Prehľad: globálny trh výroby uhlia. Typy a typy moderných tepelných elektrární (TPP)

Globálna kapacita výroby uhlia sa od roku 2000 zdvojnásobila na 2 000 GW v dôsledku prudkého rastu investičných projektov v Číne a Indii. Ďalších 200 GW je vo výstavbe a celosvetovo sa plánuje 450 GW. V posledných desaťročiach uhoľné elektrárne vyrobili 40 – 41 % svetovej elektriny – čo je najväčší podiel v porovnaní s inými typmi výroby. Zároveň bol dosiahnutý vrchol výroby elektriny z uhlia v roku 2014 a teraz sa začala deviata vlna znižovania záťaže prevádzkovaných JE a ich zatvárania. Viac o tom v Carbon Brief.

Globálna kapacita výroby uhlia sa od roku 2000 zdvojnásobila na 2 000 GW v dôsledku prudkého rastu investičných projektov v Číne a Indii. Ďalších 200 GW je vo výstavbe a celosvetovo sa plánuje 450 GW. V klube uhoľných generátorov je 77 krajín a do roku 2030 sa k nemu plánuje pripojiť ďalších 13 krajín.

V posledných desaťročiach uhoľné elektrárne vyrobili 40 – 41 % svetovej elektriny – čo je najväčší podiel v porovnaní s inými typmi výroby.

Zároveň bol dosiahnutý vrchol výroby elektriny z uhlia v roku 2014 a teraz sa začala deviata vlna znižovania záťaže prevádzkovaných JE a ich zatvárania. V priebehu rokov bolo v EÚ a USA odstavených 200 GW, pričom ďalších 170 GW má byť odstavených do roku 2030. K 9. aprílu 2018 sa k Coal Phase-out Alliance pripojilo 27 krajín, z toho 13 krajín majú v prevádzke elektrárne.

Všimnite si, že od roku 2010 do roku 2017 bolo dokončených alebo uvedených do výstavby iba 34 % plánovanej uhoľnej kapacity (873 GW), pričom 1 700 GW bolo zrušených alebo odložených, uvádza CoalSwarm. Napríklad tender na výstavbu jedného nového závodu môže prilákať viacero ponúk, z ktorých každá sa bude započítavať do „plánovanej kapacity“.

Podľa Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) sa musia všetky uhoľné elektrárne zatvoriť v priebehu niekoľkých desaťročí, ak sa má otepľovanie obmedziť na menej ako 2 °C nad predindustriálne teploty. Na objasnenie tohto príbehu Carbon Brief zmapoval minulosť, súčasnosť a budúcnosť všetkých uhoľných elektrární na svete od februára 2018. (https://www.carbonbrief.org/mapped-worlds-coal-power-plants), ktorý zobrazuje všetky uhoľné tepelné elektrárne s výkonom nad 30 MW prevádzkované v období 2000-2017, ako aj umiestnenie plánovaných. Mapa obsahuje asi 10 000 zatvorených, prevádzkovaných a plánovaných uhoľných elektrární s celkovou kapacitou 4 567 GW, z toho 1 996 GW je v prevádzke dnes, 210 GW je vo výstavbe, 443 GW je plánovaných, 2 387 GW je vyradených a 1 681 GW bolo navrhnutých do bude postavená, ale potom od roku 2010 zrušená v 95 krajinách sveta. Vo svete je tiež okolo 27 GW malých tepelných elektrární spaľujúcich uhlie – každá do 30 MW.

Rast kapacity uhlia

Výroba uhlia je predovšetkým prísľub lacnej elektriny na stimuláciu ekonomického rastu. Globálna kapacita výroby uhlia medzi rokmi 2000 a 2017 každoročne rástla, takmer zdvojnásobila sa z 1,063 GW na 1,995 GW. Uhlie produkuje 40 – 41 % svetovej elektriny, čo je najväčší podiel za posledné desaťročia. Dnes využíva energiu z uhlia 77 krajín sveta, oproti 65 v roku 2000. Ďalších 13 sa plánuje pripojiť ku klubu uhoľnej energie.

Emisie CO2 z existujúcich zariadení sú dostatočné na to, aby narušili uhlíkový rozpočet o 1,5 alebo 2 stupne Celzia. Podľa štúdie by tieto obmedzenia znamenali žiadne nové uhoľné elektrárne a predčasné zatvorenie 20 % uhoľnej výrobnej flotily. Podľa IEA budú musieť byť všetky uhoľné elektrárne odstavené do roku 2040, ak má svet zostať „výrazne pod“ rastom 2 stupňov Celzia. Znamenalo by to odstavenie 100 GW uhoľnej kapacity každý rok na 20 rokov alebo zhruba jeden uhoľný blok každý deň až do roku 2040.

Titulky a energetické prognózy však naznačujú, že rast uhlia sa nezastaví. Tieto pochmúrne vyhliadky na zhoršenie klímy zmierňujú známky rýchlej zmeny energie. Potrubie rozostavaných alebo plánovaných uhoľných blokov sa od roku 2015 znížilo na polovicu. Tempo odstávok tepelných elektrární sa zrýchľuje a v rokoch 2010 až 2017 dosahuje kombinovanú úroveň 197 GW.

Spomalenie uhlia

IEA tomu verí špičková investícia ku globálnej uhoľnej energetike už prešiel a priemysel vstúpil do fázy „dramatického spomalenia“. Správa IEA hovorí, že Čína, ktorá zabezpečuje väčšinu súčasného nárastu, už nepotrebuje nové tepelné elektrárne.

Kolaps investícií znamená, že rast kapacity uhlia sa spomaľuje. A ak v roku 2011 bolo na svete predstavených 82 GW, potom v roku 2017 - iba 34 GW.

Počet nových staníc vo výstavbe každým rokom klesá rýchlejšie, o 73 % od roku 2015, podľa najnovšej výročnej správy CoalSwarm, Greenpeace a Sierra Club. Čína zatvára mnoho stoviek menších, starších a menej efektívnych závodov a nahrádza ich väčšími, efektívnejšími. To všetko znamená globálnej moci uhoľnej výroby môže vrcholiť už v roku 2022, podľa správy IEA o stave priemyslu.

Maximálne emisie CO2

Ukazujú to údaje IEA emisie CO2 z uhoľnej energie možno už dosiahol vrchol v roku 2014 ., napriek tomu, že kapacita uhlia stále rastie. Emisie CO2 z uhlia klesli v období 2014-2016 o 3,9 %, produkcia uhlia o 4,3 %.

Keďže kapacita uhlia sa neustále zvyšuje, existujúce uhoľné elektrárne bežia menej hodín. V priemere celosvetové uhoľné elektrárne fungovali v roku 2016 približne polovičný čas s faktorom vyťaženia 52,5 %. Podobný trend možno pozorovať v USA (52 %), EÚ (46 %), Číne (49 %) a Indii (60 %).

Vzťah medzi uhoľnými elektrárňami a emisiami CO2 ovplyvňuje aj množstvo ďalších faktorov. Patria sem typ uhlia a technológie spaľovania, ktoré jednotlivé elektrárne používajú. Tepelné elektrárne spaľujúce nekvalitné hnedé uhlie môžu vypustiť až 1 200 ton CO2 na GWh vyrobenej elektriny. Vysokokvalitné uhlie produkuje menej emisií.

Dôležitá je aj technológia spaľovania z menej účinných „podkritických“ zariadení až ultrasuperkritické systémy, ktoré zvyšujú účinnosť kotla pri vyšších tlakoch. Najstaršie a najmenej efektívne podkritické elektrárne pracujú s účinnosťou 35 %. Nové technológie zvyšujú toto číslo na 40 %, a ultra-superkritické až 45 % (HELE).

Podľa World Coal Association však aj uhoľné bloky HELE vypúšťajú okolo 800 t CO2/GW. To je asi dvakrát viac ako emisie z plynových elektrární a asi 50-100-krát vyššie ako v prípade jadrových, veterných a solárnych elektrární. IEA nevidí žiadne ďalšie vyhliadky pre uhoľnú energiu v scenároch pred 2C, pretože zvyškové emisie sú príliš vysoké, dokonca aj pri zachytávaní a ukladaní uhlíka.

V roku 2017 došlo k miernemu nárastu produkcie uhlia a emisií CO2 v dôsledku vyššej produkcie v Číne, aj keď zostávajú pod maximom z roku 2014.

Erózia uhoľného hospodárstva

Nízke využitie elektrární (PLU) je „korozívne“ pre ekonomiku uhoľných elektrární. Vo všeobecnosti sú navrhnuté tak, aby fungovali aspoň 80 % času, keďže majú relatívne vysoké fixné náklady. Z toho vychádza aj odhad nákladov na výstavbu nového uhoľného bloku, pričom menšie zaťaženie zvyšuje náklady na jednotku elektriny. Dynamika poklesu NFI je obzvlášť toxická pre prevádzkovateľov uhoľných elektrární, ktorí súperia s rýchlo klesajúcimi cenami obnoviteľnej energie, lacným plynom v USA a rastúcimi cenami uhlia v EÚ. Obmedzenia dodávok uhlia zvyšujú ceny uhlia, čím ďalej podkopávajú akékoľvek pretrvávajúce výhody oproti alternatívam.

Nové environmentálne predpisy zvyšujú náklady na uhoľné elektrárne v mnohých jurisdikciách od EÚ po Indiu a Indonéziu. Majitelia uhoľných elektrární musia investovať do čistiarní odpadových vôd, aby splnili vyššie environmentálne štandardy, alebo svoje špinavé tepelné elektrárne úplne odstavia. Táto kombinácia faktorov znamená, že väčšina staníc v existujúcej uhoľnej „flote“ v EÚ a dokonca aj v Indii čelí vážnym ekonomickým problémom, uvádza Financial thinktank Carbon Tracker. Zistilo sa, že do roku 2030 budú napríklad takmer všetky uhoľné elektrárne v EÚ nerentabilné. Zakladateľ Bloomberg New Energy Finance Michael Liebreich hovorí, že uhlie čelí dvom „bodom zlomu“. Prvým je, keď sa nová obnoviteľná energia stane lacnejšou ako nové tepelné elektrárne spaľujúce uhlie, čo sa už stalo vo viacerých regiónoch. Druhým je, keď sú nové obnoviteľné zdroje energie lacnejšie ako existujúce uhoľné elektrárne.

poznač si to tepelné elektrárne spaľujúce uhlie môžu pokračovať v prevádzke v nepriaznivých ekonomických podmienkach, Napríklad, s príplatkom za napájanie. Túto prax zaviedlo niekoľko krajín EÚ v roku 2018.

V roku 2018 Čína, Vietnam a Thajsko úplne zrušili príplatok za solárnu výrobu. Filipíny a Indonézia ho výrazne znížili. A v Indii je solárna výroba už lacnejšia ako uhlie. Teda v podmienkach skutočnej konkurencie, výroby uhlia v krajinách juhovýchodnej Ázia už teraz stráca OZE a bude sa rozvíjať pomalšie, ako sa plánovalo.

Kľúčové krajiny a regióny

Na výrobu elektriny používa uhlie 77 krajín, v roku 2000 to bolo 65 krajín. Odvtedy 13 krajín vybudovalo uhoľnú kapacitu a iba jedna krajina, Belgicko, ju zatvorila. Ďalších 13 krajín, ktoré predstavujú 3 % súčasnej kapacity, sa zaviazalo do roku 2030 postupne vyradiť uhlie v rámci Coal Leaving Alliance, pod vedením Veľkej Británie a Kanady. Medzitým 13 krajín stále dúfa, že sa pridajú ku klubu uhoľnej energie.

Najlepších 10 krajiny sveta, zobrazené na ľavej strane nižšie uvedenej tabuľky, tvoria 86 % z celkového počtu prevádzkovaných uhoľných elektrární. Na pravej strane stola - Najlepších 10 krajiny plánujúce vybudovať 64 % svetovej kapacity spaľujúcej uhlie.

Krajina/MW v prevádzke/podiel vo svete Krajina/MW vo výstavbe/podiel

Čína 935,472 47 % Čína 210,903 32 %

USA 278,823 14 % India 131,359 20 %

India 214 910 11 % Vietnam 46 425 7 %

Nemecko 50 400 3 % Turecko 42 890 7 %

Rusko 48 690 2 % Indonézia 34 405 5 %

Japonsko 44 578 2 % Bangladéš 21 998 3 %

Južná Afrika 41 307 2 % Japonsko 18 575 3 %

Južná Kórea 37 973 2 % Egypt 14 640 2 %

Poľsko 29,401 1 % Pakistan 12,385 2 %

Indonézia 28 584 1 % Filipíny 12 141 2 %

Čína má v prevádzke najväčšiu uhoľnú generačnú flotilu a je domovom najvýkonnejšieho dopravníka s výkonom 97 GW vo výstavbe v okruhu 250 km pozdĺž delty rieky Yangtze okolo Šanghaja. To je viac ako ktorákoľvek krajina s výnimkou Indie a USA už existuje. Rusko má piatu najväčšiu flotilu na výrobu uhlia na svete, čo predstavuje iba 2 % svetovej výrobnej kapacity.

Čína

Za posledných 20 rokov sa najvýznamnejšie zmeny udiali v Číne. Jeho uhoľná flotila sa v rokoch 2000 až 2017 päťnásobne rozrástla. a dosiahol 935 GW alebo takmer polovicu svetovej kapacity.

Čína je tiež najväčším svetovým producentom CO2 a využíva polovicu svetovej spotreby uhlia, takže jej budúca cesta je neúmerne dôležitá pre globálne úsilie v boji proti klimatickým zmenám.

Priemyselná činnosť a využívanie uhlia boli stimulované až do vymenovania prezidenta Si Ťin-pchinga za „životného vodcu“. Takáto energetická politika by mohla posunúť rast emisií CO2 na najrýchlejšie tempo za mnoho rokov.

Niektorí analytici však tvrdia, že spotreba uhlia v Číne by sa mohla do roku 2030 znížiť na polovicu. Vláda zavádza národný systém obchodovania s emisiami a zastavuje a obmedzuje novú výrobu energie spaľovanou uhoľou v reakcii na znečistenie ovzdušia a obavy týkajúce sa klímy. To znamená, že plynovod tepelných elektrární spaľujúcich uhlie vo výstavbe alebo plánovaných v roku 2017 sa v porovnaní s rokom 2016 podľa CoalSwarm znížil o 70 %.

Znamená to tiež, že plánované projekty pravdepodobne nezískajú povolenia potrebné na ich výstavbu, hovorí Lauri Millivirta, východoázijský energetický analytik Greenpeace. „Mnohé z plánovaných projektov v Číne a Indii sú v skutočnosti mŕtve. V Indii sú komerčne nelikvidné, nikto so zdravým rozumom ich nebude stavať... v Číne to nedáva zmysel, pretože tam je už priveľká kapacita, prebytok.“ Podľa amerického úradu pre energetické informácie (EIA) kapacita a produkcia uhlia v Číne viac-menej dosiahli svoj vrchol.

India

K druhému najväčšiemu zvýšeniu kapacity od roku 2000 došlo v Indii, kde sa uhoľná energetická flotila viac ako strojnásobila na 215 GW. V poslednom čase sa stav výroby indického uhlia prudko zhoršil. IEA znížila svoju prognózu dopytu po indickom uhlí kvôli spomalenie rastu dopytu po elektrine a lacnejších obnoviteľných zdrojoch energie. Podľa indického ministra energetiky v rozhovore pre Bloomberg v máji 2018 sa niektoré elektrárne s výkonom 10 GW považujú za „neživotaschopné“, iné 30 GW sú pod „stresom“. “, píše Matthew Gray je analytik spoločnosti Carbon Tracker.

Najnovší indický národný plán elektrickej energie má za cieľ čiastočne vyradiť z prevádzky 48 GW uhoľných elektrární kvôli nové environmentálne normy. Počíta aj so spustením 94 GW nových kapacít, no toto číslo považujú kľúčoví svetoví analytici za nereálne. Krajina má naplánovaných 44 GW projektov, z ktorých 17 GW je už roky pozastavených. " V Indii už obnoviteľné zdroje dokážu dodávať energiu za nižšie náklady ako nové a dokonca väčšina existujúcich uhoľných elektrární. “, hovorí Lauri Millivirta, energetický analytik Greenpeace vo východnej Ázii.

USA

Vlna vyraďovania starých kapacít znížila výrobu uhlia v USA o 61 GW za šesť rokov, pričom ďalších 58 GW sa plánuje odstaviť, poznamenáva Coal Swarm. To zníži americkú uhoľnú flotilu o dve pätiny, z 327 GW v roku 2000 na 220 GW alebo menej v budúcnosti.

Jedným zo spôsobov, ako zachrániť priemysel, sú ohlásené plány Trumpovej administratívy na záchranu nerentabilných uhoľných elektrární z dôvodov národnej bezpečnosti, aby sa zachovala spoľahlivosť systému s kapacitnými príplatkami. Bloomberg ich opisuje ako „bezprecedentný zásah na energetických trhoch v USA“.

Na druhej strane, podmienky na trhu v súčasnosti uprednostňujú plynové elektrárne a obnoviteľné zdroje. V USA nie sú žiadne nové uhoľné kapacity. Očakáva sa, že vyraďovanie uhoľných kapacít v roku 2018 bude predstavovať 18 GW. V minulom roku bola spotreba uhlia v energetickom sektore USA najnižšia od roku 1982.

Európska únia

Vzhľadom na plány EÚ na postupné vyraďovanie uhlia by sa uhoľná výrobná flotila únie mala do roku 2030 znížiť na 100 GW, čo je polovica celkovej kapacity v roku 2000. Spolu s Kanadou vedie EÚ alianciu na postupné vyraďovanie uhlia. Spojené kráľovstvo, Francúzsko, Taliansko, Holandsko, Portugalsko, Rakúsko, Írsko, Dánsko, Švédsko a Fínsko oznámili postupné vyraďovanie uhoľných elektrární do roku 2030. Ich kapacita je 42 GW vrátane novovybudovaných tepelných elektrární.

Zároveň je štvrtou a deviatou najväčšou národnou flotilou na výrobu uhlia na svete v členských štátoch EÚ, konkrétne 50 GW v Nemecku a 29 GW v Poľsku. Komisia EÚ, ktorá má stanoviť konečný dátum pre nemecké dodávky elektriny z uhlia, začala pracovať, aj keď prevádzkovateľ siete v krajine tvrdí, že do roku 2030 môže byť odstavená len polovica uhoľnej flotily bez toho, aby to ohrozilo energetickú bezpečnosť. Poľsko jednoducho sľúbilo, že nebude stavať nové uhoľné tepelné elektrárne nad rámec toho, čo je už vo výstavbe.

Štúdie IEA ukázali, že všetky uhoľné elektrárne v EÚ musia byť zatvorené do roku 2030, aby sa splnili ciele Parížskej dohody. Očakáva sa, že rastúce ceny CO2 povedú k prechodu z uhlia na plyn už v tomto roku za predpokladu, že cena bude správna a plyn bude dostupný.

Ďalšie kľúčové krajiny

Ostatné ázijské krajiny vrátane Južnej Kórey, Japonska, Vietnamu, Indonézie, Bangladéša, Pakistanu a Filipín od roku 2000 spoločne zdvojnásobili svoju flotilu na výrobu uhlia a v roku 2017 dosiahli výkon 185 GW. Tieto krajiny spolu nezávisle vybudujú 50 GW nových tepelných elektrární a ďalších 128 GW sa plánuje na úkor financovania a účasti na výstavbe Číny, Japonska a Južnej Kórey.

V mnohých z týchto krajín existujú zmiešané známky využívania uhlia. Napríklad najnovší návrh japonského národného energetického plánu zvažuje významnú úlohu uhlia v roku 2030, zatiaľ čo Parížska dohoda znamená, že Tokio musí dovtedy uhlie postupne vyradiť, poznamenáva Climate Analytics.

Vietnam je treťou krajinou z hľadiska plánovaného objemu výroby uhlia - 46 GW, z toho 11 GW je už vo výstavbe. „Vláda však stále viac investuje do zmeny tejto trajektórie,“ píše Alex Perera, zástupca riaditeľa pre energetiku v The World Resources Institute. obnoviteľnú energiu a súkromný sektor, ktorý sa snaží dosiahnuť čoraz prísnejšie ciele v oblasti čistej energie.“

Indonézska vláda zakázala výstavbu nových uhoľných elektrární na najhustejšie obývanom ostrove Jáva. Štátna energetická spoločnosť bola kritizovaná za „veľmi nadhodnocujúci rast dopytu po elektrine“, aby odôvodnila plány na výstavbu nových uhoľných elektrární.

Turecko má významné plány na rozšírenie svojej uhoľnej flotily. V súčasnosti sa však stavia len 1 GW z plánovaného plynovodu 43 GW.

Ďalšou krajinou s veľkými plánmi je Egypt, ktorý nemá ani uhoľné elektrárne, ani vlastné ložiská uhlia. Upozorňujeme, že žiadna z 15 GW plánovanej novej kapacity neprekročila najskoršie štádium schvaľovania, nedostala žiadne povolenia a nie je vo výstavbe.

Južná Afrika má veľké ložiská uhlia a siedmu najväčšiu uhoľnú energetickú flotilu na svete. Južná Afrika stavia 6 GW nových tepelných elektrární a plánuje uviesť do prevádzky ďalších 6 GW. Od zvolenia Cyrila Ramaphosu začiatkom tohto roka sa však politická nálada v krajine mení a v apríli boli podpísané dlhodobé zmluvy na výstavbu obnoviteľnej energie v hodnote 4,7 miliardy dolárov. Dôvodom je, že nové uhoľné elektrárne budú podľa odborníkov drahšie ako OZE. Legislatívne diskusie o úlohe uhlia v novom energetickom investičnom pláne Južnej Afriky sa uskutočnia koncom tohto leta.

V roku 1879, kedy Thomas Alva Edisonvynašiel žiarovku, začala éra elektrifikácie. Výroba veľkého množstva elektriny si vyžadovala lacné a ľahko dostupné palivo. Uhlie tieto požiadavky spĺňalo a prvé elektrárne (postavené koncom 19. storočia samotným Edisonom) fungovali na uhlie.

Ako sa v krajine stavalo stále viac staníc, rástla závislosť od uhlia. Od prvej svetovej vojny približne polovica ročnej produkcie elektriny v USA pochádzala z tepelných elektrární spaľujúcich uhlie. V roku 1986 bol celkový inštalovaný výkon takýchto elektrární 289 000 MW a spotrebovali 75 % z celkového (900 miliónov ton) uhlia vyťaženého v krajine. Vzhľadom na existujúcu neistotu týkajúcu sa vyhliadok rozvoja jadrovej energetiky a rastu produkcie ropy a zemného plynu možno predpokladať, že do konca storočia budú tepelné elektrárne spaľujúce uhlie vyrábať až 70 % všetkej elektrickej energie. generované v krajine.

No napriek tomu, že uhlie dlho bolo a ešte dlhé roky bude hlavným zdrojom elektriny (v USA tvorí asi 80 % zásob všetkých druhov prírodných palív), nikdy to nebolo optimálne palivo pre elektrárne. Špecifický energetický obsah na jednotku hmotnosti (t. j. výhrevnosť) uhlia je nižší ako u ropy alebo zemného plynu. Je náročnejšia na prepravu a navyše spaľovanie uhlia spôsobuje množstvo nežiaducich environmentálnych vplyvov, najmä kyslé dažde. Od konca 60. rokov minulého storočia atraktivita uhoľných tepelných elektrární prudko klesla v dôsledku sprísňovania požiadaviek na znečisťovanie životného prostredia plynnými a tuhými emisiami vo forme popola a škvary. Náklady na riešenie týchto environmentálnych problémov spolu s rastúcimi nákladmi na výstavbu komplexných zariadení, akými sú tepelné elektrárne, znížili ich vyhliadky na rozvoj z čisto ekonomického hľadiska.

Ak sa však zmení technologická základňa tepelných elektrární spaľujúcich uhlie, môže sa oživiť ich niekdajšia atraktivita. Niektoré z týchto zmien majú evolučný charakter a sú zamerané najmä na zvýšenie kapacity existujúcich zariadení. Zároveň sa vyvíjajú úplne nové procesy na bezodpadové spaľovanie uhlia, teda s minimálnym poškodzovaním životného prostredia. Zavedením nových technologických procesov sa má zabezpečiť, aby budúce uhoľné tepelné elektrárne mohli byť efektívne kontrolované z hľadiska stupňa znečistenia životného prostredia nimi, mali flexibilitu z hľadiska možnosti využitia rôznych druhov uhlia a nevyžadovali dlhú výstavbu. obdobia.

Aby sme pochopili význam pokroku v technológii spaľovania uhlia, stručne zvážte prevádzku klasickej tepelnej elektrárne spaľujúcej uhlie. Uhlie sa spaľuje v peci parného kotla, čo je obrovská komora s rúrkami vo vnútri, v ktorej sa voda mení na paru. Pred zavedením do pece sa uhlie rozdrví na prach, čím sa dosiahne takmer rovnaká účinnosť spaľovania ako pri spaľovaní horľavých plynov. Veľký parný kotol spotrebuje v priemere 500 ton práškového uhlia za hodinu a vyrobí 2,9 milióna kg pary, čo stačí na výrobu 1 milióna kWh elektrickej energie. Za ten istý čas kotol vypustí do atmosféry asi 100 000 m3 plynov.
Vzniknutá para prechádza prehrievačom, kde sa zvýši jej teplota a tlak, a následne vstupuje do vysokotlakovej turbíny. Mechanická energia rotácie turbíny je premieňaná elektrickým generátorom na elektrickú energiu. Aby sa dosiahla vyššia účinnosť premeny energie, para z turbíny sa zvyčajne vracia do kotla na opätovné ohriatie a potom poháňa jednu alebo dve nízkotlakové turbíny a až potom sa kondenzuje ochladzovaním; kondenzát sa vracia do cyklu kotla.

Vybavenie tepelných elektrární zahŕňa podávače paliva, kotly, turbíny, generátory, ale aj sofistikované systémy chladenia, čistenia spalín a odstraňovania popola. Všetky tieto hlavné a pomocné systémy sú navrhnuté tak, aby fungovali s vysokou spoľahlivosťou 40 alebo viac rokov pri záťažiach, ktoré sa môžu meniť od 20 % inštalovanej kapacity elektrárne po maximum. Kapitálové náklady na vybavenie typickej tepelnej elektrárne s výkonom 1 000 MW zvyčajne presahujú 1 miliardu USD.

Účinnosť, s akou sa teplo uvoľnené spaľovaním uhlia môže premeniť na elektrickú energiu, bola pred rokom 1900 iba 5 %, ale v roku 1967 už dosiahla 40 %. Inými slovami, za obdobie asi 70 rokov sa merná spotreba uhlia na jednotku vyrobenej elektriny znížila osemnásobne. V súlade s tým došlo k zníženiu nákladov na 1 kW inštalovaného výkonu tepelných elektrární: ak v roku 1920 to bolo 350 $ (v cenách roku 1967), potom v roku 1967 klesli na 130 $. v rovnakom období od 25 centov do 2 centov za 1 kW čaj.

Od 60. rokov 20. storočia však tempo pokroku začalo klesať. Tento trend sa zrejme vysvetľuje skutočnosťou, že tradičné tepelné elektrárne dosiahli hranicu svojej dokonalosti, ktorú určujú zákony termodynamiky a vlastnosti materiálov, z ktorých sú kotly a turbíny vyrobené. Od začiatku 70. rokov 20. storočia tieto technické faktory zhoršovali nové ekonomické a organizačné dôvody. Výrazne vzrástli najmä kapitálové výdavky, spomalil sa rast dopytu po elektrickej energii, sprísnili sa požiadavky na ochranu životného prostredia pred škodlivými emisiami a predĺžil sa časový rámec realizácie projektov výstavby elektrární. V dôsledku toho výrazne vzrástli náklady na výrobu elektriny z uhlia, ktoré dlhé roky klesali. Skutočne, 1 kW elektriny vyrobenej v nových tepelných elektrárňach teraz stojí viac ako v roku 1920 (v porovnateľných cenách).

Cenu tepelných elektrární spaľujúcich uhlie v posledných 20 rokoch najviac ovplyvnili zvýšené požiadavky na odstraňovanie plynných,
tekutý a pevný odpad. Systémy čistenia plynu a odstraňovania popola moderných tepelných elektrární dnes predstavujú 40 % kapitálových nákladov a 35 % prevádzkových nákladov. Z technického a ekonomického hľadiska je najvýznamnejším prvkom systému kontroly emisií zariadenie na odsírenie spalín, často označované ako systém mokrého čistenia. Mokrý zberač prachu (práčka) zadržiava oxidy síry, ktoré sú hlavnou škodlivinou vznikajúcou pri spaľovaní uhlia.

Myšlienka mokrého zberu prachu je jednoduchá, ale v praxi sa ukazuje ako náročná a drahá. Alkalická látka, zvyčajne vápno alebo vápenec, sa zmieša s vodou a roztok sa nastrieka do prúdu spalín. Oxidy síry obsiahnuté v spalinách sú absorbované časticami alkálií a vyzrážajú sa z roztoku vo forme inertného siričitanu alebo síranu vápenatého (sadry). Sadru možno ľahko odstrániť, alebo ak je dostatočne čistá, možno ju uviesť na trh ako stavebný materiál. V zložitejších a drahších systémoch práčky sa sadrový kal môže premeniť na kyselinu sírovú alebo elementárnu síru, cennejšie chemikálie. Od roku 1978 je vo všetkých budovaných tepelných elektrárňach s palivom z práškového uhlia povinná inštalácia práčok plynu. Výsledkom je, že energetický priemysel USA má teraz viac zariadení na čistenie práčok ako zvyšok sveta.
Náklady na systém práčky v nových závodoch sú zvyčajne 150 – 200 USD na 1 kW inštalovaného výkonu. Inštalácia čističiek v existujúcich zariadeniach, pôvodne navrhnutých bez mokrého čistenia, stojí o 10 – 40 % viac ako v nových zariadeniach. Prevádzkové náklady práčok plynu sú pomerne vysoké, či už sú inštalované v starých alebo nových zariadeniach. Čističky vytvárajú obrovské množstvo sadrového kalu, ktorý sa musí uchovávať v usadzovacích nádržiach alebo skládkovať, čo vytvára nový environmentálny problém. Napríklad tepelná elektráreň s výkonom 1000 MW, pracujúca na uhlí s obsahom 3 % síry, vyprodukuje za rok toľko kalu, že dokáže pokryť plochu 1 km2 vrstvou s hrúbkou asi 1 m.
Okrem toho systémy mokrého čistenia plynov spotrebúvajú veľa vody (pri 1000 MW zariadení je prietok vody asi 3800 l / min) a ich zariadenia a potrubia sú často náchylné na upchávanie a koróziu. Tieto faktory zvyšujú prevádzkové náklady a znižujú celkovú spoľahlivosť systému. Napokon, v systémoch práčky sa 3 až 8 % energie vygenerovanej stanicou spotrebuje na pohon čerpadiel a odsávačov dymu a na ohrev spalín po čistení plynov, čo je nevyhnutné na zabránenie kondenzácii a korózii v komínoch.
Široké využitie práčok v americkom energetickom priemysle nebolo jednoduché ani lacné. Prvé inštalácie čističiek boli oveľa menej spoľahlivé ako ostatné zariadenia stanice, takže komponenty systémov čističiek boli navrhnuté s veľkou mierou bezpečnosti a spoľahlivosti. Niektoré ťažkosti spojené s inštaláciou a prevádzkou práčok plynu možno vysvetliť skutočnosťou, že priemyselná aplikácia technológie práčok sa začala predčasne. Až teraz, po 25 rokoch skúseností, dosiahla spoľahlivosť systémov čističiek prijateľnú úroveň.
Náklady na tepelné elektrárne spaľujúce uhlie vzrástli nielen kvôli povinným systémom kontroly emisií, ale aj preto, že náklady na samotnú výstavbu raketovo vzrástli. Aj keď vezmeme do úvahy infláciu, jednotkové náklady na inštalovaný výkon uhoľných tepelných elektrární sú v súčasnosti trikrát vyššie ako v roku 1970. Za posledných 15 rokov sa „efekt z rozsahu“, teda prínos z výstavby veľkých elektrární, bola negovaná výrazným zvýšením stavebných nákladov . Tento rast cien čiastočne odráža vysoké náklady na financovanie dlhodobých kapitálových projektov.

Vplyv oneskorenia projektu je možné vidieť na príklade japonských energetických spoločností. Japonské firmy sú zvyčajne agilnejšie ako ich americké náprotivky pri riešení organizačných, technických a finančných problémov, ktoré často oneskorujú uvedenie veľkých stavebných projektov do prevádzky. V Japonsku môže byť elektráreň postavená a uvedená do prevádzky za 30-40 mesiacov, zatiaľ čo v USA trvá elektráreň s rovnakou kapacitou zvyčajne 50-60 mesiacov. Pri tak dlhých časoch realizácie projektu sú náklady na nový závod vo výstavbe (a teda aj náklady na zmrazený kapitál) porovnateľné s fixným kapitálom mnohých energetických spoločností v USA.

Energetické spoločnosti preto hľadajú spôsoby, ako znížiť náklady na výstavbu nových elektrární, najmä využívaním menších modulárnych elektrární, ktoré možno rýchlo prepraviť a nainštalovať do existujúceho závodu, aby uspokojili rastúci dopyt. Takéto zariadenia môžu byť uvedené do prevádzky v kratšom čase, a preto sa rýchlejšie splácajú, aj keď návratnosť investície zostáva konštantná. Inštalácia nových modulov iba vtedy, keď je potrebné zvýšiť kapacitu systému, môže viesť k čistým úsporám až 200 USD/kW, aj keď sa pri menších inštaláciách strácajú úspory z rozsahu.
Ako alternatívu k budovaniu nových zariadení na výrobu energie energetické spoločnosti tiež praktizovali modernizáciu existujúcich starých elektrární, aby zlepšili ich výkon a predĺžili ich životnosť. Táto stratégia si samozrejme vyžaduje menšie kapitálové výdavky ako výstavba nových závodov. Tento trend je opodstatnený aj preto, že elektrárne postavené asi pred 30 rokmi ešte nie sú morálne zastarané. V niektorých prípadoch dokonca pracujú s vyššou účinnosťou, keďže nie sú vybavené práčkami. Staré elektrárne získavajú čoraz väčší podiel v energetickom sektore krajiny. V roku 1970 bolo iba 20 výrobných zariadení v USA starších ako 30 rokov. Do konca storočia bude priemerný vek tepelných elektrární spaľujúcich uhlie 30 rokov.

Energetické spoločnosti tiež hľadajú spôsoby, ako znížiť prevádzkové náklady na staniciach. Aby sa predišlo stratám energie, je potrebné zabezpečiť včasné varovanie pred zhoršením výkonu najdôležitejších oblastí zariadenia. Nepretržité monitorovanie stavu blokov a systémov sa preto stáva dôležitou súčasťou operačnej služby. Takéto nepretržité monitorovanie prirodzených procesov opotrebovania, korózie a erózie umožňuje operátorom elektrární včas konať a predchádzať havarijným poruchám elektrární. Význam takýchto opatrení možno správne posúdiť, ak sa napríklad vezme do úvahy, že nútený odstávka uhoľnej elektrárne s výkonom 1 000 MW by mohla energetickú spoločnosť stáť 1 milión USD denne, najmä preto, že nevygenerovanú energiu je potrebné kompenzovať dodávkou energie z drahšie zdroje.

Rast merných nákladov na dopravu a spracovanie uhlia a na odstraňovanie popola urobil z kvality uhlia (určeného obsahom vlhkosti, síry a iných minerálov) dôležitý faktor, ktorý určuje výkon a ekonomiku tepelných elektrární. Hoci uhlie nízkej kvality môže stáť menej ako uhlie vysokej kvality, výroba rovnakého množstva elektriny stojí oveľa viac. Náklady na prepravu väčšieho množstva uhlia nízkej kvality môžu prevážiť výhodu jeho nižšej ceny. Okrem toho uhlie nízkej kvality zvyčajne vytvára viac odpadu ako uhlie vysokej kvality, a preto sú potrebné vysoké náklady na odstraňovanie popola. Napokon, zloženie uhlia nízkej kvality podlieha veľkým výkyvom, čo sťažuje „vyladenie“ palivového systému elektrárne na prevádzku s čo najvyššou účinnosťou; v tomto prípade musí byť systém nastavený tak, aby mohol fungovať s najhoršou očakávanou kvalitou uhlia.
V existujúcich elektrárňach je možné kvalitu uhlia zlepšiť alebo aspoň stabilizovať odstránením určitých nečistôt, ako sú sírne minerály, pred spaľovaním. V rafinériách sa práškové „špinavé“ uhlie oddeľuje od nečistôt mnohými spôsobmi, pričom sa využívajú rozdiely v špecifickej hmotnosti alebo iných fyzikálnych vlastnostiach uhlia a nečistôt.

Napriek tomuto úsiliu o zlepšenie výkonu existujúcich tepelných elektrární spaľujúcich uhlie bude v Spojených štátoch do konca storočia potrebné nainštalovať ďalších 150 000 MW výkonu, ak dopyt po elektrine porastie očakávaným tempom 2,3 % za rok. rok. Aby energetické spoločnosti zostali konkurencieschopné s uhlím na neustále sa rozširujúcom trhu s energiou, budú musieť prijať inovatívne nové spôsoby spaľovania uhlia, ktoré sú efektívnejšie ako tradičné v troch kľúčových oblastiach: menšie znečistenie, kratšie časy výstavby elektrární a lepšie elektrárne. výkon a výkon..

FLUIDIZOVANÉ SPAĽOVANIE UHLIA znižuje potrebu pomocných zariadení na úpravu emisií z elektrární. Fluidizovaná vrstva zmesi uhlia a vápenca vzniká v kotli prúdom vzduchu, v ktorom sa miešajú pevné častice a sú v suspenzii, t.j. správajú sa ako vo vriacej kvapaline. Turbulentné miešanie zaisťuje úplné spálenie uhlia; kým častice vápenca reagujú s oxidmi síry a zachytávajú asi 90 % týchto oxidov. Keďže vykurovacie špirály kotla sa priamo dotýkajú fluidného lôžka paliva, je výroba pary efektívnejšia ako v konvenčných parných kotloch na práškové uhlie. Okrem toho je teplota horiaceho uhlia vo fluidnej vrstve nižšia, čo bráni tavenie kotlovej trosky a znižuje tvorbu oxidov dusíka.

Splyňovanie uhlia sa môže vykonávať zahrievaním zmesi uhlia a vody v kyslíkovej atmosfére. Produktom procesu je plyn pozostávajúci hlavne z oxidu uhoľnatého a vodíka. Po ochladení, odtuhnutí a odsírení plynu je možné ho použiť ako palivo pre plynové turbíny a následne na výrobu pary pre parnú turbínu (kombinovaný cyklus). Zariadenie s kombinovaným cyklom vypúšťa do ovzdušia menej znečisťujúcich látok ako konvenčné tepelné zariadenie spaľujúce uhlie.

  V súčasnosti sa vyvíja viac ako desiatka spôsobov spaľovania uhlia so zvýšenou účinnosťou a menším poškodzovaním životného prostredia. Najsľubnejšie z nich je spaľovanie vo fluidnom lôžku a splyňovanie uhlia. Spaľovanie podľa prvého spôsobu prebieha v peci s parným kotlom, ktorý je konštruovaný tak, že drvené uhlie zmiešané s časticami vápenca je udržiavané nad roštom pece v zavesenom („pseudoskvapalnenom“) stave silným stúpavým prúdom vzduchu. Suspendované častice sa správajú v podstate rovnako ako vo vriacej kvapaline, t.j. sú v turbulentnom pohybe, čo zaisťuje vysokú účinnosť spaľovacieho procesu. Vodné potrubia takéhoto kotla sú v priamom kontakte s „fluidným lôžkom“ horiaceho paliva, v dôsledku čoho sa veľká časť tepla odovzdáva tepelným vedením, ktoré je oveľa efektívnejšie ako sálavé a konvekčné teplo. prenos v bežnom parnom kotli.

Uhoľný kotol s fluidným lôžkom má väčšiu rúrkovú plochu prenosu tepla ako bežný kotol na práškové uhlie, čo znižuje teplotu pece a tým znižuje tvorbu oxidov dusíka. (Zatiaľ čo v bežnom kotle môže byť teplota nad 1650 °C, v kotli s fluidným lôžkom je to v rozmedzí 780-870 °C.) Navyše vápenec zmiešaný s uhlím viaže 90 percent alebo viac síry uvoľnenej z uhlia. pri spaľovaní, keďže nižšia prevádzková teplota podporuje reakciu medzi sírou a vápencom za vzniku siričitanu alebo síranu vápenatého. Ekologicky škodlivé látky vznikajúce pri spaľovaní uhlia sa tak neutralizujú v mieste vzniku, teda v peci.
Okrem toho je fluidný kotol vďaka svojej konštrukcii a princípu činnosti menej citlivý na kolísanie kvality uhlia. V peci bežného kotla na práškové uhlie vzniká obrovské množstvo roztavenej trosky, ktorá často upcháva teplovýmenné plochy a tým znižuje účinnosť a spoľahlivosť kotla. Vo fluidnom kotli horí uhlie pri teplote pod teplotou topenia trosky, a preto ani nevzniká problém so zanášaním výhrevných plôch troskou. Tieto kotly môžu fungovať aj na menej kvalitné uhlie, čo môže v niektorých prípadoch výrazne znížiť prevádzkové náklady.
Spôsob spaľovania vo fluidnom lôžku sa jednoducho realizuje v kotloch modulárnej konštrukcie s malým parným výkonom. Podľa niektorých odhadov môže byť investícia do tepelnej elektrárne s kompaktnými fluidnými kotlami o 10 – 20 % nižšia ako do klasickej tepelnej elektrárne s rovnakým výkonom. Úspory sa dosahujú skrátením času výstavby. Okrem toho je možné výkon takejto stanice ľahko zvýšiť so zvýšením elektrického zaťaženia, čo je dôležité pre prípady, keď jeho rast v budúcnosti nie je vopred známy. Zjednodušuje sa aj problém plánovania, pretože takéto kompaktné zariadenia je možné rýchlo nainštalovať, akonáhle vznikne potreba zvýšiť výrobu energie.
Kotly s fluidným lôžkom môžu byť tiež zabudované do existujúcich elektrární, keď je potrebné rýchlo zvýšiť výrobu energie. Napríklad energetická spoločnosť Northern States Power prerobila jeden z kotlov na práškové uhlie na stanici v ks. Minnesota vo fluidnom kotle. Úprava bola vykonaná za účelom zvýšenia kapacity elektrárne o 40 %, zníženia požiadaviek na kvalitu paliva (kotol môže pracovať aj na lokálny odpad), dôkladnejšieho čistenia emisií a predĺženia životnosti elektrárne až na 40 rokov.
Za posledných 15 rokov sa technológia používaná v tepelných elektrárňach vybavených výlučne fluidnými kotlami rozšírila z malých pilotných a polopriemyselných zariadení na veľké „demonštračné“ prevádzky. Takúto stanicu s celkovou kapacitou 160 MW spoločne stavajú Tennessee Valley Authority, Duke Power a Commonwealth of Kentucky; Colorado-Ute Electric Association, Inc. uviedla do prevádzky elektráreň s výkonom 110 MW s fluidnými kotlami. Ak budú tieto dva projekty úspešné, ako aj projekt Northern States Power, spoločného podniku súkromného sektora s celkovým kapitálom približne 400 miliónov USD, ekonomické riziko spojené s používaním fluidných kotlov v energetickom priemysle sa výrazne zníži.
Ďalším spôsobom, ktorý však už v jednoduchšej forme existoval už v polovici 19. storočia, je splyňovanie uhlia s výrobou „čisto horiaceho“ plynu. Takýto plyn je vhodný na svietenie a kúrenie a v USA bol široko používaný až do druhej svetovej vojny, kým ho nevytlačil zemný plyn.
Spočiatku prilákalo splyňovanie uhlia pozornosť energetických spoločností, ktoré dúfali, že touto metódou získajú palivo, ktoré horí bez odpadu, a tým sa zbavia čistenia práčky. Teraz sa ukázalo, že splyňovanie uhlia má dôležitejšiu výhodu: horúce produkty spaľovania generátorového plynu možno priamo použiť na pohon plynových turbín. Na druhej strane, odpadové teplo produktov spaľovania za plynovou turbínou sa môže využiť na získanie pary na pohon parnej turbíny. Toto kombinované využitie plynových a parných turbín, nazývané kombinovaný cyklus, je teraz jedným z najefektívnejších spôsobov výroby elektrickej energie.
Plyn získaný zo splyňovania uhlia a zbavený síry a pevných častíc je výborným palivom pre plynové turbíny a podobne ako zemný plyn horí takmer bez odpadu. Vysoká účinnosť kombinovaného cyklu kompenzuje nevyhnutné straty spojené s premenou uhlia na plyn. Elektráreň s kombinovaným cyklom navyše spotrebuje podstatne menej vody, keďže dve tretiny energie vyrába plynová turbína, ktorá na rozdiel od parnej turbíny nepotrebuje vodu.
Životaschopnosť elektrární s kombinovaným cyklom fungujúcich na princípe splyňovania uhlia bola preukázaná skúsenosťami z prevádzky elektrárne Cool Water v južnej Kalifornii Edison. Táto stanica s výkonom cca 100 MW bola uvedená do prevádzky v máji 1984. Môže pracovať s rôznymi druhmi uhlia. Emisie zo závodu sa čistotou nelíšia od emisií zo susedného závodu na zemný plyn. Obsah oxidov síry v spalinách je udržiavaný výrazne pod regulačnými úrovňami pomocou pomocného systému regenerácie síry, ktorý odstraňuje takmer všetku síru obsiahnutú v privádzanom palive a produkuje čistú síru na priemyselné využitie. Tvorbe oxidov dusíka sa predchádza pridaním vody do plynu pred spaľovaním, čím sa zníži teplota spaľovania plynu. A čo viac, nespálené uhlie zostávajúce v splyňovači sa roztaví na inertný sklovitý materiál, ktorý po ochladení spĺňa kalifornské požiadavky na pevný odpad.
Okrem vyššej účinnosti a nižšieho znečistenia životného prostredia majú zariadenia s kombinovaným cyklom ďalšiu výhodu: môžu byť postavené v niekoľkých fázach, takže inštalovaný výkon sa zvyšuje v blokoch. Táto flexibilita výstavby znižuje riziko preinvestovania alebo nedostatočného investovania spojeného s neistotou rastu dopytu po elektrine. Napríklad prvý stupeň inštalovanej kapacity môže bežať na plynových turbínach a ako palivo namiesto uhlia používať ropu alebo zemný plyn, ak sú súčasné ceny týchto produktov nízke. Potom, ako rastie dopyt po elektrickej energii, sa dodatočne uvedie do prevádzky kotol na odpadové teplo a parná turbína, čím sa zvýši nielen výkon, ale aj účinnosť zariadenia. Následne, keď dopyt po elektrine opäť vzrastie, môže byť v závode vybudované zariadenie na splyňovanie uhlia.
Úloha tepelných elektrární spaľujúcich uhlie je kľúčovou témou, pokiaľ ide o zachovanie prírodných zdrojov, ochranu životného prostredia a rozvoj ekonomiky. Tieto aspekty daného problému nie sú nevyhnutne v rozpore. Skúsenosti s využívaním nových technologických postupov spaľovania uhlia ukazujú, že dokážu úspešne a súčasne riešiť problémy ochrany životného prostredia a znižovania nákladov na elektrickú energiu. Tento princíp bol zohľadnený v spoločnej americko-kanadskej správe o kyslých dažďoch zverejnenej minulý rok. Na základe návrhov správy Kongres USA v súčasnosti zvažuje vytvorenie národnej všeobecnej iniciatívy na demonštráciu a aplikáciu „čistých“ procesov spaľovania uhlia. Cieľom tejto iniciatívy, ktorá bude spájať súkromný kapitál s federálnymi investíciami, je komercializácia nových procesov spaľovania uhlia v 90. rokoch, vrátane kotlov s fluidným lôžkom a generátorov plynu. Avšak ani pri rozšírenom využívaní nových procesov spaľovania uhlia v blízkej budúcnosti nie je možné uspokojiť rastúci dopyt po elektrickej energii bez celého radu koordinovaných opatrení na šetrenie elektriny, reguláciu jej spotreby a zvýšenie produktivity existujúcich tepelných elektrární pracujúcich na tradičné princípy. Ekonomické a environmentálne otázky, ktoré sú neustále na programe dňa, pravdepodobne povedú k vzniku úplne nových technologických vývojov, ktoré sa zásadne líšia od tých, ktoré sú tu opísané. V budúcnosti sa tepelné elektrárne spaľujúce uhlie môžu zmeniť na integrované podniky na spracovanie prírodných zdrojov. Takéto podniky budú spracovávať miestne palivá a iné prírodné zdroje a vyrábať elektrinu, teplo a rôzne produkty, pričom zohľadnia potreby miestnej ekonomiky. Okrem fluidných kotlov a zariadení na splyňovanie uhlia budú tieto zariadenia vybavené elektronickou technickou diagnostikou a automatizovanými riadiacimi systémami a navyše bude užitočné využiť väčšinu vedľajších produktov spaľovania uhlia.

Príležitosti na zlepšenie ekonomických a environmentálnych faktorov výroby elektriny z uhlia sú teda veľmi široké. Včasné využitie týchto príležitostí však závisí od toho, či vláda dokáže presadzovať vyváženú energetickú a environmentálnu politiku, ktorá by vytvorila potrebné stimuly pre elektroenergetiku. Je potrebné dbať na to, aby sa nové procesy spaľovania uhlia vyvíjali a zavádzali racionálne v spolupráci s energetickými spoločnosťami, a nie tak, ako to bolo v prípade zavádzania čistenia pracieho plynu. Toto všetko je možné dosiahnuť minimalizáciou nákladov a rizík prostredníctvom dobre premysleného návrhu, testovania a zlepšovania malých pilotných experimentálnych zariadení, po ktorých nasleduje rozsiahla priemyselná implementácia vyvinutých systémov.

23. marca 2013

Raz, keď sme išli autom do slávneho mesta Čeboksary z východu, moja žena si všimla dve obrovské veže stojace pozdĺž diaľnice. "A čo je?" opýtala sa. Keďže som manželke absolútne nechcel dávať najavo svoju nevedomosť, trochu som sa pohrabal v pamäti a vydal som víťaznú: „To sú chladiace veže, nevieš?“. Trochu sa hanbila: "Na čo sú?" "No, zdá sa, že je tu niečo na chladenie." "A čo?". Potom som sa hanbil, lebo som vôbec nevedel, ako sa dostať ďalej.

Možno táto otázka zostala navždy v pamäti bez odpovede, no zázraky sa dejú. Niekoľko mesiacov po tomto incidente sa mi v informačnom kanáli priateľov zobrazuje príspevok z_alexey o nábore blogerov, ktorí chcú navštíviť Cheboksary CHPP-2, ten istý, ktorý sme videli z cesty. Ak by ste museli drasticky zmeniť všetky svoje plány, bolo by neodpustiteľné nechať si ujsť takúto šancu!

Čo je teda CHP?

Toto je srdce závodu CHP a tu sa odohráva hlavná činnosť. Plyn vstupujúci do kotla vyhorí a uvoľní šialené množstvo energie. Tu prichádza na scénu Čistá voda. Po zahriatí sa mení na paru, presnejšie na prehriatu paru s výstupnou teplotou 560 stupňov a tlakom 140 atmosfér. Nazvime ju aj „Čistá para“, pretože vzniká z pripravenej vody.
Na výstupe máme okrem pary aj výfuk. Pri maximálnom výkone spotrebuje všetkých päť kotlov takmer 60 metrov kubických zemného plynu za sekundu! Na odstránenie produktov spaľovania je potrebná nedetská "dymová" rúrka. A je tu aj jeden.

Potrubie je možné vidieť takmer z akejkoľvek časti mesta, vzhľadom na výšku 250 metrov. Mám podozrenie, že toto je najvyššia budova v Cheboksary.

Neďaleko je o niečo menšia fajka. Zarezervujte si znova.

Ak sa v kogeneračnej jednotke spaľuje uhlie, je potrebná dodatočná úprava výfukových plynov. Ale v našom prípade to nie je potrebné, pretože ako palivo sa používa zemný plyn.

V druhej časti kotolne a turbíny sú zariadenia na výrobu elektriny.

Štyri z nich sú inštalované v strojovni CHPP-2 Cheboksary s celkovým výkonom 460 MW (megawattov). Práve sem sa dodáva prehriata para z kotolne. Ten je pod obrovským tlakom poslaný na lopatky turbíny a núti tridsaťtonový rotor otáčať sa rýchlosťou 3000 otáčok za minútu.

Zariadenie pozostáva z dvoch častí: samotnej turbíny a generátora, ktorý vyrába elektrickú energiu.

A takto vyzerá rotor turbíny.

Senzory a meradlá sú všade.

Turbíny aj kotly možno v prípade núdze okamžite zastaviť. Na to existujú špeciálne ventily, ktoré dokážu v zlomku sekundy uzavrieť prívod pary alebo paliva.

Zaujímavé je, že existuje niečo ako industriálna krajina alebo industriálny portrét? Má to svoju krásu.

V miestnosti je strašný hluk a aby ste počuli suseda, musíte sluch veľmi namáhať. Okrem toho je veľmi horúco. Chcem si dať dole prilbu a vyzliecť sa do trička, ale nemôžem to urobiť. Z bezpečnostných dôvodov je v kogenerácii zakázané oblečenie s krátkym rukávom, je tam priveľa horúcich rúr.
Väčšinou je dielňa prázdna, ľudia sa tu objavia raz za dve hodiny, počas kola. A prevádzka zariadenia je riadená z hlavnej riadiacej dosky (skupinové ovládacie panely pre kotly a turbíny).

Takto vyzerá pracovisko.

Okolo sú stovky tlačidiel.

A desiatky senzorov.

Niektoré sú mechanické a niektoré elektronické.

Toto je naša exkurzia a ľudia pracujú.

Celkovo po kotolni a turbíne máme na výstupe elektrinu a paru, ktorá čiastočne vychladla a stratila časť tlaku. Zdá sa, že s elektrinou je to jednoduchšie. Na výstupe z rôznych generátorov môže byť napätie od 10 do 18 kV (kilovolt). Pomocou blokových transformátorov stúpa na 110 kV a potom sa elektrina môže prenášať na veľké vzdialenosti pomocou elektrických vedení (elektrických vedení).

Je nerentabilné vypúšťať zostávajúcu "Čistú paru" na stranu. Keďže sa tvorí z „Čistej vody“, ktorej výroba je pomerne komplikovaný a nákladný proces, je účelnejšie ju ochladiť a vrátiť do kotla. Takže v začarovanom kruhu. Ale s jeho pomocou a pomocou výmenníkov tepla môžete ohrievať vodu alebo vyrábať sekundárnu paru, ktorú možno bezpečne predať spotrebiteľom tretích strán.

Vo všeobecnosti týmto spôsobom získavame teplo a elektrinu v našich domovoch, ktoré majú obvyklý komfort a pohodu.

Ó áno. Prečo sú vôbec potrebné chladiace veže?

Ukazuje sa, že všetko je veľmi jednoduché. Na ochladenie zostávajúcej „čistej pary“ pred novým prívodom do kotla sa používajú všetky rovnaké výmenníky tepla. Chladí sa pomocou technickej vody, na CHPP-2 sa odoberá priamo z Volhy. Nevyžaduje žiadne špeciálne školenie a dá sa použiť aj opakovane. Po prechode cez výmenník tepla sa procesná voda ohrieva a smeruje do chladiacich veží. Tam steká v tenkej vrstve alebo padá dolu vo forme kvapiek a je ochladzovaný prichádzajúcim prúdom vzduchu vytváraným ventilátormi. A v ejekčných chladiacich vežiach sa voda rozprašuje pomocou špeciálnych trysiek. V každom prípade k hlavnému chladeniu dochádza v dôsledku odparovania malej časti vody. Ochladená voda opúšťa chladiace veže cez špeciálny kanál, po ktorom sa pomocou čerpacej stanice posiela na opätovné použitie.
Jedným slovom, chladiace veže sú potrebné na chladenie vody, ktorá ochladzuje paru, ktorá pracuje v systéme kotol-turbína.

Všetka práca KGJ je ovládaná z hlavného ovládacieho panela.

Po celý čas je tu obsluha.

Všetky udalosti sa zaznamenávajú.

Nekŕm ma chlebom, nechaj ma odfotiť tlačidlá a senzory...

V tomto skoro všetko. Na záver pár fotiek stanice.

Ide o starú, už nefunkčnú fajku. S najväčšou pravdepodobnosťou bude čoskoro stiahnutý.

V podniku je veľa propagandy.

Sú tu hrdí na svojich zamestnancov.

A ich úspechy.

Nezdá sa to správne...

Ostáva dodať, že ako vtip – „Neviem, kto sú títo blogeri, ale ich sprievodcom je riaditeľ pobočky v Mari El a Chuvashia OAO TGC-5, IES holdingu – Dobrov SV. "

Spolu s riaditeľom stanice S.D. Stolyarov.

Bez preháňania - skutoční profesionáli vo svojom odbore.

A samozrejme veľká vďaka Irine Romanovej, zastupujúcej tlačový servis spoločnosti, za perfektne zorganizované turné.

Princíp činnosti kombinovanej výroby elektriny a tepla (KVET) je založený na jedinečnej vlastnosti vodnej pary – byť nosičom tepla. Pri zahrievaní pod tlakom sa mení na silný zdroj energie, ktorý uvádza do pohybu turbíny tepelných elektrární (TPP) – dedičstvo tak vzdialenej éry pary.

Prvá tepelná elektráreň bola postavená v New Yorku na Pearl Street (Manhattan) v roku 1882. O rok neskôr sa Petrohrad stal rodiskom prvej ruskej termálnej stanice. Hoci sa to môže zdať zvláštne, ale ani v našej dobe špičkových technológií sa tepelné elektrárne nezistili ako plnohodnotná náhrada: ich podiel na svetovom energetickom sektore je viac ako 60 %.

A existuje na to jednoduché vysvetlenie, ktoré obsahuje výhody a nevýhody tepelnej energie. Jeho „krv“ – organické palivo – uhlie, vykurovací olej, ropná bridlica, rašelina a zemný plyn sú stále relatívne dostupné a ich zásoby sú pomerne veľké.

Veľkou nevýhodou je, že produkty spaľovania paliva vážne poškodzujú životné prostredie. Áno, a prírodná špajza sa raz konečne vyčerpá a tisíce tepelných elektrární sa zmenia na hrdzavejúce „pamätníky“ našej civilizácie.

Princíp činnosti

Na začiatok sa oplatí rozhodnúť o pojmoch "CHP" a "TPP". Zjednodušene povedané, sú to sestry. „Čistá“ tepelná elektráreň – TPP je určená výhradne na výrobu elektrickej energie. Jej ďalší názov je „kondenzačná elektráreň“ – IES.

Kombinovaná tepelná elektráreň - KVET - typ tepelnej elektrárne. Okrem výroby elektriny dodáva teplú vodu do ústredného kúrenia a pre potreby domácností.

Prevádzková schéma CHP je pomerne jednoduchá. Pec súčasne dostáva palivo a ohriaty vzduch - oxidačné činidlo. Najbežnejším palivom v ruských tepelných elektrárňach je práškové uhlie. Teplo zo spaľovania uhoľného prachu mení vodu vstupujúcu do kotla na paru, ktorá sa potom pod tlakom privádza do parnej turbíny. Silný prúd pary ju roztáča a uvádza do pohybu rotor generátora, ktorý premieňa mechanickú energiu na elektrickú energiu.

Ďalej para, ktorá už výrazne stratila svoje počiatočné ukazovatele - teplotu a tlak - vstupuje do kondenzátora, kde sa po studenej „vodnej sprche“ opäť stáva vodou. Potom ho čerpadlo kondenzátu prečerpá do regeneračných ohrievačov a potom do odvzdušňovača. Tam sa voda zbavuje plynov – kyslíka a CO 2, ktoré môžu spôsobiť koróziu. Potom sa voda opäť ohrieva parou a privádza sa späť do kotla.

Zásobovanie teplom

Druhou, nemenej dôležitou funkciou KVET je zabezpečovanie teplej vody (pary) určenej pre systémy ústredného kúrenia blízkych sídiel a domácnosti. V špeciálnych ohrievačoch sa studená voda ohrieva na 70 stupňov v lete a 120 stupňov v zime, potom sa dodáva do spoločnej zmiešavacej komory sieťovými čerpadlami a potom ide k spotrebiteľom cez hlavný vykurovací systém. Zásoby vody v tepelnej elektrárni sa neustále dopĺňajú.

Ako fungujú plynové tepelné elektrárne

V porovnaní s uhoľnými KVET sú KVET s plynovými turbínami oveľa kompaktnejšie a ekologickejšie. Stačí povedať, že takáto stanica nepotrebuje parný kotol. Elektráreň s plynovou turbínou je v podstate ten istý prúdový letecký motor, kde na rozdiel od neho prúd prúdu nie je vypúšťaný do atmosféry, ale otáča rotor generátora. Zároveň sú emisie produktov spaľovania minimálne.

Nové technológie spaľovania uhlia

Účinnosť moderných kogeneračných jednotiek je obmedzená na 34 %. Prevažná väčšina tepelných elektrární stále funguje na uhlí, čo sa dá vysvetliť celkom jednoducho – zásoby uhlia na Zemi sú stále obrovské, takže podiel tepelných elektrární na celkovom množstve vyrobenej elektriny je asi 25 %.

Proces spaľovania uhlia po mnoho desaťročí zostáva prakticky nezmenený. Aj sem však prišli nové technológie.

Zvláštnosťou tejto metódy je, že namiesto vzduchu sa ako oxidačné činidlo pri spaľovaní uhoľného prachu používa čistý kyslík uvoľnený zo vzduchu. V dôsledku toho sa zo spalín odstraňuje škodlivá nečistota - NOx. Zvyšné škodlivé nečistoty sa odfiltrujú v procese niekoľkých stupňov čistenia. Zvyšný CO 2 na výstupe sa prečerpáva do nádrží pod vysokým tlakom a je zasypaný v hĺbke až 1 km.

"oxyfuel capture" metóda

Aj tu sa pri spaľovaní uhlia ako oxidačné činidlo používa čistý kyslík. Len na rozdiel od predchádzajúceho spôsobu sa v momente horenia tvorí para, ktorá poháňa turbínu do rotácie. Potom sa zo spalín odstráni popol a oxidy síry, uskutoční sa chladenie a kondenzácia. Zvyšný oxid uhličitý sa pod tlakom 70 atmosfér premení na kvapalné skupenstvo a umiestni sa pod zem.

"predspaľovacia" metóda

Uhlie sa spaľuje v „normálnom“ režime – v kotli zmiešanom so vzduchom. Potom sa odstráni popol a SO 2 - oxid sírový. Potom sa CO 2 odstráni pomocou špeciálneho absorbentu kvapalín a potom sa zlikviduje na skládke.

Päť najvýkonnejších tepelných elektrární na svete

Prvenstvo patrí čínskej tepelnej elektrárni Tuoketuo s výkonom 6600 MW (5 en / jednotka x 1200 MW), ktorá zaberá plochu 2,5 metra štvorcového. km. Za ňou nasleduje jej „krajan“ – Taichung TPP s výkonom 5824 MW. Prvú trojku uzatvára najväčší ruský Surgutskaja GRES-2 – 5597,1 MW. Na štvrtom mieste je poľská elektráreň Belchatow - 5354 MW a piata - elektráreň Futtsu CCGT (Japonsko) - plynová elektráreň s výkonom 5040 MW.

Až do včerajška boli v mojej mysli všetky uhoľné elektrárne takmer rovnaké a boli to dokonalé hororové kulisy. So štruktúrami sčernenými časom, kotlami, turbínami, miliónmi rôznych potrubí a ich zložitými plexusmi s veľkorysou vrstvou čierneho uhoľného prachu. Vzácni robotníci, skôr baníci, v slabom osvetlení zelených plynových lámp opravujú nejaké zložité celky, sem-tam zasyčí, unikajú oblaky pary a dymu, na podlahu sa rozliali husté kaluže tmavo sfarbenej tekutiny, niečo je. kvapká všade. Asi tak som videl uhoľné stanice a myslel som si, že ich storočie už odchádza. Plyn je budúcnosť, pomyslel som si.

Ukazuje sa, že vôbec nie.

Včera som navštívil najnovšiu uhoľnú elektráreň v štátnej okresnej elektrárni Cherepetskaya v regióne Tula. Ukazuje sa, že moderné uhoľné stanice nie sú vôbec špinavé a dym z ich komínov nie je hustý ani čierny.

1. Niekoľko slov o princípe fungovania GRES. Voda, palivo a atmosférický vzduch sa do kotla privádzajú pomocou čerpadiel pod vysokým tlakom. Spaľovací proces prebieha v peci kotla – chemická energia paliva sa premieňa na teplo. Voda preteká potrubným systémom umiestneným vo vnútri kotla.

2. Horiace palivo je výkonným zdrojom tepla odovzdávaného vode, ktorá sa zohreje až do bodu varu a vyparí sa. Výsledná para sa v tom istom kotli prehreje nad bod varu až na cca 540 °C a pod vysokým tlakom 13–24 MPa sa privádza jedným alebo viacerými potrubiami do parnej turbíny.

3. Parná turbína, elektrický generátor a budič tvoria celú turbínovú jednotku. V parnej turbíne para expanduje na veľmi nízky tlak (asi 20-krát menší ako atmosférický) a potenciálna energia stlačenej a ohriatej pary na vysokú teplotu sa premieňa na kinetickú energiu rotácie rotora turbíny. Turbína poháňa elektrický generátor, ktorý premieňa kinetickú energiu rotácie rotora generátora na elektrický prúd.

4. Voda sa odoberá priamo z nádrže Cherepet.

5. Voda prechádza chemickou úpravou a hĺbkovým odsoľovaním, aby sa na vnútorných povrchoch zariadení v parných kotloch a turbínach neobjavovali usadeniny.

6. Uhlie a vykurovací olej sa do stanice dodávajú po železnici.

7. V otvorenom sklade uhlia nakladacie žeriavy vykladajú vozne. Potom prichádza na rad ten veľký, ktorý sa napája na dopravník.

8. Uhlie sa tak dostáva do priestorov drviarne na predbežné mletie uhlia a následné rozomletie. Uhlie sa privádza do samotného kotla vo forme zmesi uhoľného prachu a vzduchu.

10. Kotolňa je umiestnená v kotolni hlavnej budovy. Samotný kotol je niečo geniálne. Obrovský zložitý mechanizmus vysoký ako 10-poschodová budova.

14. Labyrintmi kotolne sa môžete prechádzať navždy. Čas určený na natáčanie dvakrát stihol skončiť, no odtrhnúť sa od tejto industriálnej krásky nebolo možné!

16. Galérie, výťahové šachty, priechody, schodiská a mosty. Jedným slovom priestor

17. Slnečné lúče osvetľovali drobného človiečika na pozadí všetkého, čo sa dialo, a ja som si mimovoľne myslel, že všetky tieto zložité obrie stavby vymyslel a postavil človek. Tu je taký malý človek, ktorý prišiel s desaťposchodovými pecami, aby vyrábal elektrinu v priemyselnom meradle z nerastu.

18. Krása!

20. Včera bol slávnostne uvedený do prevádzky energetický blok č. 9, čo bola záverečná etapa projektu rozšírenia Cherepetskaya GRES. Projekt zahŕňal výstavbu dvoch moderných práškových uhoľných blokov s výkonom 225 MW každý.

21. Garantovaný elektrický výkon nového energetického bloku - 225 MW;
Elektrická účinnosť - 37,2 %;
Špecifická referenčná spotreba paliva na výrobu energie - 330 g/kW*h.

23. Hlavné zariadenie zahŕňa dve parné kondenzačné turbíny vyrábané OJSC Power Machines a dve kotlové jednotky vyrábané OJSC EMAlliance. Hlavným palivom novej elektrárne je uhlie Kuzneck DG.

24. Konzola.

25. Pohonné jednotky sú vybavené prvým integrovaným systémom suchého prachu a sírového čistenia spalín s elektrostatickými filtrami na ruskom trhu.

26. Vonkajšie transformátory rozvádzačov.

28. Uvedenie nového energetického bloku do prevádzky umožní vyradiť z prevádzky zastarané uhoľné zariadenia I. etapy bez zníženia objemu výroby elektriny a celkového inštalovaného výkonu elektrárne.

29. Boli vybudované dve 87-metrové chladiace veže s novým energetickým blokom, ktorý je súčasťou systému zásobovania úžitkovou vodou, ktorý zabezpečuje veľké množstvo studenej vody na chladenie turbínových kondenzátorov.

30. Sedem polí po 12 metroch. Zospodu sa takáto výška nezdá byť taká vážna.

31. V hornej časti potrubia to bolo horúce aj chladné súčasne. Kamera sa neustále zahmlievala.

32. Pohľad na pohonnú jednotku z chladiacej veže. Nové energetické kapacity elektrárne sú navrhnuté tak, aby výrazne znížili emisie znečisťujúcich látok, znížili emisie prachu zo skladovania uhlia, znížili množstvo spotrebovanej vody a eliminovali možnosť znečistenia životného prostredia odpadovými vodami.

34. Vo vnútri chladiacej veže sa všetko ukázalo byť celkom jednoduché a nudné)

36. Fotografia jasne ukazuje novú pohonnú jednotku a dve staré. Ako dymí potrubie starej pohonnej jednotky a novej. Postupne sa budú staré energetické bloky vyraďovať a demontovať. Tak to ide.