«Чистый» уголь — дань экологии

Не секрет, что сжигание угля на электростанциях наносит серьёзный ущерб экологии. Однако по прогнозам он останется одним из ключевых видов топлива — хотя бы из-за своей доступности и дешевизны относительно других источников энергии.

В современных условиях всё сложнее продолжать сжигать уголь и никак не заботиться об окружающей среде. Поэтому в мире придумали несколько способов трансформации чёрного топлива в так называемый «чистый» уголь.

Технологии сжигания «чистого» угля

При сжигании на электростанциях уголь образует газообразную эмиссию, состоящую из опасных для атмосферы веществ — углекислого газа, окиси азота и диоксида серы.

Учёные всего мира долго бились над разработкой технологии сжигания, которая бы снизила вредные выбросы в атмосферу. И пришли к успеху, причём ещё около 30 лет назад.

Однако популярность «чистые» технологии сжигания угля приобрели только после массового «экологическом бума». В чём их суть?

Начнём с того, что распространённый термин «чистый» уголь сам по себе немного некорректен, потому что в качестве топлива используется обычное полезное ископаемое, меняется лишь способ его сжигания.

Самая распространенная технология – газификация угля. Сначала топливо нагревают, в результате оно образует синтетический газ и твёрдый остаток. Затем полученный газ подаётся в генератор вместе с кислородом или сжатым воздухом.

Там вещество частично окисляется, образуя горючий газ. Как правило, он состоит из СО, Н₂, а также остатков золы и серы. Его очищают от ненужных примесей, а потом сжигают в камере газотурбинных установок, которые вырабатывают электроэнергию.

Метод газификации позволяет организовать более эффективный цикл производства электроэнергии по сравнению с обычным сжиганием в паровой турбине.

Эта технология позволяет свести к минимуму попадание вредных веществ в воздух, так как фактически они удаляются ещё до сжигания.

Есть ещё один метод, основанный на использовании в качестве окислителя для топлива чистый кислород. В электростанцию подают угольную пыль с очищенным от азота воздухом. В процессе сжигания образуется пар, который приводит в движение турбину.

Во время сжигания выделяются дымовые газы, но без опасных соединений азота – как раз-таки из-за сжигания в чистом кислороде. Правда, выделяются оксид серы, но его удаляют с помощью струи воды и известняка.

А выделяемый углекислый газ подвергается утилизации: его сжимают в специальном компрессоре и закачивают в ёмкость, которую отправляют в подземные хранилища. Обычно их возводят глубоко под землёй, чтобы газ не попадал в окружающую среду.

В качестве хранилищ можно использовать отработанные угольные месторождения, а также нефтяные и газовые месторождения (в том числе и действующие). Кроме того, углекислый газ можно закачивать в подземные резервуары солёной воды.

Экологичные ТЭС в мире

Под данным департамента США, в мире в 2010 году действовало 154 завода по газификации угля. Больше всего предприятий числилось в Китае, США и Германии.

Но непосредственно преобразованием угля занималось всего 30 заводов, остальные работали в сфере углехимии. Цифра, прямо скажем, небольшая.

Пожалуй, один из самых громких проектов внедрения технологии сжигания «чистого» угля пытались реализовать в США. Компания «Mississippi Power» хотела построить ТЭС мощностью 582 МВт под названием Kemper County.

На реализацию масштабного проекта почти 400 млн долларов выделили в департаменте энергетики США, ещё 800 млн долларов направили из бюджета штата Миссисипи.

В основе работы ТЭС Kemper County лежит технология комбинированного цикла с внутренней газификацией угля. Говоря простым языком, это объединённый метод превращения бурого угля в синтетический газ с одновременным улавливанием углекислого газа.

Планировалось, что ТЭС будет «собирать» свыше половины выбросов углерода, а вырабатываемый газ – приводить в действие мощную турбину. Такой механизм позволяет практически полностью исключить попадание загрязняющих веществ в окружающую среду.

Экологичную ТЭС хотели ввести в эксплуатацию в 2016 году, однако до конца реализовать проект так и не удалось. За семь лет строительства в «Mississippi Power» потратили около 7 млрд долларов –в 2 раза больше, чем ожидалось.

Попросив дополнительных средств, компания получила отказ. Проект «чистого» угля полностью остановили, а ТЭС Kemper County решили перевести на обычное сжигание газа.

Подобные проекты внедряются по всему миру, но происходит это точечно, да и станции не могут похвастаться особой мощностью.

Российский опыт

Не все знают, но первый проект по газификации угля в нашей стране разработали ещё в 1928 году, правда, касался он только подземных выработок.

Технология была основана на создании управляемого очага горения в угольном пласте с использованием дутья воздухом или кислородом. Газ, который выходит на поверхность земли, очищают от различных примесей и отправляют на парогазовую установку.

Преимущество данной технологии заключается в отсутствии необходимости транспортировки угля – весь процесс газификации проходит прямо под землёй.

В 1950-1990-ые годы в Советском союзе работало 10 станций, которые использовали полученный из-под земли газ. Например, в Кузбассе 40 лет отработала Южно-Абинская станция «Подземгаз».

Сейчас подобные станции закрыты, есть информация, что осталась работать только одна (на территории Узбекистана). В современной России внедрение технологии подземной газификации дальше создания проектов не зашло, в то время как в ряде стран, наоборот, начали проявлять к ней интерес.

Но это не говорит о том, что в России никак не решается вопрос экологии. Так, в Кемеровской области – регионе, который страдает от добычи угля больше всего, не так давно разработали программу «Чистый уголь – чистый Кузбасс».

Она подразумевает ввод экологического стандарта, в рамках которого планируется исключить провоз угля по дорогам общего пользования, а также переселить жителей близких к объектам добычи территорий.

Кроме того, в Кузбассе будут создаваться научно-образовательные кластеры мирового уровня, где планируется разработка инновационных природоохранных решений.

О переходе на технологии сжигания «чистого» угля серьёзных разговоров не ведётся. И во многом — из-за сложности её внедрения.

Дело в том, что для выработки «чистого» угля нужно строить отдельные электростанции с иной системой сжигания, а, значит, и новым оборудованием. Это значительно увеличивает капитальные затраты только строительство.

Вдобавок к этому, экологичная выработка электроэнергии требует гораздо больше угольных ресурсов. Поэтому для «прокорма» ТЭС нужно обеспечить увеличение объёмов добычи угля и его доставку на объект. Опять же, дополнительные расходы долгосрочного характера.

И это ещё не всё. Значительно увеличивает объём расходов создание мест захоронения отходов, что делает строительство экологичной ТЭС совершенно нерентабельным.

В совокупности повышается себестоимость электроэнергии, внедрение технологий для многих компаний выглядит, мягко говоря, не особо привлекательным. Поэтому и отдавать дань экологии никто не торопится.