Новый облик угольной генерации

Современные технологии позволяют облагородить уголь и сделать его экологически приемлемым для окружающей среды. Фото Reuters

Примерно 41% всей электроэнергии в мире до сих пор вырабатывается на угольных электростанциях, и, по-видимому, в ближайшие 20 лет уголь продолжит доминировать на этом рынке. Государственное финансирование и заинтересованность частных компаний уже позволили создать новые перспективные технологии по извлечению энергии из угля. Высоким потенциалом в этом отношении обладают такие решения, как сжигание угля с организацией химических циклов и комбинированный цикл комплексной газификации.

Угольная генерация продолжает играть важную роль в энергетическом секторе многих стран мира. Только в США из угля вырабатывается примерно 33% всей производимой электроэнергии (для сравнения, на возобновляемые источники энергии приходится не более 7%). Мы ожидаем, что этот тренд продолжится в будущем. Согласно прогнозам, к 2030 году доля угольной энергетики в структуре производства электроэнергии в мире превысит 41%. В течение ближайших 20 лет рост потребления электроэнергии в мире составит 2,5% в год. С учетом этого сегодня критически важно повышать эффективность работы энергогенерирующих угольных технологий – как новых, так и действующих.

На данный момент эффективность электростанций, работающих на угле, составляет от 25 до 40%. В США, к примеру, этот показатель достигает в среднем 32%. Во многих развивающихся странах, например в Индии, по-прежнему эксплуатируются устаревшие технологии, эффективность которых снижается с каждым годом и на сегодняшний день находится ниже среднего уровня.

Согласно расчетам, повышение эффективности работы угольной электростанции всего на 4% позволяет снизить объем выбросов парниковых газов на 175 млн куб. м. Наряду с этим необходимо также обеспечить внедрение новых технологий по улавливанию и хранению углекислого газа, которые позволяют снизить объем выброса CO2 на 90% и более. С точки зрения экономики, повышение эффективности угольной электростанции на 1% дает экономию затрат на производство электроэнергии на 2%.

Таким образом, основным драйвером развития современного энергетического рынка являются новые технические решения. В ближайшие пять лет можно ожидать появления эффективных материалов для технологии сжигания угля с организацией химических циклов (CLC), а также увеличения надежности установок с комбинированным циклом комплексной газификации (IGCC).

Решения на основе технологии CLC позволяют повысить эффективность  сжигания топлива и снизить объем выброса CO2, а также других газов, включая двуокись азота. В данном случае высокая производительность установок (эффективность производства электроэнергии до 46%) достигается за счет сжигания топлива в чистом кислороде, а не в воздухе. При этом также обеспечивается сокращение затрат на выработку энергии, существенно упрощается и повышается эффективность процесса улавливания и хранения углекислого газа (до 95–99%).

В настоящее время разработкой решений на базе CLC занимаются Технологический университет Чалмерс (Швеция), университет Кентукки (США), университет г. Нанкин (Китай) и Гамбургский технологический университет (Германия). В каждом из них созданы и работают пилотные установки CLC различной производительности. В числе основных игроков, которые также проводят НИОКР в данной области, можно назвать компании Alstom Power Inc. и Babcock & Wilcox Power Generation Group. 

Стоит отметить, что большинство разработок на основе технологии CLC  пока находятся на этапе создания и эксплуатации опытных образцов. Их активная коммерциализация начнется после 2020 года. В период после 2020 года можно ожидать широкое распространение технологий CLC в ряде стран. К примеру, в США в период 2012–2016 годов было запущено пять пилотных проектов CLC, суммарный объем инвестиций в которые составил 18 млн долл. Ввод данных объектов в коммерческую эксплуатацию запланирован на 2017–2018 годы. Помимо этого проекты CLC реализуются сейчас в Австралии (один проект, объем инвестиций – 450 тыс. долл.) и Европейском союзе (1 проект, объем инвестиций – 9 млн долл.). Суммарный объем инвестиций в решения CLC в мире составляет около 150 млн долл. в год (из них 1/3 приходится на государственное финансирование).

Еще одна перспективная технология – это магнитогидродинамическая установка на угле (MHD). Эффективность производства электроэнергии при ее использовании оценивается в 45–50% и может быть увеличена до 60%. Впрочем, пока данная технология все еще находится на ранней стадии разработки.

Что касается действующих объектов, то в сфере экологичной угольной энергетики сегодня доминируют решения IGCC. Лежащие в их основе технологии, такие как газификация и паровые турбины, достаточно известны, и по мере их совершенствования установки IGCC становятся все эффективнее. Чем большую скорость горения и эффективность улавливания СО2 и чем меньший выброс парниковых газов будут обеспечивать данные решения, тем шире будет сфера их применения.

По нашим данным, применение технологии IGCC обеспечивает снижение выбросов углекислого газа на 20%, а эффективность улавливания и хранения находится в диапазоне 92–97%. В свою очередь, эффективность выработки электроэнергии IGCC-установками составляет от 40 до 45% с возможностью повышения до 65%. Вместе с тем на данный момент количество действующих IGCC-электростанций в мире относительно невелико. В коммерческой эксплуатации находятся всего семь таких объектов, три из которых были введены в 2013 году. Основные сложности при реализации таких проектов связаны с высокой стоимостью строительства по сравнению с традиционными угольными электростанциями. Среди наиболее значимых проектов этого типа можно назвать электростанцию в округе Кемпер, США (введена в 2016 году), а также проект компании Хуаненг в Китае (2012).

Среди всех стран мира Китай остается лидером по объему инвестиций в технологии IGCC (46 млн долл.), на втором месте – США (7,5 млн долл. в 2015 году), на третьем – Европейский союз (6,6 млн долл.). Суммарный объем только государственных (бюджетных) инвестиций в проекты IGCC в мире оценивается в 250 млн долл. Таким образом, перспективы развития угольной энергетики связаны, в первую очередь, с внедрением решений IGCC.