Второе рождение угля

Борис Николаев

Второе рождение угля

Топливо прошлых промреволюций снова находит спрос

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».

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


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.

Сравнительная таблица теплотворной способности первичных энергоресурсов

Энергоресурсы	Теплота сгорания 1 кг топлива (тыс. ккал)	Тепловой коэффициент
Нефть	10,5	1,5
Газ	10,4	1,5
Каменный уголь	7,0	1,0
Бурый уголь	3,0	0,4
Торф	3,4	0,5
Дрова	2,5	0,4
Горючие сланцы	2,1	0,33

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
http://www.enecsis.ru/articles/art_ng_ugol.htm