Повышение эффективности генерации энергии, сокращение выбросов парниковых газов и снижение негативного воздействия на окружающую среду

По данным Государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2007 году» вид экономической деятельности, определенный как «производство и распределение электроэнергии, газа и воды», по объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух занимает третье место после обрабатывающих производств и добычи полезных ископаемых. Этот сектор отвечает приблизительно за 30 % выбросов парниковых газов России (по состоянию на 1990 год вклад теплоэлектроэнергетики составлял около 33 %). На протяжении многих лет этот сектор занимал первое место по валовым выбросам загрязняющих веществ в атмосферу, в 2004 году уступив его нефтедобыче. Необходимо отметить, что эти изменения обусловлены также успехами ряда передовых предприятий отрасли в повышении энергоэффективности и снижении негативного воздействия на окружающую среду.

Поскольку в России и за рубежом накоплен значительный опыт в обсуждаемой сфере, назрела необходимость систематизации и анализа имеющихся сведений и широкого распространения полученных результатов. Именно этому и был посвящен российско-британский проект «Распространение подходов повышения эффективности и снижения выбросов парниковых газов крупными объектами теплоэнергетики», выполненный при поддержке Фонда стратегических программ.

В качестве пилотной площадки и основного бенефициара проекта выступала Рязанская ГРЭС (ОГК-6), где в 2000-2005 годах был выполнен ряд проектов, посвященных развитию систем экологического менеджмента и сокращению негативного воздействия на окружающую среду.

Первая очередь, рассчитанная на использование угля в качестве основного топлива, была введена в эксплуатацию в 1973— 1975 годах. Всего на Рязанской ГРЭС действуют 4 блока по 300 МВт, два из них были реконструированы с использованием низкоэмиссионной ВИР-технологии и используют бурые угли Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов. Вторая очередь, состоящая из 2 газовых блоков по 800 МВт-ч, была введена в эксплуатацию в 1981-1983 годах. В последние годы основную долю в топливном балансе ГРЭС занимает природный газ, при невысокой загрузке мощностей станции практически постоянным остается потребление угля (см. рис. 3.5).

Топливный баланс Рязанской ГРЭС

Рис. 3.5. Топливный баланс Рязанской ГРЭС

За счет реализации различных технологических и технических мер специалистам станции удается снижать не только валовые, но и в определенной степени удельные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. При этом валовые выбросы загрязняющих веществ остаются существенно ниже установленных предельно допустимых выбросов (ПДВ). Наряду с общим снижением потребления топлива и имевшим место увеличением доли природного газа в структуре топливного баланса, вклад в снижение выбросов газа дают и работы по повышению эффективности использования топлива. Так, удельные выбросы природного газа в 2004 году ниже на 3,7 % по сравнению с 2003 годом и на 9,0 % по сравнению с 1990 годом.

В 2001-2003 годы на РязГРЭС была проведена реконструкция первой очереди котлоагрегатов 2, 3 с применением низкоэмиссионной ВИР-технологии сжигания угля, позволившая повысить КПД на 3-4 %, а также снизить выбросы ГЮХ в 2-2,5 раза, 802 в 1,5-2 раза. Осуществляется реконструкция котлоагрегатов 1, 4. Ведется строительство двух детандер-генераторных установок для утилизации потенциальной энергии поступающего сжатого природного газа. Ввод комплекса в действие повысит установленную мощность на 10 МВт и позволит ежегодно предотвращать выброс 50-60 тыс. т ССЬ-экв.

В ходе проекта осуществлен сравнительный анализ результативности Рязанской ГРЭС и европейских объектов теплоэлектро- энергетики и практики применения наилучших технологий для снижения воздействия на окружающую среду. Оценка была основана на официальной отчетной информации о работе энергоблоков первой и второй очереди станции, использующих в качестве основного топлива соответственно уголь и природный газ. Характеристики блоков, применяемые методы и технические решения сопоставлялись с рекомендациями и наилучшими показателями существующих блоков такого типа, представленными в Справочном документе по НДТ в области сжигания топлива.

Сопоставление применяющихся методов для снижения воздействия на окружающую среду показало, что на Рязанской ГРЭС реализованы практически все меры, призванные снизить возможное негативное воздействие при обращении с сырьем (в первую очередь при разгрузке, транспортировке и хранении углей), твердых отходов, а также сбросов в водные объекты. Некоторые рекомендуемые меры (например, меры, связанные с гидроизоляцией участков хранения угля, вторичное использование нейтрализованной обмывочной воды) признаны нецелесообразными для Рязанской ГРЭС в связи с незначительным воздействием на окружающую среду и существенными капитальными затратами.

В то же время в отношении выбросов в атмосферу картина существенно другая. Хотя на предприятии реализованы основные меры для снижения образования вредных веществ, вторичные меры по управлению выбросами, средозащитное оборудование для снижения выбросов в атмосферу, рекомендованное Справочным документом по НДТ, в основном не применяется. Это в первую очередь связано с существенными различиями в подходах к нормированию воздействия и выдачи разрешений в России и соответствующими подходами ЕС. В результате на Рязанской ГРЭС оборудование для очистки дымовых газов от N0* и 802 не применяется, оборудование для очистки от пыли имеет значительно более низкую эффективность (проектное значение эффективности 99 %, среднее эксплуатационное значение 97 % — по сравнению с 99,5 % и выше для отдельных случаев, рекомендуемых Справочным документом по НДТ). В итоге концентрации загрязняющих веществ в выбросах Рязанской ГРЭС значительно выше (см. табл. 3.8), чем у аналогичных предприятий, расположенных в государствах-членах ЕС. В то же время Рязанская ГРЭС с большим запасом соблюдает установленные для нее нормативы валовых и максимальных разовых выбросов. Впрочем, особо стоит отметить также примененную на станции технологию сжигания углей, позволяющую достичь низких уровней выбросов оксидов азота и существенно снизить выбросы оксидов серы технологическими мерами. При этом имеет смысл отметить, что капитальные затраты при применении установок для удаления оксидов серы и азота чрезвычайно велики, а сегодняшние российские условия позволяют избежать этих затрат. С другой стороны, снижение удельных выбросов теплоэлектростанций до уровней, установленных Справочным документом по НДТ, будет сопряжено с очень значительными расходами и потому не может считаться первоочередным приоритетом.

На Рязанской ГРЭС уже многое сделано для повышения эффективности генерации энергии. Однако расположение станции в населенном пункте, потребляющем незначительное количество тепловой энергии, не позволяет применять когенерацию, что могло бы существенно повысить общий КПД станции. Доля тепла в производимой станцией энергии составляет около 1 %.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Таблица 3.8

Сжигание угля

Концентрации загрязняющих веществ в отходящих газах

Уровень Справочного документа по НДТ

РязГРЭС 1 (Канско-Ачинский угольный бассейн)

РязГРЭС 1 (Подмосковный угольный бассейн)

]МОх, мг/Нм3

100-200

200

БСЬ, мг/Нм3

100-250

550-840

До 1500

о

Пыль, мг/Нм

5-15

200

До 1000

Сжигание природного газа

Концентрации загрязняющих веществ в отходящих газах

Уровень Справочного документа по НДТ

РязГРЭС 2

]МОх, мг/Нм3

50-100

до 1500

В остальном в рамках существующих возможностей Рязанская ГРЭС реализует большинство методов повышения эффективности использования энергии топлива, рекомендованных Справочным документом по НДТ применения на существующих теплоэлектростанциях. В частности, используются промежуточный перегрев пара, регенеративный нагрев питательной воды, предварительный нагрев воздуха горения с помощью воздухоподогревателей, обеспечиваются низкие избытки воздуха горения, применяются автоматические системы контроля условий горения и т.д. Чрезвычайно высокие капитальные затраты, которые требуются для повышения рабочих температур, делают эту меру нецелесообразной до проведения полной реконструкции энергоблоков.

В то же время проектные значения тепловой эффективности блоков станции существенно ниже, чем теоретически достижимые сегодня для новых тепловых установок данных типов (рис. 3.6). Проектные значения КПД установленных на Рязанской ГРЭС блоков первой очереди (33,2 %) значительно меньше, чем рекомендуемые Справочным документом уровни для реконструируемых станций на угле (36-40 %). Однако Справочный документ также допускает выдачу разрешения на эксплуатацию установки, если в результате реконструкции КПД улучшено более чем на 3 %, а этому условию удовлетворяет проведенная на Рязанской ГРЭС реконструкция блоков с использованием низкоэмиссионной ВИР-технологии сжигания угля.

Проектные значения КПД блоков второй очереди РязГРЭС (37,8 %) практически соответствуют уровням BREF для реконструируемых установок такого типа (38-40 %). Введение в эксплуатацию двух детандер-генераторных установок позволит повысить КПД до 38,3 %. Вообще же норма КПД, установленная в свое время РАО «ЕЭС России» для модернизируемого оборудования, — не ниже 39 %. Таким образом, требования компании соответствуют требованиям Справочных документов по НДТ к реконструируемым установкам.

Фактические КПД блоков первой очереди Рязанской ГРЭС варьируют в зависимости от нагрузки и используемого топлива в диапазоне, близком к проектным, и оказываются сопоставимыми с аналогичными по мощности и срокам ввода в эксплуатацию европейскими установками. Сходная картина наблюдается и в отношении блоков второй очереди, использующих природный газ.

При этом мероприятия по модернизации котлов, турбин и вспомогательного оборудования, осуществленные в свое время благодаря технической политике РАО «ЕЭС России», должны обеспечивать повышение КПД на 9,9-10,6 %, тем самым позволяя достичь показателей эффективности, характерных для лучших современных европейских предприятий.

Реальная эффективность установок угольных ТЭС государств-членов ЕС и первой очереди Рязанской ГРЭС

Рис. 3.6. Реальная эффективность установок угольных ТЭС государств-членов ЕС и первой очереди Рязанской ГРЭС:

  • а) КПД единичных энергоблоков в зависимости от их проектной мощности в МВт;
  • б) КПД единичных энергоблоков в зависимости от года ввода в эксплуатацию

Реальная эффективность теплоэнергетических установок определяется их нагрузкой, характеристиками топлива, температурой охлаждающей воды, износом оборудования и другими факторами. Помимо объективных обстоятельств, снижение КПД вызвано недостаточным вниманием к вопросам эффективности в ходе эксплуатации и при проведении плановых ремонтов.

В целом можно сделать вывод, что реальная эффективность российских ТЭС находится на уровне, сопоставимом с европейскими аналогами. В то же время существует значительный запас возможностей для повышения эффективности существующих станций, снижения выбросов загрязняющих веществ и парникового газа.

В ходе проекта «Распространение подходов повышения эффективности и снижения выбросов парниковых газов крупными объектами теплоэнергетики» британские и российские специалисты подготовили ряд практических рекомендаций по улучшению эффективности производства энергии на Рязанской ГРЭС, внедрение которых не требует значительных инвестиций. Из всего спектра решений руководители станции приняли решение выбрать замену теплообменников, подогревающих воду, поступающую в отделение водоподготовки Рязанской ГРЭС.

В 2007 году в системе подогрева исходной воды были установлены разборные пластинчатые подогреватели серии УАШТНЕБМ производства ООО «МАШИМПЭКС» — официального представителя крупнейшего германского производителя теплообменного оборудования ОБА ЕСОГБЕХ. Принципиальное отличие от типовых схем состоит в том, что для подогрева используется избыточное тепло обратной сетевой воды. За счёт дополнительного охлаждения более полно используется энтальпия теплоносителя, возрастает экономичность теплоснабжения за счёт увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Снижение температуры обратной сетевой воды на 10 °С позволяет увеличить выработку электроэнергии на тепловом потреблении на 2-2,5 %.

Новые пластинчатые теплообменники характеризуются высоким коэффициентом теплопередачи (в 1,5-2,0 раза выше, чем на установленных ранее), высокой ремонтопригодностью, возможностью проведения визуального контроля утечек, продолжительным сроком службы и минимальными потерями тепла с поверхности теплообменника в окружающую среду за счёт сокращения поверхности теплообмена (до 6 раз). Технико-экономические показатели пилотного проекта приведены в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Технико-экономические показатели пилотного проекта по замене теплообменников в системе подогрева исходной воды

Рязанской ГРЭС

п/п

Показатели

Количественные

характеристики

1.

Количество тепла на нагрев воды по существовавшей до 2007 года схеме, ГДж/ч

119,6

2.

Количество тепла на нагрев воды по модернизированной схеме, ГДж/ч

93,0

3.

Общая площадь наружной поверхности старых

теплообменников, м“

63,2

4.

Общая площадь наружной поверхности новых пластинчатых теплообменников, м2

10,6

5.

Экономия тепла при установке пластинчатых теплообменников, ГДж/год

135521,5

6.

Снижение годового удельного расхода топлива при реконструкции системы нагрева воды, т у.т.

5828

7.

Затраты на реализацию пилотного проекта, млн руб.

3,5

8.

Срок окупаемости, лет

1,5

9.

Сокращение выбросов парниковых газов, т С02 экв./год

15100

В 2006 году при поддержке специалистов Рязанской ГРЭС был выпущен «Справочник по наилучшим техническим методам в теп- лоэлектроэнергетике» (см. www.14000.rn), основу которого составил Справочный документ, созданный в рамках реализации Директивы ЕС по комплексному предотвращению и контролю загрязнения окружающей среды. Эта публикация, наряду со специально подготовленными методическими материалами, была использована в ходе практических семинаров для специалистов и заинтересованных сторон, организованных в российских регионах.

В 2009 году специалисты Энергетического института имени Г.М. Кржижановского подготовили полную версию Справочного документа по НДТ для крупных топливосжигающих установок на русском языке. Ожидается, что к этим материалам также будет предоставлен свободный доступ. Кроме того, они уже используются для разработки национальных стандартов в области ресур- со- и энергоэффективности, которые Ростехрегулирование планирует выпустить в порядке реализации Указа Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >