Второе рождение угля

Новые технологии переработки могут изменить энергетический баланс в пользу угля.
Фото из журнала «Wirtschafts Woche»

Известно, что эра угля началась в конце XIX века, когда его доля в мировом топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) превышала 50%. Он был топливом промышленной революции этого века. Но уже к 1980 году нефть вышла на первое место в мировом ТЭБ, а доля угля составила только 28,4%. «Эру угля» сменила «эра нефти», а теперь наступает «эра природного газа».

Уголь – топливо будущего

В 1950 году топливно-энергетический баланс СССР на 59,1% был представлен углем. Существуют четыре типа угля: торф, бурый уголь, битуминозный (жирный) уголь и антрацит. Различия между типами определяются разным содержанием углерода. Сжигание угля ведет к образованию больших количеств двуокиси углерода, серы, ртути и других вредных веществ. В этом плане уголь – самый худший из всех видов органического топлива.

Перспективы возрождения угля связаны с такими факторами, как наличие глобальных резервов, которых в целом должно хватить как минимум еще на 100 лет. Крупнейшие месторождения угля находятся как раз в тех странах, которые и являются сегодня наибольшими энергопотребителями, – США, Китай, государства бывшего СССР. И важно, что в отличие от нефти это стабильные в политическом отношении регионы. В России сосредоточено 5,5% мировых запасов угля, что составляет более 200 млрд. тонн. Из них 70% приходится на запасы бурого угля.

Наиболее полно перспективы и проблемы использования угля российской энергетикой в последнее время рассматривались в вышедшей в 2003 году в Ростове-на-Дону монографии «Минерально-сырьевая база углей Восточного Донбасса (в свете экономического развития европейской части России)».

В монографии отмечалось, что сложившаяся в нашей стране в последнее десятилетие структура топливно-энергетического баланса (газ – 50%, нефть – 30%, уголь – 12%, прочие источники – 8%) не может сохраняться долго вследствие сокращения запасов нефти и газа. Между тем гарантом энергетической безопасности России и особенно ее центральных регионов, по мнению авторов монографии, может служить уголь.

Безугольная Россия

Однако за последнее десятилетие добыча угля в России уменьшилась почти вдвое, что для отрасли означает катастрофу. Россия резко отстает от многих стран, широко использующих уголь в качестве главного энергетического продукта. Так, например, по данным монографии, доля угольного топлива в производстве электроэнергии составляет: в Польше – 90%, Австралии – 90%, Чехии – 70%, Китае – 72%, Германии – 54%, в США – 52%, тогда как в безмерно богатой углем России – всего лишь 12%. Анализ, проведенный Рабочей группой по вопросам государственной политики развития угольной отрасли Госсовета Российской Федерации, выявил ряд причин катастрофического положения в угледобывающей отрасли. К ним, в частности, относятся: диспропорция между директивно формируемыми ценами на природный газ и свободными рыночными ценами на уголь.

Новые технологии

Повышению уровня использования угля, в особенности бурого, в энергетике в свете необходимости сокращения норм выбросов в атмосферу «парниковых» газов могут послужить новые технологии. Надо сказать, что на пока единственной первой крупной международной конференции – International Freiberg Conference on IGCC and XtL Technologies, посвященной проблеме газификации угля при сниженном выбросе двуокиси углерода, состоявшейся летом прошлого года в немецком Фрайбурге, приняли участие 200 ученых и представителей делового мира из 19 стран мира. На этой конференции ее организатором, Институтом техники энергопереработки и химической инженерии Технического университета Горной академии города Фрайбурга, была представлена концепция электростанции на угле свободной от выбросов двуокиси углерода. А в начале июня с.г. в Германии началось строительство электростанции по производству электроэнергии из бурого угля при полном отсутствии выбросов двуокиси углерода. Проблема бурого угля состоит в том, что он самый крупный загрязнитель окружающей среды выбросами двуокиси углерода на каждый произведенный с его помощью кВт.ч. Поэтому его использование в Германии для нужд электроэнергетики после подписания и ратификации Киотского протокола запрещено. С другой стороны, Германия приняла закон о выходе из ядерной энергетики. Все действующие АЭС будут постепенно отключаться, а новых строить не будут. У каменного угля в Германии незавидное будущее. Субсидирование его добычи планируется прекратить. Альтернативная энергетика не оправдывает возлагавшихся на нее надежд, а «газовая» зависимость от импорта ставит массу вопросов в плане энергобезопасности.

Немецкий путь

Таким образом, с точки зрения ряда экспертов, спасителем Германии станет бурый уголь, запасы которого, особенно в восточной части Германии, весьма значительны, и их может хватить даже на несколько сотен лет. На сегодня он покрывает 11% всего энергопотребления немецкой экономики. Почти столько же приходится на каменный уголь. К 2020 году бурого угля немецкие ТЭС будут потреблять больше, чем каменного, поскольку дотации на его добычу будут отменены.

Поэтому перед немецкими инженерами и учеными была поставлена задача повысить кпд электростанций, использующих уголь, и одновременно уменьшить выбросы двуокиси углерода. Есть простой способ уменьшения выбросов CO2, сводящийся к улавливанию его в специальных химических установках до того, как он будет выброшен в атмосферу. В Германии все тепловые электростанции оснащены такими «отмывателями». Этот способ называется Postcombustion, или «после сгорания».

Сейчас в мире имеются два метода, повышающих уровень сжигания угля в топках электростанций и уменьшающих выброс двуокиси углерода. Это так называемые Oxefuel и Precombusion методики. Какая из методик лучше будет определяться в процессе эксплуатации опытных установок.

Самым «элегантным» считается метод Precombusion, или «до сгорания». Он сводится к тому, что уголь до подачи в топки превращается в газовую смесь. В обоих методах уголь сначала измельчают, а затем сушат и сжигают. В случае Precombusion уголь превращают в водород. В случае применения метода Oxefuel уголь сжигается в атмосфере кислорода. При этом двуокись углерода отделяется, а затем охлаждается и подавлением подвергается процессу сжижения. Таким образом, из испарительных башен ТЭС выделяется только водяной пар. Правда, встает вопрос, что делать с двуокисью углерода. В мировой практике принято ее закачивать в подземные хранилища. В Норвегии сжиженный CO2, получаемый при добыче природного газа, закачивается под морское дно. В Канаде он поступает в пласты, богатые нефтью, что увеличивает в них давление и повышает выход черного «золота».

В Германии проектами тепловых станций на новых методиках занимаются две фирмы. RWE планирует строительство в Эссене в 2008 году свободной от CO2 угольной электростанции стоимостью в миллиард евро. Фирма Valtenfall также в 2008 году запускает опытную установку, стоимость которой составляет 40 миллионов евро. И если эксперимент пройдет удачно, то будет построена на ее базе ТЭС с установленной мощностью в 300 МВт. Международное энергетическое агентство поддерживает такие проекты, усматривая энергетическое будущее именно в угольных электростанциях без CO2.

Условное топливо, или эквивалент – принятая при технико-экономических расчетах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива.

Теплота сгорания 1 кг твердого условного топлива равняется 29,3 МДж (7000 ккал), а тепловой коэффициент при этом равен 1,0.

Источник: ⌠Мировая экономика: учебное пособие■, Родионова И.А., 2005 г.

Источник: BMU