Ефим Крейнин - Нетрадиционные углеводородные источники: новые технологии их разработки. Монография

Таблица 1

Мировые ресурсы нетрадиционного газа, трлн м 3

Состояние использования топлива в тепловых электростанциях стран «Большой Восьмерки» иллюстрируется данными табл. 2 [6].

Таблица 2

Структура первичных энергоносителей на тепловых электростанциях «Большой Восьмерки» в 2000 г.

В странах «Большой Восьмерки» доля тепловых электростанций превышает 60 %. Наиболее низкая доля тепловых электростанций во Франции – 9,5 % (основная часть электроэнергии – более 77 % – вырабатывается на атомных электростанциях) и в Канаде – 25,9 %, где электроэнергия вырабатывается в основном на гидроэлектростанциях (60,4 %).

На тепловых электростанциях в большинстве стран, за исключением Японии и Италии, используется уголь. Доля природного газа – от 15 до 20 %, и только в Великобритании она достигает 55 %. В Японии доля отдельных первичных энергоносителей на тепловых электростанциях примерно одинакова. В Италии тепловая электроэнергетика ориентируется преимущественно на использование мазута и природного газа (табл. 2).

В соответствии со стратегией развития электроэнергетики Российской Федерации на ближайшие годы, доля природного газа останется равной 67–68 %, угля – 25–26 %, мазута – 3,1–3,3 %.

Вместе с этим сегодня эксперты-энергетики и политические круги ставят вопрос о необходимости планомерного замещения газа углем [7]. Это неизбежно потребует корректировки ранее разработанной энергетической стратегии, тем более что потенциал российской угледобывающей промышленности далеко не исчерпан и позволяет наращивать объемы добычи угля. При этом нельзя не учитывать опыта развитых стран Запада в вопросах рационального использования топлива.

Однако увеличению доли угля в топливно-энергетическом балансе страны в существенной мере препятствуют экологические последствия. Традиционные технологии добычи и сжигания угля сопряжены с негативным воздействием на земную поверхность и воздушный бассейн. Для угольных тепловых электрических станций характерны существенные выбросы токсичных газообразных веществ и твердых частиц.

Нами были изучены многочисленные источники информации по выбросам, образующимся при сжигании различных видов органического топлива (табл. 3), в соответствии с которыми наиболее экологически грязным является твердое топливо [8].

При этом самым экологически чистым энергоносителем (при применяемых в настоящее время общепринятых технологиях сжигания топлива) является природный газ. Результаты исследований показывают, что при используемых в настоящее время технологиях, в случае сокращения объемов применения газа и замены его углем, на тепловой электрической станции значительно возрастут объемы выбросов не только газообразных веществ, но и токсичных микроэлементов.

Однако это не означает, что твердое и жидкое топливо целесообразно заменять газообразным. С учетом того, что запасы природного газа и нефти – на порядки меньше запасов угля, природный газ следует использовать главным образом в сферах его максимальной эффективности.

Таблица 3

Удельные выбросы основных компонентов отходящих газов при сжигании различных видов органического топлива, кг/т у. т.

Примечания:

1) тяжелый мазут;

2) легкий мазут.

Доля твердого топлива в топливно-энергетическом балансе страны должна непрерывно возрастать, причем его добычу и применение необходимо осуществлять на экологически чистой основе [9]. В мировой теплоэнергетической практике уже внедряются прогрессивные угольные технологии: внутрицикловая газификация угля, создание циркулирующего кипящего слоя угольной мелочи, водоугольные суспензии и т. д. В электроэнергетике Российской Федерации эти достижения пока не используются.

• Природные угли всех видов, в особенности малоценные породы (бурый уголь и др.), содержат минеральные компоненты, соединения серы, азота, тяжелых металлов и т. д. Их присутствие сдерживает перспективы применения угля в качестве топлива в связи с возможностью загрязнения окружающей среды [10]. В атмосферу при переработке угля попадают газообразные продукты окисления содержащихся в угле примесей. В частности, только при энергетическом сжигании угля ежегодно в атмосферу попадает 90 млн т оксидов серы и 30 млн т оксидов азота. Вместе с золой в атмосферу ежегодно попадают 60 тыс. т свинца, 50 тыс. т никеля, 30 тыс. т мышьяка, 300 т ртути и 60 т кадмия. Все эти вещества могут вызывать болезни органов дыхания. Соединения тяжелых металлов могут становиться причиной болезней почек. Ароматические соединения обладают канцерогенным и мутагенным действием. Серьезной проблемой является и относительно высокая доля углекислого газа, образующегося при сжигании угля, по сравнению с другими видами топлива. Парниковый эффект, вызываемый большими количествами диоксида углерода, попадающими в атмосферу, является одной из серьезнейших и пока еще нерешенных мировых проблем [11].

На современном этапе лишь с очень большой степенью приближения можно говорить об экологически чистых угольных технологиях. Однако мнение, что применение угля вообще неприемлемо, с точки зрения его воздействия на окружающую среду, является ошибочным. Уже сейчас существует широкий спектр технологий по переработке и утилизации угля, которые совместимы с окружающей средой. Эти технологии основаны на меньшем потреблении энергии и ресурсов, рециркуляции части отходов и продуктов, получении меньшего количества отходов, к тому же более приемлемых для окружающей среды. Развитие таких технологий способствует продвижению угля в качестве конкурентоспособного и безопасного источника энергии.

Только такие угольные технологии, которые позволят резко снизить выбросы в атмосферу вредных примесей, а также уменьшить эмиссию диоксида углерода при увеличении энергетической и технологической эффективности, можно рассматривать как экологически чистые угольные технологии, совместимые с окружающей средой.

Традиционные методы добычи и потребления угля обусловливают превращение угольных регионов в зоны экологического бедствия. Особенно это характерно для производств, на которых сжигают уголь. Так, на каждый киловатт установленной мощности угольной электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу 500 кг золы и шлаков, 75 кг окислов серы и 10 кг окислов азота. В результате небольшая электростанция мощностью 200 МВт в течение года выбрасывает в атмосферу 100 тыс. т твердых частиц, 15 тыс. т сернистых соединений и 2 тыс. т окислов азота.