Чёрный прогресс
Пока Запад отказывается от угольной электрогенерации, как сообщает журнал Power Magazine, Китай продолжает совершенствовать технологии производства электрической и тепловой энергии на угольных ТЭС.
Китай, крупнейший в мире потребитель энергетического угля, в 2018 г. выработал из него 58% произведённой в стране электроэнергии. Кроме того, потребление угля растёт в химической промышленности. По прогнозу исполнительного вице-президента корпорации China Energy Investment Ми Шухуа, несмотря на серьёзные экологические вызовы, угольное топливо будет доминировать в производстве электрической энергии по крайней мере до 2050 г.
Повышением эффективности и сокращением выбросов угольных ТЭС в стране занимаются три научно-исследовательских института. К 2030 г. в них должны быть завершены 17 инновационных проектов. Тем временем в стране закрываются старые низкоэффективные угольные ТЭС, на замену которым строятся мощные современные энергоблоки с высокой эффективностью и низким уровнем токсичных выбросов.
Сегодня в Группе компаний China Energy эксплуатируются 30 довольно новых энергоблоков гигаваттного класса и 120 энергоблоков мощностью свыше 600 МВт, которые образуют 42% всей установленной в стране тепловой генерирующей мощности. Имеются 148 энергоустановок со сверхкритическими и ультрасверхкритическими параметрами пара.
Двойной пароперегрев
В стране ускоренно разрабатываются и строятся мощные энергоблоки с двойным промежуточным перегревом пара. По данным менеджера по развитию генерации Группы China Energy Веньджана Жаня, гигаваттный энергоблок с двойным промежуточным перегревом пара имеет на 2 процентных пункта большую эффективность, чем энергоблок той же мощности с однократным промежуточным перегревом, что означает, что удельный расход топлива сокращается более чем на 7 г/кВт·ч. Системы двойного перегрева были успешно внедрены на второй очереди Тайчжоуской ТЭС, работающей со сверхкритическими параметрами пара. Эффективность электрической генерации там достигла 47,95%. Сверхкритические системы с двойным пароперегревом эксплуатируются также в Аньяне (660 МВт) и Лайу (1000 МВт).
Вообще говоря, первые энергоблоки с двойным промежуточным перегревом пара появились ещё в 1950-х, но до сих пор не получили широкого распространения: во всём мире по этой схеме было построено всего 40 угольных ТЭС. Одна из причин тому - экономика. «Вторая камера горения в котле, дополнительная ступень турбины и длинные трубопроводы из особой стали требуют больших затрат, которые трудно оправдать, особенно на фоне достижений современной парогазовой технологии», - объясняет Ли Ли, заместитель генерального директора инжиниринговой компании Shanghai Shenergy Power Technology.
В случае Китая двойной промежуточный пароперегрев внедряется в первую очередь для сокращения потребления энергетического угля. Если на всех 600-мегаваттных угольных ТЭС Китая будут внедрены системы двойного промежуточного перегрева, страна сможет экономить 58 млн т угля в год, заодно сократив токсичные атмосферные выбросы.
Ультрасверх...
Особого внимания заслуживает проект энергоблока мощностью 1350 МВт (вторая очередь) на ТЭС в Пиншане. Запланированный к вводу в эксплуатацию в 2020 г. энергообъект должен обладать электрической топливной эффективностью 49,6%. «Это будет самая эффективная в мире угольная электростанция с двойным промежуточным перегревом и ультрасверхкритическими параметрами пара», - отмечает г-н Ли.
Согласно пиншаньскому проекту, турбоагрегат разделён на две части. Турбина с цилиндрами высокого и среднего давлений будет расположена на отметке 85 м, поближе к выходам паропроводов. Турбоагрегат низкого давления будет расположен традиционным образом - внизу на отметке около 17 м.
По словам г-на Ли, строящийся энергоблок имеет чрезмерно большую мощность, что затрудняет дальнейшее продвижение данного решения. Дополнительные проблемы представляет потеря давления в паропроводах второго промежуточного перегрева, которые могут оказаться «очень дорогостоящими для системы с температурой пара почти 700 °C». Компании Shanghai Shenergy Power Technology и China Resources Power пытаются решить эти проблемы в рамках последующего проекта по строительству электростанции в Фуяне. Там планируется соорудить энергоблок с двойным промежуточным перегревом и ультрасверхкритическими параметрами пара мощностью 660 МВт. «С большой вероятностью он обеспечит даже меньшее удельное потребление топлива, чем ТЭС в Пиншане», - считает г-н Ли.
Всеядные котлы
В разработке котлов с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) и систем комбинированного цикла с газификацией твёрдого топлива у китайцев тоже имеются существенные достижения. ЦКС интересен своей способностью сжигать низкокалорийные топлива разных видов, включая нефтяные шламы и уголь с минеральными включениями. «С помощью ЦКС можно утилизировать отходы, контролируя загрязнение окружающей среды», - говорит Веньджан Жань. Среди 47 систем с ЦКС, действующих в Китае, самый яркий пример - 600-мегаваттный энергоблок в Байме (пров. Сычуань), запущенный в эксплуатацию в 2013 г. Его котёл с ЦКС обладает тепловой эффективностью 91,64%, а весь энергоблок - электрической эффективностью 43,22%.
Китайские учёные и инженеры также работают над снижением водопотребления в проектах с ультрасверхкритическими параметрами пара. В 2013 г. корпорация China Energy запустила в работу первый подобный энергоблок с системой воздушного охлаждения. На выработку киловатт-часа электроэнергии он расходует всего 310 мл воды. Сегодня в Сяньяне идёт строительство 660-мегаваттного ЦКС-блока с ультрасверхкритическими параметрами пара и воздушным охлаждением - единственного в своём роде.
Значимые результаты достигнуты и в деле сокращения токсичных выбросов. Угольная электростанция Чжоушань-4 выпускает дым с содержанием зольных частиц на уровне всего 2,46 мг/м3, концентрацией диоксида серы - 2,76 мг/м3 и окислов азота - 19,8 мг/м3. Все эти показатели укладываются в строгие нормы, введённые в стране в августе 2018 г., когда угольной генерации приказали: «Перейти на чистые технологии или прекратить существование».
Для розжига угольных котлов разрабатываются плазменные поджигающие системы (используют генератор плазмы и обогащённый кислородом воздух), не требующие применения мазута. Имеются и технологии снижения выбросов оксидов азота.
Прицел на когенерацию
В последнее время 17 угольных энергоблоков были переоборудованы для теплоотбора с применением технологии высокого противодавления. «Конденсационные ТЭС модернизируются для комбинированной выработки электроэнергии и тепла, - рассказывает Веньджан Жань. - Таким способом можно повысить общую эффективность использования топлива на 20% и более, а удельное потребление угля в отопительный сезон снижается на величину 60-90 г/кВт·ч».
В Китае также исследуют возможности привлекать угольные ТЭС для регулирования мощности в энергосистеме. Запущены 22 демонстрационных проекта, в которых станции обретают гибкость с помощью различных технологических решений, включая накопители тепла, средства контроля выбросов и регулировки частоты электросети при малой загрузке энергоблоков.
Ещё одно направление - строительство закрытых углехранилищ, в которых топливо не отсыревает и не разносится ветром. В огромном хозяйстве Группы China Energy имеется более 50 таких хранилищ.
