Предотвращенный экологический ущерб от реализации технологии термической подготовки канско-ачинских углей

Формирование исходных параметров и определение экономических последствий тиражирования технологии термической подготовки канско-ачинских углей на пылеугольные тепловые электростанции России

ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ДОБЫЧИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАНСКО-АЧИНСКИХ УГЛЕЙ

ПОТРЕБИТЕЛИ	ЭНЕРГЕТИКА ОАО «Красноярская генерация» – ТГК-13 ГРЭС РАО ЕЭС: ОАО «Березовская ГРЭС» – «ОГК-4» ОАО «Красноярская ГРЭС-2» – ОГК-6 ТЭЦ других ведомств ПРОЧИЕ СЕКТОРА ЭКОНОМИКИ Промышленность Тепловые котельные Бытовой сектор Прочие сектора
ПРОИЗВОДИТЕЛИ ПРОДУКЦИЯ НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ	КАбасс – 12 угледобывающих компаний Красноярский филиал компании ОАО «СУЭК» ОАО «Красноярсккрайуголь» 10 малых предприятий   БУРЫЙ УГОЛЬ МАРКИ 2БР КАМЕННЫЙ УГОЛЬ МАРКИ Д   ВЭКА БМРК СПВ
ВАРИАНТЫ РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ	действующие реконструируемые новые
ТРАНСПОРТ	железнодорожный
ЭКСПОРТ	Венгрия, Чехия, Румыния Молдавия, Украина

Рисунок 7.20 – Характеристика условий добычи и использования КАУ

Для того чтобы определить потенциальные масштабы тиражирования технологий ВЭКа и БМРК и проранжировать регионы по эффективности ее распространения по территории страны, была проведена серия расчетов по модифицированной энергетической модели. Анализ эффективности энерготехнологий на основе модели проводился в рамках сценариев, которые рассматривались в Энергетической стратегии России.

Реализация поставленных в рамках Энергетической стратегии целей и решение необходимых для этого задач будут осуществляться поэтапно. Развитие экономики и энергетического сектора в начальный период будет происходить в условиях, характеризующихся прогрессирующим старением и износом основных фондов в энергетическом секторе, ограниченными инвестиционными возможностями при росте спроса на энергоресурсы в связи с начавшимся подъемом экономики. В последующий период, по мере расширения инвестиционных возможностей темпы позитивных изменений в ТЭК будут возрастать.

Энергетическая стратегия России учитывает возможность развития экономики России по двум вариантам социально-экономического развития (умеренный и оптимистический, различающиеся темпами реализации основных реформ, динамикой цен естественных монополий, различной комбинацией внешних и внутренних условий, конъюнктурой на международных энергетических рынках). При формировании значений правых частей ограничений и показателей технологических способов производства топлива в модели за основу был взят благоприятный вариант социально-экономического развития регионов из Энергетической стратегии России.

В предстоящий период наиболее динамично будет расти потребление электроэнергии –на 20 % в период до 2010 г. и в 1,49 раза к 2020 г. по сравнению с уровнем 2000 г. Электроемкость ВВП за период снизится соответственно в 2,2 раза.

В ходе реформ радикально измениласьотраслевая структура энергопотребления: доля коммунально-бытового сектора выросла в 1,5 раза
(с 20,4 до 30 %) за счет снижения доли промышленности (с 43,6 до 37,5 %), транспорта и сельского хозяйства. Перспективное энергопотребление в целом воспроизводит новую отраслевую структуру при небольшом подъёме доли промышленности (до 38 % в 2020 г.), восстановлении докризисной доли транспорта (18 %) и небольшом уменьшении (до 27…28 %) доли коммунально-бытового сектора.

В Энергетической стратегии предусматривается, что изменение внутренних цен на топливо к 2020 году в России будет следовать за мировыми ценами, однако сроки и течение этого процесса будут дифференцироваться по регионам страны (табл. 7.9).

Соотношение внутренних цен на природный газ и энергетический уголь в области его эффективного применения поднимется с 0,62 в 2002 году до 1/1 к 2006 г. и 1,4/1 к 2010 г. с последующим изменением до 1,6…2/1.

Важным фактором оптимизации ТЭБ и экономики в целом станет рост экспорта энергоресурсов в соответствии с динамикой мировых цен и изменением продуктовой структуры поставок. В целях поддержания энергетической и экономической безопасности Россия будет стремиться диверсифицировать направления экспорта энергоресурсов с развитием северного, восточного и южного направлений экспортных потоков российских энергоносителей (прежде всего в страны Азиатско-Тихоокеанского региона, куда к 2020 г. будет направляться до 25 – 28 % российского экспорта энергоресурсов) и последующим увеличением удельного веса этих направлений в географической структуре экспорта энергоресурсов.

Таблица 7.9

Прогнозные рыночные цены на топливо по регионам
России, долл/т у.т. [11]

Районы	Уголь	Газ	Мазут
Западная Сибирь		45 – 85	Н.д.
Кузнецкий	43 – 47
КАУ	26 – 31
Восточная Сибирь		52 – 90	60 – 85
местный	34 – 37
КАУ	20 – 25
Дальний Восток	63 – 65	74 – 120	90 – 115
Урал		51 – 88	Н.д
Кузнецкий	55 – 60
КАУ	43 – 49
Поволжье		55 – 95	100 – 125
Кузнецкий	64 – 68
КАУ	53 – 60
Центр	69 – 74	64 – 100	105 – 130

При принятых гипотезах о динамике показателей внутреннего энергопотребления, масштабов экспорта и цен на энергоресурсы Энергетическая стратегия страны определила следующие стратегические цели и условия эффективности энергообеспечения национального хозяйства:

– увеличение производства энергоресурсов с 2002 года на 12 %
к 2010 году и 20 % к 2020 году в сценарии развития экономики, соответствующем умеренным мировым ценам нефти, а в сценариях с высокими мировыми ценами нефти на 20 % к 2010 году и 34 % к 2020 году;

– снижение доли газа в производстве первичных ТЭР по соображениям экономической безопасности, увеличение использования обогащенного угля и энергии АЭС, некоторый рост доли экспорта нефти и доли ее внутреннего потребления для производства необходимых нефтепродуктов и продуктов нефтехимии;

– диверсификация ТЭБ при снижении доли газа в производстве энергоресурсов до 42 – 43 % в 2010 году и 41 – 42 % в 2020 году с замещением его углем (рост с 13 до 14 – 15 %) и атомной энергией (с 3 до 4 %) при увеличении доли нефти до 37 – 38 % к 2010 году с последующим снижением
до 35 – 36 %;

– увеличение производства электроэнергии с 2000 года более чем
в 1,2 раза к 2010 году (до 1070 млрд. кВт*ч) и в 1,6 раза к 2020 году
(до 1365млрд. кВт*ч) при оптимистическом варианте развития. При умеренном варианте развития экономики – 1015 млрд. кВт*ч и 1215 млрд. кВт*ч.

Энергетическая стратегия предусматривает, что по сибирскому федеральному округу по сравнению с Россией потребление электроэнергии будет расти медленнее в период до 2010 г. – на 17,3 % и быстрее в период до 2020 г. – в 1,4 раза к 2020 г. по сравнению с уровнем 2000 г. Прогнозируется очень умеренный рост централизованного теплоснабжения: к 2020 г. оно так и не достигнет уровня 1990 г. Это объясняется структурными сдвигами в экономике, реализацией накопленного потенциала экономии тепла и преимущественным развитием индивидуальных его источников.

Однако эти темпы роста энергопотребления для Сибири были подвергнуты критике со стороны региональных властей и Сибирского отделения РАН при разработке в 2003 г. Стратегии экономического развития Сибири [312-315].

Суть замечаний сводилась к тому, что Сибирь может сыграть значительную роль в переходе страны на путь инновационного развития, поскольку в ней сосредоточено около трети научно-образовательного и научно-технического потенциала России, и задача государственной политики в отношении Сибири заключается в том, чтобы создать условия для реализации этого ресурса. Для этого необходимо развивать сектора экономики, нацеленные на выпуск готовой продукции (перерабатывающие производства) и создавать комфортные условия проживания людей, что, как следствие, приведет к увеличению потребления энергии на месте.

Автор, разделяя точку зрения сибиряков, использовал в расчетах по модифицированной энергетической модели скорректированные на основе предложенных в Стратегии экономического развития Сибири параметры энергопотребления в России и Сибирском федеральном округе и Красноярском крае (табл. 7.10).

Масштабы экспорта энергоресурсов из России оставлены на уровне, принятом в Энергетической стратегии России.

Расчеты проводились по трем временным точкам: первая рассматривала текущее состояние экономики и энергетики, вторая – состояние на среднесрочную перспективу (2010 г.), третья – на долгосрочную перспективу (2020 г.). Временные точки предполагают использование различных новых энерготехнологий (технологии термической подготовки КАУ (ВЭКА и БМРК) и технологии плазменного воспламенения на пылеугольных ТЭС (СПВ)). Технология БМРК распространяется по всей территории России на электростанции во всех трех временных точках. Технология ВЭКА [316] от первой временной точки к третьей увеличивает географию своего распространения

Таблица 7.10

Принятая в расчетах динамика энергопотребления

Наименование региона	Годы
РОССИЯ
Потребление электроэнергии, млрд. кВтч.
Потребление теплоэнергии, млн. Гкал
Сибирский ФО
Потребление электроэнергии, млрд. кВтч.
Потребление теплоэнергии, млн. Гкал		348,6	383,5
Красноярский край
Потребление электроэнергии, млрд. кВтч.
Потребление теплоэнергии, млн. Гкал	62,2	64,3	81,2

Первая соответствует текущему состоянию экономики и энергетики. Технология термической подготовки КАУ – ВЭКА (высокоэффективный котельный агрегат) тиражируется на котлы ТЭС Красноярского края (Красноярская ТЭЦ-2 (2 шт.), Минусинская ТЭЦ) и Иркутской области (Ново-Иркутская (3 шт.), Усть-Илимская (2 шт.), Томская ТЭЦ-3 (2 шт.)).

Вторая соответствует состоянию на среднесрочную перспективу (2010 г.). Она предусматривает существенную корректировку проводимого курса макроэкономической политики в сторону активизации внутреннего производства и потребления продукции, исходит из благоприятных условий, при которых не будет дальнейших негативных изменения внутриэкономической ситуации или других неблагоприятных факторов. Технология ВЭКА распространяется на 10 ТЭС (43 котлах) по Сибирскому региону:

ОАО «Алтайэнерго» – Барнаульская ТЭЦ-3 (5 шт.),

ОАО «Иркутскэнерго» – Новозиминская ТЭЦ (4 шт.), Ново-Иркутская (4 шт.), Усть-Илимская ТЭЦ (5 шт.),

ОАО «Омскэнерго»- Омские ТЭЦ-4-5 (15 шт.),

ОАО «Красноярскэнерго»- Минусинская ТЭЦ (1шт.), Красноярская ТЭЦ-2 (3шт.), а также Красноярская ГРЭС-2 (4шт.),

ОАО «Хакасэнерго»- Абаканская ТЭЦ- (3шт.),

Томская ТЭЦ-3 (2 шт.).

Третья соответствует состоянию на долгосрочную перспективу (2020 г.) и предусматривает возможность распространения технологии ВЭКА по всем регионам России, в которых используется КАУ.

Выполненные расчеты показали, что следующие сценарии представляют наибольший интерес:

1. Базовый сценарий. Применяются только традиционные технологии энергетического использования угля с учетом строительства новых и реконструирующихся станций.

2. Сценарий БМРК. Наравне с традиционными применяется только технология БМРК.

3. Сценарий ВЭКА. Совместно с традиционными применяется технология термической подготовки КАУ (ВЭКА) на базе котлов Е-500, как на действующих, так и на реконструирующихся ТЭС.

4. Сценарий «БМРК, ВЭКА и СПВ». Применяются традиционные и новые технологии энергетического использования угля на действующих, новых и реконструирующихся станциях (БМРК, ВЭКА, СПВ).

Проанализируем результаты по базовому сценарию. Из результатов расчетов видно, что они не противоречат выводам Энергетической стратегии России, но уточняются некоторые прогнозы по структуре использования топлива, территориальному его распределению.

Базовый сценарий. Анализ полученных результатов по оптимизационной модели показывает некоторое увеличение уровня энергетического потребления канско-ачинского угля электростанциями России
(47,25 – 52,9 млн. т у.т.) по сравнению с прогнозами по Энергетической стратегии России до 2020 года. (36 – 38 млн. т у.т.).

Канско-Ачинский бассейн усиливает свое федеральное значение. Из общего объема добычи 60 % используется электростанциями. В перспективе канско-ачинский уголь будет конкурентоспособен не только на сибирских рынках топлива, но и в Европейской части России (Центральном, Приволжском районах) на новых ТЭЦ (6,5 млн. т у.т.), в Центральном районе на реконструирующихся КЭС (0,9 млн. т у.т.), а также на Дальнем Востоке на действующих ТЭЦ и КЭС (3,68 и 1,2 млн. т у.т.) и реконструирующихся ТЭЦ (0,2 млн. т у.т.).

Таким образом, почти до 24 % от общей добычи энергетических углей в бассейне будет направляться за пределы Сибири (прирост на 11 % в сравнении с существующими поставками), направления этих поставок между Европейской частью и Дальним Востоком распределяются примерно 60 % и 40 % соответственно.

Рассмотрим каким образом реализация технологий термической подготовки КАУ (ВЭКА, БМРК) и системы плазменного воспламенения (СПВ) могут повлиять на структуру топливоиспользования.

По сценарию «БМРК» при переходе угольных ТЭС на безмазутную растопку котельных агрегатов доля использования канско-ачинских углей значительно увеличивается, вытесняя мазут и уже в первом временном периоде выходит на максимальный объем бурых углей (3,83 млн.тут.), сохраняя его во всех трех временных периодах.

Технология БМРК распространяется на ТЭЦ и КЭС в пропорции 62 % и 38 % соответственно. При этом 31 % идет на действующие станции,
40 % – на новые, 28 % – на реконструирующиеся. По регионам БМРК распространяется преимущественно в Европейскую часть России (30 %), Западную Сибирь (24 %), на Урал (18 %), на Дальний Восток (12 %) и в Красноярский край (16 %).

На рисунке 7.21 показано возможное потребление КАУ при тиражировании БМРК по регионам России и удельная экономия приведенных затрат от использования технологии на 1 т.у.т. Из рисунка 7.18 видно, что наиболее выгодно тиражировать технологию БМРК на Алтай, в Красноярский край и в Омскую область.

Рисунок 7.21 – Распределение потребления КАУ по регионам России по сценарию БМРК и удельная экономия от ее использования по трем временным точкам

Сценарий «ВЭКА». Для каждой временной точки предусмотрены предельные возможности тиражирования данной технологии по регионам России. В ближайший период для ТЭС Красноярского края и Иркутской и Томской областей (5 станций, 10 котельных агрегатов) потребление КАУ может составить 0,27 млн. т у.т., которые будут использоваться на угольных ТЭЦ, с распределением по трем регионам: Красноярский край (26 %), Иркутская область (57 %) и Томская область (17 %).

По второй временной точке (2010 г.), когда технология ВЭКА тиражируется на 10 станциях (43 котлах) Сибири и объем использования КАУ с применением этой технологией составит 1,29 млн. т у.т., снижается доля Иркутской области (35 %) и Томской области (3,9 %), практически сохраняется доля Красноярского края (25 %), кроме того, идет распространение технологии в Омскую область (27 %) и на Алтай (9,3 %).

Наибольший масштаб применения технология ВЭКА будет иметь в третьем временном периоде (2020 г.) – (1,95 млн. т у.т.), когда предполагается ее тиражирование на всей территории России. В сравнении со вторым вариантом технология увеличивает свою географию и тиражируется еще на Урал (0,25 млн. т ут.), Приволжье (0,15 млн. ут.), Новосибирскую область (0,1 млн. т ут.) и Центральный (0,02 млн. т ут.) район. Растет использование КАУ на Алтае (0,26 млн. т ут.), в сравнении с 2010 г. увеличение составляет 116 % (или в 2,2 раза).

Самый большой процент использования технологии наблюдается в Иркутской области (23 %), затем в Омской области (18 %), Красноярском крае (16,4 %), Алтае (13,3 %) и на Урале (12,8 %). Распределение потребления КАУ по регионам России при использовании технологии ВЭКА и удельная экономия от ее использования на одну тонну условного топлива по трем рассматриваемым периодам представлена на рисунке 7.22.

Как видно, наиболее эффективно использование этой технологии в Красноярском крае (экономия 3,8 тыс. руб./т у.т) и на Алтае (3,1 тыс. руб./т у.т), наименьшая удельная экономия достигается в Томской области (0,6 тыс. руб./т у.т).

Сценарий «БМРК, ВЭКА и СПВ». Технология СПВ выбирается по остаточному принципу, пропуская вперед БМРК, которая используется по максимальному объему. Технология ВЭКА по всем временным точкам выбирается соответственно заложенному числу тиражирования и количеству потребления угля (рис. 7.23).

Рисунок 7.22 – Распределение потребления КАУ по регионам России при тиражировании технологии ВЭКА и удельная экономия от ее использования по трем временным точкам

В связи с ростом потребления угля по технологии ВЭКА происходит соответственное увеличение и объема добычи сажистых углей. Так, в 2010 г. объем добычи по сравнению с 2005 г. вырастает в 4,2 раза, а в 2020 г по сравнению с 2010 г. – на 37 % (рис. 7.24).

Ранжирование сценариев по величине экономии суммарных приведенных затрат по сравнению с базовым сценарием позволило сформировать следующую их предпочтительность: на первом месте – сценарий «БМРК, ВЭКА и СПВ», затем «БМРК» и «ВЭКА».

Рисунок 7.23 – Объемы тиражирования технологий и удельная экономия по трем
временным точкам по сценарию «БМРК, ВЭКА и СПВ»

Таким образом, проведенные расчеты показывают высокую эффективность технологий термической подготовки бурых углей БРМК и ВЭКА по сравнению с традиционными энергетическими технологиями на всех ТЭС, которые используют или будут использовать канско-ачинские угли. Приоритетными регионами тиражирования этих технологий являются Красноярский и Алтайский края, Омская и Иркутская области.

Рисунок 7.24 – Динамика добычи сажистого угля при тиражировании
технологии ВЭКА по регионам России по трем временным точкам

По относительной эффективности на 1 т у.т. используемых канско-ачинских углей предпочтительность сценариев другая – «БМРК, ВЭКА и СПВ», «ВЭКА» и «БМРК» (табл. 7.11).

Таблица 7.11

Удельная экономия и объем использования углей инновационными энергетическими технологиями

Сценарии	«БМРК, ВЭКА и СПВ»	«ВЭКА»	«БМРК»
Первая временная точка – текущее состояние
Удельная экономия приведенных затрат, руб./т у.т.	3511,2	3447,4	2858,2
Объем использования углей новыми технологиями, млн. т у.т.	4,17	0,27	3,83
Вторая временная точка – среднесрочная перспектива (2010 г.)
Удельная экономия приведенных затрат, руб./т у.т.	3563,2	2863,1	2858,2
Объем использования углей новыми технологиями, млн. т у.т.	5,17	1,29	3,83
Третья временная точка – долгосрочная перспектива (2020 г.)
Удельная экономия приведенных затрат, руб./т у.т.	3484,6	3397,2	2858,2
Объем использования углей новыми технологиями, млн. т у.т.	5,83	1,95	3,83

Таким образом, за счет освоения эффективного экологически чистого сжигания канско-ачинских углей на основе применения технологии термической подготовки углей возможно:

· расширение ресурсной базы электроэнергетики и повышение региональной обеспеченности топливом за счет вовлечения в ТЭБ страны забалансовых углей (до 3,69 млн. т.н.т. к 2020 году).

· повышение коэффициента установленной мощности и надежности работы энергоблоков ТЭС надежности и как следствие повышение технико-экономических показателей работы энергопредприятий;

· кардинальное уменьшение выбросов оксидов азота с уходящими дымовыми газами на ТЭС.

Экологический результат реализации инновационных энергосберегающих проектов заключается в снижении отрицательного воздействия на окружающую среду и улучшении ее состояния и проявляется в уменьшении объемов поступающих в среду загрязнений либо в снижении уровня загрязнения окружающей среды в целом, в увеличении количества и улучшения качества пригодных к использованию земельных, лесных, водных и др. ресурсов.

Экономическим результатом являются:

Предотвращенный экономический ущерб от загрязнения окружающей среды, т.е. предотвращенных благодаря снижению загрязнения окружающей среды затрат в материальном производстве, непроизводственной сфере и соответствующих расходов населения.

Прирост денежной оценки природных ресурсов, сберегаемых (улучшаемых) благодаря реализации энергосберегающих проектов.

Прирост денежной оценки реализуемой продукции, получаемой благодаря более полной утилизации топливно-энергетических ресурсов в результате осуществления проектов.

7.4.1 Экологическая оценка проекта «Высокоэффективный экологически чистый котельный агрегат» (ВЭКА)

Канско-ачинские угли являются малосернистыми, поэтому при их сжигании особо остро встает проблема снижения выбросов не оксидов серы, а оксидов азота. Удельные выбросы оксидов азота при сжигании КАУ в действующих котлах электростанций Канско-ачинского топливно-энергетического комплекса (КАТЭКа) могут достигать значительных величин.

В результате осуществления проекта «Высокоэффективный котельный агрегат», предназначенного для реализации на котле Е-500-13,8, в два с лишним раза снижаются выбросы оксидов азота [42].

Расчет массы загрязняющего вещества в виде оксидов азота выполнен в соответствии с требованиями РД 34.02.305-98 по данным инструментальных замеров. В таблице 7.12. представлена сравнительная оценка выбросов загрязняющих веществ от серийных котлов БКЗ-420-140 ПТ 1, БКЗ-500-140 ПТ 2 и опытного котла Е-500-13,8 с термической подготовкой, рассматриваемого в настоящем проекте.

Таблица 7.12

Выбросы оксидов азота от котлов электростанций

		Величина показателей
Обозначение	Ед. измер.	БКЗ-420-140 ПТ 1 электрофильтр 4 поля	БКЗ-500-140 ПТ 2 электрофильтр 5 полей	Е-500-13,8 Термическая подготовка
С NO2	мг/нм^3
М NO2	г/с	45,0	36,8	23,31

Как видим, наибольшая величина выбросов по всем ингредиентам у котла БКЗ-420-140 ПТ 1, оборудованном 4-польным электрофильтром. Этот котел оснащен топкой с жидким шлакоудалением. Высокие температуры, развиваемые в топке этого котла способствуют повышенному образованию оксидов азота.

Котел БКЗ-500-140 ПТ 2 имеет более низкие выбросы загрязняющих веществ, чему способствует сжигание топлива с умеренными температурами в режиме твердого шлакоудаления и установка 5-ти польного электрофильтра.

Наиболее низкие выбросы по сравнению с серийными котлами, которыми оснащены и оснащаются значительное количество сибирских ТЭЦ будет имеет котел Е-500-13,8 за счет внедрения системы термоподготовки.

С 1-го января 1997 г. введен новый ГОСТ Р 50831-95 “Установки котельные. Тепломеханическое оборудование” [302]. Этот ГОСТ значительно снижает требования к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу по сравнению с ранее действовавшими нормами и неприемлем для большинства городов Сибири, в частности, для г. Красноярска. В то же время, нормы, принятые для большинства развитых стран, значительно более жесткие. В таблице 7.13 приведены нормативы удельных выбросов для котельных установок ТЭС и их сравнения с выбросами от опытно-промышленного экологически чистого котла Е-500-13.8.

Как следует из таблицы 7.13 опытно-промышленный экологически чистый котел Е-500-13,8, оборудованный системой внутритопочной термической подготовки КАУ с концентрическим сжиганием соответствует лучшим мировым стандартам.

Таблица 7.13

Нормативы удельных выбросов оксидов азота для котельных
установок ТЭС

	Массовая концентрация в дымовых газах при a=1,4, мг/нм^3
	для котлов мощностью > 100 МВт
Германия	200,0
Япония	400,0
США	300,0
	для котлов Д > 420 т/час
ГОСТ РД 50831-95*	370,0 ТШУ, бурый уголь
	при сжигании березовского угля:

Дата добавления: 2015-06-25