Recenzia: globálny trh výroby uhlia. Budúcnosť tepelných elektrární spaľujúcich uhlie

V roku 1879, kedy Thomas Alva Edison vynašiel žiarovku, začala éra elektrifikácie. Na výrobu veľké množstvá elektrina vyžadovala lacné a ľahko dostupné palivo. Tieto požiadavky spĺňalo uhlie a prvé elektrárne (vstavané v r koniec XIX V. Edison sám) pracoval na uhlí. Keďže krajina stavala stále viac elektrární, jej závislosť od uhlia rástla. Od prvej svetovej vojny pochádza približne polovica ročnej výroby elektriny v Spojených štátoch z tepelných elektrární spaľujúcich uhlie. V roku 1986 bol celkový inštalovaný výkon takýchto elektrární 289 000 MW a spotrebovali 75 % z celkového množstva (900 miliónov ton) uhlia vyprodukovaného v krajine. Vzhľadom na súčasnú neistotu týkajúcu sa vyhliadok rozvoja jadrová energia a rast ťažby ropy a zemného plynu sa dá predpokladať, že do konca storočia budú uhoľné tepelné stanice vyrábať až 70 % všetkej elektriny vyrobenej v krajine.
Avšak aj napriek tomu, že uhlie na dlhú dobu bola a ešte dlhé roky bude hlavným zdrojom elektriny (v USA tvorí asi 80 % zásob všetkých druhov prírodných palív), nikdy nebola optimálnym palivom 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 následkov, najmä kyslé dažde. Od konca 60. rokov atraktivita uhoľných tepelných elektrární prudko klesla v dôsledku prísnejších požiadaviek na znečisťovanie životného prostredia plynnými a tuhými emisiami vo forme popola a trosky. Náklady na riešenie týchto environmentálnych problémov spolu s rastúcimi nákladmi na výstavbu zložitých zariadení, akými sú tepelné elektrárne, znížili ich vyhliadky na rozvoj z čisto ekonomického hľadiska.
Ak sa však zmení technologická základňa uhoľných tepelných staníc, môže dôjsť k oživeniu ich bývalej atraktivity. Niektoré z týchto zmien sú evolučnej povahy a sú zamerané predovšetkým na zvýšenie sily existujúce inštalácie. Zároveň sa vyvíjajú úplne nové procesy na bezodpadové spaľovanie uhlia, t.j. s minimálnym poškodením životné prostredie. Predstavenie nového technologických procesov je zameraný na zabezpečenie toho, aby budúce uhoľné tepelné elektrárne mohli byť efektívne kontrolované z hľadiska stupňa znečistenia životného prostredia a mali flexibilitu z hľadiska možnosti využitia rôzne druhy uhlia a nevyžadovali si dlhé doby výstavby.

Aby sme ocenili význam pokroku v technológii spaľovania uhlia, stručne sa zamyslime nad prevádzkou klasickej uhoľnej tepelnej elektrárne. Uhlie sa spaľuje v peci parného kotla, čo je obrovská komora s rúrkami vo vnútri, v ktorých sa voda premieňa na paru. Pred zavedením do pece sa uhlie rozdrví na prach, čím sa dosiahne takmer rovnaká úplnosť spaľovania ako pri spaľovaní horľavých plynov. Veľký parný kotol spotrebuje každú hodinu v priemere 500 ton práškového uhlia a vygeneruje 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 sekundárne prehriatie a potom poháňa jednu alebo dve nízkotlakové turbíny pred kondenzáciou ochladením; kondenzát sa vracia do cyklu kotla.
Vybavenie tepelných elektrární zahŕňa mechanizmy dodávky paliva, kotly, turbíny, generátory, ako aj komplexné chladiace a čistiace systémy spalín a odstraňovanie popola. Všetky tieto primárne a pomocné systémy sú navrhnuté tak, aby fungovali s vysokou spoľahlivosťou 40 a viac rokov pri záťažiach, ktoré sa pohybujú od 20 % inštalovanej kapacity elektrárne po maximum. Náklady na kapitálové vybavenie pre typickú 1000 MW tepelnú elektráreň 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 elektrickej energie znížila osemnásobne. V súlade s tým došlo k zníženiu nákladov na 1 kW inštalovaného výkonu tepelných elektrární: ak v roku 1920 to bolo 350 USD (v cenách roku 1967), potom v roku 1967 klesli na 130 USD. obdobie od 25 centov do 2 centov za 1 kWh.
Od 60. rokov však tempo napredovania začalo klesať. Zdá sa, že tento trend možno vysvetliť tým, 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 tieto technické faktory zhoršujú nové ekonomické a organizačné dôvody. Prudko sa zvýšili najmä kapitálové náklady, spomalilo sa tempo rastu 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 prudko vzrástli náklady na výrobu elektriny z uhlia, ktoré mali dlhé roky klesajúci trend. Skutočne, 1 kW elektriny vyrobenej v nových tepelných elektrárňach teraz stojí viac ako v roku 1920 (v porovnateľných cenách).

DEMONSTRAČNÝ ZÁVOD „Cool Water“ v južnej Kalifornii Edison spracuje 1 000 ton uhlia denne na výrobu bezodpadového spaľovacieho plynu.
Produkty spaľovania poháňajú plynovú turbínu elektrického generátora. Odpadové teplo z výfukových plynov sa využíva na výrobu vodnej pary, ktorá roztáča parnú turbínu ďalšieho elektrického generátora.
Na fotografii sú dva uhoľné bunkre (v strede). Napravo od nich je splyňovacie zariadenie, systém chladenia plynu a zariadenia na výrobu elektriny.


Cenu tepelných elektrární spaľujúcich uhlie za posledných 20 rokov najviac ovplyvnili prísnejšie požiadavky na odstraňovanie plynných, resp.
tekutý a pevný odpad. Systémy čistenia plynu a odstraňovania popola v moderných tepelných elektrárňach dnes predstavujú 40 % kapitálových nákladov a 35 % prevádzkových nákladov. Z technického a ekonomického hľadiska je najvýznamnejším prvkom systému kontroly emisií jednotka odsírenia spalín, často nazývaná aj mokrý (skruber) systém. Mokrý zberač prachu (práčka) zachytáva oxidy síry, ktoré sú hlavnými znečisťujúcimi látkami vznikajúcimi 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 vypadávajú z roztoku vo forme inertného siričitanu alebo síranu vápenatého (sadry). Omietku možno ľahko odstrániť alebo ak je dostatočne čistá, možno ju predať ako Stavebný Materiál. V zložitejších a drahších čistiacich systémoch sa sadrový zvyšok môže premeniť na kyselinu sírovú alebo elementárnu síru, cennejšie chemické produkty. 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 na nových staniciach sú zvyčajne 150 – 200 USD na 1 kW inštalovanej kapacity. Inštalácia práčok na existujúcich staniciach, pôvodne navrhnutých bez mokrého čistenia plynu, stojí o 10 – 40 % viac ako na nových staniciach. Prevádzkové náklady čističiek sú pomerne vysoké, bez ohľadu na to, či sú inštalované v starých alebo nových zariadeniach. Práčky produkujú obrovské množstvo sadrového kalu, ktorý sa musí uchovávať v usadzovacích nádržiach alebo likvidovať na skládkach, čo vytvára nový environmentálny problém. Napríklad tepelná elektráreň s výkonom 1000 MW, pracujúca na čiernom 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 často podliehajú upchávaniu a korózii. Tieto faktory zvyšujú prevádzkové náklady a znižujú celkovú spoľahlivosť systému. Napokon, v systémoch práčky sa 3 až 8 % energie generovanej stanicou spotrebuje na pohon čerpadiel a odsávačov dymu a na ohrev spalín po čistení plynov, čo je potrebné na zabránenie kondenzácii a korózii v komínoch.
Rozšírené prijatie práčok v americkom energetickom priemysle nebolo jednoduché ani lacné. Prvé inštalácie čističiek boli podstatne menej spoľahlivé ako iné zariadenia závodu, takže komponenty systémov čističiek boli navrhnuté s veľkou mierou bezpečnosti a spoľahlivosti. Niektoré z ťažkostí spojených s inštaláciou a prevádzkou práčok plynu možno pripísať skutočnosti, že priemyselná aplikácia čistiacej technológie sa začala predčasne. Až teraz, po 25 rokoch skúseností, dosiahla spoľahlivosť systémov čističiek prijateľnú úroveň.
Náklady na tepelné elektrárne spaľujúce uhlie sa zvýšili nielen preto, že sú potrebné systémy na kontrolu emisií, ale aj preto, že samotné náklady na 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 „úspory z rozsahu“, t. j. výhody budovania veľkých elektrární, boli negované výrazným zvýšením stavebných nákladov . Časť tohto nárastu odráža vysoké náklady na financovanie dlhodobých kapitálových projektov.
Vplyv meškania projektov možno vidieť v japonských energetických spoločnostiach. Japonské firmy sú zvyčajne efektívnejšie 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 si elektráreň s rovnakou kapacitou zvyčajne vyžaduje 50 – 60 mesiacov. Pri takýchto dlhých časoch realizácie projektu sa náklady na nový závod vo výstavbe (a teda aj náklady na zmrazený kapitál) ukazujú ako porovnateľné s fixným kapitálom mnohých energetických spoločností v USA.
Energetické spoločnosti teda hľadajú spôsoby, ako znížiť náklady na výstavbu nových elektrární, najmä pomocou modulárnych elektrární s menšou kapacitou, ktoré je možné rýchlo prepraviť a nainštalovať na existujúcu elektráreň, aby uspokojili rastúci dopyt. Takéto zariadenia je možné uviesť do prevádzky v kratšom čase, a preto sa rýchlejšie splatia, 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 na kW, hoci pri používaní zariadení s nízkou spotrebou sa strácajú úspory z rozsahu.
Ako alternatívu k budovaniu nových zariadení na výrobu energie energetické spoločnosti tiež renovovali existujúce elektrárne, aby zlepšili ich výkon a predĺžili ich životnosť. Táto stratégia si prirodzene vyžaduje nižšie kapitálové náklady ako budovanie nových staníc. 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 sú v energetickom sektore krajiny čoraz dôležitejšie. V roku 1970 malo iba 20 zariadení na výrobu elektriny v Spojených štátoch viac ako 30 rokov. Do konca storočia bude priemerný vek tepelných elektrární spaľujúcich uhlie 30 rokov.
Energetické spoločnosti tiež hľadajú spôsoby, ako znížiť prevádzkové náklady elektrární. Aby sa predišlo stratám energie, je potrebné včas varovať pred zhoršením výkonu v najkritickejších oblastiach zariadenia. Dôležitou súčasťou sa preto stáva nepretržité monitorovanie stavu uzlov a systémov prevádzková služba. Takéto nepretržité monitorovanie prirodzených procesov opotrebovania, korózie a erózie umožňuje prevádzkovateľom elektrární prijímať včasné opatrenia a predchádzať havarijným poruchám elektrární. Význam takýchto opatrení možno náležite oceniť, keď sa napríklad vezme do úvahy, že nútený výpadok 1000 MW uhoľnej elektrárne môže spôsobiť stratu 1 milión USD za deň pre elektrárenskú spoločnosť, najmä preto, že nevygenerovaná energia musí byť kompenzované dodávkou elektriny z drahších zdrojov.
Nárast jednotkových nákladov na dopravu a spracovanie uhlia a na odstraňovanie trosky spôsobil, že kvalita uhlia (určená obsahom vlhkosti, síry a iných minerálov) je dôležitým faktorom, ktorý určuje výkonové charakteristiky a ekonomiku tepelných elektrární. Hoci uhlie nízkej kvality môže stáť menej ako uhlie vysokej kvality, výroba rovnakého množstva elektrickej energie stojí podstatne viac. Náklady na prepravu väčších objemov nekvalitného uhlia môžu kompenzovať výhody jeho nižšej ceny. Okrem toho uhlie nízkej kvality zvyčajne produkuje viac odpadu ako uhlie vysokej kvality, a preto sú potrebné vyššie náklady na odstraňovanie trosky. Napokon, zloženie uhlia nízkej kvality podlieha veľkým výkyvom, čo sťažuje „vyladenie“ palivového systému stanice na prevádzku s najvyššou možnou účinnosťou; v tomto prípade musí byť systém nastavený tak, aby mohol fungovať s uhlím najhoršej očakávanej kvality.
V prevádzkovaných elektrárňach možno kvalitu uhlia zlepšiť alebo aspoň stabilizovať odstránením niektorých nečistôt, ako sú minerály obsahujúce síru, ešte pred spaľovaním. V čistiarňach sa rozdrvené „špinavé“ uhlie oddeľuje od nečistôt mnohými metódami, ktoré využívajú rozdiely v špecifickej hmotnosti alebo iných fyzikálnych vlastnostiach uhlia a nečistôt.
Napriek tomuto úsiliu zlepšiť výkon existujúcich tepelných elektrární spaľujúcich uhlie, Spojené štáty budú musieť do konca storočia pridať ďalších 150 000 MW kapacity na výrobu energie, ak dopyt po elektrine porastie očakávaným tempom 2,3 % ročne. . Aby uhlie zostalo konkurencieschopné na neustále sa rozširujúcom trhu s energiou, energetické spoločnosti budú musieť prijať nové, pokročilé metódy spaľovania uhlia, ktoré sú efektívnejšie ako tradičné metódy spaľovania uhlia, a to tromi kľúčovými spôsobmi: menšie znečistenie, kratšie časy výstavby zariadení a zlepšený výkon výkon..


SPAĽOVANIE UHLIA VO FLUIDIFIKOVOM LOŽI znižuje potrebu pomocných zariadení na čistenie emisií elektrární.
Fluidizovaná vrstva zmesi uhlia a vápenca vzniká v kotli prúdom vzduchu, v ktorom sa miešajú a suspendujú pevné častice, t.j. správajú sa ako vo vriacej kvapaline.
Turbulentné miešanie zaisťuje úplné spálenie uhlia; v tomto prípade častice vápenca reagujú s oxidmi síry a zachytávajú asi 90 % týchto oxidov. Keďže sa výhrevné hady kotla priamo dotýkajú fluidného lôžka paliva, dochádza k tvorbe pary s vyššou účinnosťou ako v bežných parných kotloch na drvené uhlie.
Okrem toho je teplota spaľovania uhlia vo fluidnom lôžku nižšia, čo zabraňuje taveniu kotlovej trosky a znižuje tvorbu oxidov dusíka.


Splyňovanie uhlia sa môže uskutočniť zahrievaním zmesi uhlia a vody v kyslíkovej atmosfére. Produktom procesu je plyn pozostávajúci hlavne z oxidu uhoľnatého a vodíka. Keď je plyn ochladený, zbavený pevných častíc a odsírený, môže sa použiť ako palivo pre plynové turbíny a potom 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 tucet 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 sa uskutočňuje v peci parného kotla, ktorý je konštruovaný tak, že drvené uhlie zmiešané s časticami vápenca je udržiavané nad roštom pece v zavesenom („pseudoskvapalnenom“) stave silným prúdom vzduchu. tok.
Suspendované častice sa správajú v podstate rovnako ako vo vriacej kvapaline, to znamená, že sú v turbulentnom pohybe, čo zabezpečuje vysokú účinnosť spaľovacieho procesu. Vodné potrubia takéhoto kotla sú v priamom kontakte s „fluidným lôžkom“ horiaceho paliva, v dôsledku čoho sa veľká časť tepla prenáša vedením, čo je oveľa efektívnejšie ako prenos tepla sálaním a konvekciou. klasický parný kotol.
Kotol s ohniskom, kde sa uhlie spaľuje vo fluidnom lôžku, má väčšiu plochu teplovýmenných plôch rúrok ako bežný kotol pracujúci na práškové uhlie, čo umožňuje znížiť teplotu v ohnisku a tým znížiť tvorba oxidov dusíka. (Zatiaľ čo v bežnom kotle môže byť teplota nad 1650 °C, v kotli s fluidným spaľovaním je to v rozmedzí 780-870 °C.) Navyše vápenec zmiešaný s uhlím viaže 90 percent alebo viac uvoľnenej síry. z uhlia pri spaľovaní, keďže dol pracovná teplota podporuje reakciu medzi sírou a vápencom za vzniku siričitanu vápenatého alebo síranu vápenatého. Týmto spôsobom sa látky škodlivé pre životné prostredie vznikajúce pri spaľovaní uhlia neutralizujú v mieste vzniku, teda v peci.
Okrem toho je fluidný spaľovací kotol svojou konštrukciou a princípom činnosti menej citlivý na kolísanie kvality uhlia. Pec bežného kotla na práškové uhlie produkuje obrovské množstvo roztavenej trosky, ktorá často upcháva teplovýmenné plochy a tým znižuje účinnosť a spoľahlivosť kotla. Vo fluidnom spaľovacom kotli uhlie horí pri teplote pod bodom topenia trosky a preto ani nevzniká problém so zanášaním výhrevných plôch troskou. Takéto kotly môžu fungovať aj na menej kvalitné uhlie, čo môže v niektorých prípadoch výrazne znížiť prevádzkové náklady.
Metóda fluidného spaľovania je ľahko implementovateľná v modulárnych kotloch s nízkym parným výkonom. Podľa niektorých odhadov môže byť kapitálová investícia do tepelnej elektrárne s kompaktnými kotlami pracujúcimi na princípe fluidného lôžka o 10 – 20 % nižšia ako kapitálová investícia do tepelnej elektrárne. tradičný typ rovnakú silu. Úspory sa dosahujú skrátením času výstavby. Okrem toho sa výkon takejto stanice môže ľahko zvýšiť, keď sa zvýši elektrické zaťaženie, čo je dôležité pre tie prípady, keď je jej rast v budúcnosti vopred neznámy. Zjednodušuje sa aj problém plánovania, pretože takéto kompaktné inštalácie je možné rýchlo nainštalovať, akonáhle vznikne potreba zvýšiť výrobu energie.
Kotly s fluidným spaľovaním môžu byť tiež integrované do existujúcich elektrární, keď je potrebné rýchlo zvýšiť výrobnú kapacitu. Napríklad energetická spoločnosť Northern States Power prerobila jeden z kotlov na práškové uhlie na stanici na ks. Minnesota vo fluidnom kotle. Rekonštrukcia bola vykonaná s cieľom zvýšiť kapacitu elektrárne o 40 %, znížiť požiadavky na kvalitu paliva (kotol môže fungovať aj na lokálny odpad), dôkladnejšie vyčistiť emisie a predĺžiť životnosť stanice na 40 rokov.
Za posledných 15 rokov sa technológia používaná v tepelných elektrárňach vybavených výlučne fluidnými spaľovacími kotlami rozšírila z malých pilotných a poloprevádzkových prevádzok na veľké „demonštračné“ prevádzky. Túto elektráreň 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 spaľovacími kotlami. Ak budú tieto dva projekty, ako aj projekt Northern States Power, spoločného podniku súkromného sektora s celkovým kapitálom približne 400 miliónov USD úspešné, ekonomické riziko spojené s používaním fluidných kotlov v energetickom priemysle sa výrazne zníži. .
Iným spôsobom, ktorý však už existoval vo viacerých v jednoduchej forme ešte v polovici 19. storočia došlo k splyňovaniu uhlia s výrobou plynu „čistého horenia“. Takýto plyn je vhodný na svietenie a kúrenie a v USA bol hojne využívaný už pred 2. svetovou vojnou, kým ho nenahradil zemný plyn.
Spočiatku prilákalo splyňovanie uhlia pozornosť energetických spoločností, ktoré dúfali, že pomocou tejto metódy vznikne palivo, ktoré horí bez odpadu a tým sa zbaví prania. Teraz sa ukázalo, že splyňovanie uhlia má dôležitejšiu výhodu: horúce produkty spaľovania generátorového plynu možno priamo použiť na pohon plynových turbín. Odpadové teplo produktov spaľovania po plynovej turbíne možno využiť na výrobu pary na pohon parnej turbíny. Táto kombinácia plynových a parných turbín, nazývaná kombinovaný cyklus, je v súčasnosti jedným z najefektívnejších spôsobov výroby elektrickej energie.
Plyn získaný splyňovaním 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. Okrem toho zariadenie s kombinovaným cyklom spotrebuje podstatne menej vody, keďže sa vyrábajú dve tretiny energie plynová turbína, ktorá na rozdiel od parnej turbíny nepotrebuje vodu.
Životaschopnosť elektrární s kombinovaným cyklom fungujúcich na princípe splyňovania uhlia bola preukázaná skúsenosťami s prevádzkou stanice Southern California Edison „Cool Water“. Táto elektráreň s výkonom približne 100 MW bola uvedená do prevádzky v máji 1984. Môže pracovať na rôznych druhoch uhlia. Emisie zo stanice sa čistotou nelíšia od emisií zo susednej stanice zemného plynu. Obsah oxidov síry vo výfukových plynoch je udržiavaný výrazne pod požadovanou úrovňou pomocou pomocného systému regenerácie síry, ktorý odstraňuje takmer všetku síru obsiahnutú v privádzanom palive a produkuje čistú síru na priemyselné účely. Tvorbe oxidov dusíka sa predchádza pridaním vody do plynu pred spaľovaním, čím sa zníži teplota spaľovania plynu. Okrem toho sa zvyšné nespálené uhlie v splyňovači roztaví na inertný sklovitý materiál, ktorý po ochladení spĺňa kalifornské predpisy pre pevný odpad.
Okrem vyššej účinnosti a menšieho znečistenia životného prostredia majú elektrárne s kombinovaným cyklom ďalšiu výhodu: môžu byť postavené v niekoľkých etapách, takže inštalovaný výkon sa zvyšuje v blokoch. Táto flexibilita v stavebníctve znižuje riziko nadmerných alebo nedostatočných investícií spojených s neistým rastom dopytu po elektrickej energii. Napríklad prvý stupeň inštalovanej kapacity môže bežať na plynových turbínach a ako palivo používať ropu alebo zemný plyn namiesto uhlia, ak sú súčasné ceny týchto produktov nízke. Potom, ako rastie dopyt po elektrine, sa dodatočne uvádza do prevádzky kotol na odpadové teplo a parná turbína, čím sa zvýši nielen výkon, ale aj účinnosť stanice. Následne, keď sa opäť zvýši dopyt po elektrine, bude možné na stanici vybudovať splyňovacie zariadenie uhlia.
Úloha tepelných elektrární spaľujúcich uhlie je kľúčovou témou, pokiaľ ide o zachovanie prírodných zdrojov, ochranu životného prostredia a cesty ekonomického rozvoja. 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 veľkej národnej iniciatívy na demonštráciu a implementáciu čistých procesov spaľovania uhlia. Iniciatíva, ktorá bude spájať súkromný kapitál s federálnymi investíciami, má za cieľ priniesť nové procesy spaľovania uhlia, vrátane fluidných kotlov a splyňovačov, do širokého priemyselného využitia v 90. rokoch. Avšak ani pri rozšírenom využívaní nových procesov spaľovania uhlia v blízkej budúcnosti nemožno rastúci dopyt po elektrickej energii uspokojiť bez celého súboru koordinovaných opatrení na šetrenie elektrickej energie, reguláciu jej spotreby a zvýšenie produktivity existujúcich tepelných elektrární pracujúcich na tzv. tradičné princípy. Neustále na programe sú ekonomické a ekologické problémy pravdepodobne povedie k úplne novému technologickému vývoju, ktorý sa zásadne líši 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 na základe potrieb miestnej ekonomiky. Okrem fluidných spaľovacích kotlov a zariadení na splyňovanie uhlia budú tieto podniky vybavené elektronickými technickými diagnostickými systémami a automatizovanými riadiacimi systémami a navyše budú profitovať z využívania väčšiny vedľajších produktov spaľovania uhlia.
Možnosti 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 politiku v oblasti výroby energie a ochrany životného prostredia, 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 zavedenia čistenia pracieho plynu. Toto všetko je možné dosiahnuť minimalizáciou nákladov a rizík prostredníctvom dobre premysleného návrhu, testovania a zlepšovania malých pilotných zariadení, po ktorých nasleduje rozsiahla komercializácia vyvinutých systémov.

Od roku 2000 sa celosvetová kapacita výroby uhlia 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. IN posledné desaťročia Uhoľné elektrárne vyrábajú 40 – 41 % svetovej elektriny – najväčší podiel v porovnaní s inými typmi výroby. Zároveň bol v roku 2014 dosiahnutý vrchol výroby elektriny z uhlia a teraz sa začala deviata vlna znižovania zaťaženia existujúcich tepelných elektrární a ich zatvárania. O tom v recenzii Carbon Brief.

Od roku 2000 sa celosvetová kapacita výroby uhlia 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 generátorov uhlia je 77 krajín, pričom ďalších 13 sa plánuje pripojiť do roku 2030.

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

Zároveň bol v roku 2014 dosiahnutý vrchol výroby elektriny z uhlia a teraz sa začala deviata vlna znižovania zaťaženia existujúcich tepelných elektrární a ich zatvárania. Len za pár rokov bolo v EÚ a USA odstavených 200 GW, pričom ďalších 170 GW má byť odstavených pred rokom 2030. K 9. aprílu 2018 sa k Coal Phase-out Alliance pripojilo 27 krajín, z ktorých 13 krajiny majú prevádzkované elektrárne.

Všimnite si, že od roku 2010 do roku 2017 bolo vybudovaných alebo presunutých do výstavby iba 34 % plánovanej uhoľnej kapacity (873 GW), zatiaľ čo 1 700 GW bolo zrušených alebo odložených, uvádza CoalSwarm. Napríklad súťaž na výstavbu jednej novej stanice môže prilákať niekoľko ponúk, z ktorých každá sa bude započítavať do „plánovanej kapacity“.

Podľa Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) musia byť všetky uhoľné elektrárne zatvorené v priebehu niekoľkých desaťročí, ak sa má otepľovanie obmedziť na menej ako 2 °C nad predindustriálnymi teplotami. Na objasnenie tohto príbehu Carbon Brief zmapoval minulosť, súčasnosť a budúcnosť všetkých svetových uhoľných elektrární 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 približne 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 uhoľných tepelných elektrární – 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, pričom sa takmer zdvojnásobila 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 po celom svete, pričom v roku 2000 to bolo 65 krajín. Ďalších 13 krajín plánuje vstúpiť do klubu uhoľnej energie.

Emisie CO2 z existujúcich zariadení stačia 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. Všetky uhoľné elektrárne budú musieť byť zatvorené do roku 2040, aby svet zostal „výrazne pod“ rastom 2 stupňov Celzia, tvrdí IEA. Znamenalo by to odstavenie 100 GW uhoľnej kapacity každý rok na 20 rokov alebo približne jeden uhoľný blok každý deň až do roku 2040.

Novinové titulky a energetické prognózy však naznačujú, že rast uhlia sa nezastaví. Tieto pochmúrne vyhliadky na zmenu klímy zmierňujú známky rýchlej zmeny v energetickom prostredí. Potrubie rozostavaných alebo plánovaných uhoľných blokov sa od roku 2015 znížilo na polovicu. Tempo zatvárania tepelných elektrární sa zrýchľuje a v rokoch 2010 až 2017 dosahuje celkovo 197 GW.

Spomalenie rastu uhlia

IEA tomu verí špičková investícia do globálneho uhoľného energetického priemyslu už prešiel a priemysel vstúpil do fázy „dramatického spomalenia“. Správa IEA hovorí, že Čína, ktorá predstavuje väčšinu súčasného rastu, už nepotrebuje nové tepelné elektrárne.

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

Podľa najnovšej výročnej správy CoalSwarm, Greenpeace a Sierra Club počet nových elektrární vo výstavbe každým rokom klesá rýchlejšie, o 73 % od roku 2015. Čína zatvára mnoho stoviek malých, starších a menej efektívnych elektrární a nahrádza ich väčšími, efektívnejšími. To všetko znamená globálnej moci uhoľnej výroby mohol dosiahnuť svoj vrchol už v roku 2022, uvádza správa IEA o stave priemyslu.

Maximálne emisie CO2

Ukazujú to údaje IEA emisie CO2 z uhoľnej energie možno už dosiahol svoj 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. Svetové uhoľné elektrárne bežali v roku 2016 v priemere 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. Medzi ne patrí typ uhlia a technológia spaľovania, ktorú používa každá elektráreň. Tepelné elektrárne spaľujúce nekvalitné hnedé uhlie môžu vypustiť až 1200 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 približne dvojnásobok emisií plynových elektrární a asi 50 – 100-krát viac ako jadrové, veterné a solárne elektrárne. IEA nevidí žiadne budúce 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 malému nárastu produkcie uhlia a emisií CO2 v dôsledku rastúcej produkcie v Číne, aj keď zostávajú pod vrcholom z roku 2014.

Erózia uhoľného hospodárstva

Nízka miera využitia elektrární (LPL) je „korozívna“ pre ekonomiku tepelných elektrární spaľujúcich uhlie. Vo všeobecnosti sú navrhnuté tak, aby fungovali aspoň 80 % času, keďže majú relatívne vysoké fixné náklady. Z toho vychádza aj odhad nákladov na výstavbu novej uhoľnej jednotky, pričom nižšie zaťaženie zvyšuje náklady na jednotku elektriny. Dynamika poklesu NHI 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 narúšajú všetky zostávajúce 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 čistiarne odpadových vôd aby splnili vyššie environmentálne normy, alebo úplne odstavili svoje špinavé elektrárne. Táto kombinácia faktorov znamená, že väčšina existujúcej uhoľnej flotily v EÚ a dokonca aj v Indii čelí vážnym problémom ekonomické problémy, podľa Financial thinktank Carbon Tracker. Zistilo sa, že do roku 2030 budú napríklad takmer všetky uhoľné elektrárne v EÚ stratové. 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 uhoľné elektrárne, 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 doplatkom za moc. Viaceré krajiny EÚ zaviedli túto prax v roku 2018.

V roku 2018 Čína, Vietnam a Thajsko úplne zrušili príplatky za solárnu výrobu. Výrazne ju znížili Filipíny a Indonézia. A v Indii je solárna výroba už lacnejšia ako uhlie. Teda v podmienkach skutočnej konkurencie, výroby uhlia v krajinách Juhovýchodná Ázia už teraz stráca na obnoviteľných zdrojoch energie 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 uhoľné kapacity a iba jedna krajina, Belgicko, ju zatvorila. Ďalších 13 krajín, ktoré predstavujú 3 % súčasnej kapacity, sa zaviazalo postupne vyradiť uhlie do roku 2030 v rámci aliancie „Leave Coal Behind Alliance“ pod vedením Spojeného kráľovstva a Kanady. Medzitým 13 krajín stále dúfa, že sa pridajú ku klubu uhoľnej energie.

Najlepších 10 Krajiny sveta uvedené na ľavej strane nižšie uvedenej tabuľky predstavujú 86 % z celkového počtu prevádzkovaných uhoľných elektrární. V pravej časti tabuľky - Najlepších 10 krajiny plánujúce vybudovať 64 % svetovej kapacity spaľujúcej uhlie.

Krajina/prevádzkové MW/podiel vo svete Krajina/vo výstavbe MW/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 % Türkiye 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 najväčšiu prevádzkovú flotilu výroby uhlia a je domovom najväčšieho budovaného potrubia s výkonom 97 GW v okruhu 250 km pozdĺž delty rieky Jang-c'-ťiang okolo Šanghaja. To je viac, ako už existuje v ktorejkoľvek krajine okrem Indie a USA. Rusko má piatu najväčšiu flotilu na výrobu uhlia na svete, ktorá predstavuje iba 2 % celosvetovej výrobnej kapacity.

Čína

Za posledných 20 rokov sa najvýznamnejšie zmeny udiali v Číne. Jeho flotila na výrobu uhlia 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 svetového uhlia, takže jej budúca cesta je neúmerne dôležitá pre globálne úsilie v boji proti klimatickým zmenám.

Priemyselná činnosť a využívanie uhlia boli posilnené pred vymenovaním predsedu Xi za „doživotného vodcu“. Takéto energetické politiky by mohli posunúť rast emisií CO2 na najrýchlejšie tempo za mnoho rokov.

Niektorí analytici však tvrdia, že využívanie uhlia v Číne by sa do roku 2030 mohlo znížiť na polovicu. Vláda zavádza národný systém obchodovania s emisiami a vypína a obmedzuje novú uhoľnú energiu v reakcii na znečistenie ovzdušia a obavy súvisiace s podnebím. To znamená, že počet uhoľných elektrární vo výstavbe alebo plánovaných v roku 2017 sa v porovnaní s rokom 2016 znížil o 70 %, uvádza CoalSwarm.

Znamená to tiež, že plánované projekty pravdepodobne nedostanú povolenia potrebné na ich výstavbu, hovorí Lauri Myllyvirta, energetický analytik Greenpeace East Asia. „Mnohé z plánovaných projektov v Číne a Indii sú v podstate mŕtve. V Indii sú komerčne nelikvidné, nikto so zdravým rozumom ich nepostaví... v Číne to nedáva zmysel, pretože už majú príliš veľkú kapacitu, prebytok.“ Podľa amerického úradu pre energetické informácie (EIA) Kapacita a produkcia uhlia v Číne viac-menej dosiahli vrchol.

India

K druhému najväčšiemu zvýšeniu kapacity od roku 2000 došlo v Indii, kde sa uhoľná energetická flotila viac ako strojnásobila na 215 GW. IN V poslednej dobe Stav výroby indického uhlia sa prudko zhoršil. IEA znížila svoju prognózu dopytu po indickom uhlí kvôli pomalší rast dopytu po elektrine a lacnejších obnoviteľných zdrojov energie. Podľa indického ministra energetiky v rozhovore pre Bloomberg v máji 2018 je približne 10 GW zariadení považovaných za „neživotaschopné“, ďalších 30 GW je pod „stresom“. “ píše Matthew Gray, analytik Carbon Tracker.

Najnovší indický národný energetický plán má za cieľ čiastočne vyradiť z prevádzky 48 GW uhoľných elektrární kvôli nové environmentálne normy. Počíta aj so spustením 94 GW novej kapacity, no kľúčoví globálni analytici považujú toto číslo za nereálne. Krajina plánuje uviesť do prevádzky 44 GW projektov, z ktorých 17 GW je pozastavených na mnoho rokov. " V Indii môže obnoviteľná energia už dodávať energiu za nižšie náklady ako nové a dokonca väčšina existujúcich uhoľných elektrární. “ hovorí Lauri Myllyvirta, energetický analytik Greenpeace East Asia.

USA

Vlna vyraďovania starej kapacity znížila produkciu uhlia v USA o 61 GW za šesť rokov, pričom ďalších 58 GW je naplánovaných na zatvorenie, poznamenáva Coal Swarm. To by znížilo americkú uhoľnú flotilu o dve pätiny, z 327 GW v roku 2000 na 220 GW v budúcnosti alebo menej.

Jedným zo spôsobov, ako zachrániť priemysel, sú plány Trumpovej administratívy na záchranu nerentabilných uhoľných elektrární z dôvodov národnej bezpečnosti, aby sa zachovala spoľahlivosť systému prostredníctvom kapacitných príplatkov. Bloomberg ich charakterizuje ako „bezprecedentný zásah do amerických energetických trhov“.

Na druhej strane podmienky na trhu v súčasnosti uprednostňujú plynové elektrárne a obnoviteľné zdroje energie. V Spojených štátoch nie je žiadna nová uhoľná kapacita. Očakáva sa, že odobratie uhoľnej kapacity v roku 2018 bude predstavovať 18 GW. Minulý rok bola spotreba uhlia v energetickom sektore USA najnižšia od roku 1982.

Európska únia

Vzhľadom na plány EÚ postupne vyradiť uhlie by sa flotila únie na výrobu uhlia mala do roku 2030 znížiť na 100 GW, teda polovicu celkovej kapacity v roku 2000. Krajiny EÚ spolu s Kanadou vedú Alianciu k postupnému vyraďovaniu 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 sa tu nachádza štvrtá a deviata najväčšia národná flotila 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 nemeckú uhoľnú energiu, začala pracovať, hoci prevádzkovateľ siete v krajine tvrdí, že do roku 2030 môže byť odstavená len polovica uhoľnej flotily bez ohrozenia energetickej bezpečnosti. Poľsko jednoducho sľúbilo, že nebude stavať nové uhoľné elektrárne nad rámec toho, čo je už vo výstavbe.

Výskum IEA ukázal, že všetky uhoľné elektrárne v EÚ musia byť zatvorené do roku 2030, aby sa dosiahli ciele Parížskej dohody. Očakáva sa, že rastúce ceny CO2 povedú k prechodu od uhlia k plynu už v tomto roku, za predpokladu, že cena a dostupnosť plynu budú správne.

Ďalšie kľúčové krajiny

Ostatné ázijské krajiny vrátane Južná Kórea Japonsko, Vietnam, Indonézia, Bangladéš, Pakistan a Filipíny od roku 2000 spoločne zdvojnásobili svoje flotily na výrobu uhlia, pričom v roku 2017 dosiahli 185 GW. Celkovo tieto krajiny postavia 50 GW nových tepelných elektrární svojpomocne, s ďalšou 128 GW plánovaných prostredníctvom financovania a účasti na výstavbe v Číne, Japonsku a Južnej Kórei.

Mnohé z týchto krajín vykazujú zmiešané známky využívania uhlia. Napríklad najnovší návrh národného energetického plánu Japonska 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 Svet Resources Institute.- „Vietnam poskytuje zaujímavú a dôležitú kombináciu podmienok, ktoré umožnia prechod do čistá energia: Záväzky vlády voči obnoviteľnej energii a súkromnému sektoru splniť čoraz prísnejšie ciele v oblasti čistej energie.“

Indonézska vláda zakázala výstavbu nových uhoľných elektrární na najľudnatejšom ostrove Jáva. Štátna elektráreň bola kritizovaná za „veľmi prehnané predpovedanie rastu dopytu po elektrine“, aby odôvodnila plány na zavedenie nových uhoľných elektrární.

Türkiye má významné plány na rozšírenie svojej uhoľnej flotily. V súčasnosti je však vo výstavbe iba 1 GW z plánovaného 43 GW plynovodu.

Ďalšou krajinou s veľkými plánmi je Egypt, ktorý nemá ani uhoľné stanice, ani vlastné ložiská uhlia. Všimnite si, že žiadna z 15 GW plánovanej novej kapacity neprekročila najskoršie štádium schvaľovania, nedostala žiadne povolenia ani sa nestavia.

Južná Afrika má veľké ložiská uhlia a siedmu najväčšiu flotilu uhoľných elektrární na svete. Južná Afrika stavia 6 GW nových tepelných elektrární a plánuje uviesť do prevádzky ďalších 6 GW. Po zvolení Cyrila Ramaphosu začiatkom tohto roka sa však politická nálada v krajine mení a v apríli boli podpísané dlhodobé dohody o obnoviteľnej energii v hodnote 4,7 miliardy USD. Juhoafrický ťažký priemysel uprednostňuje obnoviteľné zdroje energie aj napriek pretrvávajúcej rozvoj výroby uhlia. Dôvodom je, že nové uhoľné stanice budú podľa odborníkov drahšie ako obnoviteľné zdroje energie. Legislatívne diskusie o úlohe uhlia v novom energetickom investičnom pláne Južnej Afriky sa uskutočnia koncom tohto leta.

Čo to je a aké sú princípy fungovania tepelných elektrární? Všeobecná definícia takýchto predmetov znie približne takto - toto elektrárne, ktoré sa zaoberajú spracovaním prírodnej energie na elektrickú energiu. Na tieto účely sa používa aj palivo prírodného pôvodu.

Princíp činnosti tepelných elektrární. Stručný opis

Dnes je práve v takýchto zariadeniach najrozšírenejšie spaľovanie, pri ktorom sa uvoľňuje tepelná energia. Úlohou tepelných elektrární je využiť túto energiu na výrobu elektrickej energie.

Princípom činnosti tepelných elektrární nie je len výroba, ale aj výroba tepelnej energie, ktorá sa dodáva spotrebiteľom aj vo forme horúca voda, Napríklad. Okrem toho tieto energetické zariadenia vyrábajú približne 76 % všetkej elektriny. Toto široké využitie je spôsobené tým, že dostupnosť fosílnych palív pre prevádzku stanice je pomerne vysoká. Druhým dôvodom bolo, že preprava paliva z miesta jeho ťažby na samotnú stanicu je pomerne jednoduchá a efektívna operácia. Princíp činnosti tepelných elektrární je navrhnutý tak, aby bolo možné využiť odpadové teplo pracovnej tekutiny na jej sekundárny prívod spotrebiteľovi.

Rozdelenie staníc podľa typu

Stojí za zmienku, že tepelné stanice možno rozdeliť do typov podľa toho, aké teplo vyrábajú. Ak je princípom fungovania tepelných elektrární len výroba elektrickej energie (t.j. termálna energia nedodáva spotrebiteľovi), potom sa nazýva kondenzačný (CES).

Zariadenia určené na výrobu elektrickej energie, na dodávku pary, ako aj dodávku teplej vody spotrebiteľovi majú namiesto kondenzačných turbín parné turbíny. Aj v takýchto staničných prvkoch je stredný výber parné alebo protitlakové zariadenie. Hlavnou výhodou a princípom fungovania tohto typu tepelnej elektrárne (KVET) je, že odpadová para je využívaná aj ako zdroj tepla a dodávaná spotrebiteľom. Tým sa znížia tepelné straty a množstvo chladiacej vody.

Základné princípy činnosti tepelných elektrární

Predtým, ako prejdeme k zvažovaniu samotného princípu fungovania, je potrebné presne pochopiť, ktorá stanica hovoríme o. Štandardná konštrukcia takýchto zariadení zahŕňa systém, ako je medziprehrievanie pary. Je to nevyhnutné, pretože tepelná účinnosť okruhu s medziprehrievaním bude vyššia ako v systéme bez neho. Ak sa porozprávame jednoduchými slovami, princíp fungovania tepelnej elektrárne s takouto schémou bude oveľa efektívnejší s rovnakými počiatočnými a konečnými špecifikovanými parametrami ako bez nej. Z toho všetkého môžeme usúdiť, že základom prevádzky stanice je organické palivo a ohriaty vzduch.

Schéma práce

Princíp činnosti tepelnej elektrárne je konštruovaný nasledovne. Palivový materiál, ako aj okysličovadlo, ktorého úlohu najčastejšie zohráva ohriaty vzduch, sa privádza kontinuálnym prúdom do kotla. Ako palivo môžu pôsobiť látky ako uhlie, ropa, vykurovací olej, plyn, bridlica a rašelina. Ak hovoríme o najbežnejšom palive na území Ruská federácia, potom je to uhoľný prach. Ďalej je princíp činnosti tepelných elektrární konštruovaný tak, že teplo vznikajúce pri spaľovaní paliva ohrieva vodu v parnom kotli. V dôsledku ohrevu sa kvapalina premení na nasýtenú paru, ktorá cez výstup pary vstupuje do parnej turbíny. Hlavným účelom tohto zariadenia na stanici je premena energie prichádzajúcej pary na mechanickú energiu.

Všetky prvky turbíny, ktoré sa môžu pohybovať, sú tesne spojené s hriadeľom, v dôsledku čoho sa otáčajú ako jeden mechanizmus. Aby sa hriadeľ otáčal, parná turbína kinetická energia pary sa prenáša na rotor.

Mechanická časť stanice

Konštrukcia a princíp činnosti tepelnej elektrárne v jej mechanickej časti je spojený s prevádzkou rotora. Para, ktorá vychádza z turbíny, má veľmi vysoký tlak a teplotu. To vytvára vysokú vnútornej energie para, ktorá prichádza z kotla do trysiek turbíny. Na lopatky turbíny pôsobia prúdy pary, prechádzajúce tryskou v nepretržitom prúde vysokou rýchlosťou, ktorá je často dokonca vyššia ako rýchlosť zvuku. Tieto prvky sú pevne pripevnené k disku, ktorý je zase tesne spojený s hriadeľom. V tomto okamihu sa mechanická energia pary premieňa na mechanickú energiu rotorových turbín. Ak hovoríme presnejšie o princípe fungovania tepelných elektrární, potom mechanický náraz ovplyvňuje rotor turbogenerátora. Je to spôsobené tým, že hriadeľ bežného rotora a generátora sú navzájom tesne spojené. A potom je tu pomerne známy, jednoduchý a zrozumiteľný proces premeny mechanickej energie na elektrickú energiu v zariadení, akým je generátor.

Pohyb pary za rotorom

Po prechode vodnej pary turbínou výrazne klesne jej tlak a teplota a vstúpi ďalšia časť stanice - kondenzátor. Vo vnútri tohto prvku sa para premieňa späť na kvapalinu. Na vykonanie tejto úlohy je vo vnútri kondenzátora chladiaca voda, ktorá je tam privádzaná potrubím vedeným vo vnútri stien zariadenia. Po premene pary späť na vodu sa táto odčerpá čerpadlom kondenzátu a dostane sa do ďalšieho oddelenia - odvzdušňovača. Je tiež dôležité poznamenať, že čerpaná voda prechádza cez regeneračné ohrievače.

Hlavnou úlohou odvzdušňovača je odstrániť plyny z prichádzajúcej vody. Súčasne s čistením sa kvapalina ohrieva rovnakým spôsobom ako v regeneračných ohrievačoch. Na tento účel sa využíva teplo pary, ktoré sa odoberá z toho, čo ide do turbíny. Hlavným účelom odvzdušňovacej operácie je zníženie obsahu kyslíka a oxidu uhličitého v kvapaline na prijateľné hodnoty. To pomáha znižovať rýchlosť korózie na cestách, ktorými sa dodáva voda a para.

Uhoľné stanice

Existuje vysoká závislosť princípu činnosti tepelných elektrární od druhu použitého paliva. Z technologického hľadiska je najťažšie realizovateľnou látkou uhlie. Napriek tomu sú suroviny hlavným zdrojom energie v takýchto zariadeniach, ktorých počet predstavuje približne 30 % z celkového podielu staníc. Okrem toho sa plánuje zvýšiť počet takýchto objektov. Je tiež potrebné poznamenať, že počet funkčných oddelení potrebných na prevádzku stanice je oveľa väčší ako počet iných typov.

Ako fungujú tepelné elektrárne na uhoľné palivo?

Aby stanica fungovala nepretržite, po koľajniciach sa neustále priváža uhlie, ktoré sa vykladá pomocou špeciálnych vykladacích zariadení. Ďalej sú to prvky, cez ktoré sa vyložené uhlie dodáva do skladu. Ďalej palivo vstupuje do drviaceho zariadenia. V prípade potreby je možné obísť proces dodávky uhlia do skladu a preložiť ho priamo do drvičov z vykladacích zariadení. Po absolvovaní tohto štádia vstupujú rozdrvené suroviny do zásobníka surového uhlia. Ďalším krokom je dodávka materiálu cez podávače do mlynov na práškové uhlie. Potom sa uhoľný prach pomocou pneumatickej dopravy privádza do zásobníka uhoľného prachu. Po tejto ceste látka obchádza prvky ako separátor a cyklón a z násypky už prúdi cez podávače priamo do horákov. Vzduch prechádzajúci cyklónom je nasávaný ventilátorom mlyna a následne privádzaný do spaľovacej komory kotla.

Ďalej pohyb plynu vyzerá približne takto. Prchavá látka vytvorená v komore spaľovacieho kotla prechádza postupne cez také zariadenia, ako sú plynové kanály kotolne, a potom, ak sa použije systém prihrievania pary, plyn sa privádza do primárneho a sekundárneho prehrievača. V tomto oddelení, ako aj v ekonomizéri vody, plyn odovzdáva svoje teplo na ohrev pracovnej tekutiny. Ďalej je nainštalovaný prvok nazývaný prehrievač vzduchu. Tu sa tepelná energia plynu využíva na ohrev privádzaného vzduchu. Po prejdení všetkých týchto prvkov, prchavá látka ide do zberača popola, kde sa vyčistí od popola. Potom dymové čerpadlá nasávajú plyn von a uvoľňujú ho do atmosféry pomocou plynového potrubia.

Tepelné elektrárne a jadrové elektrárne

Pomerne často vzniká otázka, čo je spoločné medzi tepelnými elektrárňami a či existujú podobnosti v princípoch fungovania tepelných elektrární a jadrových elektrární.

Ak hovoríme o ich podobnosti, je ich niekoľko. Po prvé, obe sú postavené tak, aby ich používali prírodný zdroj, ktorá je fosíliou a vyrezaná. Okrem toho je možné poznamenať, že oba objekty sú zamerané na výrobu nielen elektrickej energie, ale aj tepelnej energie. Podobnosti v princípoch fungovania spočívajú aj v tom, že tepelné elektrárne a jadrové elektrárne majú v prevádzkovom procese zapojené turbíny a parogenerátory. Ďalej je tu len niekoľko rozdielov. Medzi ne patrí aj to, že napríklad náklady na výstavbu a elektrinu získanú z tepelných elektrární sú oveľa nižšie ako z jadrových elektrární. Ale na druhej strane jadrové elektrárne neznečisťujú ovzdušie, pokiaľ je odpad správne likvidovaný a nedochádza k nehodám. Zatiaľ čo tepelné elektrárne vďaka princípu fungovania neustále vypúšťajú do ovzdušia škodlivé látky.

Tu je hlavný rozdiel v prevádzke jadrových elektrární a tepelných elektrární. Ak sa v tepelných objektoch tepelná energia zo spaľovania paliva najčastejšie prenáša na vodu alebo sa premieňa na paru, potom jadrové elektrárne energia pochádza zo štiepenia atómov uránu. Výsledná energia sa využíva na ohrev rôznych látok a voda sa tu využíva pomerne zriedkavo. Všetky látky sú navyše obsiahnuté v uzavretých, utesnených okruhoch.

Diaľkové vykurovanie

V niektorých tepelných elektrárňach môže ich návrh obsahovať systém, ktorý rieši vykurovanie samotnej elektrárne, ako aj priľahlej obce, ak existuje. Do sieťových ohrievačov tohto zariadenia sa odoberá para z turbíny a je tu aj špeciálne vedenie na odvod kondenzátu. Voda sa dodáva a odvádza cez špeciálny potrubný systém. Ta Elektrická energia, ktorý bude týmto spôsobom generovaný, je odoberaný z elektrického generátora a prenášaný k spotrebiteľovi, pričom prechádza cez stupňovité transformátory.

Základná výbava

Ak hovoríme o hlavných prvkoch fungujúcich na tepelnom nabíjacie stanice, potom sú to kotolne, ako aj turbínové jednotky spárované s elektrickým generátorom a kondenzátorom. Hlavným rozdielom medzi hlavným zariadením a doplnkovým zariadením je, že má štandardné parametre z hľadiska výkonu, produktivity, parametrov pary, ako aj napätia a prúdu atď. Možno tiež poznamenať, že typ a počet hlavných prvkov sa vyberajú v závislosti od toho, koľko energie je potrebné získať z jednej tepelnej elektrárne, ako aj od jej prevádzkového režimu. Animácia princípu fungovania tepelných elektrární môže pomôcť pochopiť túto problematiku podrobnejšie.

Až do včerajška boli v mojej mysli všetky uhoľné elektrárne približne rovnaké a boli to ideálne kulisy hororových filmov. So štruktúrami začiernenými časom, kotlami, turbínami, miliónmi rôznych potrubí a ich zložitými plexusmi s veľkorysou vrstvou čierneho uhoľného prachu. Vzácni robotníci, skôr baníci, opravujú niektoré zložité celky v mizernom osvetlení zelených plynových lámp, sem-tam zasyčí, unikajú oblaky pary a dymu, na podlahu sa rozliali husté kaluže tmavej tekutiny, niečo je. kvapká všade. Takto som videl uhoľné stanice a myslel som si, že ich vek sa už míňa. Budúcnosť patrí plynu, pomyslel som si.

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

1. Cherepetskaya GRES je prvá výkonná elektráreň s ultravysokotlakovou parnou turbínou v Európe. Stanica sa nachádza v meste Suvorov na rieke Cherepet. Miesto pre elektráreň bolo vybrané podľa dvoch kritérií: na jednej strane neďaleko baní v uhoľnej panve Moskovskej oblasti, na druhej strane relatívne blízko k spotrebiteľom elektriny v mestách Moskva, Tula, Oryol, Brjansk a regióny Kaluga.

Niekoľko slov o princípe fungovania GRES (vďaka Wikipédii):

Voda, palivo a atmosférický vzduch sa do kotla privádzajú pomocou čerpadiel pod vysokým tlakom. Proces spaľovania prebieha v peci kotla - chemická energia paliva sa premieňa na tepelnú energiu. Voda preteká potrubný systém umiestnený vo vnútri kotla.

(Foto plynový kotol zo správy z )

Horiace palivo je výkonný zdroj tepla, ktoré sa prenáša do vody, ktorá sa zahreje na bod varu a vyparí sa. Výsledná para v tom istom kotli sa prehreje nad bod varu, približne na 540 °C a pod vysoký tlak 13–24 MPa sa dodáva do parnej turbíny jedným alebo viacerými potrubiami.

Parná turbína, elektrický generátor a budič tvoria celý turbínový agregát. V parnej turbíne para expanduje na veľmi nízky tlak (asi 20-krát nižší ako atmosférický tlak) a potenciálna energia stlačeného a ohriateho vysoká teplota Para sa premieňa na kinetickú energiu otáčania rotora turbíny. Turbína poháňa elektrický generátor, ktorý premieňa kinetickú energiu otáčania rotora generátora na elektriny.

2. Podľa projektového rozhodnutia bola výstavba tretej etapy realizovaná v rámci hraníc existujúceho Cherepetskaya GRES, čo umožnilo čiastočne využiť výrobnú infraštruktúru závodu na zabezpečenie prevádzky nových zariadení. Štartovací komplex zahŕňa hlavnú budovu, staničný blok, systémy dodávky paliva a trosky, technické zásobovanie vodou a úpravu vody a úpravne.

3. Voda sa odoberá priamo z nádrže Cherepetskoye.

4. Voda prechádza chemickým čistením a hĺbkovým odsoľovaním, aby sa na vnútorných povrchoch zariadení v parných kotloch a turbínach neobjavovali usadeniny.

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

6. Autá s uhlím sú vykladané automobilovými sklápačmi, následne je uhlie transportované cez dopravníky do otvoreného skladu uhlia, kde je v prvej a druhej etape rozmiestnené a spracované nakladacími žeriavmi, v tretej etape je distribúcia realizovaná pomocou tzv. buldozéry a spracovanie sa vykonáva pomocou korčekového rýpadla.

7. Takto sa uhlie dostáva do sekcií drviarne na predbežné mletie uhlia a následné rozomletie. Uhlie sa dodáva do samotného kotla vo forme zmesi uhoľného prachu a vzduchu.

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

13. Labyrintmi kotolne sa môžete prechádzať navždy. Čas určený na nakrúcanie už dvakrát vypršal, no od tejto industriálnej krásky sa nedalo odtrhnúť!

15. Galérie, výťahové šachty, priechody, schodiská a mosty. Jedným slovom - priestor)

16. Lúče slnka osvetľovali Vitalika, malého na pozadí všetkého, čo sa dialo. dervišv a nemohol som si pomôcť, ale myslel som si, že všetky tieto zložité obrie stavby vymyslel a postavil človek. Tento malý muž prišiel s desaťposchodovými pecami na priemyselnom meradle vyrábať elektrinu z minerálov.

17. Krása!

19. Za stenou od kotolne je strojovňa s turbogenerátormi. Ďalšia gigantická izba, priestrannejšia.

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. Zaručene elektrická energia nová pohonná jednotka - 225 MW;
Elektrická účinnosť - 37,2 %;
Špecifická spotreba štandardné palivo na výrobu elektriny - 330 gt/kWh.

23. Hlavným zariadením sú dve parné kondenzačné turbíny vyrábané OJSC Power Machines a dve kotlové jednotky vyrábané OJSC EMAlliance. Hlavným palivom novej elektrárne je kuzneckovské čierne uhlie triedy DG

24. Ovládací panel.

25. Pohonné jednotky sú vybavené prvým ruský trh integrovaný systém suchého prachu a odsírenia spalín elektrostatickými filtrami.

26. Komín vysoký 120 metrov.

27. Blokový transformátor.

28. ORU.

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

30. Spolu s novým energetickým blokom boli vybudované dve 87-metrové chladiace veže - súčasť systému technického vodovodu, ktorý zabezpečuje veľké množstvo studená voda na chladenie turbínových kondenzátorov.

31. Sedem polí po 12 metroch. Zospodu sa táto výška nezdá byť taká vážna.

33. Na hornej plošine komína bolo teplo aj chlad zároveň. Kamera sa neustále zahmlievala.

34. Pohľad z chladiacej veže na tretí stupeň s dvoma novými energetickými blokmi. Nové výkonové kapacity stanice sú navrhnuté tak, aby výrazne znížili emisie škodlivín, znížili emisie prachu pri práci na sklade uhlia, znížili množstvo spotrebovanej vody a eliminovali možnosť znečistenia životného prostredia odpadovými vodami.

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

38. Fotografia jasne ukazuje všetky tri linky stanice. Postupne sa budú staré energetické bloky vyraďovať a demontovať. Tak to ide.

39. Veľká vďaka Sergejovi Michajlovičovi Kapitanovovi za najzaujímavejšiu exkurziu a trpezlivosť!

40. Vyjadrujem svoju vďaku tlačovej službe Inter RAO za organizáciu fotenia a všetkým kolegom fotografom za skvelú spoločnosť!



Náhodné články

Hore