Главная » Эксплуатация » Угольные грэс. Как работает современная угольная электростанция в России

Угольные грэс. Как работает современная угольная электростанция в России

Природный газ, как топливо для электростанций доступен практически во всех промышленных зонах городов России. В 2010 году уровень газификации в России в среднем составил 62%. В городах уровень газификации поднялся за последние годы на 6%, до 67%. В сельской местности уровень газификации вырос на 8% и сегодня составляет 44%.

Строительство тепловых электростанций, работающих на природном газе, требует относительно малых инвестиций - в сравнении с электростанциями, работающих на других видах топлива, таких, как уголь, уран, водород.

Электрический КПД современной газовой электростанции достигает 55–60%, а угольной - всего 32–34%. При этом капитальные затраты на 1 МВт/час установленной мощности газовой ТЭЦ составляют всего 50% от угольной, 20% от атомной, 15% от ветровой электростанции.

Газ экономически эффективнее других видов топлива и альтернативных источников энергии.

Строительство газовой электростанции занимает всего 14–18 месяцев. На строительство современной угольной электростанции уйдет 54–58 месяцев. Для того чтобы воздвигнуть атомную электростанцию (АЭС) потребуется не менее 56–60 месяцев.

Газ - самое доступное и экономически оправданное решение для производителей и потребителей электроэнергии, считающих деньги.

Альтернативные источники энергии или газовые электростанции - кто победит в ближайшем будущем?

Вероятно, что когда-нибудь альтернативные источники энергии заменят ископаемые виды топлива, но это произойдет не скоро. Например, для того, чтобы на энергию ветра пришлось 10% мирового энергопотребления, необходимо от 1 млн. до 1,5 млн. ветровых турбин. Для того чтобы просто разместить эти ветрогенераторы, понадобится площадь размером 550 000 кв. км. Это равно площади Ханты-Мансийского автономного округа или самой крупной европейской стране - Франции.

Проблема не только в площади: альтернативные источники - не самое лучшее решение с точки зрения бизнеса. Альтернативные источники энергии пока экономически несостоятельны. Самый экономически эффективный вид топлива на сегодня - это газ. Газ позволяет получать более дешевую электроэнергию, в сравнении с альтернативной энергетикой.

Газ и экология

Газ - существенно более чистое топливо, чем любой другой углеводородный энергоноситель. При сгорании газа выделяется меньше углекислого газа по сравнению с другими традиционными источниками, например углем. Это, соответственно, оказывает гораздо меньшее негативное воздействие на окружающую среду. Современная газовая электростанция практически не имеет вредных выбросов в атмосферу и в этом смысле ее эмиссии схожи с подобными показателями обычных газовых плит. Заблуждением многих людей является ошибочное мнение о якобы абсолютно чистых альтернативных источниках энергии. Ветровые, геотермальные и гидроэлектростанции тоже наносят свой ущерб окружающей среде и порой немалый.

Для ТЭЦ переход с угля на газ способствует резкому сокращению объемов выбросов углекислого газа в атмосферу. Газ имеет большую теплоту сгорания, чем уголь. Для того чтобы получить равное количество энергии, угля надо просто больше сжечь. Газовые электростанции более эффективны по КПД: при одном и том же количестве тепла, выделяемого при горении, газовая ТЭЦ дает больше электричества.

В результате замена угольных мощностей на газовые ТЭЦ дает снижение выбросов СО 2 на 50–70%.

Газ - экологически адекватное топливо.

Запасы газа - хватит ли их нашим детям и внукам?

Часто можно прочесть, что запасы газа исчерпаемы, но это не так. Газа хватит не только на наш век. Газ не кончится ни при жизни наших детей, ни при жизни их внуков. По оценке Международного энергетического агентства, при существующих темпах добычи газа уже открытых запасов этого топлива хватит на 130 лет добычи. Речь идет о запасах газа, добыча которых возможна и экономически эффективна при существующем уровне технологий. Объем газовых запасов оценивается в 400 трлн. кубометров.

Извлекаемые запасы нетрадиционного газа (такого, как газ в плотных породах, сланцевый газ и угольный метан) составляют еще не менее 380 трлн. кубометров. По мере развития технологий их добыча становится все более реальной. Таким образом, уже обнаруженных запасов газа хватит примерно на 250 лет. При этом постоянно совершенствуются методы разведки, что позволяет наращивать запасы. К сегодняшнему дню США, крупнейший в мире потребитель энергоносителей, обеспечены запасами нетрадиционного газа на 100 лет вперед. Аналогичными запасами газа располагает и второй крупнейший потребитель - Китай.

Газ - решение проблемы энергодефицита в XXI веке.

Тем временем угледобывающие компании РФ наращивают добычу угля, который заранее законтрактован за рубежом. Одна из причин «газового» дисбаланса в энергетике – в отсутствии современных технологий сжигания и переработки угля, позволяющих не только использовать в полной мере преимущества востребованных на мировом рынке энергетических углей РФ, но и находить адекватное применение для низкокачественных углей и угольных отходов, превращая минусы в плюсы. Так считает Игорь Кожуховский, генеральный директор Агентства по прогнозированию балансов в электроэнергетике (ЗАО «АПБЭ») .

– Сегодня в российской энергетике сложилась парадоксальная ситуация: утверждена стратегия развития угольной отрасли, при этом подразумевается, что основным стимулом для угольного роста будет экспорт. Как сложилась эта тенденция? И насколько существенное место занимают потребности внутреннего рынка угля в перспективных планах российских энергокомпаний?

– Российские ТЭС традиционно являлись крупнейшими потребителями угля на внутреннем рынке. Но в 2010 году произошло знаковое событие – объем экспорта энергетических углей сравнялся с объемом поставки на отечественные электростанции, а в 2011 году – заметно превзошел его. В 2011 году объем экспорта российских энергетических углей составил 108,3 миллиона тонн, увеличившись по сравнению с 2010 годом на 12,4 миллиона тонн (13 процентов). Экспорт стал крупнейшим сектором потребления российских энергетических углей, а доля поставки на отечественные ТЭС снизилась с 39,8 до 31,4 процента.

Сегодня 90 процентов суммарного ежегодного объема потребления угольного топлива на ТЭС России составляют низкокачественные угли, высококачественные марки идут на экспорт. Несмотря на то что объемы обогащения энергетических углей в России в последние годы увеличиваются, обогащенные угли на российские станции как не поставлялись, так и не поставляются.

Конкурирует экспорт с внутренними потребителями и на рынке полувагонов. Приоритетом для угольных компаний является удовлетворение экспортного спроса, и лишь оставшийся вагонный парк используется для поставок внутренним потребителям.

На внутреннем рынке возник дефицит качественных углей марок СС и Т. Участились случаи, когда электростанции не могут приобрести нужный уголь в необходимом количестве либо поставщики предлагают его по ценам, не удовлетворяющим ценовым ограничениям на электроэнергию. В итоге, началось использование на ТЭС непроектных марок углей и даже отходов углеобогащения и угледобычи, что повышает аварийность работы оборудования.

Например, на Черепетской ГРЭС проведена апробация сжигания смеси отходов и угля, а также импортных экибастузских углей, на Кемеровских ТЭС – апробация сжигания марок Г/Д вместо Т/СС, на Южно-Кузбасской ГРЭС и Западно-Сибирской ТЭС – апробация сжигания промпродукта (отходов обогащения коксующихся углей).

Основные угли, потребляемые на ТЭС России, – кузнецкие, канско-ачинские и импортные экибастузские. Их совокупная доля в суммарном объеме поставок составляет около 60 процентов. При этом объемы поставок кузнецких углей снижаются, канско-ачинских и экибастузских – растут. В 2011 году импортный экибастузский уголь вышел на первое место по объемам поставки на ТЭС России, опередив крупнейшие российские угольные бассейны.

– Итак, качественный энергетический уголь России идет на экспорт, в то время как отечественные станции вынуждены довольствоваться тем, что не востребовано за рубежом. Связано ли это с более благоприятной ценовой конъюнктурой на внешнем рынке? Или есть и другие причины?

– Действующие угольные электростанции (за редким исключением) построены в расчете на «проектный» уголь конкретных месторождений, а высококачественный уголь нужен современным угольным станциям на чистых угольных технологиях, которых в нашей электроэнергетике нет. Чтобы создать спрос на высококачественный энергетический уголь, нужно модернизировать угольную энергетику страны.

Слабые стимулы по сдерживанию цен на оптовом рынке, его несовершенство и неэффективность провоцируют пассивность генераторов. Им невыгодно оптимизировать топливообеспечение, поскольку они уверены, что все затраты на уголь будут включены в цену на электроэнергию.

– Насколько велика доля угольной генерации в энергобалансе РФ?

– На электростанциях России ежегодно производится более 1 триллиона кВт-ч электроэнергии, в том числе 68 процентов – на тепловых электростанциях, большинство из которых работает на природном газе. Производство электроэнергии на угле в России составляет около 200 миллиардов кВт-ч (примерно одна пятая в структуре производства).

Структура производства электроэнергии по видам генерации в разных регионах России неоднородна. Если в европейской части, включая Урал, тепловая энергетика ориентирована в основном на газ и доля угля незначительна (менее 10 процентов), то в Сибири и на Дальнем Востоке каждый второй киловатт-час производится на угле.

Прирост энергопотребления в России за последние десять лет составил 20 процентов, и в основном он был обеспечен газовой генерацией. Уголь в то же время постепенно проигрывал на внутреннем рынке межтопливную конкуренцию газу.

– Утвержденная пять лет назад Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики подразумевала интенсивный рост доли угля в генерации. Скорректированный вариант документа предусматривает более скромные показатели. Значит ли это, что выравнивание энергобаланса в пользу угля отходит на второй план? Как обстоят дела с модернизационными проектами, «заточенными» именно под добычу угля для российского потребителя?

– В первоначальных стратегических документах развития отрасли –«Энергетической стратегии России на период до 2020 года» (2003 год) и «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 года» (2008 год) – была дана целевая установка на опережающее развитие угольной генерации. Но в «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» (2009 год), «Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики на период до 2020 года с перспективой до 2030 года» (2010 год) и «Долгосрочной программе развития угольной промышленности на период до 2030 года» (2012 год) вектор «опережающего развития угольной генерации» изменился на «незначительный темп роста».

Показательно, насколько целевая цифра потребления угля на ТЭС России в 2030 году, предусмотренная в последнем документе, ниже аналогичной цифры «Энергостратегии 2030»: 102 и 158 миллионов тонн, соответственно!

Прогноз объемов потребления угля в электроэнергетике России, разработанный в «Долгосрочной программе развития угольной промышленности до 2030 года», основан на данных «Генсхемы 2030» и учитывает фактические планы генерирующих компаний по вводу новых и модернизации действующих угольных мощностей, объем которых суммарно составит 26,1 ГВт до 2030 года.

Все они будут основаны на «чистых» угольных технологиях – суперсверхкритических параметрах пара (ССКП), циркулирующем кипящем слое (ЦКС), газификации угля и так далее, так как рост платы за выбросы загрязняющих веществ и возможное введение платы за выбросы СО2 сделают применение традиционных технологий еще более неконкурентоспособным.

В планах на 2012‑2020 годы – реализация пилотных проектов современных технологий сжигания угля на ТЭС, необходимых для последующего промышленного освоения. Например, заканчивается строительство энергоблока ЦКС 330 МВт на Новочеркасской ГРЭС. Проекты ССКП находятся на стадии НИОКР.

Россия отстает от европейских стран, Китая, США в области внедрения «чистых» угольных технологий, но вектор государственной политики направлен на поддержку развития внутреннего рынка угля. Не зря на январском совещании по развитию угольной промышленности в Кемерове органы исполнительной власти субъектов РФ услышали рекомендацию предусматривать максимально возможное использование угля для снабжения ТЭС при подготовке стратегий развития. Генерирующим и угольным компаниям рекомендовано скоординировать свои программы развития с министерствами и ведомствами, чтобы учесть модернизацию угольных ТЭС для использования обогащенного угля в качестве основного топлива.

– Что мешает выполнению этой задачи?

– Общественность, экспертное сообщество опасаются поддерживать развитие угольной генерации из экологических и экономических соображений.

Сейчас угольный киловатт-час дороже газового, поскольку цена угля ниже цены газа в условном топливе примерно в полтора раза, а для достижения конкурентоспособности угля это ценовое соотношение должно быть минимум два-три, поскольку суммарные затраты угольных ТЭС значительно выше. Так, в европейской части России себестоимость производства электроэнергии угольной генерацией составляет примерно 1,6 рубля за киловатт-час, а газовой генерацией – примерно 1,1.

Введение же механизма net-back, обеспечивающего равную доходность поставок газа на внешний и внутренний рынки и, соответственно, повышающего конкурентоспособность угля, постоянно откладывается, в настоящее время – на перспективу после 2021 года.

Далее, для успешного развития угольной генерации необходимо обеспечить гарантированные поставки проектного угольного топлива на ТЭС России, а также улучшить координацию грузоперевозок, конкуренцию операторов и снизить вагонную составляющую стоимости железнодорожных перевозок угля на ТЭС, которая резко выросла после реформы ОАО «РЖД» и приватизации вагонного парка.

Еще одним барьером на пути развития угольной генерации является низкий уровень утилизации золошлаковых отходов. Для того чтобы развернуть общественное мнение в сторону угольной генерации, необходимо убедить общество в том, что твердотопливная энергетика на новых технологиях не будет продуцировать отходы, а способна их утилизировать с получением энергии и продуктов углехимии с высокой добавленной стоимостью.

Необходимо разработать и утвердить на государственном уровне эффективную стратегию развития угольной генерации России на базе современных «чистых» угольных технологий и энерготехнологических комплексов в рамках Государственной программы развития электроэнергетики России с учетом возможного наращивания потенциала совместного взаимодействия со странами СНГ и Прибалтики в сфере ТЭКа.

Увеличение потребления низкокачественных углей и отходов угольного производства должно быть обращено в преимущество угольной генерации. Твердотопливная энергетика на основе экологически «чистых» технологий может стать «фабрикой» по утилизации некондиционного сырья, промышленных и бытовых отходов.

Необходимо перейти к комбинированному безотходному производству энергии и высокоценных продуктов углехимии: полигенерационный цикл в рамках энерготехнологических комплексов производства электрической и тепловой энергии и продуктов углехимии с высокой добавленной стоимостью (коксовая продукция, углеродные сорбенты, брикетированное топливо, СЖТ, метанол, удобрения, полиметаллоконцентраты, строительные материалы, дефицитные попутные газы (азот, жидкий аргон, кислород) и др.).

– Как работает стратегия поддержки угольных инноваций на практике?

– Сегодня инновационное развитие угольной энергетики активно поддерживается правительством России через три основных инструмента. Во‑первых, это технологические платформы, в том числе «Экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности» (координатор – ВТИ) и «Малая распределенная энергетика» (координатор – ЗАО «АПБЭ»). Во-вторых, программы инновационного развития генерирующих компаний, включающие проекты внедрения «чистых» угольных технологий (координаторы – «Интер РАО ЕЭС», «Газпром энергохолдинг», «РАО ЭС Востока»). И наконец, инновационные территориальные кластеры, в первую очередь – создающийся в главном угледобывающем регионе России кузбасский кластер «Комплексная переработка угля и техногенных отходов».

Стратегия по развитию кузбасского кластера включает проекты по созданию энергогенерирующих, энерготехнологических комплексов с глубокой переработкой угля на базе Менчерепского месторождения; энерготехнологического комплекса «Караканский» с глубокой переработкой угля; пятидесяти комплексов по переработке отходов углеобогащения на основе водоугольного топлива; десяти энерготехнологических комплексов малой распределенной энергетики; строительство пяти заводов по комплексной переработке техногенных отходов. Кроме того, в рамках инновационного кластера на базе технологической платформы «Малая распределенная энергетика» намечена организация Координационного центра по развитию инновационных технологий использования угля на объектах малой генерации (координаторы – ЗАО «АПБЭ» и Институт теплофизики СО РАН).

Тепловые электростанции вырабатывают в нашей стране около 80% электроэнергии. Эти станции работают на каменном угле, торфе, сланцах, природном газе. Рассмотрим, к примеру, принцип работы тепловой электростанции на каменном угле. Каменный уголь привозится к станции по железной дороге, разгружается и складируется.

Известно, что крупные куски угля горят плохо и медленно

Существенно улучшить процесс горения можно, сжигая угольную пыль. Поэтому привезенный уголь сначала измельчают, а затем в шаровых мельницах тяжелые стальные шары превращают кусочки угля в мельчайшую пыль. Потоком горячего воздуха эта пыль вдувается в топку парового котла через специальные горелки. Сгорая на лету, пыль превращается в яркий факел пламени с температурой горения до 1500 градусов. Пламя нагревает воду в тонких трубках, которыми изнутри покрыты боковые стенки котельной топки. Раскаленные топочные газы устремляются по дымоходу, встречая на своем пути кипятильные трубки.

В них нагретая пламенем вода превращается в пар

Далее газы попадают в экономайзер – устройство для пополнения запасов воды в котле, и подогревают в нем воду. Затем газы попадают в подогреватель воздуха, в котором нагревается воздух, поступающий вместе с угольной пылью в горелки котлов.

Уголь прекрасно горит, если в топке хорошая тяга. Сильную тягу дает высокая труба. Однако для мощных котлов трубы оказывается недостаточно – приходится дополнительно устанавливать мощные дымососы. Дымовые газы несут в себе много золы. Поэтому их очищают в золоуловителях, а золу отвозят в золоотвалы.

Сложность приведенного процесса сжигания угля полностью оправдывается высоким к.п.д. такой тепловой электростанции – до 90% тепла, заключенного в угле преобразуется в электрическую энергию .

Итак, топливо сгорело, передав свою энергию воде. Вода в котле превратилась в пар. Но этот пар еще нельзя пускать в турбину – он недостаточно горяч и, остывая, быстро превратиться в капли воды. Поэтому пар попадает в змеевики пароперегревателя, расположенного в дымоходе между кипятильными трубами и экономайзером. Там пар дополнительно нагревается до очень высокой температуры 500-600 градусов при давлении в 150-250 атмосфер. Такой сжатый и перегретый пар по паропроводам направляется в паровые турбины .

Турбины на тепловых электростанциях бывают не только разной мощности, но и различной конструкции. Существуют малые одноступенчатые турбины мощностью в десятки киловатт. А есть и многоступенчатые турбины – гиганты мощностью от 500 до 1500 киловатт.

Чем выше температура и давление пара на входе в турбину и чем ниже они на выходе, тем больше энергии пара использует турбина.

Чтобы снизить температуру и давление пара на выходе из турбины, его не выпускают в воздух, а направляют в конденсатор. Внутри конденсатора по тонким латунным трубкам циркулирует холодная вода. Она охлаждает пар, превращая его в воду, называемую конденсатом. От этого давление в конденсаторе становится в 10-15 раз ниже атмосферного.

Итак, пар, отдавший практически всю свою энергию, превращается в конденсат – очень чистую воду, не содержащую химических, или механических примесей. Эта очищенная вода нужна в котлах, поэтому конденсат вновь закачивают в котел, замыкая цикл движения воды на тепловой станции.

Обычно мощная паровая турбина имеет скорость 3000 оборотов в минуту и ее вал напрямую соединен с валом электрического генератора, вырабатывающего трехфазный переменный ток частотой 50 периодов в секунду и напряжением 10-15 тысяч вольт. Электроэнергия – основной и главнейший продукт тепловой электростанции.

На большинстве станций выработанная электроэнергия делится на три потока

Часть ее направляется по кабелю потребителям, расположенным неподалеку. Другая небольшая часть – до 8% — идет на удовлетворение собственных технологических нужд станции. Большая же часть выработанной электроэнергии предназначается для городов и промышленных предприятий, находящихся на большом удалении – в десятках и сотнях километров от станции. На большие расстояния электроэнергию передают по высоковольтным линиям при напряжении 110, 220, 400, 500 и 800 тысяч вольт. Для создания такого высокого напряжения на станции есть повышающая трансформаторная подстанция и распределительное устройство высокого напряжения. От него к городам и предприятиям расходятся высоковольтные линии электропередач.

Описанная электростанция имеет замкнутый водяной цикл, производит только электрический ток и называется «конденсационной» (поскольку весь пар попадает в конденсатор).

Однако помимо электроэнергии нужен еще и пар и горячая вода. Для их получения на электростанциях устанавливают специальные теплофикационные турбины. Они состоят из двух частей – цилиндров высокого и низкого давления. Отрабатывает пар в цилиндре высокого давления, а в цилиндр низкого давления поступает уже только часть пара. Другую часть из турбины отбирают и направляют в теплообменник. Там очень горячий турбинный пар нагревает воду, превращая ее во вторичный пар. Затем турбинный пар идет дальше своей дорогой в конденсатор, а вторичный пар направляется потребителю.

В городе часть вторичного пара попадает в теплообменники – бойлеры, в которых нагревает воду для отопления помещений и бытовых нужд в жилых домах.

Тепловые электростанции, которые одновременно дают электрическую энергию и тепло, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Конденсационные электростанции выгодно строить вблизи богатых угольных месторождений, торфяных болот, если рядом есть подходящие водоемы.

Несмотря на удаленность такой станции от города, передавать по проводам электрический ток оказывается значительно проще и выгоднее, нежели возить топливо (торф, уголь и т.п.).

А возле городов и крупных заводов выгодно строить ТЭЦ. Эти станции снабдят город и теплом и электричеством. Современные ТЭЦ, работающие на природном газе, практически не загрязняют воздух и являются незаменимыми спутниками любого города, или крупного промышленного предприятия. Кроме того, строительство тепловой электростанции обходится значительно дешевле и занимает меньше времени, чем, например, строительство ГЭС . Газовые ТЭЦ могут быть быстро построены в любом районе, являясь наиболее безопасным источником энергии.

Просто о сложном – Тепловая электростанция для производства электроэнергии

Галерея изображений, картинки, фотографии.
Тепловая электростанция – основы, возможности, перспективы, развитие.
Интересные факты, полезная информация.
Зеленые новости – Тепловая электростанция.
Ссылки на материалы и источники – Тепловая электростанция для производства электроэнергии.

Похожие записи

С 2000 года генерирующая мощность на угле в мире удвоилась до 2000 ГВт в результате взрывного роста инвестпроектов в Китае и Индии. Еще 200 ГВт строится и 450 ГВт запланировано по всему миру. В последние десятилетия угольные электростанции вырабатывают 40−41% электроэнергии в мире - самую большую долю в сравнении с другими типами генерации. В то же время пик выработки электроэнергии из угля был достигнут в 2014 г. и сейчас начался девятый вал снижения загрузки действующих ТЭС и их закрытия. Об этом в обзоре Carbon Brief.

В последние десятилетия угольные электростанции вырабатывают 40−41% электроэнергии в мире - самую большую долю в сравнении с другими типами генерации.

В то же время пик выработки электроэнергии из угля был достигнут в 2014 г. и сейчас начался девятый вал снижения загрузки действующих ТЭС и их закрытия. За несколько лет в ЕС и США были закрыты 200 ГВт, еще 170 ГВт должны быть остановлены до 2030 г. По состоянию на 9 апреля 2018 года, 27 стран присоединились к Альянсу поэтапного отказа от угольной генерации, из которых 13 стран имеют действующие электростанции.

Отметим, что с 2010 г. по 2017 г. только 34% запланированных угольных мощностей были построены или переведены в состояние строительства (873 ГВт), тогда как 1700 ГВт было отменено или отложено, сообщает CoalSwarm. Например, тендер на строительство одной новой станции может привлечь несколько заявок, каждая из которых будет засчитана в «плановую мощность».

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), все станции на необработанном угле должны закрыться в течение нескольких десятилетий, если потепление должно быть ограничено менее чем на 2C выше доиндустриальных температур. Чтобы пролить свет на эту историю, Carbon Brief составил карту прошлого, настоящего и будущего всех угольных электростанций мира по данным на февраль 2018 года (https://www.carbonbrief.org/mapped-worlds-coal-power-plants), которая показывает все угольные ТЭС свыше 30 МВт каждая, работавших в период 2000−2017 гг., а также местоположение планируемых. Карта включает около 10000 закрытых, действующих и планируемых угольных установок общей мощностью 4567 ГВт, из которых 1,996 ГВт работает сегодня, 210 ГВт находится в стадии строительства, 443 ГВт планируется, 2,387 ГВт выбывает и 1,681 ГВт было предложено построить, но затем отменено с 2010 года в 95 странах мира. В мире насчитывается также порядка 27 ГВт малых угольных ТЭС — до 30 МВт каждая.

Рост угольной мощности

Угольная генерация - это, прежде всего, обещание дешевой электроэнергии для стимулирования экономического роста. Мировые мощности по угольной генерации росли ежегодно в период 2000−2017 гг., почти удвоившись с 1,063 ГВт до 1,995 ГВт. На угле производят 40−41% мирового электричества, наибольшую долю в последние десятилетия. Сегодня угольную энергетику используют 77 стран мира по сравнению с 65 в 2000 г. Еще 13 планируют вступить в клуб угольной энергетики.

Выбросов CO2 от существующих установок достаточно, чтобы нарушить углеродный бюджет на 1,5 или 2 градуса по Цельсию. Согласно исследованию, эти ограничения означали бы отсутствие новых угольных электростанций и досрочное закрытие 20% флота угольной генерации. По данным МЭА, все ТЭС на необогащенном угле должны будут закрыться к 2040 г., чтобы мир мог оставаться «значительно ниже» роста на 2 градуса по цельсию. Это означало бы закрытие 100 ГВт угольной мощности каждый год в течение 20 лет или примерно одного угольного блока каждый день до 2040 г.

Тем не менее, газетные заголовки и энергетические прогнозы предполагают, что рост угля не остановится. Эти мрачные перспективы ухудшения климата сдерживаются признаками быстрых изменений в энергетике. Конвейер строящихся или запланированных угольных блоков сократился вдвое с 2015 г. Темпы закрытия ТЭС ускоряются, достигнув суммарного уровня в 197 ГВт между 2010 и 2017 гг.

Замедление темпов роста угля

МЭА считает, что пик инвестиций в мировую угольную энергетику уже пройден и отрасль перешла в фазу «драматического замедления». В отчете МЭА говорится, что Китай, который обеспечивает большую часть нынешнего прироста, больше не нуждается в новых ТЭС.

Провал в инвестициях означает, что рост угольной мощности замедляется. И если в 2011 г. в мире было введено 82 ГВт, то в 2017 г. - лишь 34 ГВт.

Число вновь строящихся станций с каждым годом сокращается все быстрее, на 73% с 2015 г., согласно последнему годовому отчету CoalSwarm, Greenpeace и Sierra Club. Китай закрывает многие сотни мелких, старых и менее эффективных установок, заменяя их более крупными и эффективными. Все это означает, чтоглобальная мощность угольной генерацииможет достичь пика уже в 2022 г., говорится в отчете о состоянии отрасли МЭА.

Пиковые выбросы CO2

Данные МЭА показывают, что выбросы CO2 от угольной энергетики, возможно, уже достигли своего пика в 2014 г ., несмотря на то, что угольная мощность продолжает расти. Выбросы угольного CO2 упали на 3,9% в период 2014−2016 гг., производство угля на 4,3%.

Поскольку мощность угля продолжает увеличиваться, существующие угольные электростанции работают меньше часов. В среднем мировые угольные электростанции работали примерно половину времени в 2016 г., с коэффициентом загрузки 52,5%. Аналогичная тенденция наблюдается в США (52%), ЕС (46%), Китае (49%) и Индии (60%).

Также ряд других факторов влияет на взаимосвязь между угольными ТЭС и выбросами CO2. К ним относятся тип угля и технологии сжигания, используемые каждой установкой. ТЭС, сжигающие низкокачественный лигнит, могут выделять до 1200 тонн CO2 в ГВт*ч вырабатываемой электроэнергии. Высококачественный уголь выделяет меньше выбросов.

Технология сжигания также важна, от менее эффективных «подкритических» установок до ультра-сверхкритических систем, которые повышают эффективность работы котла при более высоких давлениях. Самые старые и наименее эффективные подкритические установки работают с КПД 35%. Новые технологии поднимают этот показатель до 40%, а ультра-сверхкритические до 45% (HELE).

Однако, по данным Всемирной угольной Ассоциации, даже угольные блоки HELE выбрасывают около 800tCO2/ГВт. Это примерно в два раза выше выбросов газовой электростанции и порядка в 50−100 раз выше атомной, ветровой и солнечной. МЭА не видит дальнейшей перспективы для угольной энергетики в сценариях до «2C», поскольку остаточные выбросы слишком высоки, даже при использовании улавливания и хранения углерода.

В 2017 г. произошел небольшой всплеск производства угля и выбросов CO2, вызванный ростом выработки в Китае, хотя они остаются ниже пика 2014 г.

Эрозия угольной экономики

Низкий уровень загрузки электростанций (ЧЧИ) является «коррозийным» для экономики угольных ТЭС. В целом они рассчитаны на эксплуатацию не менее 80% времени, так как имеют относительно высокие постоянные затраты. Это также является основой сметы расходов на строительство нового угольного блока, в то время как меньшая загрузка повышает затраты на единицу электроэнергии. Динамика падения ЧЧИ особенно токсична для операторов угольных электростанций, конкурирующих с быстро падающими ценами на возобновляемые источники энергии, дешевым газом в США и растущими ценами на уголь в ЕС. Ограничения на поставки угля повышают цены на уголь, что еще больше подрывает любые сохраняющиеся преимущества по сравнению с альтернативами.

Новые экологические нормы увеличивают стоимость угольных электростанций во многих юрисдикциях от ЕС до Индии и Индонезии. Владельцы угольных станций должны инвестировать в очистные сооружения, чтобы соответствовать более высоким экологическим стандартам, или закрыть свои грязные ТЭС в целом. Такое сочетание факторов означает, что большинство станций существующего угольного «флота» в ЕС и даже в Индии сталкивается с серьезными экономическими проблемами, согласно Financial thinktank Carbon Tracker. Было установлено, что к 2030 г., например, почти все угольные ТЭС ЕС будут убыточными. Основатель Bloomberg New Energy Finance Майкл Либрейх говорит, что уголь сталкивается с двумя «переломными моментами». Первый — когда новая возобновляемая энергия становится дешевле новых угольных ТЭС, что уже произошло в нескольких регионах. Второй, когда новые возобновляемые источники энергии — дешевле действующих угольных электростанций.

Обратите внимание, чтоугольные ТЭС могут продолжать работать в неблагоприятных экономических условиях, например, при доплате за мощность. Такую практику ввел ряд стран ЕС в 2018 г.

В 2018 г. Китай, Вьетнам и Таиланд полностью отменили доплату за солнечную генерацию. Филиппины и Индонезия существеннно ее сократили. А в Индии солнечная генерация - уже дешевле угольной. То есть, в условиях реальной конкуренции угольная генерация в странах Юго-Восточной Азии уже проигрывает ВИЭ и будет развиваться медленнее запланированного.

Ключевые страны и регионы

77 стран используют уголь для производства электроэнергии по сравнению с 65 странами в 2000 г. С тех пор 13 стран построили угольные мощности и всего одна страна - Бельгия - закрыла их. Еще 13 стран, на долю которых приходится 3% нынешних мощностей, обязались к 2030 г. отказаться от угля в рамках “Альянса оставивших уголь в прошлом”, возглавляемого Великобританией и Канадой. Между тем, 13 стран надеются еще присоединиться к угольному энергетическому клубу.

Топ-10 стран мира, показанных в левой стороне таблицы ниже, составляют 86% от общего количества работающих электростанций на угле. Справа в Таблице — Топ-10 стран, планирующих строительство 64% мощностей на угле в мире.

Страна/действующие МВт/доля в мире Страна/строящиеся МВт/доля

Китай 935,472 47% Китай 210,903 32%

США 278,823 14% Индия 131,359 20%

Индия 214,910 11% Вьетнам 46,425 7%

Германия 50,400 3% Турция 42,890 7%

Россия 48,690 2% Индонезия 34,405 5%

Япония 44,578 2% Бангладеш 21,998 3%

Южная Африка 41,307 2% Япония 18,575 3%

Южная Корея 37,973 2% Египет 14,640 2%

Польша 29,401 1% Пакистан 12,385 2%

Индонезия 28,584 1% Филиппины 12,141 2%

Китай имеет самый большой действуюбщий флот угольной генерации и является домом для создания самого мощного конвейера строящихся 97 ГВт в радиусе 250 км вдоль дельты реки Янцзы вокруг Шанхая. Это больше, чем уже существует в любой стране за исключением Индии и США. Россия имеет пятый по масштабу угольной генерации флот в мире, что составляет всего 2% мировой генерирующей мощности.

Китай

За прошедшие 20 лет наиболее значительные изменения произошли в Китае. Его флот угольной генерации вырос в пять раз в период между 2000 и 2017 гг. и достиг 935 ГВт или почти половину мировой мощности.

Китай также является крупнейшим в мире источником выбросов CO2 и использует половину потребляемого в мире угля, поэтому его будущий путь несоизмеримо важен для глобальных усилий в борьбе с изменением климата.

Промышленная активность и использование угля стимулировались до назначения Председателя Си «лидером на всю жизнь». Такая энергополитика может подтолкнуть рост выбросов CO2 к самым быстрым темпам в течение многих лет.

Тем не менее, некоторые аналитики говорят, что использование угля в Китае может сократиться вдвое к 2030 г. Правительство вводит в действие национальную схему торговли выбросами, а также закрывает и ограничивает ввод новой угольной энергетики в ответ на загрязнение воздуха и климатические проблемы. Это означает, что конвейер строящихся или планируемых угольных ТЭС в 2017 г. сократился на 70% к 2016 г., сообщает CoalSwarm.

Это также означает, что запланированные проекты вряд ли получат разрешения, необходимые для их строительства, говорит Лаури Милливирта, энергетический аналитик Greenpeace в Восточной Азии. «Многие из запланированных проектов в Китае и Индии фактически мертвы. В Индии они коммерчески неликвидны, никто в здравом уме не собирается их строить… в Китае это не имеет смысла, поскольку там уже есть слишком много мощности, профицит». По данным Управления энергетической информации США (EIA), мощность и производство угля в Китае более или менее достигли своего пика.

Индия

Второе по величине увеличение мощности с 2000 г. произошло в Индии, где угольный энергетический флот увеличился более чем в три раза до 215 ГВт. В последнее время состояние индийской угольной генерации резко ухудшилось. МЭА сократило свой прогноз спроса на индийский уголь из-за замедления роста спроса на электроэнергию и удешевления возобновляемых источников энергии. Некоторые станции 10 ГВ признаны «нежизнеспособными», другие 30 ГВт испытывают «стресс», по словам министра энергетики Индии в интервью Bloomberg в мае 2018 г. Это потому, что «революция возобновляемых источников энергии в Индии толкает уголь с долгового обрыва», — пишет Мэтью Грей, аналитик Carbon Tracker.

Последний национальный план Индии в области электроэнергетики нацелен на выбытие 48 ГВт угольных ТЭС, отчасти из-за новых экологических норм. Он также предусматривает ввод 94 ГВт новых мощностей, но эту цифру ключевые аналитики мира считают нереальной. Страна запланировала ввод 44 ГВт проектов, из которых 17 ГВт были приостановлены на долгие годы. «В Индии возобновляемые источники энергии могут уже поставлять энергию по более низкой цене, чем новые и даже большинство существующих угольных ТЭС »,- говорят Лаури Милливирта, энергетический аналитик Greenpeace в Восточной Азии.

США

Волна выбытия старых мощностей сократила угольную генерацию США на 61 ГВт за шесть лет, и еще 58 ГВт планируется закрыть, отмечает Coal Swarm. Это уменьшит угольный флот США на две пятых, с 327 ГВт в 2000 г. до 220 ГВт в будущем или ниже.

Одним из способов сохранения отрасли являются заявленные планы администрации Трампа по спасению убыточных угольных электростанций по соображениям национальной безопасности с целью поддержания надежности системы с помощью доплат за мощность Bloomberg характеризует их как «беспрецедентное вмешательство в энергетические рынки США».

С другой стороны, рыночные условия в настоящее время благоприятствуют газовым электростанциям и возобновляемым источникам энергии. Новых угольных мощностей в США нет. Ожидается, что вывод угольных мощностей в 2018 г. составит 18 ГВт. В прошлом году потребление угля в энергетическом секторе США было самым низким с 1982 г.

Евросоюз

Учитывая планы ЕС по поэтапному отказу от угля, флот угольной генерации союза должен сократиться до 100 ГВт к 2030 г., то есть, наполовину от суммарной мощности 2000 г. Наряду с Канадой, страны ЕС возглавляют Альянс по поэтапному отказу от угля. Великобритания, Франция, Италия, Нидерланды, Португалия, Австрия, Ирландия, Дания, Швеция и Финляндия объявили о поэтапной ликвидации угольных ТЭС до 2030 г. Их мощности составляют 42 ГВт, включая недавно построенные ТЭС.

При этом четвертый и девятый по величине национальный угольный генерирующий флот в мире находится в государствах-членах ЕС, а именно 50 ГВт в Германии и 29 ГВт в Польше. Комиссия ЕС по установлению даты прекращения поставок электроэнергии из угля для Германии начала работать, хотя сетевой оператор страны говорит, что только половина угольного флота может быть закрыта к 2030 г. без ущерба для энергетической безопасности. Польша просто пообещала, что не будет строить новые угольные ТЭС сверх того, что уже строится.

Исследования МЭА показали, что все угольные ТЭС ЕС должны закрыться к 2030 г., чтобы достичь целей Парижского Соглашения. Рост цен на СО2, как ожидается, приведет к переходу от угля к газу уже в этом году, при условии подходящей цены и наличия газа.

Другие ключевые страны

Другие Азиатские страны, включая Южную Корею, Японию, Вьетнам, Индонезию, Бангладеш, Пакистан и Филиппины, коллективно удвоили свой угольный генерирующий флот с 2000 г., достигнув 185 ГВт в 2017 г. Суммарно эти страны самостоятельно построят 50 ГВт новых ТЭС и еще 128 ГВт запланированы за счет финансирования и участия в строительстве Китая, Японии и Южной Кореи.

Во многих из этих стран наблюдаются смешанные признаки использования угля. Например, последний проект Национального энергетического плана Японии учитывает значительную роль угля в 2030 г., в то время как Парижское Соглашение означает, что к тому времени Токио должен поэтапно отказаться от угля, отмечает Climate Analytics.

Вьетнам является третьей страной по запланированному объему угольной генерации — 46 ГВт, из которых 11 ГВт уже строится. «Тем не менее, правительство все больше инвестирует в изменение этой траектории», — пишет Алекс Перера, заместитель директора по энергетике в The World Resources Institute.- «Вьетнам обеспечивает интересное и важное сочетание условий, которые позволят перейти к чистой энергии: обязательства правительства по возобновляемым источникам энергии и частного сектора, стремящегося достичь все более строгих целей в области чистой энергии».

Правительство Индонезии запретило строительство новых угольных станций на наиболее густонаселенном острове Ява. Государственная коммунальная компания была подвергнута критике за «масштабное завышение прогноза роста спроса на электроэнергию» с целью оправдать планы по вводу новых угольных ТЭС.

Турция имеет значительные планы по расширению угольного флота. Однако в настоящее время строится только 1 ГВт из запланированного конвейера в 43 ГВт.

Другая страна с большими планами — Египет, у которого нет ни угольных станций, ни своих месторождений угля. Обратите внимание, что ни один из 15 ГВт запланированной новой мощности не вышел за пределы самой ранней стадии согласований, не получил никаких разрешений и не строится.

Южная Африка располагает крупными угольными месторождениями и седьмым по мощности угольным энергетическим флотом в мире. ЮАР строит 6 ГВт новых ТЭС и планирует ввести еще 6 ГВт. Однако после выборов Кирилла Рамафосы в начале этого года, политические настроения в стране меняются, и в апреле были подписаны долгосрочные сделки по строительству ВИЭ на сумму $4,7 млрд. Нетипично, что южноафриканская тяжелая промышленность отдает предпочтение возобновляемым источникам энергии в пику продолжающемуся развитию угольной генерации. Причина в том, что новые угольные станции будут дороже ВИЭ, — полагают эксперты. Законодательные дискуссии вокруг роли угля в новом плане инвестиций в энергетику Южной Африки пройдут позднее этим летом.

В Калининградской области реализуется проект, который поставит точку в вопросах энергобезопасности анклавного региона России. Речь о строительстве новых электростанций. Три будут работать на газе, одна (резервная) - на угле. При этом технологии, применяемые на новых ТЭС, позволят свести к минимуму воздействие на окружающую среду. Корреспондент калининградских «Вестей» Руслан Смолин побывал в Красноярске, где четыре года назад был введён в эксплуатацию новый энергоблок угольной станции.

В дни нашего визита на электростанцию, а это середина ноября, на улице было около минус 20. Из-за этого несколько раз дала сбой видеокамера. Но, если бы не мороз, этот белоснежный столб мы бы не увидели. Ведь из трубы идет не дым, а именно теплый пар.

ТЭЦ-3 - самая современная электростанция города на Енисее. Сначала станция обеспечивала только теплом, а с 2012 года - еще и электричеством. Новый энергоблок был построен, чтобы закрыть вопросы дефицита энергии.

Подача топлива в котельное отделение ТЭС осуществляется по закрытому конвейеру. Так будет и на электростанции под Калининградом.

За этим огромным кожухом - дорогостоящий электрофильтр, который производит очистку дымовых газов. После него в атмосферу попадет ничтожно малое количество выбросов, - ноль целых три десятых процента. Подобным оборудованием оснастят и угольную станцию в Калининградской области.

Петр Посаженников, заместитель главного инженера по эксплуатации: - По первости даже не понимание. Люди звонили и говорили: «У вас, что там блок отключился?». Да нет! У нас такая степень очистки. Просто не видно.

Татьяна Телешева, начальник химического цеха Красноярской ТЭЦ-3: - У нас сбросы никакие не происходят, всё идет в цикл замкнутый. Есть у нас и очистка ливневых стоков. То есть, все воды с крыш, дорог, промплощадки, все уходят на наши очистные сооружения. Там происходит очистка. Вода у нас соответствует всем нормам и ГОСТам.

Работа станции произвела впечатление на калининградского блогера Виталия Климова. В Сибирь он приехал, чтобы вблизи посмотреть на угольную станцию, и оценить правдивость самых популярных «страшилок».

Виталий Климов, блогер: - Очень поражен, на угольной станции очень чисто. Даже снег белый вокруг. В цехах во всех помещениях идеальная чистота, ни пылинки. Нет черных грузчиков, которые ходят и лопатами грузят уголь. Такое современное предприятие такого европейского уровня и местами говорят, что даже лучше.

Руслан Смолин, корреспондент: На Красноярской ТЭЦ-3 выходных не бывает. Она работает постоянно. В отличие от Приморской ТЭС в Калининградской области, которая будет резервным источником энергии на случай перебоев с поставками газа.