в мире. На интерактивной временной шкале, приведенной выше, показаны заводы, работающие каждый год в период с 2000 по 2019 год, а также расположение запланированных новых мощностей.

Эта карта была полностью обновлена ​​с момента ее первоначальной публикации в 2018 году с использованием последних данных Global Energy Monitor (ранее CoalSwarm) Global Coal Plant Tracker.Он включает около 10 000 выведенных из эксплуатации, действующих и планируемых угольных блоков общей мощностью около 3 000 гигаватт (ГВт) в 99 странах. Версии этой статьи за 2018 и 2019 годы заархивированы.

Как читать временную шкалу

На временной шкале выше показаны кружки для каждой угольной электростанции в мире, пропорциональные генерирующей мощности в мегаваттах (МВт). Каждая установка может состоять из нескольких агрегатов — отдельных котлов и паровых турбин. Примечания в конце этой статьи объясняют, как были обработаны данные.

На рисунке ниже показано, как использовать функции карты. Выберите год, регион и базовую карту, включая спутниковый снимок, с помощью информационного поля слева.

Масштабируйте, вращайте и наклоняйте карту с помощью инструментов навигации в правом верхнем углу и колеса прокрутки мыши. Используйте поле поиска, чтобы найти местоположения по городу, региону, почтовому индексу или почтовому индексу. Кнопка «Домой» вернет карту в исходное состояние.

Угольные заводы на карте имеют цветовую маркировку в зависимости от того, работают ли они (желтый), новые или расширенные в этом году (красный) и закрываются или сокращаются в следующем году (белый).

Перетащите ползунок временной шкалы с 2000 по 2019 год, чтобы увидеть, где и когда угольные электростанции добавляются и выводятся из эксплуатации. В 2019 году заводы будут окрашены в белый цвет, если ожидается, что они закроют некоторые или все свои подразделения.

В правом конце ползунка («Будущее») показаны заводы, у которых нет известных планов вывода из эксплуатации (желтый), строящиеся в настоящее время (розовый) и заводы, находящиеся на различных стадиях планирования (фиолетовый).

Обратите внимание, что в период с 2010 по 2019 год только 35% запланированной мощности было построено или начато строительство (993 ГВт), тогда как 1815 ГВт были отменены или отложены, согласно данным Global Energy Monitor.Например, тендер на строительство одного нового завода может привлечь несколько заявок, каждая из которых будет засчитана в «запланированную» сумму.

На карте показаны мощности по углю, тогда как производство электроэнергии и выбросы CO2 зависят от ряда других факторов. Важнее всего то, как часто работают угольные электростанции — их коэффициент загрузки. Средние глобальные нагрузки начали падать в 2007 году, а выбросы углекислого газа стабилизировались с 2014 года. Подробнее об этом ниже.

Наконец, обратите внимание, что дизайн карты адаптивный и имеет меньше функций на небольших мобильных устройствах.Карта использует WebGL и не будет работать в некоторых старых браузерах. Карта также может не загрузиться, если вы используете плагин для блокировки рекламы в браузере; попробуйте внести в белый список веб-сайт Carbon Brief.

Растущие угольные мощности

Мировые мощности по добыче угля росли каждый год в период с 2000 по 2019 год, почти удвоившись с 1066 ГВт до 2045 ГВт. Еще в 1950 году мощности по добыче угля только увеличивались, хотя эти более старые данные менее надежны. Однако темпы роста резко замедляются, и чистый прирост на 20 ГВт в 2018 году стал минимальным за несколько десятилетий.

Обещание дешевой электроэнергии для стимулирования экономического роста стимулировало это расширение. Но новый уголь сейчас дороже возобновляемых источников энергии на всех основных рынках по всему миру, согласно недавно опубликованному анализу от Thinktank Carbon Tracker.

Уголь вырабатывает почти 40% мировой электроэнергии, что близко к самой высокой доле за последние десятилетия. А сейчас угольную энергию используют 80 стран, по сравнению с 66 в 2000 году. Еще 13 планируют присоединиться к клубу, особенно Египет и Объединенные Арабские Эмираты, хотя в прошлом году их было 16.

выбросов CO2 от существующих заводов достаточно, чтобы нарушить углеродный баланс на 1,5 или 2 ° C. Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш призывает к прекращению строительства новых угольных электростанций.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), весь объем угля в неизмененном виде должен быть закрыт к 2040 году, чтобы оставаться «значительно ниже» 2C. Это будет означать закрытие 100 ГВт угольных мощностей каждый год в течение 20 лет или примерно одну угольную установку каждый день до 2040 года.)

Для более амбициозного предела в 1,5 ° C глобальное использование угля для всех целей должно сократиться примерно на 80% в этом десятилетии, согласно анализу Carbon Brief путей, собранному Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК). Это было бы равносильно закрытию всех угольных электростанций в мире.

Тем не менее, заголовки газет и прогнозы энергетики предполагают, что рост угля не остановится.

Столь мрачный прогноз на климат омрачен признаками быстрых изменений.Количество строящихся (розовый) или предлагаемых (фиолетовый) заводов сократилось на две трети с 2015 года, как показано на диаграмме ниже. Выводы на пенсию (серый цвет) также ускоряются, достигнув в совокупности 268 ГВт в период с 2010 по 2019 год.

Глобальные мощности по выработке угля, работающие с 2010 по 2019 год (желтый), а также кумулятивные выбытия (красный) и создаваемые (фиолетовый) или планируемые (серый) мощности. Источники: Global Coal Plant Tracker 2014-2020; Глобальная оценка риска угля Института мировых ресурсов, 2012 г.Планы на 2010, 2011 и 2013 годы интерполированы из других лет. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Однако, как и в случае с глобальными выбросами CO2, мировая добыча угля должна достичь пика, прежде чем она сможет начать падать.

Замедление роста угля

МЭА заявляет, что глобальные инвестиции в уголь уже достигли своего пика и сейчас «резко замедляются». В нем говорится, что Китаю, который строит большую часть нынешнего трубопровода, не нужны новые заводы.

Такое падение инвестиций означает, что рост угольных мощностей замедляется, как показано на диаграмме ниже слева.В 2011 году мировые угольные мощности увеличились на 82 ГВт. В 2018 году этот показатель был на 80% ниже и составил 16 ГВт, хотя в 2019 году он снова вырос до 34 ГВт.

Слева: добавление и вывод из эксплуатации угольных мощностей (гигаватт) в период с 2000 по 2019 год (цветные столбцы) и глобальное чистое изменение (черная линия). Справа: количество добавленных и списанных единиц угля по странам (цветные столбцы) и глобальное чистое изменение (черная линия). Источник: Global Coal Plant Tracker и Carbon Brief analysis. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Согласно последнему ежегодному отчету Global Energy Monitor, количество новых строящихся станций ежегодно сокращается еще быстрее — на 66% в 2019 году по сравнению с 2015 годом. Между тем, выбытие угля находится на исторически беспрецедентном уровне: закрытие 34 ГВт в 2019 году почти на треть меньше, чем в 2015 (37 ГВт) и 2018 (35 ГВт).

В своем отчете о состоянии дел за 2018 год GEM предположил, что мировая мощность угля может достигнуть пика уже в 2022 году. Тем не менее, новый и потенциально гораздо более высокий предел мощности угля в Китае, который обсуждается в рамках его 14-го пятилетнего плана на 2021 год — 25, может поставить под сомнение эту точку зрения, подробнее см. Ниже.

Интересно, что количество угольных единиц в мире могло уже достигнуть своего пика, как показывает диаграмма вверху справа. В 2017 году количество единиц сократилось на четыре по сравнению с чистым увеличением на 260 единиц в 2006 году. В 2018 году количество единиц уменьшилось на 40, а в 2019 году произошло еще одно сокращение — на 29 единиц.

На диаграмме показано, как несколько стран, особенно Китай, закрывают сотни небольших, старых и менее эффективных установок, заменяя их более крупными и эффективными моделями.

Пиковые выбросы угля CO2

Данные МЭА и недавний анализ Carbon Brief показывают, что выбросы CO2 от угольной энергетики стабилизировались, хотя угольные мощности продолжают расти. Выбросы угля CO2 в течение 2014-2019 гг. Оставались неизменными (красная линия), несмотря на рост выработки угля на 1,4% (желтая линия), как показано на диаграмме ниже.

Поскольку мощность угля продолжает увеличиваться (розовый), существующие угольные электростанции работают меньше часов (фиолетовый). В среднем угольные электростанции мира в 2019 году работали примерно вдвое меньше, с коэффициентом загрузки 53.5%. Аналогичная тенденция наблюдается в США (49%), ЕС (37%), Китае (49%) и Индии (57%).

Левая ось: мировое производство электроэнергии на угле (желтый, тераватт-час), выбросы CO2 (красный, миллионы тонн CO2) и мощность (розовый, гигаватт) в период с 2000 по 2019 год. Правая ось: средние коэффициенты загрузки для глобального угольного парка. (фиолетовый, %). Источник: Перспективы мировой энергетики МЭА и краткий анализ выбросов углерода. В отличие от остальной части этой статьи, данные МЭА включают небольшие угольные электростанции мощностью менее 30 МВт. Диаграмма от Carbon Brief с использованием Highcharts.

Помимо часов работы, на соотношение между мощностью угля и выбросами CO2 влияет ряд других факторов. К ним относятся тип угля и технология сжигания, которую использует каждый завод.

Установки, сжигающие низкокачественный бурый уголь, могут выделять до 1200 тонн CO2 на гигаватт-час (ГВтч) вырабатываемой электроэнергии, при этом ниже 1000 тоннCO2 / ГВтч для более твердых и менее загрязняющих сортов угля от полубитуминозного до битуминозного. (Редко используемый антрацит твердый, но имеет высокие выбросы CO2, так как он содержит меньше водорода, чем другие сорта.)

Технология сжигания также важна, от менее эффективных «подкритических» установок до сверх- и сверхсверхкритических систем, которые повышают эффективность за счет работы котла при более высоких давлениях.

Самые старые и наименее эффективные подкритические блоки могут превращать менее 35% энергии угля в электричество. На новых подкритических установках этот показатель увеличивается до 40%, а на сверхсверхкритических установках — до 45%.

Некоторые предприятия угольной промышленности называют сверхсверхкритические блоки «высокоэффективными с низким уровнем выбросов» (HELE).

Однако, по данным Всемирной угольной ассоциации, даже угольные электростанции HELE выбрасывают около 800 тCO2 / ГВтч. Это примерно вдвое больше, чем выбросы электроэнергии, работающей на газе, и примерно на 50–100 больше, чем выбросы ядерной, ветровой или солнечной энергии. МЭА видит небольшую роль угольной энергии в сценариях 2C, поскольку остаточные выбросы слишком высоки, даже при использовании улавливания и хранения углерода (CCS).

Обратите внимание, что приведенная выше диаграмма содержит последнюю доступную информацию от МЭА, дополненную недавно опубликованным анализом Carbon Brief.Это привело к рекордному снижению выработки угля на 3% в 2019 году, вызванному резким сокращением в Европе и США, а также падением в Индии. См. Ниже более подробную информацию о статусе угля в ключевых странах.

Разрушение угольной экономики

Низкие коэффициенты нагрузки вызывают коррозию экономики угольных электростанций. Как правило, установки рассчитаны на работу не менее 80% времени, потому что у них относительно высокие постоянные затраты. Это также основа для оценки затрат на строительство нового угля, в то время как сокращение рабочего времени увеличивает затраты на единицу электроэнергии.

Эта динамика особенно токсична для операторов угольных электростанций, которые конкурируют с быстро падающими ценами на возобновляемые источники энергии, дешевым газом в США и ростом цен на углерод в ЕС. Ограничения на поставку угля приводят к росту цен на уголь, что еще больше подрывает любое остающееся преимущество в стоимости перед альтернативами.

Новые правила загрязнения воздуха также увеличивают расходы на угольные электростанции во многих юрисдикциях, от ЕС до Индии и Индонезии. Операторы должны вкладывать средства в оборудование для борьбы с загрязнением, чтобы соответствовать более высоким стандартам выбросов, или полностью закрыть свои самые грязные предприятия.

Такое сочетание факторов означает, что значительная часть существующего угольного парка в ЕС и даже Китае или Индии сталкивается с серьезными экономическими проблемами, что недавно было отмечено финансовым аналитическим центром Carbon Tracker.

В отчете, опубликованном в марте 2020 года, было обнаружено, что сегодня более 60% угольных электростанций в мире вырабатывают более дорогую электроэнергию, чем можно было бы получить, построив новые ветряные или солнечные электростанции. В нем говорится, что к 2030 году эта цифра вырастет до 100% заводов на основных мировых рынках.

Это вторая из двух «переломных точек» для угля, предсказанных основателем Bloomberg New Energy Finance Майклом Либрайхом в 2017 году.

Первый опрокидыватель прошел в большинстве регионов, где новые возобновляемые источники энергии уже сейчас дешевле нового угля. Второй переломный момент заключался в том, что новые возобновляемые источники энергии были дешевле, чем существующий уголь, как показано в анализе Carbon Tracker для большинства мировых электростанций.

Обратите внимание, что угольные электростанции могут оставаться открытыми перед лицом неблагоприятных экономических условий по другим причинам, например, из-за платежей на рынке мощности.

Ключевые страны и регионы

Около 80 стран используют уголь для выработки электроэнергии по сравнению с 66 в 2000 году. С тех пор 15 стран добавили угольные мощности впервые, а одна страна — Бельгия — отказалась от них.

Еще 19 стран, на которые приходится 5% текущих мощностей, обязались отказаться от угля в рамках «Powering Past Coal Alliance», возглавляемого Великобританией и Канадой. Теперь это официально включает Германию, где находится пятый по величине угольный флот в мире и около 2% от общего количества угля в мире.Между тем, 13 стран надеются присоединиться к клубу угольной энергетики в будущем, включая Египет, как показано в таблице ниже.

В этой картине доминируют несколько ключевых стран. На 10 стран мира с наибольшим объемом угольных мощностей, показанных в таблице внизу слева, приходится 86% от общего числа действующих на сегодняшний день. Топ-10 по планируемой или строящейся мощности — это немного другой список, но он также составляет 86% от общего объема трубопровода.

Страна Эксплуатация (МВт) Доля Страна Трубопровод (МВт) Доля
Китай 1,004,948 49.1% Китай 205886 41,2%
США 246187 12,0% Индия 66025 13,2%
Индия 228964 11,2% Турция 33180 6,6%
Россия 46862 2,3% Индонезия 31200 6,3%
Япония 46 682 2.3% Вьетнам 30942 6,2%
Германия 44470 2,2% Бангладеш 22984 4,6%
ЮАР 41435 2,0% Япония 11,881 2,4%
Южная Корея 37600 1,8% Южная Африка 11050 2,2%
Индонезия 32,373 1.6% Филиппины 10,536 2,1%
Польша 30870 1,5% Южная Корея 7260 1,5%

Китай имеет самый большой угольный флот, а также самую большую в мире концентрацию угольных электростанций, мощностью около 100 ГВт в радиусе 250 км вдоль дельты реки Янцзы вокруг Шанхая. Это больше, чем у всех, кроме трех стран (Китая, Индии и США), как показано в таблице выше.

Китай

С 2000 года самые драматические изменения произошли в Китае, как показывает слайдер ниже. Его угольный парк вырос в пять раз с 2000 по 2019 год и достиг 1005 ГВт, что составляет почти половину общемирового объема.

Китай является крупнейшим в мире источником выбросов CO2 и потребляет половину угля, потребляемого ежегодно, поэтому его будущий путь непропорционально важен для глобальных усилий по борьбе с изменением климата.

Промышленная деятельность и использование угля были стимулированы расходами на стимулирование экономики до назначения президента Си «пожизненным лидером» в 2018 году.В 2019 году общий рост спроса на электроэнергию замедлился, и рост в основном удовлетворялся за счет низкоуглеродных источников, что означает сокращение использования угля.

В первые несколько месяцев 2020 года из-за пандемии коронавируса и последующих блокировок по всему Китаю производство угля резко упало до многолетних минимумов. В более долгосрочной перспективе главный вопрос будет заключаться в характере ожидаемых государственных стимулов в ответ на кризис.

Между тем ведутся жаркие споры о том, разрешить ли строительство сотен новых угольных электростанций в соответствии с 14-м пятилетним планом Китая на 2021–2025 годы.Сильные интересы в энергетическом секторе продвигают более высокие цели по углю, что противоречило бы целям Китая в области климата.

С другой стороны, сектор находится под давлением возобновляемых источников энергии, замораживания цен на электроэнергию и предстоящих реформ рынка электроэнергии, а также национальной схемы торговли квотами на выбросы углерода. Типичные электростанции в Китае сейчас работают менее чем на половину своей номинальной мощности, что еще больше снижает прибыль.

В прошлом году в секторе произошли первые банкротства, и можно ожидать, что государственный орган по надзору за активами Китая, предложивший радикальную реорганизацию отрасли, будет препятствовать дальнейшему росту.

В целом, по данным Global Energy Monitor, с конца 2015 года количество строящихся или планируемых заводов в Китае сократилось более чем на 70%. Его данные показывают, что только в 2019 году было отменено около 134 ГВт запланированной мощности, хотя некоторые ранее приостановленные схемы также были восстановлены.

Индия

Второе по величине увеличение мощности с 2000 года произошло в Индии (см. Новый подробный обзор страны), где угольный парк увеличился более чем втрое до 229 ГВт.Это расширение можно увидеть на слайдере ниже.

В соответствии с Национальным планом правительства в области электроэнергетики, мощности по добыче угля в Индии будут продолжать расти и в 2027 году достигнут 238 ГВт. Другие аналитики и индикаторы предполагают, что это увеличение может вызывать сомнения.

Темпы роста угольных мощностей в Индии с 2016 года снизились более чем вдвое, как показано на диаграмме выше, и есть признаки того, что они продолжат замедляться. В 2019 году производство угольной электроэнергии в Индии упало впервые как минимум за три десятилетия.

МЭА резко снизило свои прогнозы относительно спроса в Индии из-за более медленного, чем ожидалось, роста спроса на электроэнергию и падения цен на возобновляемые источники энергии.

«С экономической точки зрения имеет смысл заменить существующий уголь новыми возобновляемыми источниками энергии», — говорится в отчете Института энергетики и ресурсов в Нью-Дели за 2019 год.

В феврале 2019 года обозреватель Reuters по сырьевым товарам Клайд Рассел написал: «Основная причина, по которой уголь может бороться за удовлетворение будущих потребностей Индии в энергии, заключается в том, что он просто становится слишком дорогим по сравнению с возобновляемыми альтернативами, такими как энергия ветра и солнца.Точно так же консультант Wood Mackenzie предполагает, что солнечная энергия в стране на 14% дешевле угля.

Действительно, около 10 ГВт существующего угля уже были «нежизнеспособны», а еще 30 ГВт «перегружены», по словам министра энергетики Индии, опрошенного Bloomberg Quint в мае 2018 года. процесс решается.)

Тем временем премьер-министр Нарендра Моди объявил еще более амбициозные цели по расширению использования возобновляемых источников энергии.Если они будут выполнены, они еще больше ограничат возможности для новых угольных мощностей.

По данным Global Energy Monitor, только в 2019 году в Индии было отменено около 47 ГВт запланированной мощности по углю. В настоящее время в стране разрабатывается всего 66 ГВт новых угольных мощностей, что на 30% меньше за последние два года — и на 80% по сравнению с 311 ГВт в 2015 году.

Текущий газопровод включает 37 ГВт в стадии строительства, половина из которых приостановлена, чаще всего из-за финансовых проблем, по данным Global Energy Monitor.

США

Волна вывода на пенсию привела к сокращению угольных мощностей в США на 105 ГВт с 2010 года, и, по данным Global Energy Monitor, уже планируется закрыть еще 71 ГВт. Это сократит американский флот вдвое, с 327 ГВт в 2000 году до 175 ГВт в будущем, как показывает ползунок ниже.

Один из шаблонов — это постоянное желание администрации Трампа поддержать убыточные угольные электростанции. В 2018 году он спланировал то, что Bloomberg назвал «беспрецедентной интервенцией на энергетические рынки США» по ​​соображениям национальной безопасности.Он также отказался от усилий во имя «устойчивости энергосистемы».

С другой стороны, рыночные условия по-прежнему благоприятствуют газовым электростанциям и возобновляемым источникам энергии. Планов по вводу новых угольных мощностей в США нет. Выводы на пенсию в 2019 году достигли 16 ГВт, уступая только 2015 году, а закрытие в среднем составляло 14 ГВт в год за время правления Трампа до настоящего времени.

В 2019 году производство угля в США упало на рекордные 18% до самого низкого уровня с 1975 года, отметив конец десятилетия, в течение которого выработка электроэнергии из топлива сократилась вдвое.

Согласно анализу Energy Innovation, аналитическому центру Energy Innovation, около 74% угольных электростанций в США имеют более высокие эксплуатационные расходы, чем стоимость строительства новых возобновляемых источников энергии поблизости.

См. Более раннюю карту всех электростанций в США на карте Carbon Brief.

ЕС

В ЕС и Великобритании также наблюдается волна отказа от угля. Учитывая планы по поэтапному отказу от угля, парк транспортных средств региона должен упасть ниже 50 ГВт, что составит четверть от его мощности в 2000 году, как показано на слайдере ниже.

Наряду с Канадой европейские страны возглавляют глобальные усилия по поэтапному отказу от угля. Великобритания, Франция, Италия, Нидерланды, Португалия, Австрия, Ирландия, Дания, Швеция, Финляндия, Венгрия, Словакия и Греция заявили о прекращении производства до 2030 года. Это включает несколько недавно построенных АЭС.

Теперь пятый по величине национальный угольный парк в мире — 44 ГВт Германии — тоже будет выведен из эксплуатации, но не позднее 2038 года. После этого 31 ГВт Польши является десятым по величине показателем в мире.

Польша заявила, что не будет строить новые угольные месторождения сверх того, что уже строится. Одна из этих схем, «Остроленка С», теперь могла быть переведена с угля на газ.

С 2010 года в ЕС и Великобритании было закрыто около 66 ГВт угля, в том числе 8 ГВт только в 2019 году. Исследование, проведенное в 2017 году, показало, что все угольные электростанции в ЕС должны быть закрыты к 2030 году, чтобы достичь цели

.

Другие ключевые страны

Другие азиатские страны, включая Южную Корею, Японию, Вьетнам, Индонезию, Бангладеш, Пакистан и Филиппины, коллективно удвоили свой угольный флот с 2000 года, достигнув 202 ГВт в 2019 году.

Вместе эти страны строят 47 ГВт новых станций и планируют еще 87 ГВт, хотя последняя цифра примерно на 38 ГВт ниже, чем была два года назад. Многие проекты в более бедных странах финансируются или строятся Китаем, Японией и Южной Кореей.

Участники кампании рассматривают быстро развивающуюся Азию как ключевой риск для угольной экспансии. Лаури Мюллювирта, ведущий аналитик Центра исследований в области энергетики и чистого воздуха, рассказывает Carbon Brief:

«Китай и Индия по-прежнему имеют большое значение, но, мегаватт за мегаватт, я бы поставил гораздо больший вес на другие части Азии.”

Во многих из этих стран признаки угля неоднозначны. Например, в последнем национальном энергетическом плане Японии отводится значительная роль углю в 2030 году, тогда как Парижское соглашение означает, что к тому времени уголь в основном должен быть прекращен, по данным научной неправительственной организации Climate Analytics.

Недавно обновленное Парижское обязательство Японии по климату не упоминает о топливе, и около 9 ГВт мощностей все еще находятся в стадии строительства. Однако, как сообщается, в марте 2019 года министерство окружающей среды страны заявило, что в принципе не будет вводить санкции в отношении новых крупных угольных электростанций.Министр окружающей среды Синдзиро Коидзуми заявил в феврале 2020 года, что правила экспорта угольных электростанций будут пересмотрены.

Против крупных планов строительства новых угольных мощностей выступают сообщества, НПО и некоторые газеты. Более трети новых заводов, запланированных на начало 2016 года, были отменены или отложены.

Вьетнам занимает пятое место в мире по добыче угля, в общей сложности 31 ГВт, из которых 9 ГВт уже строятся. «Тем не менее, правительство все больше инвестирует в изменение этой траектории», — пишет Алекс Перера, заместитель директора по энергетике аналитического центра World Resources Institute.Он продолжает:

«Вьетнам предоставляет интересное и важное сочетание условий, которые могут сделать возможным значимый переход к чистой энергии: обязательства правительства в отношении возобновляемых источников энергии и частный сектор, стремящийся достичь все более жестких целей в области экологически чистой энергии».

В марте 2019 года агентство Bloomberg сообщило, что амбициозные планы по расширению газовой энергетики во Вьетнаме могут заменить некоторые угольные электростанции.

В Индонезии правительство продолжает планировать масштабное расширение добычи угля.Однако ранее в 2020 году агентство Reuters сообщило, что страна планирует заменить около 11 ГВт старых угольных и газовых электростанций на возобновляемые источники энергии. Государственное коммунальное предприятие подверглось критике за «чрезмерную переоценку вероятного роста спроса [на электроэнергию]», чтобы оправдать новый уголь. (Более подробную информацию см. В подробном обзоре Индонезии по стране в Carbon Brief.)

Турция также имеет значительные планы по расширению своего угольного флота (см. Краткий обзор политики Турции в области климата и энергетики). Примечательно, однако, что в настоящее время строится менее 2 ГВт из общего трубопровода мощностью 33 ГВт нового угля, и этот трубопровод сократился на 10 ГВт за два года.

Еще одна страна с большими планами — Египет, у которого нет угольных электростанций и внутренних угольных месторождений. Обратите внимание, что ни одна из 13 ГВт запланированной мощности не вышла за пределы самых ранних этапов разработки, ни одна из них не попала в процесс получения разрешений, ни одна из них еще не разрешена, и ни одна из них не строится.

Южная Африка располагает крупными угольными месторождениями и седьмым по величине парком угольных электростанций в мире. Он строит 5 ГВт нового угля и планирует еще 6 ГВт. Однако политические настроения несколько изменились после избрания Сирила Рамафосы и давно откладываемых сделок с возобновляемыми источниками энергии на сумму 4 доллара.7 млрд подписано в 2018 году.

Необычно то, что тяжелая промышленность Южной Африки отдает предпочтение возобновляемым источникам энергии, а не продолжающемуся росту угля. Согласно отдельным исследованиям, новый уголь будет намного дороже альтернативных. В марте 2019 года государственная энергетическая компания Eskom заявила, что намеревается оставить две огромные угольные электростанции незавершенными.

Методология

Временная шкала

Carbon Brief основана на Global Coal Plant Tracker, составленном Global Energy Monitor. Текущая карта использует данные за январь 2020 года.Эта база данных включает все угольные блоки мощностью 30 МВт или более, охватывающие действующие и выведенные из эксплуатации станции, а также предложенные с 2010 года. (Как отмечалось выше, предполагается, что примерно 27 ГВт угольных станций меньшего размера.)

Это покрывает в общей сложности 2045 ГВт действующих сегодня мощностей, 200 ГВт в стадии строительства, 300 ГВт в стадии планирования, 315 ГВт списанных и 1522 ГВт, которые были предложены, но затем отменены с 2010 года.

Carbon Brief сделал ряд предположений для составления карты, описанных ниже.

По состоянию на март 2019 года 27 стран присоединились к Powering Past Coal Alliance по поэтапному отказу от угольной энергетики, 13 из которых все еще имеют действующие электростанции. Предполагается, что каждая из этих стран завершит поэтапный отказ к объявленному году. Предполагается, что Германия соблюдает крайний срок поэтапного отказа к 2038 году.

Угольные агрегаты — отдельные котлы, перечисленные в базе данных — сгруппированы вместе с использованием перечисленного названия «Завод». Однако на некоторых участках есть два или более растений с слегка разными названиями, например «Завод-1», «Завод-2».Эти растения снова группируются на втором автоматическом этапе в зависимости от их широты. В этих случаях для карты сохраняется только имя (Завод-1).

Некоторые сгруппированные установки имеют блоки, использующие различные технологии сжигания, такие как подкритические и сверхкритические котлы. На этапе группировки данных некоторые из этих различий будут потеряны. Для сгруппированных заводов карта показывает диапазон лет, когда агрегаты начали работать.

Заводы в трубопроводе представляют собой смесь участков в стадии строительства, уже разрешенных, предварительно разрешенных и находящихся на ранней стадии планирования («объявленных»).Некоторые сайты размещают проекты на разных этапах этого процесса, которые будут наполовину скрыты на карте, поскольку их расположение одинаково. Случайное смещение порядка ± 50 м применяется к местоположению всех блоков в трубопроводе, чтобы искусственно разделить их на карте.

На карте не указаны 13 единиц в базе данных, в которых отсутствует информация о мощности, а также 98 действующих или выведенных из эксплуатации единиц общей мощностью 4,6 ГВт, для которых отсутствуют данные о местоположении. 12 ГВт мощности помечены как «законсервированные», что означает, что они временно не используются.Они включены в «рабочую» емкость, поскольку нет информации о сроках или продолжительности консервации.

Имеется 144 списанных блока (8,6 ГВт) и 151 действующий блок (9,5 ГВт) без указанного «Года запуска». На карте предполагается, что эти агрегаты работают с 2000 года. Шесть единиц (0,3 ГВт) указаны с «годом начала» 1960-х, 1970-х годов или аналогичным. Они отнесены к 1965, 1975 и так далее.

Около 97 выведенных из эксплуатации блоков (5,6 ГВт) не имеют «года выхода на пенсию», большинство из которых находятся в Китае.Этим предприятиям назначается случайный год выхода на пенсию с 2000 по 2018 год с использованием лет, взвешенных в соответствии с распределением известных выходов на пенсию в Китае и остальном мире, соответственно.

Линии публикации из этой истории

Burning Coal — обзор

Сжигание COM в двух китайских промышленных котлах, работающих на жидком топливе, проводилось несколько раз. Из-за трудностей в обеспечении непрерывной подачи пылевидного угля были проведены только краткосрочные испытания, но все же можно сделать следующие выводы.Возможно, некоторые из них необходимо проверить в долгосрочной перспективе.

1.

Хотя угли, использованные в экспериментах, не очень хороши, один из них имеет зольность 18,86%, более низкую теплотворную способность 6300 кал / кг, а другой имеет зольность до 30%, более низкую. теплотворная способность 4500 кал / кг; В котлах с такой же мощностью сжигания жидкого топлива используются уголь с концентрацией угля более 40%. Достигнута стабильная работа при одинаковом давлении пара, изменение температуры перегретого пара в пределах 5ºС, снижение КПД котла менее 5%.

2.

Объем и глубина топки обычных китайских промышленных котлов, работающих на жидком топливе, достаточны для сжигания КОМ. Например, два испытательных котла были спроектированы с объемной скоростью тепловыделения печи 230 × 10 3 кал / м 3 -час и 200 × 10 3 кал / м 3 -час соответственно, эти цифры являются обычно используются конструктивные особенности. Глубина одной топки с передним обжигом 3,8м. При сжигании угля с концентрацией угля 46% содержание углерода в золе-уносе составляло всего около 5%.Другая печь с противоположным обжигом на расстоянии всего 4,1 м., Когда использовалась концентрация угля COM 40%, содержание углерода в золе уноса составляло около 40%. В обоих случаях потери тепла из-за механически несгоревшего углерода были менее 5%.

3.

Как тяговые, так и вытяжные вентиляторы достаточны по расходу и напору при номинальной нагрузке во время сжигания КОМ.

4.

Измерение концентрации угля в СОМ при его транспортировке емкостным датчиком доступно в режиме управления работой котла.

5.

СОМ, полученные из различных жидких топлив и углей, сильно различаются по своей реологии. Хорошее распыление и сгорание СОМ все еще можно получить, отрегулировав их температуру и давление перед распылителем. Таким образом, напор насоса и мощность нагревателя следует выбирать с некоторым запасом прочности в зависимости от видов поставляемых масел и углей.

A ТЭЦ, работающая на угле

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Электростанция Джорджии Пауэр Шерер — одно из крупнейших угольных предприятий по производству термоэлектрической энергии в Соединенных Штатах.Это угольный объект мощностью 3 520 000 киловатт, который обеспечивает электричеством Грузию. Как показано на этой диаграмме, установка работает по тем же принципам, что и другие электростанции, работающие на ископаемом топливе — она ​​сжигает уголь для производства тепла, которое превращает воду в пар, который затем превращает турбины в генератор.

Такая большая термоэлектрическая станция сжигает много угля — в данном случае около 11 миллионов тонн в год. Уголь, измельченный в мелкодисперсный порошок с помощью пульверизатора, выдувается в печное устройство, называемое котлом, и сжигается.Вырабатываемое тепло преобразует воду, которая проходит через ряд труб в котле, в пар. Пар высокого давления вращает лопатки турбины, соединенной валом с генератором. Генератор вращается и производит электричество.

На схеме вы можете увидеть, как в основном вода используется для охлаждения конденсаторных агрегатов, которые получают конденсированный пар, который использовался для вращения турбин. Горячий конденсированный водяной пар проходит по трубам, которые охлаждаются более холодной водой (в данном случае забираемой из водохранилища реки Окмалджи и озера Джульетта).Таким образом, конденсированная вода охлаждается, а затем рециркулируется обратно через угольный котел, чтобы снова превратиться в пар и привести в действие турбины. Это часть системы с замкнутым циклом, которая постоянно повторно использует воду.

В другой части цикла водопользования станции, в замкнутом цикле, большие объемы воды забираются из реки и водохранилища и перекачиваются в конденсаторы. Эта более холодная вода окружает трубы, содержащие горячий конденсированный пар, и поэтому сильно нагревается.Горячая вода перекачивается из конденсаторных агрегатов в четыре градирни высотой 530 футов, поэтому она может терять тепло. Каждая градирня на заводе Scherer обеспечивает циркуляцию 268 000 галлонов воды в минуту. Большая часть этой воды используется повторно после охлаждения, но около 8000 галлонов в минуту теряется на испарение (таким образом, вы видите, как пар выходит из верхних частей градирен).

Источник: Раздаточный материал Роберта Шерера, Джорджия Пауэр

Уголь: почему он грязный?

Хотя некоторые политики поддерживают «чистый уголь», уголь никогда не может быть чистым.Вот почему.

Изменение климата

При сжигании ископаемого топлива в атмосферу выделяются парниковые газы, повышается уровень СО2 и других газов, улавливается тепло и вносится вклад в глобальное изменение климата.

  • При сжигании угля выделяются парниковые газы: двуокись углерода (CO2) и закись азота (N2O). Угольные электростанции выделяют больше парниковых газов на единицу произведенной энергии, чем любые другие источники электроэнергии (1).
  • Уголь обеспечивает около 33% энергии, используемой для производства электроэнергии в Соединенных Штатах, что делает угольные электростанции главной целью сокращения выбросов парниковых газов (2).(Использование угля для производства электроэнергии сокращается, к 2018 г. доля угля в электроэнергии упала до 27%).
  • К счастью, угольные электростанции закрываются по всей территории США, поскольку топливо становится менее прибыльным из-за государственных и федеральных правил, устаревшего парка и конкуренции со стороны других секторов, таких как природный газ, ветер и солнечная энергия (3).
  • В процессе добычи угля в течение 20 лет выделяется метан, который является на 87 более сильным парниковым газом, чем CO2 (4).
  • Технологии улавливания и хранения углерода (CCS) были проданы как способ решения проблемы выбросов в атмосферу от сжигания угля путем откачки CO2, образующегося при сжигании угля под землей, а не в воздухе. Однако эта технология чрезвычайно дорога, и даже если углерод удастся изолировать, угольная электростанция все равно приведет к разрушительной добыче угля, а также к токсичной угольной золе в качестве побочного продукта.

Загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха — еще один побочный эффект использования ископаемого топлива.Загрязнение воздуха обычно носит более региональный характер, чем воздействие двуокиси углерода, и может иметь разрушительные последствия для местного населения и экосистем.

  • При сжигании угля выделяются диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NOx), которые вступают в реакцию с водой и кислородом с образованием кислотных дождей. Кислотные дожди разъедают здания и сооружения и подкисляют пресноводную среду, нанося вред водным экосистемам (5).
  • Летучие органические соединения (ЛОС) реагируют с образованием приземного озона или смога.Смог может вызывать различные респираторные и сердечно-сосудистые заболевания и особенно опасен для пожилых людей, маленьких детей и людей, страдающих астмой (6).
  • Мелкие твердые частицы (PM10 и PM2,5) выбрасываются в воздух в виде летучей золы. Эти твердые частицы попадают в легкие при вдыхании и повышают риск легочных заболеваний, включая рак легких (7).

Загрязнение воды

Как и загрязнение воздуха, загрязнение воды является еще одним более локальным эффектом использования ископаемого топлива.Вода обычно загрязняется в процессе добычи или при обращении с отходами. Загрязнение воды также может иметь разрушительные последствия для здоровья человека и окружающей среды.

  • На угольные электростанции приходится 41% антропогенных (антропогенных) выбросов ртути, которые могут перемещаться на большие расстояния, прежде чем попадут в почву или воду. Ртуть накапливается в пищевых цепочках и может достигать очень высоких уровней во многих видах рыб, потребляемых людьми. Ртуть очень токсична и особенно опасна для детей (8).
  • Отходы от сжигания угля содержат много токсичных химикатов и тяжелых металлов, которые, как известно, вызывают врожденные дефекты, репродуктивные расстройства, неврологические нарушения, нарушения обучаемости, заболевания почек и диабет (9).
  • Эти отходы часто хранятся в больших прудах-ловушках. Задокументированы крупные разливы в результате прорывов в этих прудах, и многие пруды в настоящее время классифицируются Агентством по охране окружающей среды как «особо опасные». Это означает, что они подвержены риску разлива и причинения значительного материального ущерба, ущерба окружающей среде, травм и смертей (9).
  • Известно, что при определенных условиях водохранилища выщелачивают загрязнители, такие как мышьяк, в почву и грунтовые воды, потенциально отравляя источники пресной воды (10).

(1) «Коэффициенты выбросов углекислого газа». EIA. gov Управление энергетической информации США. Февраль 2016. Интернет. 23 августа 2016 г.

(2) «Часто задаваемые вопросы». EIA. гос. . Управление энергетической информации США. Апр.2016. Интернет. 23 августа 2016 г.

(3) «Влияние нормативных актов Агентства по охране окружающей среды на электростанции. » IER.org Institute for Energy Research , June 2012. Web. 23 августа 2016 г.

(4) «Обзор парниковых газов». EPA.gov. Агентство по охране окружающей среды. Интернет. 23 августа 2016 г.

(5) «Что такое кислотный дождь?» EPA.gov. Агентство по охране окружающей среды США. Март 2016. Интернет. 23 августа 2016 г.

(6) «Влияние загрязнения озоном на здоровье.” EPA.gov. Агентство по охране окружающей среды США. Интернет. 23 августа 2016 г.

(7) «Основы угольной золы». EPA.gov. Агентство по охране окружающей среды США. Июнь 2016 г. Интернет. 23 августа 2016 г.

(8) Трасанде, Леонардо, Филип Дж. Лэндриган и Клайд Шехтер. «Общественное здравоохранение и экономические последствия токсичности метилртути для развивающегося мозга». Перспективы гигиены окружающей среды 113.5 (2005): 590-96.

(9) «Очищение: что EPA знает об опасностях угольной золы.»The Environmental Integrity Project и Earthjustice. Май 2009 г. Интернет. 24 августа 2016 г.

»

(10) Целевая группа по чистому воздуху. Грязный воздух, грязная энергия: смертность и ущерб здоровью из-за загрязнения воздуха электростанциями. Июнь 2004 г. Интернет. 24 августа 2016 г.

Ученые значительно повысили эффективность сжигания угля

Александр Громов, руководитель группы НИТУ «МИСиС», руководитель лаборатории катализа «МИСиС». Предоставлено: Сергей Гнусков / НИТУ «МИСиС».

Группа российских ученых из НИТУ «МИСиС», Томского политехнического университета (ТПУ) и Института катализа Борескова предложила новый подход к изменению характеристик горения угля.Ученые выяснили, что добавление солей меди снижает содержание несгоревшего углерода в зольном остатке в 3,1 раза, а содержание CO в газообразных продуктах сгорания — на 40%. Исследование было опубликовано в Fuel Processing Technology .

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), уголь является преобладающим энергетическим ресурсом, используемым в качестве основного топлива для производства электроэнергии. По имеющимся данным, в 2020 году уголь обеспечил более одной трети мировой выработки электроэнергии.Эксперты полагают, что, несмотря на общепринятую энергетическую политику, направленную на сокращение доли использования угля и переход на возобновляемые источники энергии, уголь как основной вид топлива в мире, скорее всего, по-прежнему будет занимать лидирующие позиции в электроэнергетике в ближайшем будущем. годы. Однако широкое использование угля ограничено рядом проблем, таких как неполное сгорание топлива и сопутствующее образование токсичных газов. Учитывая это, разработка технологий, направленных на более эффективную и экологически чистую термическую конверсию угля, является приоритетной задачей угольной энергетики.Одним из возможных решений повышения эффективности сжигания угля является использование каталитически активных агентов, таких как оксиды различных металлов и их прекурсоры (соли на основе нитратов, сульфатов, ацетатов и карбонатов), для интенсификации процесса горения.

«Слишком рано отказываться от угля. Китай, например, полагается на уголь в качестве основного источника энергии на протяжении большей части 21 века, несмотря на все« зеленые »тенденции. В России на уголь приходится немногим менее 20%. энергетического баланса страны.Даже в Великобритании, стране, которая последовательно проводит политику декарбонизации, спрос на уголь со стороны производителей электроэнергии в третьем квартале 2020 года составил более 200 тысяч тонн. Можно с уверенностью сказать, что поиск каталитических добавок для улучшенного угля -горание продолжится. Для нас поиск оказался достаточно успешным: доказано, что использование добавок, предложенных нашей командой, позволяет значительно повысить эффективность сжигания угля, особенно высокозольных углей », — отметил Александр Громов, руководитель группы НИТУ« МИСиС », начальник отдела. Лаборатория катализа МИСиС.

Способ активации горения угля солями металлов основан на интенсификации процесса горения и снижении температуры горения. Исследователи отмечают, что использование добавок на основе соли делает процесс сгорания более управляемым.

В своих экспериментах ученые использовали соли меди в качестве активирующих добавок для улучшения реакционной способности высокозольного угольного топлива, такого как антрацит, также известный как каменный уголь, и полукокс. Высокозольные топлива характеризуются высокими минимальными температурами воспламенения и горения, а также низкой интенсивностью горения.Введение солей меди привело к повышению реакционной способности и скорости горения образцов топлива. Также стоит отметить, что содержание несгоревшего углерода в зольном остатке модифицированных образцов было значительно ниже, чем в контрольных образцах.

Введение нитратов, ацетатов и сульфатов меди в образцы топлива производилось методом начальной влажности. Затем были проведены эксперименты по зажиганию и горению в камере сгорания при температурах теплоносителя от 500 до 700 ° C.

Механизм активации горения основан на интенсификации производства продуктов горения в газовой фазе на ранней стадии выделения летучих веществ и создании микровзрывов для предотвращения образования слоев шлака, которые в противном случае блокировали бы поступление кислорода в топливо.

При использовании присадок на основе оксидов необходимо обеспечить динамический контакт между топливом и присадкой, отметили исследователи. Использование солей в качестве катализатора не требует такого контакта, что делает этот новый метод модификации угля потенциально применимым в энергетической промышленности.

Исследователи полагают, что использование добавок на основе солей для повышения эффективности сжигания угля может помочь улучшить топливную эффективность при производстве энергии, минимизировать использование энергии для предварительного нагрева энергетического оборудования и сократить выбросы углерода от угольных электростанций.


Ученые сокращают вредные выбросы от ГЭС


Дополнительная информация:
К.Б. Ларионов и др. Сжигание каменного угля и полукокса солями меди, Технология переработки топлива (2020). DOI: 10.1016 / j.fuproc.2020.106706

Предоставлено
Национальный исследовательский технологический университет МИСиС

Ссылка :
Ученые значительно повысили эффективность сжигания угля (2021, 10 февраля)
получено 2 июня 2021 г.
с https: // физ.org / новости / 2021-02-ученые-значительно-уголь-эффективность-сжигание.html

Этот документ защищен авторским правом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.