Новые технологии и модернизация — драйверы развития угольной генерации

Интересная дискуссия происходит в Финляндии, где правительство планирует сместить сроки отказа от угольной генерации с 2030 на 2025 год путём изменения налогообложения в энергетике, чтобы повысить конкурентоспособность газа по сравнению с каменным углем.

По словам министра жилищного строительства, энергетики и окружающей среды Киммо Тииликайнена, заменить уголь может природный газ, который дает на 60% меньше выбросов в атмосферу, чем уголь.

В Ассоциации энергопромышленности Финляндии стремление правительства не разделяют, считая ускорение отказа от угля «дорогой и ненужной» мерой. По мнению исполнительного директора организации Юкки Лескеля, не поможет она и снизить выбросы, особенно в масштабе ЕС, поскольку если Финляндия не будет использовать уголь, его применение в ответ может нарастить какая-либо другая страна за счет покупки квот на выбросы.

Сейчас в Финляндии всего 8% угольной генерации, 20,5% всей потребляемой электроэнергии страна получает из-за рубежа, 25,9% производится на действующих в стране атомных электростанциях, осоло 20% электроэнергии республика получает за счет использования гидроресурсов, около 12% — биотоплива, 7,4% — природного газа.

А теперь немного статистики. Можно сказать что сторонники угольной генерации не учитывают мультиплекативный эффект на экономику/экологию EC. Положительный или отрицательный это будет эффект сейчас посчитать сложно, но например для России, где доля угольной генерации начала снижаться, это приведет к снижению энергобезопасности страны и может ухудшить положение более миллиона россиян в угледобывающих регионах.

За первое полугодие 2017 г. добыча углявРоссии возросла на 5,9%, а экспорт — на 13,8%. Угольная генерация обеспечивает 15-17% производства электрической и 20% тепловой энергии вРоссии.

Таким образом, уголь в настоящее время играет заметную роль в российской электроэнергетике, однако эта роль постепенно уменьшается, что обусловлено жесткой конкуренцией со стороны природного газа, а также постепенным ужесточением экологических и климатических требований к электростанциям.

Причина вытеснения угля — в отсутствии межтопливной конкуренции. Чтобы угольная генерация стала более выгодной, цена поставки газа должна превышать цену поставки угля в два-три раза, считает Минэнерго. При этом с 2014 года соотношение цен не поднималось выше отметки 1,59. Достичь более высокого уровня угольной генерации не позволяют затраты ТЭС на работу и ремонт систем приемки, складирование, подачу, подготовку угля, его сжигания, шлакоудаление и прочее.

Стоит отметить, что даже при общем снижении объёма угольной генерации, 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.

Если статить вопрос правильно, то тут нужно говорить скорее не об отказе от угля, а о модернизации устаревших угольных станций с применением новых технологий по извлечению энергии из угля.

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.

У нас в стране, решению экологических проблем должен помочь переход отрасли на принципы наилучших доступных технологий (НДТ), реализуемый в соответствии с Федеральным законом от 21 июля 2014 г. № 219-ФЗ. С 1 января 2020 г. в отрасли бу- дет применяться 100-кратный повышающий коэффициент при сверхнормативных выбросах (сбросах), а также 25-кратный коэффициент за сверхлимитное размещение от- ходов. Альтернативой является внедрение НДТ и получение (с 1 января 2019 г.) комплексного разрешения на выбросы (сбросы) и размещение отходов. С другой стороны, внедрение НДТ может привести к дополнительной финансовой нагрузке на угольную генерацию в условиях ограниченного набора механизмов возврата инвестиций.

Приоритеты развития электроэнергетики в России, указанные в отраслевых документах стратегического планирования, свидетельствуют о небольшом снижении доли тепло- вой генерации в перспективе до 2035 года, в том числе угольной, что обусловлено необходимостью диверсификации энергобаланса и снижением негативного влияния на окружающую среду. Однако рыночные сигналы, получаемые угольной генерацией в настоящее время, приводят к постепенному выводу из эксплуатации наименее эффективных угольных ТЭС. Дальнейшее ужесточение конкуренции со стороны газа в условиях экологических ограничений может повлечь за собой ряд проблем. Первая проблема — снижение энергетической безопасности страны за счет доминирующего положения газа в энергобалансе. Запасов газа России при текущих объемах потребления хватит на 56 лет, тогда как угля — на 422 года. Вторая проблема — возможное ухудшение социально-экономического положения населения отдельных угледобывающих регионов страны. Кроме того, если при строительстве газовой генерации используются в основном зарубежные технологии и оборудование, то в случае с угольной генерацией доля используемого отечественного оборудования близка к 100%.

Угольная генерация продолжит играть заметную роль в российской электроэнергетике. Однако её развитие должно идти в угледобывающих регионах и регионах, расположенных в непосредственной близости от них, и при этом за счет применения наиболее эффективных и экологически чистых технологий.

Использованы материалы ТАСС и NG /Алексей Волостнов – директор по развитию бизнеса Frost&Sullivan в России/ Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации.