Ogļu spēkstaciju nākotne. Termoelektrostacijas Tes darbojas

24.11.2021

Abstract par disciplīnu "Ievads virzienā"

Izgatavoja students Mihailovs D.A.

Novosibirskas Valsts tehniskā universitāte

Novosibirska, 2008

Ievads

Elektrostacija ir spēkstacija, ko izmanto dabas enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā. Elektrostacijas veidu galvenokārt nosaka dabiskās enerģijas veids. Visizplatītākās ir termoelektrostacijas (TPP), kas izmanto siltumenerģiju, kas izdalās fosilā kurināmā (ogļu, naftas, gāzes u.c.) sadedzināšanas laikā. Termoelektrostacijas saražo aptuveni 76% no uz mūsu planētas saražotās elektroenerģijas. Tas ir saistīts ar fosilā kurināmā klātbūtni gandrīz visos mūsu planētas reģionos; iespēja transportēt fosilo kurināmo no ražošanas vietas uz elektrostaciju, kas atrodas netālu no enerģijas patērētājiem; tehniskais progress termoelektrostacijās, nodrošinot lielas jaudas termoelektrostaciju būvniecību; iespēja izmantot darba šķidruma atkritumu siltumu un piegādāt patērētājiem papildus elektroenerģijai arī siltumenerģiju (ar tvaiku vai karstu ūdeni) utt. Termoelektrostacijas, kas paredzētas tikai elektroenerģijas ražošanai, sauc par kondensācijas elektrostacijām (IES). Elektrostacijās, kas paredzētas kombinētai elektroenerģijas ražošanai un tvaika, kā arī karstā ūdens padevei siltuma patērētājam, ir tvaika turbīnas ar starpposma tvaika ekstrakciju vai ar pretspiedienu. Šādās iekārtās izplūdes tvaika siltums tiek daļēji vai pat pilnībā izmantots siltuma padevei, kā rezultātā tiek samazināti siltuma zudumi ar dzesēšanas ūdeni. Tomēr stacijās ar koģenerācijas turbīnām elektrībā pārvērstās tvaika enerģijas daļa ar vienādiem sākotnējiem parametriem ir mazāka nekā stacijās ar kondensācijas turbīnām. Termoelektrostacijas, kurās izlietotais tvais kopā ar elektroenerģijas ražošanu tiek izmantots siltumapgādei, sauc par koģenerācijas stacijām (koģenerācijas stacijas).

TPP darbības pamatprincipi

1. attēlā parādīta tipiska ar fosilo kurināmo darbināmas kondensācijas iekārtas termiskā diagramma.

1. att. TPP shematiskā termiskā diagramma

1 - tvaika katls; 2 - turbīna; 3 - elektriskais ģenerators; 4 - kondensators; 5 - kondensāta sūknis; 6 - zemspiediena sildītāji; 7 - deaerators; 8 - padeves sūknis; 9 - augstspiediena sildītāji; 10 - drenāžas sūknis.

Šo ķēdi sauc par tvaika uzsildīšanas ķēdi. Kā zināms no termodinamikas kursa, šāda kontūra ar vienādiem sākuma un beigu parametriem un pareizu atkārtotas uzsildīšanas parametru izvēli ir augstāka nekā ķēdē bez atkārtotas uzsildīšanas.

Apskatīsim TPP darbības principus. Degviela un oksidētājs, kas parasti ir uzsildīts gaiss, nepārtraukti nonāk katla krāsnī (1). Kā degvielu izmanto ogles, kūdru, gāzi, degslānekli vai mazutu. Lielākā daļa mūsu valsts TPP kā kurināmo izmanto ogļu putekļus. Degvielas sadegšanas rezultātā radītā siltuma dēļ ūdens tvaika katlā uzsilst, iztvaiko, un rezultātā iegūtais piesātinātais tvaiks pa tvaika vadu (2) nonāk tvaika turbīnā. Kuras mērķis ir pārvērst tvaika siltumenerģiju mehāniskajā enerģijā.

Visas turbīnas kustīgās daļas ir stingri savienotas ar vārpstu un griežas kopā ar to. Turbīnā tvaika strūklu kinētiskā enerģija tiek pārnesta uz rotoru šādi. Augstspiediena un augstas temperatūras tvaiks, kam ir liela iekšējā enerģija, no katla nonāk turbīnas sprauslās (kanālos). Tvaika strūkla lielā ātrumā, bieži vien augstāka par skaņas strūklu, nepārtraukti izplūst no sprauslām un nonāk turbīnas rotora lāpstiņās, kas uzstādītas uz diska, kas ir stingri savienots ar vārpstu. Šajā gadījumā tvaika plūsmas mehāniskā enerģija tiek pārvērsta turbīnas rotora mehāniskajā enerģijā vai, precīzāk, turbīnas ģeneratora rotora mehāniskajā enerģijā, jo turbīnas vārpstas un elektriskā ģeneratora (3) ir savstarpēji saistīti. Elektriskā ģeneratorā mehāniskā enerģija tiek pārveidota par elektroenerģiju.

Pēc tvaika turbīnas ūdens tvaiks ar jau zemu spiedienu un temperatūru nonāk kondensatorā (4). Šeit tvaiks tiek pārvērsts ūdenī, izmantojot dzesēšanas ūdeni, kas tiek sūknēts caur caurulēm, kas atrodas kondensatora iekšpusē, un kas tiek piegādāts ar kondensāta sūkni (5) caur reģeneratīvajiem sildītājiem (6) uz deaeratoru (7).

Deaerators kalpo tajā izšķīdušo gāzu izvadīšanai no ūdens; tajā pašā laikā tajā, tāpat kā reģeneratīvajos sildītājos, padeves ūdens tiek uzsildīts ar tvaiku, kas tiek ņemts no turbīnas ekstrakcijas. Atgaisošana tiek veikta, lai panāktu skābekļa un oglekļa dioksīda saturu tajā līdz pieļaujamām vērtībām un tādējādi samazinātu korozijas ātrumu ūdens un tvaika traktā.

Atgaisoto ūdeni katlu iekārtai piegādā padeves sūknis (8) caur sildītājiem (9). Sildītājos (9) izveidojušos sildīšanas tvaika kondensātu kaskādē novada deaeratorā, un sildītāju (6) sildīšanas tvaika kondensātu pievada drenāžas sūknis (10) uz līniju, pa kuru kondensāts plūst no kondensatora (4).

Visgrūtākais no tehniskā viedokļa ir ar oglēm darbināmu TPP darbības organizēšana. Vienlaikus šādu elektrostaciju īpatsvars iekšzemes enerģētikas sektorā ir augsts (~ 30%) un to plānots palielināt.

Šādas ogļu spēkstacijas procesa plūsmas diagramma ir parādīta 2. attēlā.

2. att. Pulverveida ogļu TPP tehnoloģiskā diagramma

1 - dzelzceļa vagoni; 2 - izkraušanas ierīces; 3 - noliktava; 4 - lentes konveijeri; 5 - drupināšanas iekārta; 6 - neapstrādātu ogļu bunkurs; 7 - pulverveida ogļu dzirnavas; 8 - separators; 9 - ciklons; 10 - ogļu putekļu bunkurs; 11 - padevēji; 12 - dzirnavu ventilators; 13 - katla sadegšanas kamera; 14 - ventilators; 15 - pelnu savācēji; 16 - dūmu nosūcēji; 17 - skurstenis; 18 - zemspiediena sildītāji; 19 - augstspiediena sildītāji; 20 - deaerators; 21 - padeves sūkņi; 22 - turbīna; 23 - turbīnas kondensators; 24 - kondensāta sūknis; 25 - cirkulācijas sūkņi; 26 - saņem labi; 27 - izplūdes aka; 28 - ķīmijas veikals; 29 - tīkla sildītāji; 30 - cauruļvads; 31 - kondensāta novadīšanas līnija; 32 - elektriskās sadales iekārtas; 33 - bagarēšanas sūkņi.

Degviela dzelzceļa vagonos (1) nonāk izkraušanas iekārtās (2), no kurienes ar lentes konveijeru (4) palīdzību tiek nosūtīta uz noliktavu (3), no noliktavas degviela tiek padota uz drupināšanas iekārtu (5). Ir iespējams piegādāt degvielu drupināšanas iekārtai un tieši no izkraušanas ierīcēm. No drupināšanas iekārtas degviela nonāk neapstrādātu ogļu bunkuros (6), un no turienes caur padevējiem nonāk pulverizētu ogļu dzirnavās (7). Ogļu putekļi tiek pneimatiski transportēti caur separatoru (8) un ciklonu (9) uz ogļu putekļu tvertni (10), un no turienes pa padevējiem (11) uz degļiem. Gaiss no ciklona tiek iesūkts ar dzirnavu ventilatoru (12) un tiek padots katla sadegšanas kamerā (13).

Gāzes, kas veidojas sadegšanas laikā sadegšanas kamerā, pēc iziešanas no tās, secīgi iziet cauri katlu iekārtas gāzes kanāliem, kur pārkarsētājā (primārajā un sekundārajā, ja tiek veikts cikls ar starpposma tvaika pārkarsēšanu) un ūdens ekonomaizerā. atdod siltumu darba šķidrumam, bet gaisa sildītājā - pievada tvaika katlam gaisā. Pēc tam pelnu savācējos (15) gāzes tiek attīrītas no viegliem pelniem un caur skursteni (17) ar dūmu novadītājiem (16) tiek izvadīti atmosfērā.

Zem sadegšanas kameras, gaisa sildītāja un pelnu savācējiem izkrītošie izdedži un pelni tiek noskaloti ar ūdeni un pa kanāliem tiek padoti padziļināšanas sūkņiem (33), kas tos sūknē uz pelnu izgāztuvēm.

Degšanai nepieciešamo gaisu tvaika katla gaisa sildītājiem piegādā ventilators (14). Gaiss parasti tiek ņemts no katlu telpas augšējās daļas un (ar lielas jaudas tvaika katliem) no katlu telpas ārpuses.

Pārkarsēts tvaiks no tvaika katla (13) tiek padots uz turbīnu (22).

Kondensāts no turbīnas kondensatora (23) tiek piegādāts ar kondensāta sūkņiem (24) caur zemspiediena reģeneratīviem sildītājiem (18) uz deaeratoru (20), bet no turienes ar padeves sūkņiem (21) caur augstspiediena sildītājiem (19) uz katlu. ekonomaizers.

Tvaika un kondensāta zudumi šajā shēmā tiek papildināti ar ķīmiski demineralizētu ūdeni, kas tiek ievadīts kondensāta līnijā lejpus turbīnas kondensatora.

Dzesēšanas ūdens tiek piegādāts kondensatoram no ūdens padeves akas (26), izmantojot cirkulācijas sūkņus (25). Uzkarsētais ūdens tiek novadīts tā paša avota atkritumu akā (27) noteiktā attālumā no ieplūdes vietas, pietiekamā attālumā, lai uzsildītais ūdens nesajauktos ar izņemto ūdeni. Ķīmijas cehā (28) atrodas dekoratīvā ūdens ķīmiskās apstrādes iekārtas.

Shēmas var ietvert nelielu tīkla apkures iekārtu elektrostacijas un blakus esošā ciemata apkurei. Šīs iekārtas tīkla sildītājiem (29) tiek piegādāts tvaiks no turbīnas nosūkšanas, kondensāts tiek izvadīts pa līniju (31). Maģistrāles ūdens tiek piegādāts sildītājam un izņemts no tā pa cauruļvadiem (30).

Saražotā elektriskā enerģija tiek novirzīta no elektriskā ģeneratora uz ārējiem patērētājiem, izmantojot pakāpju elektriskos transformatorus.

Elektromotoru, apgaismes ierīču un elektrostacijas ierīču elektroenerģijas padevei ir elektrosadales iekārta savām vajadzībām (32).

Secinājums

Abstraktā ir izklāstīti TPP darbības pamatprincipi. Elektrostacijas termoshēma aplūkota uz kondensācijas elektrostacijas darbības piemēra, kā arī tehnoloģiskā diagramma uz ogļu elektrostacijas piemēra. Parādīti elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošanas tehnoloģiskie principi.

Climate Analytics turpina uzstāt, ka ogļu enerģija Eiropā ir jālikvidē līdz 2030. gadam, pretējā gadījumā ES nesasniegs Parīzes klimata nolīguma mērķus. Bet kuras stacijas vispirms vajadzētu slēgt? Tiek piedāvātas divas pieejas – ekoloģiskā un ekonomiskā. "Skābeklis. DZĪVE" tuvāk apskatīja Krievijas lielākās ogļu termoelektrostacijas, kuras neviens netaisās slēgt.

Aizvērt pēc desmit gadiem

Climate Analytics turpina uzstāt, ka, lai sasniegtu Parīzes klimata nolīguma mērķus, ES valstīm būs jāslēdz gandrīz visas darbojošās ogļu spēkstacijas. Enerģētikas nozarei Eiropā ir nepieciešama pilnīga dekarbonizācija, jo ievērojamu daļu no kopējām siltumnīcefekta gāzu (SEG) emisijām ES rada ogļu enerģija. Tāpēc pakāpeniska ogļu izmantošanas pārtraukšana šajā nozarē ir viena no rentablākajām metodēm SEG emisiju samazināšanai, un šādas darbības sniegs arī ievērojamus ieguvumus gaisa kvalitātes, sabiedrības veselības un energoapgādes drošības ziņā.

Šobrīd ES ir vairāk nekā 300 elektrostaciju, kurās darbojas 738 ogļu spēkstacijas. Protams, tie nav vienmērīgi sadalīti ģeogrāfiski. Bet kopumā ogles un lignīts (brūnogles) nodrošina ceturto daļu no visas elektroenerģijas ražošanas ES. ES visvairāk no oglēm ir atkarīga Polija, Vācija, Bulgārija, Čehija un Rumānija. Vācija un Polija nodrošina 51% no uzstādītās ogļu jaudas ES un 54% no SEG emisijām no ogļu enerģijas visā vienotajā Eiropā. Tajā pašā laikā septiņās ES valstīs nav nevienas ogļu termoelektrostacijas.

“Turpināta ogļu izmantošana elektroenerģijas ražošanā nav savienojama ar mērķi krasi samazināt SEG emisijas. Tāpēc ES ir jāizstrādā stratēģija, kā pakāpeniski pārtraukt ogļu izmantošanu ātrāk nekā pašlaik,” rezumē Climate Analytics. Pretējā gadījumā kopējās ES emisijas līdz 2050. gadam pieaugs par 85%. Climate Analytics simulācijas liecināja, ka līdz 2020. gadam būtu jāslēdz 25% no pašlaik strādājošajām ogļu spēkstacijām. Vēl piecu gadu laikā ir jāslēdz 72% termoelektrostaciju un līdz 2030. gadam pilnībā jāatbrīvojas no ogļu enerģijas.

Galvenais jautājums ir, kā to izdarīt? Saskaņā ar Climate Analytics teikto, “kritiskais jautājums ir, kādi kritēriji jāizmanto, lai noteiktu, kad slēgt noteiktas TPP? No zemes atmosfēras viedokļa kritērijiem nav nozīmes, jo SEG emisijas samazināsies pareizajā tempā. Taču no politiķu, uzņēmumu īpašnieku un citu ieinteresēto pušu viedokļa šādu kritēriju izstrāde ir izšķirošs brīdis lēmumu pieņemšanā.

Climate Analytics piedāvā divas iespējamās stratēģijas, lai novērstu ogļu izmantošanu elektroenerģijas ražošanā. Pirmais ir vispirms slēgt tās TPP, kas ir vadošās SEG emisiju ziņā. Otra stratēģija ir slēgt ražotnes ar vismazāko biznesa vērtību. Katrai stratēģijai ir uzzīmēta interesanta infografika, kas parāda, kā ES seja mainīsies gadu gaitā pēc ogļu rūpnīcu slēgšanas. Pirmajā gadījumā uzbrukums tiks pakļauts Polijai, Čehijai, Bulgārijai un Dānijai. Otrajā - arī Polija un Dānija.

Nav vienotības

Climate Analytics arī uzzīmēja slēgšanas gadus visām 300 stacijām saskaņā ar divām stratēģijām. Labi redzams, ka šie gadi būtiski atšķiras no šo staciju darbības periodiem parastajā režīmā (tā sauktais BAU - businnes kā ierasts). Piemēram, Eiropā lielākā stacija Belchatow Polijā (ar jaudu vairāk nekā 4,9 GW) var darboties vismaz līdz 2055. gadam; savukārt tiek piedāvāts to slēgt jau līdz 2027. gadam - tāds pats termiņš pie jebkura scenārija.

Kopumā tieši piecas Polijas termoelektrostacijas var mierīgi smēķēt līdz 2060. gadiem, un Climate Analytics ierosina slēgt trīs līdz četras desmitgades pirms grafika. Poliju, kuras enerģētikas sektors ir 80% atkarīgs no oglēm, šāda notikumu attīstība diez vai būs apmierināta (atgādinām, šī valsts pat gatavojas tiesā apstrīdēt ES tai uzliktās klimata saistības). Vēl piecas stacijas no Top 20 atrodas Apvienotajā Karalistē; astoņi Vācijā. Arī pirmajā divdesmitniekā par slēgšanu - divas termoelektrostacijas Itālijā.

Tajā pašā laikā Lielbritānijas Fiddler's Ferry (ar jaudu 2 GW) būtu jāslēdz jau 2017. gadā, bet pārējās Lielbritānijas termoelektrostacijas, kā paziņojusi šīs valsts valdība, līdz 2025. gadam. Tas ir, tikai šajā valstī process var būt salīdzinoši nesāpīgs.viss var iestiepties līdz 2030.gadam, abu stratēģiju īstenošana atšķirsies atkarībā no zemes specifikas (ir ogļu ieguves reģioni) .Čehijā un Bulgārijā ogļu ražošana būs līdz 2020. gadam, galvenokārt ievērojamo emisiju dēļ.

Ogles jāaizstāj ar atjaunojamiem enerģijas avotiem. Saskaņā ar Climate Analytics datiem, saules un vēja enerģijas ražošanas izmaksu samazināšana ir svarīga tendence, kas ir jāatbalsta un jāattīsta. Atjaunojamie energoresursi var pārveidot enerģētikas nozari, tostarp radot jaunas darba vietas (ne tikai pašā nozarē, bet arī iekārtu ražošanā). Kurā, cita starpā, varēs nodarbināt no ogļu enerģētikas sektora atbrīvoto personālu.

Tomēr Climate Analytics atzīst, ka Eiropā nav vienotības attiecībā uz oglēm. Lai gan dažas valstis ir ievērojami samazinājušas ražošanu un paziņojušas par pilnīgu šāda veida degvielas noraidīšanu nākamajos 10–15 gados (tostarp, piemēram, Apvienotā Karaliste, Somija un Francija), citas vai nu būvē, vai plāno būvēt jaunas ogles. kurināmās spēkstacijas (Polija un Grieķija). “Eiropā vides jautājumiem tiek pievērsta liela uzmanība, taču diezin vai būs iespējams ātri atteikties no ogļu ražošanas. Pirmkārt, ir nepieciešams nodot ekspluatācijā nomaiņas jaudas, jo siltums un gaisma ir nepieciešami gan iedzīvotājiem, gan ekonomikai. Tas ir vēl jo svarīgāk, jo agrāk tika pieņemti lēmumi slēgt vairākas atomelektrostacijas Eiropā. Radīsies sociālās problēmas, būs jāpārkvalificē daļa pašu staciju darbinieku, tiks likvidēts ievērojams skaits darba vietu dažādās nozarēs, kas neapšaubāmi vairos spriedzi sabiedrībā. Ogļu spēkstaciju slēgšana ietekmēs arī budžetus, jo nebūs ievērojama nodokļu maksātāju loka, un būtiski samazināsies to uzņēmumu darbības rādītāji, kuri iepriekš tām piegādāja preces un pakalpojumus. Ja ir iespējams kāds risinājums, tad tas var sastāvēt no ilgstošas ogļu ražošanas noraidīšanas, vienlaikus turpinot darbu pie tehnoloģiju uzlabošanas, lai samazinātu ogļu sadedzināšanas radītos izmešus, uzlabotu vides situāciju ogļu spēkstacijās," stāsta par šo tēmu. gadījumā Dmitrijs Baranovs, Finam Management Management Company vadošais eksperts.

20 labākās ogļu spēkstacijas Eiropā, kuras saskaņā ar Climate Analytics datiem būs jāslēdz

Kas mums ir?

Siltuma ražošanas īpatsvars elektroenerģijas ražošanas struktūrā Krievijā ir vairāk nekā 64%, UES spēkstaciju uzstādītās jaudas struktūrā - vairāk nekā 67%. Tomēr valsts lielākajās termoelektrostacijās TOP-10 tikai divas stacijas darbojas ar oglēm - Reftinskaya un Ryazanskaya; galvenokārt siltumenerģija Krievijā ir gāze. “Krievijā ir viena no labākajām degvielas bilances struktūrām pasaulē. Enerģijas ražošanai izmantojam tikai 15% ogļu. Vidēji visā pasaulē šis rādītājs ir 30-35%. Ķīnā - 72%, ASV un Vācijā - 40%. Arī Eiropā aktīvi tiek īstenots uzdevums samazināt bezoglekļa avotu īpatsvaru līdz 30%. Krievijā šī programma faktiski jau ir īstenota, ”sacīja Krievijas Federācijas Enerģētikas ministrijas vadītājs. Aleksandrs Novaks februāra beigās uzstāšanās paneļsesijā "Zaļā ekonomika kā attīstības vektors" Krievijas Investīciju forumā 2017 Sočos.

Kodolenerģijas īpatsvars kopējā valsts energobilances apjomā ir 16-17%, hidroelektrostaciju ražošana - 18%, gāze veido aptuveni 40%. Saskaņā ar Krievijas Zinātņu akadēmijas Enerģētikas pētniecības institūta datiem ogles elektroenerģijas ražošanā jau sen ir aktīvi aizstātas ar gāzi un atomenerģiju, un visstraujāk tas ir Krievijas Eiropas daļā. Lielākās ogļu spēkstacijas tomēr atrodas centrā un Urālos. Bet, ja paskatās uz ainu enerģētikas sektorā reģionu, nevis atsevišķu staciju kontekstā, aina būs savādāka: visvairāk "ogļu" reģionu ir Sibīrijā un Tālajos Austrumos. Teritoriālo enerģētisko bilanču struktūra ir atkarīga no gazifikācijas līmeņa: tā ir augsta Krievijas Eiropas daļā, zema Austrumsibīrijā un ārpus tās. Ogles kā kurināmo parasti izmanto pilsētu koģenerācijas stacijās, kur tiek ražota ne tikai elektroenerģija, bet arī siltums. Tāpēc ražošana lielajās pilsētās (piemēram, Krasnojarskā) pilnībā balstās uz oglēm. Kopumā termoelektrostaciju daļa Sibīrijas IES šobrīd vien veido 60% no elektroenerģijas ražošanas - tas ir aptuveni 25 GW "ogļu" jaudas.

Kas attiecas uz atjaunojamiem energoresursiem, tad šobrīd šādu avotu īpatsvars Krievijas Federācijas energobilancē veido simboliskus 0,2%. "Dažādu atbalsta mehānismu dēļ plānojam sasniegt 3% - līdz 6 tūkstošiem MW," prognozēja Novaks. Roseti sniedz optimistiskākas prognozes: atjaunojamo energoresursu uzstādītā jauda Krievijā līdz 2030. gadam var pieaugt par 10 GW. Tomēr globāla energobilances pārstrukturēšana mūsu valstī nav gaidāma. “Saskaņā ar prognozēm, līdz 2050. gadam pasaulē būs aptuveni 10 miljardi cilvēku. Jau šobrīd aptuveni 2 miljardiem nav pieejami enerģijas avoti. Iedomājieties, kāda būs cilvēces nepieciešamība pēc enerģijas pēc 33 gadiem, un kā būtu jāattīstās atjaunojamiem enerģijas avotiem, lai tie apmierinātu visu pieprasījumu,” – šādi tradicionālās enerģijas dzīvotspēju pierāda Aleksandrs Novaks.

“Par “atteikšanos no oglēm” Krievijā noteikti nav runas, jo īpaši tāpēc, ka saskaņā ar Enerģētikas stratēģiju līdz 2035. gadam ir paredzēts palielināt ogļu īpatsvaru valsts energobilancē,” atgādina. Dmitrijs Baranovs no Apvienotās Karalistes Finam Management. - Kopā ar naftu un gāzi ogles ir viens no svarīgākajiem derīgajiem izrakteņiem uz planētas, un Krievijai kā vienai no lielākajām valstīm pasaulē pēc saviem krājumiem un ieguves ir vienkārši pienākums pievērst pienācīgu uzmanību šī nozare. Vēl 2014. gadā Krievijas valdības sēdē Novaks prezentēja programmu ogļu rūpniecības attīstībai Krievijā līdz 2030. gadam. Tā koncentrējas uz jaunu ogļu ieguves centru izveidi, galvenokārt Sibīrijā un Tālajos Austrumos, zinātniskā un tehniskā potenciāla uzlabošanu nozarē, kā arī projektu īstenošanu ogļu ķīmijā.

Lielākās ogles kurināmās TPP Krievijā

Reftinskaya GRES (Enel Russia)

Tā ir lielākā ar oglēm kurināmā termoelektrostacija Krievijā (un otrā valsts 10 labāko termoelektrostaciju sarakstā). Atrodas Sverdlovskas apgabalā, 100 km uz ziemeļaustrumiem no Jekaterinburgas un 18 km no Azbesta.
Uzstādītā elektriskā jauda - 3800 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 350 Gcal / h.
Nodrošina elektroapgādi Sverdlovskas, Tjumeņas, Permas un Čeļabinskas apgabalu industriālajiem reģioniem.
Elektrostacijas celtniecība sākās 1963. gadā, pirmais energobloks tika palaists 1970. gadā, bet pēdējais 1980. gadā.

Ryazanskaya GRES (OGK-2)

Piektā vieta 10 lielāko Krievijas termoelektrostaciju sarakstā. Darbojas uz oglēm (pirmais posms) un dabasgāzes (otrais posms). Atrodas Novomičurinskā (Rjazaņas apgabals), 80 km uz dienvidiem no Rjazaņas.
Uzstādītā elektriskā jauda (kopā ar GRES-24) - 3 130 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 180 Gcal / stundā.
Būvniecība sākās 1968. gadā. Pirmais spēka agregāts tika nodots ekspluatācijā 1973. gadā, pēdējais – 1981. gada 31. decembrī.

Novocherkasskaya GRES (OGK-2)

Atrodas Donskas mikrorajonā Novočerkasskā (Rostovas apgabals), 53 km uz dienvidaustrumiem no Rostovas pie Donas. Darbojas ar gāzi un oglēm. Vienīgā termoelektrostacija Krievijā, kas izmanto vietējos ogļu ieguves un ogļu sagatavošanas atkritumus - antracīta raktuves.
Uzstādītā elektriskā jauda - 2 229 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 75 Gcal / stundā.
Būvniecība sākās 1956. gadā. Pirmais spēka agregāts tika nodots ekspluatācijā 1965. gadā, pēdējais - astotais - 1972. gadā.

Kashirskaya GRES ("InterRAO")

Atrodas Kašīrā (Maskavas apgabals).
Darbojas ar oglēm un dabasgāzi.
Uzstādītā elektriskā jauda - 1 910 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 458 Gcal / h.
Nodota ekspluatācijā 1922. gadā saskaņā ar GOELRO plānu. 60. gados stacijā tika veikta vērienīga modernizācija.
Pulverogļu energobloku Nr.1 un Nr.2 ekspluatāciju plānots likvidēt 2019.gadā. Līdz 2020. gadam tāds pats liktenis sagaida vēl četrus spēka agregātus, kas darbojas ar gāzeļļas degvielu. Ekspluatācijā paliks tikai modernākais bloks Nr.3 ar jaudu 300 MW.

Primorskaya GRES (Austrumu RAO ES)

Atrodas Lučegorskā (Primorskas apgabalā).
Jaudīgākā termoelektrostacija Tālajos Austrumos. Strādā uz oglēm no Lučegorskas ogļraktuvēm. Nodrošina lielāko daļu Primorye enerģijas patēriņa.
Uzstādītā elektriskā jauda - 1467 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 237 Gcal / stundā.
Pirmais stacijas energobloks tika nodots ekspluatācijā 1974. gadā, pēdējais 1990. gadā. GRES atrodas praktiski uz ogļraktuvēm – nekur citur Krievijā spēkstacija nav uzbūvēta tik tuvu degvielas avotam.

Troitskaya GRES (OGK-2)

Atrodas Troickā (Čeļabinskas apgabals). Labvēlīgi atrodas rūpnieciskajā trijstūrī Jekaterinburga - Čeļabinska - Magņitogorska.
Uzstādītā elektriskā jauda - 1 400 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 515 Gcal / stundā.
Stacijas pirmais posms tika palaists 1960. gadā. Otrās kārtas iekārtas (par 1200 MW) tika likvidētas 1992.-2016.gadā.
2016. gadā tika nodots ekspluatācijā unikāls pūderogļu energobloks Nr.10 ar jaudu 660 MW.

Gusinoozerskaya GRES ("InterRAO")

Atrodas Gusinoozerskā (Burjatijas Republika), tas nodrošina elektrību Burjatijas un kaimiņu reģionu patērētājiem. Galvenā stacijas degviela ir brūnogles no Okino-Klyuchevsky atklātās raktuves un Gusinoozyorsky atradnes.
Uzstādītā elektriskā jauda - 1160 MW.
Uzstādītā siltuma jauda - 224,5 Gcal / h.
Četri pirmā posma spēka agregāti tika nodoti ekspluatācijā no 1976. līdz 1979. gadam. Otrās kārtas nodošana ekspluatācijā sākās 1988. gadā, uzsākot energobloka Nr.5 palaišanu.

1879. gadā, kad Tomass Alva Edisons izgudroja kvēlspuldzi, sākās elektrifikācijas laikmets. Liela daudzuma elektroenerģijas ražošanai bija nepieciešama lēta un viegli pieejama degviela. Ogles atbilda šīm prasībām, un pirmās elektrostacijas (19. gadsimta beigās būvēja pats Edisons) darbojās ar oglēm.

Tā kā valstī tika būvētas arvien jaunas stacijas, pieauga atkarība no oglēm. Kopš Pirmā pasaules kara aptuveni puse no ASV ikgadējās elektroenerģijas ražošanas ir iegūta no ogļu spēkstacijām. 1986.gadā šādu elektrostaciju kopējā uzstādītā jauda bija 289 000 MW, un tās patērēja 75% no kopējā valstī iegūto ogļu apjoma (900 milj.t). Ņemot vērā esošās neskaidrības par kodolenerģijas attīstības perspektīvām un naftas un dabasgāzes ražošanas pieaugumu, var pieņemt, ka līdz gadsimta beigām ogļu termoelektrostacijas saražos līdz 70% no visas elektroenerģijas. radīts valstī.

Tomēr, neskatoties uz to, ka ogles jau sen ir un daudzus gadus būs galvenais elektroenerģijas avots (ASV tās veido aptuveni 80% no visa veida dabīgā kurināmā rezervēm), tās nekad nav bijušas optimālās. degviela spēkstacijām. Ogļu īpatnējais enerģijas saturs svara vienībā (t.i., siltumspēja) ir zemāks nekā naftas vai dabasgāzes saturs. To ir grūtāk transportēt, turklāt ogļu dedzināšana izraisa vairākas nevēlamas sekas uz vidi, jo īpaši skābos lietus. Kopš 60. gadu beigām ogļu spēkstaciju pievilcība ir strauji samazinājusies, jo ir stingrākas prasības vides piesārņojumam ar gāzveida un cietām emisijām pelnu un izdedžu veidā. Šo vides problēmu risināšanas izmaksas, kā arī sarežģītu objektu, piemēram, termoelektrostaciju, būvniecības izmaksu pieaugums ir padarījis to attīstības perspektīvas mazāk labvēlīgas no tīri ekonomiskā viedokļa.

Taču, mainot ogļu termoelektrostaciju tehnoloģisko bāzi, to kādreizējā pievilcība var atjaunoties. Dažām no šīm izmaiņām ir evolucionārs raksturs, un to galvenais mērķis ir palielināt esošo iekārtu jaudu. Vienlaikus tiek izstrādāti pilnīgi jauni ogļu bezatkritumu sadedzināšanas procesi, t.i., ar minimālu kaitējumu videi. Jaunu tehnoloģisko procesu ieviešana ir vērsta uz to, lai topošās ogļu termoelektrostacijas būtu efektīvi kontrolējamas vides piesārņojuma pakāpei, būtu elastīgas dažādu veidu ogļu izmantošanas iespēju ziņā un neprasītu ilgus būvniecības laikus.

Lai novērtētu ogļu sadedzināšanas tehnoloģiju progresa nozīmi, īsi apsveriet parastās ogļu termoelektrostacijas darbību. Ogles sadedzina tvaika katla krāsnī, kas ir milzīga kamera ar caurulēm iekšā, kurā ūdens pārvēršas tvaikā. Pirms ievadīšanas krāsnī ogles tiek sasmalcinātas putekļos, kā rezultātā tiek sasniegta gandrīz tāda pati sadegšanas pilnība kā degot uzliesmojošas gāzes. Liels tvaika katls stundā patērē vidēji 500 tonnas pulverveida ogļu un saražo 2,9 miljonus kg tvaika, kas ir pietiekami, lai saražotu 1 miljonu kWh elektroenerģijas. Tajā pašā laikā katls atmosfērā izdala aptuveni 100 000 m3 gāzu.
Radītais tvaiks iet caur pārkarsētāju, kur tiek paaugstināta tā temperatūra un spiediens, un pēc tam nonāk augstspiediena turbīnā. Turbīnas rotācijas mehānisko enerģiju elektriskais ģenerators pārvērš elektroenerģijā. Lai iegūtu augstāku enerģijas pārveidošanas efektivitāti, tvaiks no turbīnas parasti tiek atgriezts katlā atkārtotai sildīšanai un pēc tam darbina vienu vai divas zema spiediena turbīnas, pirms tiek kondensēts ar dzesēšanu; kondensāts tiek atgriezts katla ciklā.

Termoelektrostaciju aprīkojums ietver degvielas padeves mehānismus, katlus, turbīnas, ģeneratorus, kā arī sarežģītas dzesēšanas sistēmas, dūmgāzu attīrīšanu un pelnu izvadīšanu. Visas šīs primārās un sekundārās sistēmas ir paredzētas uzticamai darbībai 40 gadus vai ilgāk ar slodzi, kas var svārstīties no 20% no iekārtas uzstādītās jaudas līdz maksimālajai. Tipiskas 1000 MW termoelektrostacijas aprīkojuma kapitāla izmaksas parasti pārsniedz USD 1 miljardu.

Efektivitāte, ar kādu ogļu dedzināšanas rezultātā izdalīto siltumu var pārvērst elektroenerģijā, pirms 1900. gada bija tikai 5%, bet līdz 1967. gadam tā sasniedza 40%. Citiem vārdiem sakot, aptuveni 70 gadu laikā ogļu īpatnējais patēriņš uz saražotās elektroenerģijas vienību ir samazinājies astoņas reizes. Attiecīgi samazinājās arī termoelektrostaciju uzstādītās jaudas 1 kW izmaksas: ja 1920. gadā tās bija 350 USD (1967. gada cenās), tad 1967. gadā tās noslīdēja līdz 130 USD. Šajā pašā laika posmā kritās arī piegādātās elektroenerģijas cena. no 25 centiem līdz 2 centiem par kWh.

Tomēr, sākot ar 60. gadiem, progresa temps sāka samazināties. Šī tendence acīmredzot ir izskaidrojama ar to, ka tradicionālās termoelektrostacijas ir sasniegušas savu pilnības robežu, ko nosaka termodinamikas likumi un materiālu īpašības, no kuriem tiek izgatavoti katli un turbīnas. Kopš 1970. gadu sākuma šos tehniskos faktorus ir saasinājuši jauni ekonomiski un organizatoriski iemesli. Konkrēti, strauji pieauguši kapitālie izdevumi, palēninājušies elektroenerģijas pieprasījuma pieauguma tempi, kļuvušas stingrākas prasības vides aizsardzībai pret kaitīgajiem izmešiem, kā arī pagarināti elektrostaciju būvniecības projektu īstenošanas termiņi. Līdz ar to strauji pieaugušas izmaksas par elektroenerģijas ražošanu no oglēm, kam bija ilgstoša tendence samazināties. Patiešām, 1 kW elektroenerģijas, kas saražota jaunās termoelektrostacijās, tagad maksā vairāk nekā 1920. gadā (salīdzināmās cenās).

Pēdējo 20 gadu laikā ogļu spēkstaciju izmaksas visvairāk ietekmējušas stingrākas prasības gāzveida,
šķidrie un cietie atkritumi. Gāzes attīrīšanas un pelnu apstrādes sistēmas modernās termoelektrostacijās šobrīd veido 40% no kapitāla izmaksām un 35% no ekspluatācijas izmaksām. No tehniskā un ekonomiskā viedokļa nozīmīgākais emisiju kontroles sistēmas elements ir dūmgāzu atsērošanas iekārta, ko bieži dēvē par mitro (skrubera) putekļu savākšanas sistēmu. Mitrā putekļu savācējs (skruberis) aiztur sēra oksīdus, kas ir galvenie ogļu sadegšanas laikā radušies piesārņotāji.

Ideja par mitro putekļu savākšanu ir vienkārša, taču praksē tā izrādās sarežģīta un dārga. Sārmainu vielu, parasti kaļķi vai kaļķakmeni, sajauc ar ūdeni un šķīdumu izsmidzina dūmgāzu plūsmā. Dūmgāzēs esošie sēra oksīdi tiek absorbēti sārmu daļiņās un izgulsnējas no šķīduma inerta sulfīta vai kalcija sulfāta (ģipša) veidā. Ģipsi var viegli noņemt vai, ja tas ir pietiekami tīrs, pārdot kā celtniecības materiālu. Sarežģītākās un dārgākās skruberu sistēmās ģipša dūņas var pārvērst sērskābē vai elementārajā sērā, kas ir vērtīgāki ķīmiskie produkti. Kopš 1978. gada visās topošajās pulverogļu termoelektrostacijās ir obligāti jāuzstāda skruberi. Tā rezultātā ASV enerģētikas nozarē tagad ir vairāk skruberu vienību nekā pārējā pasaulē.
Skruberu sistēmas izmaksas jaunās ražotnēs parasti ir USD 150–200 par 1 kW uzstādītās jaudas. Skruberu uzstādīšana esošajās ražotnēs, kas sākotnēji bija paredzētas bez mitrās gāzes tīrīšanas, ir par 10-40% dārgākas nekā jaunajās ražotnēs. Skruberu ekspluatācijas izmaksas ir diezgan augstas neatkarīgi no tā, vai tie tiek uzstādīti vecās vai jaunās iekārtās. Skruberi rada milzīgu daudzumu ģipša dūņu, kas jāglabā sedimentācijas dīķos vai jāizgāž, kas rada jaunu vides problēmu. Piemēram, 1000 MW termoelektrostacija, kas darbojas ar oglēm, kas satur 3% sēra, gadā saražo tik daudz dūņu, ka tās var pārklāt 1 km2 platību ar apmēram 1 m biezu slāni.
Turklāt mitrās gāzes attīrīšanas sistēmas patērē daudz ūdens (1000 MW stacijā ūdens patēriņš ir aptuveni 3800 l/min), un to aprīkojums un cauruļvadi bieži ir pakļauti aizsērēšanai un korozijai. Šie faktori palielina ekspluatācijas izmaksas un samazina kopējo sistēmas uzticamību. Visbeidzot, skruberu sistēmās no 3 līdz 8% no stacijas saražotās enerģijas tiek patērēti sūkņu un dūmu nosūcēju darbināšanai un dūmgāzu sildīšanai pēc gāzu attīrīšanas, kas nepieciešams, lai novērstu kondensāciju un koroziju dūmvados.
Plaši izplatītā skruberu ieviešana Amerikas enerģētikas nozarē nav bijusi vienkārša vai lēta. Pirmās skruberu instalācijas bija ievērojami mazāk uzticamas nekā pārējās stacijas iekārtas, tāpēc skruberu sistēmas sastāvdaļas tika izstrādātas ar lielu drošības un uzticamības rezervi. Dažas grūtības, kas saistītas ar skruberu uzstādīšanu un darbību, var saistīt ar faktu, ka skruberu tehnoloģiju rūpnieciskā pielietošana tika priekšlaicīgi uzsākta. Tikai tagad, pēc 25 gadu pieredzes, skruberu sistēmu uzticamība ir sasniegusi pieņemamu līmeni.
Ogļu spēkstaciju izmaksas ir pieaugušas ne tikai emisiju kontroles sistēmu obligātās klātbūtnes dēļ, bet arī tāpēc, ka pašas būvniecības izmaksas ir pieaugušas debesīs. Pat ņemot vērā inflāciju, ogļu termoelektrostaciju uzstādītās jaudas vienības izmaksas šobrīd ir trīs reizes augstākas nekā 1970. gadā. Pēdējo 15 gadu laikā ir gūti "apjomradīti ietaupījumi", tas ir, ieguvumi no ogļu termoelektrostaciju būvniecības. lielās spēkstacijas, ir kompensēts ar ievērojamu būvniecības izmaksu pieaugumu ... Šis sadārdzinājums daļēji atspoguļo augstās izmaksas ilgtermiņa kapitāla būvniecības projektu finansēšanai.

Projekta īstenošanas kavēšanās ietekmi var redzēt Japānas enerģētikas uzņēmumu piemērā. Japānas uzņēmumi parasti ir veiklāki nekā viņu amerikāņu kolēģi, risinot organizatoriskās, tehniskās un finansiālās problēmas, kas bieži aizkavē lielu būvniecības projektu nodošanu ekspluatācijā. Japānā spēkstaciju var uzbūvēt un nodot ekspluatācijā 30-40 mēnešos, savukārt ASV tādas pašas jaudas stacijai parasti nepieciešami 50-60 mēneši. Ar tik ilgu projektu īstenošanas laiku jaunas ražotnes izmaksas (un līdz ar to arī iesaldētā kapitāla izmaksas) ir salīdzināmas ar daudzu ASV enerģētikas uzņēmumu pamatkapitālu.

Tāpēc enerģētikas uzņēmumi meklē iespējas, kā samazināt izmaksas jaunu elektrostaciju celtniecībai, jo īpaši izmantojot mazākas jaudas moduļu blokus, kurus var ātri transportēt un uzstādīt esošajā stacijā, lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu. Šos augus var ievietot tiešsaistē īsākā laika posmā, un tāpēc tie atmaksājas ātrāk, pat ja IA paliek nemainīga. Uzstādot jaunus moduļus tikai tad, kad nepieciešams palielināt sistēmas jaudu, var ietaupīt līdz pat USD 200 par kW, lai gan apjomradīti ietaupījumi tiek zaudēti ar mazākām vienībām.
Kā alternatīvu jaunu elektroenerģijas ražošanas iekārtu celtniecībai komunālie uzņēmumi ir praktizējuši arī esošo veco spēkstaciju modernizēšanu, lai uzlabotu to veiktspēju un pagarinātu to kalpošanas laiku. Šī stratēģija, protams, prasa mazākus kapitālieguldījumus nekā jaunu staciju celtniecība. Šī tendence ir pamatota arī tāpēc, ka pirms aptuveni 30 gadiem celtās elektrostacijas vēl nav morāli novecojušas. Dažos gadījumos tie darbojas pat ar lielāku efektivitāti, jo tie nav aprīkoti ar skruberiem. Vecās elektrostacijas ieņem arvien lielāku īpatsvaru valsts enerģētikas sektorā. 1970. gadā ASV tikai 20 elektroenerģijas ražošanas iekārtas bija vecākas par 30 gadiem. Līdz gadsimta beigām 30 gadi būs vidējais ar oglēm darbināmu termoelektrostaciju vecums.

Komunālie uzņēmumi arī meklē veidus, kā samazināt rūpnīcas darbības izmaksas. Lai novērstu enerģijas zudumus, nepieciešams savlaicīgi brīdināt par objekta svarīgāko zonu darbības pasliktināšanos. Tāpēc nepārtraukta komponentu un sistēmu stāvokļa uzraudzība kļūst par svarīgu operatīvā pakalpojuma sastāvdaļu. Šāda nepārtraukta dabisko nodiluma, korozijas un erozijas procesu uzraudzība ļauj iekārtu operatoriem savlaicīgi veikt pasākumus un novērst elektrostaciju avārijas atteices. Šādu pasākumu nozīmīgumu var pareizi novērtēt, ja ņemam vērā, piemēram, ka 1000 MW ogļu spēkstacijas piespiedu dīkstāve varētu radīt energouzņēmumam zaudējumus USD 1 miljona apmērā dienā, galvenokārt tāpēc, ka ir jākompensē neuzrādītā enerģija. piegādājot elektroenerģiju no dārgākiem avotiem.

Ogļu transportēšanas un pārstrādes, kā arī pelnu atdalīšanas vienības izmaksu pieaugums ir padarījis ogļu kvalitāti (ko nosaka mitrums, sērs un citi minerāli) par svarīgu faktoru termoelektrostaciju veiktspējas un ekonomikas noteikšanā. Lai gan zemas kvalitātes ogles var maksāt lētāk nekā augstas kvalitātes ogles, to patēriņš tāda paša daudzuma elektroenerģijas ražošanai ir daudz lielāks. Vairāk zemas kvalitātes ogļu transportēšanas izmaksas var kompensēt priekšrocības, ko rada to zemākā cena. Turklāt zemas kvalitātes ogles parasti rada vairāk atkritumu nekā augstas kvalitātes ogles, un tāpēc tām ir vajadzīgas augstas pelnu noņemšanas izmaksas. Visbeidzot, zemas kvalitātes ogļu sastāvs ir pakļauts lielām svārstībām, kas apgrūtina stacijas degvielas sistēmas "noskaņošanu" darbam ar maksimāli iespējamo efektivitāti; šajā gadījumā sistēma ir jānoregulē tā, lai tā varētu darboties sliktākajā sagaidāmajā līmenī.
Esošajās spēkstacijās ogļu kvalitāti var uzlabot vai vismaz stabilizēt, pirms sadedzināšanas atdalot dažus piemaisījumus, piemēram, sēru saturošus minerālus. Attīrīšanas iekārtās sasmalcinātas "netīrās" ogles tiek atdalītas no piemaisījumiem daudzos veidos, izmantojot īpatnējā svara vai citu ogļu un piemaisījumu fizisko īpašību atšķirības.

Neskatoties uz šiem centieniem uzlabot esošo ogļu spēkstaciju veiktspēju, līdz gadsimta beigām ASV būs jādarbojas papildu 150 000 MW jaudai, ja pieprasījums pēc elektroenerģijas pieaugs par paredzamo 2,3% gadā. . Lai saglabātu ogļu konkurētspēju arvien pieaugošajā enerģijas tirgū, komunālajiem uzņēmumiem būs jāpieņem novatoriskas jaunas ogļu sadedzināšanas metodes, kas ir efektīvākas nekā tradicionālās trīs galvenajos aspektos: mazāks piesārņojums, mazāk laika spēkstaciju būvniecībai un labāka veiktspēja un veiktspēja. ...

OGĻU SADEDZINĀŠANA ŠĶIDRĀ SLĀNĪ samazina nepieciešamību pēc papildu emisiju attīrīšanas iekārtām no spēkstacijas.
Katla krāsnī ar gaisa plūsmu tiek izveidots ogļu un kaļķakmens maisījuma verdošais slānis, kurā tiek sajauktas cietās daļiņas un atrodas suspensijā, tas ir, tās uzvedas tāpat kā verdošā šķidrumā.
Turbulentā sajaukšana nodrošina pilnīgu ogļu sadegšanu; šajā gadījumā kaļķakmens daļiņas reaģē ar sēra oksīdiem un aiztur aptuveni 90% šo oksīdu. Tā kā apkures katla rupjais sildelements ir tiešā saskarē ar kurināmā verdošo slāni, tvaika ģenerēšana ir efektīvāka nekā parastajos ogļu tvaika katlos.
Turklāt verdošā slānī degošo ogļu temperatūra ir zemāka, kas novērš katla izdedžu kušanu un samazina slāpekļa oksīdu veidošanos.

OGĻU GAZIFIKĀCIJA var tikt veikta, karsējot ogļu un ūdens maisījumu skābekļa atmosfērā. Procesa produkts ir gāze, kas galvenokārt sastāv no oglekļa monoksīda un ūdeņraža. Kad gāze ir atdzesēta, atlodēta un atbrīvota no sēra, to var izmantot kā degvielu gāzes turbīnām un pēc tam tvaika ražošanai tvaika turbīnai (kombinētais cikls).
Kombinētā cikla iekārta atmosfērā izdala mazāk piesārņotāju nekā parastā ogļu termoelektrostacija.

Šobrīd tiek izstrādāti vairāk nekā desmiti ogļu sadedzināšanas metožu ar paaugstinātu efektivitāti un mazāku kaitējumu videi. Visdaudzsološākie no tiem ir sadedzināšana verdošā slānī un ogļu gazifikācija. Degšana pēc pirmās metodes tiek veikta tvaika katla kurtuvē, kas ir iekārtots tā, ka šķembas, kas sajauktas ar kaļķakmens daļiņām, tiek uzturētas virs kurtuves režģa suspendētā ("pseido-sašķidrinātā") stāvoklī. ar spēcīgu augšupejošu gaisa plūsmu. Suspendētās daļiņas uzvedas būtībā tāpat kā verdošā šķidrumā, tas ir, tās atrodas turbulentā kustībā, kas nodrošina augstu degšanas procesa efektivitāti. Šāda katla ūdensvadi ir tiešā saskarē ar degošā kurināmā "šķiedru gultni", kā rezultātā liela daļa siltuma tiek pārnesta ar siltumvadītspēju, kas ir daudz efektīvāka nekā starojuma un konvektīva siltuma pārnese. parastais tvaika katls.

Katlam ar kurtuvi, kur ogles kurdina verdošā slānī, ir lielāks siltuma pārneses caurules virsmas laukums nekā parastajam katlam, kas darbojas ar ogļu pulveri, kas ļauj samazināt temperatūru kurtuvē un tādējādi samazināt slāpekļa oksīdu veidošanos. . (Ja parastajā katlā temperatūra var būt augstāka par 1650°C, tad katlā ar degšanu verdošā slānī tā ir robežās no 780-870°C.) Turklāt kaļķakmens, kas sajaukts ar akmeņoglēm, saista 90 vai vairāk procentus. sēra daudzums, kas izdalās no oglēm degšanas laikā, jo zemāka darba temperatūra veicina sēra un kaļķakmens reakciju, veidojot sulfītu vai kalcija sulfātu. Tādējādi videi kaitīgās vielas, kas veidojas ogļu sadegšanas laikā, tiek neitralizētas veidošanās vietā, t.i., krāsnī.
Turklāt verdošā slāņa katls konstrukcijas un darbības principa ziņā ir mazāk jutīgs pret ogļu kvalitātes svārstībām. Parastā pūderogļu katla krāsnī veidojas milzīgs daudzums izkausētu izdedžu, kas bieži aizsprosto siltuma pārneses virsmas un tādējādi samazina katla efektivitāti un uzticamību. Verdošā slāņa katlā ogles sadedzina temperatūrā, kas ir zemāka par izdedžu kušanas temperatūru, un tāpēc pat nerodas problēma, ka apkures virsmas aizsērē ar izdedžiem. Šādi katli var darboties ar zemākas kvalitātes oglēm, kas dažos gadījumos var ievērojami samazināt ekspluatācijas izmaksas.
Verdošā slāņa sadedzināšanas metode ir viegli īstenojama modulārajos katlos ar zemu tvaika jaudu. Pēc dažām aplēsēm, investīcijas termoelektrostacijā ar kompaktajiem katliem, kas darbojas pēc verdošā slāņa principa, var būt par 10-20% mazākas nekā investīcijas tradicionālajā tādas pašas jaudas termoelektrostacijā. Ietaupījums tiek panākts, samazinot būvniecības laiku. Turklāt šādas stacijas jaudu var viegli palielināt, palielinoties elektriskajai slodzei, kas ir svarīgi gadījumos, kad tās pieaugums nākotnē nav zināms iepriekš. Arī plānošanas problēma ir vienkāršota, jo šādas kompaktas vienības var ātri salikt, tiklīdz rodas nepieciešamība palielināt elektroenerģijas ražošanu.
Verdošā slāņa katlus var iestrādāt arī esošajās elektrostacijās, ja nepieciešams strauji palielināt ģenerēšanas jaudu. Piemēram, energokompānija Northern States Power vienu no stacijā esošajiem pūderogļu katliem pārveidoja gab. Minesota verdošā slāņa katlā. Izmaiņas veiktas, lai palielinātu elektrostacijas jaudu par 40%, samazinātu prasības kurināmā kvalitātei (katls var darboties pat ar vietējiem atkritumiem), rūpīgāku izmešu attīrīšanu un pagarinātu iekārtas kalpošanas laiku. stacija līdz 40 gadiem.
Pēdējo 15 gadu laikā tehnoloģija, ko izmanto termoelektrostacijās, kas aprīkotas tikai ar verdošā slāņa katliem, ir paplašinājušās no mazām izmēģinājuma un izmēģinājuma stacijām līdz lielām "demonstrācijas" stacijām. Šādu staciju ar kopējo jaudu 160 MW kopīgi būvē Tenesī ielejas pārvalde, Duke Power un Kentuki Sadraudzība; Colorado-Ute Electric Association, Inc. ekspluatācijā nodots 110 MW elektroenerģijas ražošanas bloks ar verdošā slāņa katliem. Ja šie divi projekti būs veiksmīgi, kā arī Northern States Power, privātā sektora kopuzņēmums ar kopējo kapitālu aptuveni 400 miljonu USD apmērā, ekonomiskais risks, kas saistīts ar verdošā slāņa katlu izmantošanu enerģētikā, tiks ievērojami samazināts.
Vēl viena metode, kas vienkāršākā veidā pastāvēja jau 19. gadsimta vidū, ir ogļu gazifikācija, lai iegūtu "tīri degošu" gāzi. Šāda gāze ir piemērota apgaismojumam un apkurei, un to plaši izmantoja ASV līdz Otrajam pasaules karam, kad to aizstāja ar dabasgāzi.
Sākotnēji ogļu gazifikācija piesaistīja enerģētikas uzņēmumu uzmanību, kuri cerēja izmantot šo metodi, lai iegūtu degvielu, kas sadeg bez atkritumiem un tādējādi likvidētu beršanu. Tagad ir kļuvis skaidrs, ka ogļu gazifikācijai ir vēl svarīgāka priekšrocība: ģeneratora gāzes karstos sadegšanas produktus var tieši izmantot gāzturbīnu darbināšanai. Savukārt sadegšanas produktu atkritumu siltumu pēc gāzes turbīnas var izmantot, lai iegūtu tvaiku tvaika turbīnas darbināšanai. Šī kombinētā gāzes un tvaika turbīnu izmantošana, ko sauc par kombinēto ciklu, tagad ir viens no efektīvākajiem elektroenerģijas ražošanas veidiem.
Gāze, kas iegūta ogļu gazifikācijā un atbrīvota no sēra un cietajām daļiņām, ir lieliska degviela gāzes turbīnām un, tāpat kā dabasgāze, deg gandrīz bez atkritumiem. Kombinētā cikla augstā efektivitāte kompensē neizbēgamos zaudējumus, kas saistīti ar ogļu pārvēršanu gāzē. Turklāt kombinētā cikla iekārta patērē ievērojami mazāk ūdens, jo divas trešdaļas jaudas attīsta gāzes turbīna, kurai atšķirībā no tvaika turbīnas ūdens nav nepieciešams.
Ogļu gazifikācijas kombinētā cikla spēkstaciju dzīvotspēju ir pierādījusi Dienvidkalifornijas Edisonas Cool Water rūpnīca. Šī stacija ar aptuveni 100 MW jaudu tika nodota ekspluatācijā 1984. gada maijā. Tā var darboties ar dažāda veida oglēm. Emisijas no stacijas tīrības ziņā neatšķiras no blakus esošās dabasgāzes stacijas emisijām. Sēra oksīdus dūmgāzēs notur krietni zem mērķa, izmantojot sēra reģenerācijas palīgsistēmu, kas atdala gandrīz visu sēru no barības degvielas un ražo tīru sēru rūpnieciskiem nolūkiem. Slāpekļa oksīdu veidošanos novērš, pirms sadegšanas gāzei pievienojot ūdeni, kas pazemina gāzes sadegšanas temperatūru. Turklāt gazifikatorā atlikušās nesadegušās ogles tiek pārkausētas un pārveidotas par inertu stiklveida materiālu, kas pēc atdzesēšanas atbilst Kalifornijas prasībām attiecībā uz cietajiem atkritumiem.
Papildus augstākai efektivitātei un mazākam vides piesārņojumam kombinētā cikla iekārtām ir vēl viena priekšrocība: tās var būvēt vairākos posmos, tādējādi blokos palielinot uzstādīto jaudu. Šī būvniecības elastība samazina pārmērīgu vai nepietiekamu ieguldījumu risku, kas saistīts ar elektroenerģijas pieprasījuma pieauguma nenoteiktību. Piemēram, uzstādītās jaudas pirmais posms var darboties ar gāzes turbīnām un kā kurināmo ogļu vietā izmantot naftu vai dabasgāzi, ja pašreizējās cenas šiem produktiem ir zemas. Tad, pieaugot pieprasījumam pēc elektrības, papildus tiek nodots ekspluatācijā atkritumsiltuma katls un tvaika turbīna, kas palielinās ne tikai stacijas jaudu, bet arī efektivitāti. Pēc tam, kad pieprasījums pēc elektrības atkal pieaugs, stacijā varēs izbūvēt ogļu gazifikācijas iekārtu.
Ogļu termoelektrostaciju loma ir galvenā tēma, kad runa ir par dabas resursu saglabāšanu, vides aizsardzību un ekonomikas attīstības veidiem. Šie problēmas aspekti ne vienmēr ir pretrunīgi. Jauno ogļu sadedzināšanas tehnoloģisko procesu izmantošanas pieredze liecina, ka tie var veiksmīgi un vienlaikus atrisināt gan vides aizsardzības problēmas, gan samazināt elektroenerģijas izmaksas. Šis princips tika ņemts vērā pagājušajā gadā publicētajā ASV un Kanādas kopīgajā ziņojumā par skābajiem lietiem. Vadoties pēc ziņojumā ietvertajiem priekšlikumiem, ASV Kongress šobrīd apsver iespēju izveidot vispārēju nacionālu iniciatīvu, lai demonstrētu un izmantotu "tīras" ogļu sadedzināšanas procesus. Iniciatīvas, kas apvienos privāto kapitālu ar federālajām investīcijām, mērķis ir 90. gados komercializēt jaunus ogļu sadedzināšanas procesus, tostarp verdošā slāņa katlus un gāzes ģeneratorus. Tomēr, pat tuvākajā nākotnē plaši izmantojot jaunus ogļu sadedzināšanas procesus, pieaugošo pieprasījumu pēc elektroenerģijas nevar apmierināt bez virknes saskaņotu pasākumu, lai taupītu elektroenerģiju, regulētu tās patēriņu un palielinātu esošo termoelektrostaciju produktivitāti. tradicionālie principi. Ekonomikas un vides jautājumi, kas pastāvīgi ir dienaskārtībā, visticamāk, novedīs pie pilnīgi jauniem tehnoloģiskiem sasniegumiem, kas būtiski atšķiras no šeit aprakstītajiem. Nākotnē ogļu termoelektrostacijas var pārvērsties par sarežģītiem dabas resursu pārstrādes uzņēmumiem. Šādi uzņēmumi pārstrādās vietējo kurināmo un citus dabas resursus un ražos elektroenerģiju, siltumu un dažādus produktus, ņemot vērā vietējās ekonomikas vajadzības. Papildus verdošā slāņa katliem un ogļu gazifikācijas iekārtām šādi uzņēmumi tiks aprīkoti ar elektroniskām tehniskās diagnostikas sistēmām un automatizētām vadības sistēmām, un papildus būs lietderīgi izmantot lielāko daļu ogļu sadedzināšanas blakusproduktu.

Līdz ar to uz oglēm balstītas elektroenerģijas ražošanas ekonomisko un vides faktoru uzlabošanas iespējas ir ļoti plašas. Šo iespēju savlaicīga izmantošana tomēr ir atkarīga no valdības spējas īstenot sabalansētu enerģētikas un vides politiku, kas rada nepieciešamos stimulus elektroenerģijas nozarei. Nepieciešams veikt pasākumus, lai jauni ogļu sadedzināšanas procesi tiktu izstrādāti un ieviesti racionāli, sadarbojoties ar energokompānijām, nevis kā tas bija ar skrubera gāzes attīrīšanas ieviešanu. To visu var panākt, ja izmaksas un riski tiek samazināti līdz minimumam, pārdomāti projektējot, testējot un pilnveidojot mazās izmēģinājuma rūpnīcas, kam seko izstrādāto sistēmu plaša industrializācija.

Termoelektrostacijas nodrošina cilvēkiem gandrīz visu nepieciešamo enerģiju uz planētas. Cilvēki ir iemācījušies saņemt elektrību citos veidos, bet joprojām nepieņem alternatīvas. Viņiem nav izdevīgi izmantot degvielu, viņi no tās neatsakās.

Kāds ir termoelektrostaciju noslēpums?

Termoelektrostacijas nav nejaušība, ka tie paliek neaizstājami. Viņu turbīna ģenerē enerģiju visvienkāršākajā veidā, izmantojot sadegšanu. Pateicoties tam, ir iespējams samazināt būvniecības izmaksas, kas tiek uzskatītas par pilnībā pamatotām. Tādi objekti ir visās pasaules valstīs, tāpēc nav jābrīnās par to izplatību.

Termoelektrostaciju darbības princips būvēts uz milzīga daudzuma degvielas sadedzināšanas. Rezultātā parādās elektrība, kas vispirms tiek uzkrāta un pēc tam sadalīta noteiktos reģionos. Termoelektrostaciju shēmas paliek gandrīz nemainīgas.

Kādu degvielu stacija izmanto?

Katra stacija izmanto atsevišķu degvielu. Tas ir īpaši nosūtīts, lai netiktu traucēta jūsu darbplūsma. Šis brīdis joprojām ir viens no problemātiskajiem, jo parādās transporta izmaksas. Kāda veida aprīkojumu tas izmanto?

ogles;
degakmens;
Kūdra;
Mazuts;
Dabasgāze.

Termoelektrostaciju termoķēžu pamatā ir noteikta veida kurināmais. Turklāt tajos tiek veiktas nelielas izmaiņas, nodrošinot maksimālu efektivitāti. Ja tie netiks izdarīti, galvenais patēriņš būs pārmērīgs, tāpēc radītā elektriskā strāva neattaisnos.

Termoelektrostaciju veidi

Svarīgs jautājums ir termoelektrostaciju veidi. Atbilde jums pateiks, kā parādās nepieciešamā enerģija. Mūsdienās pamazām tiek veiktas nopietnas izmaiņas, kur galvenais avots būs alternatīvie veidi, taču līdz šim to izmantošana paliek neatbilstoša.

Kondensācija (IES);
Koģenerācijas stacija (CHP);
Valsts reģionālās elektrostacijas (GRES).

TES spēkstacijai būs nepieciešams detalizēts apraksts. Viedokļi ir dažādi, tāpēc tikai apsvēršana izskaidros, kāpēc tiek veikta šāda mēroga būvniecība.

Kondensācija (IES)

Termoelektrostaciju veidi sākas ar kondensācijas elektrostacijām. Šādas koģenerācijas stacijas tiek izmantotas tikai elektroenerģijas ražošanai. Visbiežāk tas uzkrājas, nekavējoties neizplatoties. Kondensācijas metode nodrošina maksimālu efektivitāti, tāpēc šādi principi tiek uzskatīti par optimāliem. Mūsdienās visās valstīs tiek izdalītas atsevišķas liela mēroga iekārtas, kas nodrošina plašus reģionus.

Kodoliekārtas pakāpeniski aizstāj tradicionālo degvielu. Tikai nomaiņa joprojām ir dārgs un laikietilpīgs process, jo fosilā kurināmā darbība atšķiras no citām metodēm. Turklāt jebkuras stacijas izslēgšana nav iespējama, jo šādās situācijās veseli reģioni paliek bez vērtīgas elektrības.

Koģenerācijas stacija (CHP)

Koģenerācijas stacijas vienlaikus tiek izmantotas vairākiem mērķiem. Tos galvenokārt izmanto vērtīgas elektroenerģijas ražošanai, bet kurināmā sadedzināšana joprojām ir noderīga arī siltuma ražošanai. Līdz ar to praksē turpina pielietot koģenerācijas elektrostacijas.

Būtiska iezīme ir tāda, ka šāda veida termoelektrostacijas ir pārākas par citām ar salīdzinoši mazu jaudu. Tie nodrošina atsevišķas zonas, tāpēc nav nepieciešamas lielapjoma piegādes. Prakse rāda, cik izdevīgs ir šāds risinājums, pateicoties papildu elektropārvades līniju ieguldīšanai. Mūsdienu termoelektrostacijas darbības princips ir lieks tikai vides dēļ.

Valsts rajona elektrostacijas

Vispārīga informācija par mūsdienu termoelektrostacijām neatzīmē valsts rajona elektrostaciju. Pamazām tie paliek otrajā plānā, zaudējot savu aktualitāti. Lai gan valstij piederošās rajonu elektrostacijas joprojām ir noderīgas enerģijas ražošanā.

Dažāda veida termoelektrostacijas sniedz atbalstu plašiem reģioniem, taču to jauda joprojām ir nepietiekama. Padomju laikā tika veikti vērienīgi projekti, kas tagad tiek slēgti. Iemesls bija neatbilstoša degvielas izmantošana. Lai gan to nomaiņa joprojām ir problemātiska, jo mūsdienu termoelektrostaciju priekšrocības un trūkumi galvenokārt tiek atzīmēti ar lielu enerģijas daudzumu.

Kuras spēkstacijas ir termiskās? To darbības princips ir balstīts uz degvielas sadegšanu. Tie joprojām ir neaizstājami, lai gan aprēķini tiek aktīvi veikti par līdzvērtīgu nomaiņu. Termoelektrostacijas turpina praksē pierādīt savas priekšrocības un trūkumus. Šī iemesla dēļ viņu darbs joprojām ir nepieciešams.

Kas ir ogļu spēkstacija? Šis ir tāds elektroenerģijas ražošanas uzņēmums, kurā ogles (ogles, brūnās) ir pirmās enerģijas pārveidošanas ķēdē.

Atcerēsimies enerģijas pārveidošanas ķēdi elektrostacijās, kas darbojas ciklā.

Pirmā ķēdē ir degviela, mūsu gadījumā ogles. Tam piemīt ķīmiskā enerģija, kas, sadedzinot katlā, no tvaika pārvēršas siltumenerģijā. Siltumenerģiju var saukt arī par potenciālu. Turklāt tvaika potenciālā enerģija pie sprauslām tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā. Mēs sauksim kinētiskās enerģijas ātrumu. Šī kinētiskā enerģija turbīnas sprauslu izejā spiež rotora lāpstiņas un griež turbīnas vārpstu. Šeit tiek iegūta rotācijas mehāniskā enerģija. Mūsu turbīnas vārpsta ir stingri savienota ar elektriskā ģeneratora vārpstu. Jau elektriskajā ģeneratorā rotācijas mehāniskā enerģija tiek pārveidota par elektroenerģiju - elektroenerģiju.

Ogļu elektrostacijai ir gan priekšrocības, gan mīnusi, salīdzinot, piemēram, ar gāzi darbināmo (mēs neņemsim vērā mūsdienu CCGT kā parasti).

Ogļu spēkstaciju priekšrocības:

- zemas degvielas izmaksas;

- salīdzinošā neatkarība no degvielas piegādēm (ir liela ogļu noliktava);

- un ... tas arī viss.

Ogļu spēkstaciju trūkumi:

- zema manevrētspēja - sakarā ar papildu ierobežojumiem izdedžu izvadīšanai no, ja tas ir ar šķidro izdedžu noņemšanu;

- augstas emisijas salīdzinājumā ar gāzi;

- zemāka elektroenerģijas piegādes efektivitāte - tas palielina zudumus katlā un palielina pašu elektroenerģijas vajadzības ogļu pulverizācijas sistēmas dēļ;

- vairāk nekā degvielas uzpildes stacijās, izmaksas ir saistītas ar to, ka tiek pievienots abrazīvs nodilums un lielāks palīginstalāciju skaits.

No šī nelielā salīdzinājuma var redzēt, ka ogļu spēkstacijas zaudē ar gāzi darbināmām elektrostacijām. Neskatoties uz to, pasaule neatsakās tos būvēt. Tas galvenokārt ir saistīts ar ekonomisko skatījumu.

Ņemiet, piemēram, mūsu valsti. Mums kartē ir dažas vietas, kur ogles tiek iegūtas lielos daudzumos. Slavenākais ir Kuzbass (Kuzņeckas ogļu baseins), kas pazīstams arī kā Kemerovas apgabals. Ir diezgan daudz spēkstaciju, lielākās - un bez tām ir arī vairākas mazākas. Visi no tiem darbojas ar oglēm, izņemot dažus spēka agregātus, kuros gāzi var izmantot kā rezerves degvielu. Kemerovas reģionā tik liels ogļu spēkstaciju skaits, protams, ir saistīts ar faktu, ka ogles tiek iegūtas “tuvu”. Spēkstaciju ogļu cenā transporta komponentes praktiski nav. Turklāt daži termoelektrostaciju īpašnieki ir arī ogļu uzņēmumu īpašnieki. Šķiet skaidrs, kāpēc tur nebūvē degvielas uzpildes stacijas.

Turklāt pierādītās ogļu rezerves ir nesalīdzināmi lielākas nekā pierādītās dabasgāzes rezerves. Tas jau attiecas uz valsts enerģētisko drošību.

Attīstītās valstis ir spērušas soli tālāk. Tā saukto sintētisko gāzi, mākslīgu dabasgāzes analogu, ražo no oglēm. Daži jau ir pielāgojušies šai gāzei, kas var darboties kā daļa no CCGT vienības. Un šeit jau ir pavisam citi efektivitātes koeficienti (augstāki) un kaitīgās emisijas (mazāki), salīdzinot ar ogļu stacijām un pat ar vecām degvielas uzpildes stacijām.

Tātad mēs varam secināt, ka ogles kā degvielu elektroenerģijas ražošanai cilvēce vienmēr izmantos.