Совместное сжигание топлива становится все популярнее
Краткий обзор европейских ТЭЦ, использующих совместное сжигание топлива
Продолжаем рассказ об опыте Западной Европы в сфере совместного сжигания различных видов угля и биотоплива на теплоэлектростанциях для выработки тепловой и электрической энергии (начало см. в ЛПИ № 7 (81), 2011 год).
Половина из 10–12 млн т пеллет, производимых ежегодно в мире, используются на ТЭЦ для выработки электроэнергии. Такая практика находит все большее применение в странах, подписавших Киотский протокол: в Бельгии, Нидерландах, Дании, Швеции и Великобритании.
Так как пеллеты, в отличие от других видов топлива из биомассы, обладают хорошими энергетическими характеристиками и являются гомогенным топливом (что облегчает их транспортировку и хранение), они представляют большой интерес для владельцев крупных ТЭЦ. За счет замены части угля на биотопливо при совместном сжигании сокращаются выбросы парниковых газов, уменьшаются эксплуатационные затраты.
Ежегодное потребление угля в мире составляет примерно 3 млрд т. Одна крупная ТЭЦ в среднем сжигает примерно 2 млн т угля в год. Если такая ТЭЦ решит полностью перейти на пеллеты, для ее обеспечения понадобится не менее 1 млн т этого биотоплива. Рассмотрим, как обстоят дела в области использования пеллет в некоторых западноевропейских странах.
Совместное сжигание топлива в Дании
Генератор на ТЭЦ Avedore в Дании
Лидером в Европе по энергетическому использованию биомассы и в том числе пеллет являются страны Скандинавии. Государственные субсидии при поставке «зеленой энергии» и высокие налоги на ископаемое топливо обуславливают все возрастающие объемы использования биомассы.
Датский оператор Dong Energy эксплуатирует в пригороде г. Копенгагена ТЭЦ Avedore с двумя энергоблоками, которые снабжают примерно 200 тыс. домашних хозяйств теплом и производят 1,4 млн кВт/ч электроэнергии. В топках котлов станции сжигают и каменный уголь, и биомассу. На одном из энергоблоков (№ 1) в качестве топлива используется только уголь, но планируется его модернизация, которая позволит сжигать в топках его котлов и биомассу. Поставки угля и пеллет осуществляются морскими судами на собственный терминал ТЭЦ. Для выгрузки используются кран с грейферным захватом и кран пневматического типа. Уголь по транспортеру поступает на открытую площадку, а пеллеты – в бункеры для хранения.
с бурым углем на ТЭЦ концерна Vattenfall в Йеншвальде (ФРГ)
Блок № 2 на ТЭЦ Avedore введен в эксплуатацию в 2001 году. В отличие от блока № 1 он может использовать в качестве топлива газ, нефть и биотопливо, например, тюкованную солому и древесные пеллеты. Блок потребляет 400 тыс. т пеллет в год. На блоке № 2 установлено два котла фирмы BWE (Burmeister & Wain Energy A/S). В одном сжигается солома, в другом – газ, нефть и пеллеты. Произведенный на этих двух котлах пар, приводит в действие турбину. Кроме того, на ТЭЦ для покрытия пиков спроса электроэнергии установлена дополнительно газовая турбина. Отводимое от турбины тепло используется для предварительного подогрева теплоносителя (воды) для котлов энергоблока. При полной нагрузке оборудования в час сжигается 25 т соломы, которая поставляется на ТЭЦ местными фермерами. Энергоблок Avedore 2, мощность которого достигает 800 MВт тепловой и 585 MВт электрической энергии в год, является сегодня крупнейшей ТЭЦ в мире, которая кроме ископаемого топлива использует пеллеты и другую биомассу.
Датское правительство субсидирует станцию, оплачивая подачу «зеленой энергии». Владелец станции получает субсидию в размере 6 евроцентов за каждый киловаттчас энергии. На основании того, что Dong Energy и Vattenfall (шведский энергоконцерн) объявили о планах увеличения использования биомассы на своих ТЭЦ, эксперты прогнозируют рост датского рынка пеллет в энергетике в два раза в течение ближайших пяти лет.
Канадские пеллеты в Бельгии
В бельгийском городе Авирсе энергетический концерн Electrabel в 2005 году первым в мире переоборудовал все котельные ТЭЦ, в которых ранее сжигался уголь, для сжигания пеллет. 1200 т пеллет ежедневно поставляются на ТЭЦ на речных судах по реке Маас из г. Антверпена. Пеллеты производятся в канадской провинции Британская Колумбия, также поступают отдельные партии из Германии, России, стран Балтии, из Финляндии и Швеции.
Согласно законодательству по использованию «зеленого электричества» в Бельгии, национальные компании обязаны предъявлять доказательства того, что потребители в каждом регионе страны получают фиксированную долю энергии, полученной из возобновляемых источников. В связи с этим совместное сжигание угля и биомассы становится все более и более популярным. Во всех провинциях Бельгии на рынке обращаются так называемые «зеленые сертификаты». К началу 2010 года доля «зеленой энергии» в общем объеме потребляемой энергии составляла в Валлонии (регион, в который входит 5 южных провинций страны) – 9%, во Фландрии (бельгийская часть исторической области на Западе Европы) – 6,2%, в Брюсселе (столица страны и центр одноименного региона) – 2,5%.
Бельгийское правительство способствует производству энергии из биомассы на крупных ТЭЦ квотной системой и сертификатами на «зеленую энергию». Модель квот обязывает энергетической компании определенную долю энергии производить из возобновляемых энергоносителей. Выполнение этого обязательства должно быть доказано предъявлением сертификатов на «зеленую энергию». За каждый ее киловатт производитель получает один сертификат. Если у энергокомпании нет возможности самому произвести «зеленую энергию», ему приходится покупать сертификаты на свободном рынке. Из шести ТЭЦ на биомассе компании Electrabel в Бельгии, Голландии и Польше, концерн использует пеллеты на двух (обе расположены в Бельгии).
Биомасса в энергетике Бельгии занимает более 96% от всех возобновляемых источников энергии (ВИЭ), для сравнения: в Нидерландах – около 90%.
Electrabel является одним из основных производителей электроэнергии в Европе. В Бельгии 85% электроэнергии, вырабатываемой компанией Electrabel на основе ВИЭ, производится из топливных гранул. Ежегодно компанией потребляется более 2 млн т биомассы, из которой половина – 1 млн т – топливные гранулы. К 2014 году в компании будут потреблять 3 млн т пеллет в год – столько, сколько, например, в Германии производится за два года. На ТЭС в г. Роденхойте объемы потребляемого топлива распределяются так: 40% гранул и 60% угля. Кроме пеллет Electrabel на всех станциях, работающих на биомассе, использует оливковый жмых, древесную стружку и ил. Рыночную конкуренцию Electrabel составляет еще один европейский энергогигант – E.ON Benelux. Он планирует построить новую ТЭЦ на каменном угле непосредственно в антверпенской гавани. С 2014 года она должна будет вырабатывать 1100 MВт/ч электроэнергии. Планируется в топках котлов станции совместно сжигать и биомассу.
Совместное сжигание топлива в Нидерландах
Как и многие европейские индустриальные государства, Нидерланды потребляют все больше электроэнергии. После того как в 2005 году в национальном энергетическом отчете была констатирована нехватка электроэнергии, пять энергокомпаний страны представили планы строительства новых ТЭЦ на каменном угле. С 2002 года в стране существует компенсация за подачу в сеть электроэнергии, выработанной из возобновляемых источников, т. е. «зеленой энергии». В Нидерландах, так же, как и в соседней Бельгии выработка электроэнергии и тепла путем когенерации на крупных угольных станциях с процентной долей совместно сжигаемой биомассы субсидируется государством. В финансовом плане компенсация, размер которой – 5–6 евроцентов за 1 кВт/ч, представляет собой стимул для энергетических компаний к совместному сжиганию ископаемых видов топлива и биотоплива. Так, например, ведущий голландский энергоконцерн Essent в 2007 году сжег на своих ТЭЦ 1,4 млн т пеллет (из них 900 тыс. т – на станции Amerсentrale). Этот объем соответствует всему объему экспорта канадских пеллет в Европу!
Amercentrale (Essent’s Amer Power Plant) – тепловая электростанция голландского энергетического концерна Essent в муниципалитете Гертруйденберг. Электростанция носит название реки Амер, на левом берегу которой она и находится. Блок № 1 Amercentrale начал вырабатывать электроэнергию в 1952 году. Сегодня на ТЭЦ используется технология совместного сжигания угля и биомассы (в основном, древесных пеллет).
Электростанция состоит из двух блоков, суммарная мощность которых – 1245 МВт электричества и 600 МВт тепла. ТЭЦ обеспечивает значительную часть южной части Нидерландов электричеством и тепловой энергией для отопления жилых домов, производственных и сельскохозяйственных сооружений (теплиц). В настоящее время планируется строительство еще одного блока на 800 МВт, в котлах которого также будет использоваться совместное сжигание угля и биомассы.
Amercentrale сегодня использует биомассы больше, чем любая другая электростанция в Европе. В топках котлов этой электростанции одновременно сжигают биомассу и уголь в соотношении 35:65. Рассматривается вопрос об увеличении доли биомассы при совместном сжигании с углем до 50%, а в перспективе даже до 95%, оставив лишь 5% угля для т. н. подсветки (растопки). Древесные топливные гранулы поставляются на ТЭЦ крупнейшим в мире заводом-производителем пеллет, построенном компанией RWE – совладельцем Essent – в американском городе Уэйкроссе (штат Джорджия); инвестиции в него сотавили 120 млн евро. Ежегодная производительность этого завода – 750 тыс. т топливных гранул.
Мощность энергоблока № 1 – 600 МВт электрической и 350 МВт тепловой энергии. В качестве топлива используются: уголь калорийностью 25 МДж/кг, измельченные древесные отходы и пеллеты качества En-B.
Гранулы доставляются на станцию по реке Амер, тоннаж судов – до 3000 т. Далее гранулы вакуумным способом выгружаются из трюма и поступают по транспортерам на силосы. Для сжигания биомассы в котле типа Schelda не потребовалось модернизации горелок и котла. Биомасса подается на две или три горелки из шести (в зависимости от наличия топлива). В качестве подсветки используется природный газ и – в качестве резерва – нефть. По имеющейся информации, потребление биомассы на блоке № 1 в процентном соотношении к углю составляет более 50%. Электрическая турбина производства концерна АВВ. Для того, чтобы использовать биомассу в качестве топлива, на станции были проведены следующие мероприятия: на реке построен грузовой причал для приема судов с грузом пеллет; приобретен и установлен вакуумный агрегат для выгрузки гранул; построены силосы с транспортерами для гранул.
Немецкий энергоконцерн RWE действует на нидерландском рынке и строит новую ТЭЦ в г. Эмсхавене. Планируемая мощность составляет 1600 MВт. Примерно в конце 2012 года – начале 2013 года эта станция совместного сжигания угля и биомассы начнет вырабатывать электроэнергию.
Еще один пример усиления активности в сфере совместного сжигания в Голландии – новый блок на угольной ТЭЦ Maasvlakte Power Plant 3 (MPP 3), который строится концерном E.ОN Benelux с 2008 года. Так же, как и на уже действующих станциях, на новом блоке MPP 3 электроэнергия будет производиться из биомассы. Запуск блока планируется на начало 2012 года.
Его мощность составит 1100 MВт. По данным Е.ON Benelux, этого достаточно для покрытия 7% внутреннего потребления электроэнергии в Нидерландах. Близкое расположение этого энергоблока к Роттердаму – крупнейшему перевалочному пункту энергоносителей в Европе – и возможность использовать для охлаждения отработанного пара воду из Северного моря – несомненные плюсы этого проекта. Роттердам становится крупнейшем в мире портом по обороту топлива из биомассы.
Совместное сжигание топлива в Великобритании
30% всего количества электроэнергии в Соединенном королевстве вырабатывается на угольных станциях. Это говорит о большом потенциале для внедрения совместного сжигания. Сертификаты на выбросы парниковых газов дали совместному сжиганию ископаемых видов топлива и биомассы за несколько лет серьезный импульс, в результате чего англичане вошли в число крупных импортеров пеллет. В 2008 году российские и канадские импортеры поставили в Великобританию 800 тыс. т пеллет для совместного сжигания и выработки «зеленой электроэнергии». Британский оператор Drax объявил о намерении 10% от всей вырабатываемой на своих электростанциях электроэнергии (около 4ГВт/час) производить путем сжигания биомассы. Это приведет к увеличению общего обема британского рынка пеллет на 1,2 млн т в год. Группа Drax и производитель оборудования Siemens заключили в апреле 2009 года контракт на совместное строительство в Великобритании трех станций общей мощностью 300 MВт, которые будут работать на биомассе и использовать пеллеты. Инвестиционные затраты составят 2 млрд фунтов стерлингов. Drax будет управлять станциями и поставлять биомассу. Siemens поставляет необходимую технологию и оборудование. Первая станция должна быть подключена к сети в 2014 году. Две станции будут расположены около портов Иммингхем и Халл. Местоположение третьей пока не определено. Когда все три станции введут в эксплуатацию, у компании Drax будет примерно 15% в общем объеме производства «зеленой энергии» в Великобритании.
Самая большая ТЭЦ этого концерна – Drax Power Station – вторая по мощности в Европе угольная электростанция (после польской Belchatow Power Station) – вырабатывает 7% электроэнергии всей Великобритании. С 2004 года не ней используется принцип совместного сжигания нефтяного кокса и биомассы(12,5%) – пеллеты из древесины, солома, лузга подсолнечника, скорлупа орехов и косточки оливок, мискантус. В основном все это биотопливо импортируется. Станция потребляет около 1,5 млн т биомассы в год.
Drax Power Station вырабатывает 24 ТВт/ч электроэнергии. Эмиссия СО2 доходит до 22,8 млн т в год. Выход золы – 1,5 млн т в год. Максимальное потребление угля – 36 тыс. т в день, то есть около 9 млн т в год. Уголь поступает как с британских шахт, так и из-за рубежа: в основном из Австралии, Колумбии, Польши, России и Южной Африки. Доставка осуществляется морскими судами, а из портов до ТЭЦ – железной дорогой. На станции применяется специальная карусельная разгрузка без остановки составов (на малом ходу).
Уголь подается в один из тридцати угольных бункеров каждый вместимостью 1 тыс. т. Каждый бункер запитывает две из шестидесяти углеизмельчительных дробилок, каждая из которых может измельчать до пылеобразного состояния 36 т угля в час. На ТЭЦ установлено шесть котлов фирмы Babcock. Пылеобразный уголь от десяти дробилок подается на горелки котла, которые разжигаются пропаном. Из котлов пар подается на турбины. Каждый блок вырабатывает 660 МВт электроэнергии, а суммарная мощность всех 6 блоков – 3 960 МВт.
Drax Group планирует построить еще одну электростанцию на 300 МВт, работающую исключительно на биомассе, а также завод по производству гранул из соломы мощностью 100 тыс. т в год.
Совместное сжигание топлива в Польше
Poludniowy Koncern Energetyczny («Южный энергетический концерн») с 2006 года производит около 160 ГВт/ч электроэнергии, выработанной при совместном сжигании биомассы с углем на трех электростанциях в Сьерже, Лазиске и Яворжно.
Концерн на протяжении длительного времени проводит опыты по совместному сжиганию различных видов биомассы для изучения влияния процесса сжигания и изменения выбросов в атмосферу. Согласно польскому законодательству в сфере энергетики, доля биомассы (без твердых бытовых отходов, ТБО), должна увеличиваться с 5% в 2008 году до 60% в 2014 году.
Совместное сжигание топлива в Австрии
Совместное сжигание газифицированной биомассы и угля является хорошей возможностью уменьшения атмосферной эмиссии на угольных электростанциях. В 1999 году новая установка для совместного сжигания биомассы и угля была запущена в городе Цельтвег. Газификатор биомассы мощностью 10 МВт был установлен на существующей угольной электростанции. Газификатор потребляет 16 м3 биомассы (щепа и кора) в час. Теплотворная способность получаемого газа находится в диапазоне 2,5–5 МВт/м3. Проект, получивший название Biococomb, был демонстрационным проектом ЕС. Он был реализован компанией Verbund совместно с другими компаниями из Италии, Бельгии, Германии и Австрии и частично финансировался Европейской Комиссией.
Совместное сжигание топлива в Германии
ТЭЦ в Йеншвэльде, Германия
ТЭЦ, работающая на буром угле, в коммуне Йеншвальде (федеральная земля Бранденбург), возле г. Котбус в восточной Германии, принадлежит концерну Vatenfall. Суммарная мощность электростанции – 3000 МВт. В качестве основного топлива используется бурый уголь из трех угольных разрезов, находящихся в 70 км от станции. Калорийность угля – 4800–5200 Ккал/кг. Суммарное потребление в сутки при полной нагрузке – 80 тыс. т угля. Выработка электроэнергии составляет 22 млрд кВт/ч в год. В состав каждого из 6 энергоблоков входит два котла типа ЦКС (с циркулирующим кипящим слоем). КПД – 35–36%. Дополнительно происходит сжигание биомассы (ТБО, низкосортной щепы и других древесных отходов), объем которой – до 3,9% от объема потребления угля. На станции установлено контролирующее оборудование перед дымовой трубой для учета выбросов, показания которого считываются как на самой станции, так и в ведомстве по охране окружающей среды ФРГ. Биомасса сортируется прямо на станции, измельчается и подается на общий транспортер вместе с углем. Затраты на реконструкцию станции для организации совместного сжигания биомассы составили около 7 млн евро.
На примере работы этой станции можно увидеть, как сокращаются объемы выбросов в атмосферу при совместном сжигании.
Диоксид серы является главной причиной возникновения так называемых «кислотных» дождей. Для сокращения его выбросов в атмосферу на современных ТЭЦ в дымоходах используют дополнительные устройства обессеривания выбросов. Для сокращения выбросов оксида азота устанавливаются фильтры как каталитического (SCR) так и некаталитического принципа действий (SNCR). Посредством применения электрофильтров происходит снижение выбросов в атмосферу органической пыли.
Из выхлопных газов с помощью устройств обессеривания получают гипс REA: к имеющейся в выхлопных газах двуокиси серы добавляют известняк. Этот гипс, который по своему химическому составу идентичен природному, успешно используется прежде всего в цементной промышленности и в производстве таких стройматериалов, как гипсовая штукатурка, гипсокартонная плита или гипсовый бесшовный пол. Также он находит применение в сельском хозяйстве как минеральное удобрение для улучшения качества почвы. Благодаря своему качеству и чистоте этот гипс может использоваться даже в медицине.
Инвестиции в совместное сжигание
Инвестиционные затраты на ТЭЦ, где используется 100% биомассы, зависят от нескольких условий – таких как вид топлива (древесина, солома, отходы АПК, ТБО и т. д.); технология, применяемая для сжигания биомассы,тип оборудования и мощность станции. Инвестиционные затраты на строительство ТЭЦ с максимальной мощностью 50 МВт , на которых топливо на все 100% состоит из биомассы, составляют от 2 до 5 тыс. евро на киловатт установленной мощности (в среднем – 3,5 тыс. евро в 2010 году).
Что касается совместного сжигания биомассы (древесных пеллет) на угольных электростанциях, то, исходя из расчетов ETSAP (Energy Technology Systems Analysis Program), инвестиционные затраты составляют в среднем 249,5 евро на киловатт выработанной электроэнергии из биомассы при совместном сжигании.
Европейский союз независимо от содержания нового соглашения, которое будет заключено после окончания действия Киотского протокола в 2013 году, принял решение о снижении к 2020 году выбросов до уровня, который на 20% ниже, чем в 1990 году. При соответствующей договоренности с другими странами ЕС может снизить уровень выбросов и до 30%. А Германия готова достичь и 40%-го снижения (по отношению к 1990 году), если ЕС в целом примет этот 30%-й уровень. Великобритания поставила цель достичь 60%-го снижения выбросов в период с 2000-го по 2050 год, в правительстве страны рассматривается вопрос о построении к 2040 году экономики без выбросов парниковых газов.
Сергей ПЕРЕДЕРИЙ,
Eko Holz und Pellethandel GmbH,
Германия
