Ресурси органічного палива в Україні

Підвищення ефективності використання енергетичного палива на ТЕС і ТЕЦ. В кінці минулого сторіччя через виникнення в світі глобальної системи охорони навколишнього середовища, екологічні, технологічні та фінансово-економічні аспекти провідні країни світу пішли на значне збільшення споживання в енергетиці газу і скорочення споживання вугілля. Цьому сприяло скасування обмежень використання газу на теплових електростанціях, а також поява сучасних ПГУ і газо-турбінних установок (ГТУ) на газі. При тому багато передових країн світу (США, Канада, Німеччина, Австралія та Японія) визнали дуже важливим збереження вугілля в паливному балансі теплової енергетики з продовженням його зростаючого використання у майбутньому. Це буде залежати від подальшого покращання економічних і екологічних показників та підвищення ККД вугільних ТЕС.

В результаті, усі ці країни запровадили останнім часом розробку програм чистих вугільних технологій. Зусилля зосереджуються, в основному, на технологіях, які включають використання пиловугільних блоків на ультранадкритичних параметрах, ПГУ і ЦКШ (циркулюючому киплячому шарі)  під тиском, газифікації вугілля у поєднанні з відновленням СО2 та ін. Існуючі натепер кращі пиловугільні паротурбінні ТЕС з традиційною технологією спалювання вугілля мають ККД на рівні 38% з питомими його витратами близько 300 г/кВт×год. Через відсутність резервів для вдосконалення парової турбіни і електрогенератора, подальше підвищення ККД таких ТЕС може бути досягнуто лише шляхом підвищення температури і тиску пари. Але такий шлях можна реалізувати виключно за рахунок використання в котлах і турбінах нових матеріалів і металів з покращеними фізико-механічними характеристиками. Використання високоякісних сплавів дає можливість (теоретично) одержати ККД до 45%, але це потребує дуже значних додаткових витрат. Однак на цей час в ряді країн Європи вже діють нові вугільні ТЕС з підвищеними початковими параметрами і ККД близько 45%. Зараз вважається реальним створення виключно ефективних і екологічно чистих технологій спалювання вугілля, які зможуть забезпечити ККД від 50-53%. Очікується також, що вже до 2030 р. більше 70% вугільних ТЕС в розвинутих країнах Заходу будуть мати ККД від 49 до 50%.

Роботи з вдосконалення технологій спалювання вугілля показали, що підвищення ККД і економічності вугільних ТЕС можливе з використанням т. з. комбінованого циклу з ПГУ і внутришньоцикловою газифікацію вугілля. Такі ТЕС найбільш економічні і екологічно чисті з числа пиловугільних. На цих електростанціях вугілля піддається газифікації і отриманий генераторний газ спалюється в ГТУ.

В процесі газифікації вугілля частка його енергії губиться, тому ККД таких електростанцій складає 46-48%, з перспективою збільшення до 50%. Великий досвід в цьому напрямі має Німеччина, яка, разом з розвитком атомної енергетики, значну увагу приділила використанню власного бурого та кам'яного вугілля. Виявлено, що при доволі високому ККД таких ТЕС обсяги викидів від них у навколишнє середовище в десятки раз менші, ніж у традиційних пиловугільних. В процесі газифікації може бути використане будь-яке низькосортне вугілля, відходи від збагачування вугілля та шлами. Питома вартість ТЕС з ПГУ і внутрішньоцикловою газифікацією вугілля при цьому така ж або навіть трохи менша ніж у традиційних пиловугільних ТЕС.

Інший спосіб підвищення ККД, теж з використанням комбіновного циклу, передбачає використання в одній технологічній схемі газової турбіни і звичайної паротурбінної установки на вугіллі. При цьому передбачається утилізація вихлопних газів ГТУ. ТЕС такого типу споруджені у ряді країн Європи і мають ККД на 2% вище ніж для традиційних, при цьому вартість інвестицій на 1 кВт встановленої потужності знизилася на 12%.

Аналіз набутого в світі досвіду показав, що тільки комбіноване використання парових та газових турбін може дозволити суттєво підвищити економічність ТЕС і ТЕЦ – до 60%, з перспективою збільшення до 75%.

Серед усіх видів електростанцій на органічному паливі парогазові найбільш економічні не тільки за ККД, але й за екологічною чистотою та ефективністю використання енергії палива. Крім того, вони мають виключно високі маневрові спроможності. Особливо привабливим виявилося використання парогазових систем з ГТУ при модернізації діючих паротурбінних теплових електростанцій, що знаходяться в експлуатації 30 і більше років. Така модернізація – цє перехід від вугілля і мазуту до природного газу шляхом використання ПГУ з ГТУ і КУ, які встановлюються замість існуючих старих парових котлів. У більшості випадків використовуються вже наявні на електростанції парові турбіни, генератори, конденсатори і системи охолоджувальної води. Залишаються, в основному без зміни, інші елементи устаткування, фундаменти і будівлі. За рахунок модернізації були досягнуті високі техніко-економічні показники – ККД таких теплоелектростанцій після реконструкції складав близько 54%.

В США була проведена широкомасштабна компанія з реконструкції і модернізації діючих теплових електростанцій – модернізовано більше 30 енергоблоків пиловугільних і газомазутних паротурбінних ТЕС і ТЕЦ. Загалом відзначено, що реконструкція із введенням в дію сучасних ПГУ з ГТУ та КУ дозволяє у ряді випадків на 20% підвищити загальний тепловий ККД станції з підвищенням втричі її потужності. При цьому витрати на 1 кВт встановленої потужності, у випадку модернізації старих ТЕС із створенням парогазових, становлять близько 290 доларів США, проти 530 при будівництві нових парогазових станцій і 930 доларів США при будівництві нових пиловугільних ТЕС.

Парогазові теплоелектростанції успішно використовуються у США для забезпечення зростаючої потреби у піковій та напівпіковій потужностях. Зараз у США і ряді країн ЄС збудовано значне число середніх і великих парогазових ТЕС і ТЕЦ на природному газі потужністю 150-650 МВт. Знайшли також широке поширення невеликі парогазові ТЕС електричною потужністю від 410 кВт до 31 МВт, при тепловій потужності від 600 кВт до 31 МВт з ККД близько 50%, оснащені ГТУ, дизелями і паротурбінними установками. Таю ТЕС при робогі на газі і мазуті (резервне паливо) екологічно чисті і високоекономічні в широкому діапазоні умов використання. За наявності сховищ газу і можливості їх використання, технічно і організаційно можна забезпечити безперебійне постачання газу на такі ТЕС і ТЕЦ без резервування мазутом, через відносно незначні реально необхідні його обсяги споживання.

В цілому, дякуючи появі сучасних ПГУ з ГТУ і наявності ринків газу та електроенергії, енергокомпанії країн світу віддають зараз перевагу парогазовим технологіям на природному газі, як найбільш ефективним – з ККД 50%, а у перспективі до 60% і вище. Світовий досвід останніх років показує, що сучасні парогазові технології на природному газі мають безперечні переваги у порівнянні з іншими, що стимулює широке і інтенсивне (на рівні буму) їх впровадження в усьому світі.

Більшість енергокомпаній розвинутих країн світу і особливо країн ЕС, що мають власні ресурси газу або достатньо коштів для його імпорту, енергійно впроваджують цю передову технологію. В цілому основною тенденцію розвитку світової енергетики на період щонайменше до 2030 року безперечно буде тверда орієнтація на сучасні парогазові технології і природний газ в якості основного енергоносія. Надалі прогнозується безперервне збільшення частки вугілля у світовому балансі енергоспоживання, воно стане домінуючим енергоносієм.

Теплова енергетика України знаходиться у стані затяжної кризи. В результаті граничного морального і фізичного зносу, її основні фонди досягли стану, за якого середній ККД українських паротурбінних пиловугільних ТЕС не перевищує на цей час 30%. Тому пріоритетним напрямом розвитку електроенергетики країни повинно стати широкомасштабне технічне переозброєння діючих ТЕС з метою радикального підвищення їх економічності, ефективності і екологічності. Постановою Кабінету Міністрів України прийнята Програма реабілітації ТЕС до 2010 р., реалізація якої вкрай актуальна. Якщо вже зараз не вжити ефективних заходів з оновлення і модернізації ТЕС, то вже  через найближчі 5-10 років теплова енергетика стане головним гальмом розвитку економіки України.

Доцільно використати «газову паузу» для виведення необхідної кількості пиловугільних енергоблоків, на оновлення і модернізацію із заміщенням їх на необхідний термін більш економічними на природному газі, наприклад, діючими на цей час газомазутними енергоблоками потужністю 300 і 800 МВт, що зараз недозавантажені. Слід використати також і наявність надлишків електроенергії в країні від АЕС. Через дефіцитність природного газу і зростання його ціни, слід впроваджувати сучасні технології максимально ефективного його спалювання з використанням ПГУ, які можуть до того ж з меншими витратами забезпечити потребу енергетики у маневрових потужностях, яких зараз в України гостро не вистачає, особливо після введення нових атомних блоків, що працюють у «базі».

Свого часу спеціалістами Мінпаливенерго України, разом з експертами Комісій Європейського Співтовариства, Всесвітнього та Європейського Банків Реконструкції і Розвитку, були визначені найбільш перспективні напрями використання вугілля власного видобутку в енергетиці, до яких були віднесені: спалювання вугілля в циркулюючому киплячому шарі (ЦКШ) при атмосферному тиску; спалювання вугілля в ЦКШ під тиском; впровадження ПГУ з внутрішньо-цикловою газифікацією вугілля. Тим самим розвиток теплової енергетики може бути зорієнтований на власні паливні ресурси (вугілля) та енергомашинобудівний комплекс. При цьому, для впровадження нової техніки і технології, виникне необхідність у значних капіталовкладеннях як вітчизняних, так і зарубіжних інвесторів (з країн ЄС і Росії), які вже зараз зацікавлені в імпоргі електроенергії з України. Впровадження нових екологічно чистих технологій спалювання вугілля, а також високоефективних парогазових технологій найбільш доцільне при максимальному використанні майданчиків старіючих ТЕС, їх будівельної частини та інфраструктури. Однією з найбільш ефективних і екологічно чистих технологій може стати внутрішньоциклова газифікація вугілля з наступним використанням отриманого генераторного газу в ПГУ. Суттєвою перевагою такої технології є можливість ефективного спалювання низькоякісного твердого палива, у т. ч. бурого вугілля, сумарні запаси якого в Україні складають близько 8 млрд. т. Рівень цін на українське буре вугілля у 3-4 рази нижчий ніж на енергетичне кам'яне вугілля власного видобутку, до того ж буре вугілля за відносно невисокої теплової цінності має суттєву перевагу при внутрішньоцикловій газифікації, обумовлену його високою реакційною спроможністю. Такі технології давно освоєні в країнах Заходу. З урахуванням обсягів запасів бурого вугілля в Україні і розміщення його родовищ через 15-20 років може стати економічно виправданим, наприклад, для газових ТЕЦ м. Києва і міських котелень використання у якості основного енергоносія генераторного газу (замість дефіцитного природного), який буде отримуватися шляхом газифікації бурого вугілля Олександрійського та Болградського родовищ (відстань до Києва приблизно 200 км, видобуток відкритим способом) з загальними ресурсами більше 4 млрд. т. Запасів вугілля може вистачити місту на 400-500 років. Зараз на розрізах цих унікальних родовищ видобуток вугілля майже припинився.

Крім генераторного газу, перспективним можна вважати використання в теплоенергетиці України у майбутньому шахтного метану з вугільних товщ (пластів і супутників). Ресурси цього газу тільки в Донбасі складають не менше 0,75-0,86 трлн. м куб.

¨ ¨ ¨ ¨ ¨

¨ За матеріалами журналу «Новини енергетики» № 1-3  за 2005 рік.