ЭНЕРГОХОЗЯЙСТВО ЗА РУБЕЖОМ

По данным EIA (Управления энергетической информации Министерства энергетики США) доля природного газа в топливном балансе тепловых электростанций США в 90-е годы не превышала 16%. Но в последнее время прослеживается четкая тенденция: доля энергоблоков на природном газе от всего вновь заказанного оборудования непрерывно возрастает и в 2002 г. составила примерно 95% (по мощности).

Почти все новые энергоблоки на газе – это установки комбинированного цикла (ПГУ) с использованием ГТУ и котлов-утилизаторов, вырабатывающих пар для паровой турбины. По оценкам EIA потребление природного газа на ТЭС США и в дальнейшем будет увеличиваться. Ожидается, что уже в 2025 г. доля электроэнергии, полученной при сжигании газа, составит 30%.

Кроме блоков ПГУ, сооруженных в последние годы, большое количество газа сжигается на паротурбинных энергоблоках, построенных в предшествующий период. Крупнейшими электростанциями, сжигающими только природный газ, являются ТЭС Robinson (2213 МВт), Pittsburg (2022 МВт), Alamitos (1950 МВт), Sabine (1895 МВт), Haynes (1570 МВт) и др. Потребление газа на каждой из этих ТЭС составляет почти миллиард кубических метров в год, а на ТЭС Pittsburg, например в 2001 г., было получено 10,4 млрд. кВт ч за счет сжигания 2907 млн. м3 природного газа [2].

Из-за высокой стоимости природного газа издержки производства на этих электростанциях достаточно велики: 1 кВт ч генерируемой электроэнергии обошелся в 2001 г. в 4,7 цента для ТЭС Robinson, 6,2 цента для ТЭС Pittsburg, 9,3 цента для ТЭС Alamitos, 4,6 цента для ТЭС Sabine и в 13,2 цента для ТЭС Haynes.

Важно отметить, что в том же году на угольных электростанциях США издержки призводства при выработке электроэнергии составляли в среднем от 1 до 2 центов (кВт ч). Такая разница в затратах свидетельствует о несомненных экономи- ческих преимуществах сжигания твердого топлива для выработки электроэнергии на паровых ТЭС. Однако загрязнение атмосферного воздуха выбросами твердых частиц, сернистого ангидрида

(SO2) и оксидами азота (NOx ) приводит к невозможности использования угольных котлов в некоторых штатах США даже с учетом самых совершенных методов очистки дымовых газов. Именно по этой причине в США в настоящее время продолжается эксплуатация 121 электростанции с газомазутными котлами мощностью 300 МВт (электрической) и выше. Установленная мощность этих электростанций – 103 млн. кВт и работают они не только в штате Калифорния (где установлены чрезвычайно жесткие нормы по допустимым выбросам в атмосферу), но и на северо-востоке США (Новая Англия), и на юге (Техас, Луизиана, Оклахома, Флорида).

Практически единственным загрязнителем атмосферы при сжигании газа являются оксиды азота. Впервые общефедеральные нормы по допустимым выбросам оксидов азота в атмосферу были утверждены конгрессом США еще в 1979 г. Для котлов тепловой мощностью свыше 73 МВт они составили 0,129 г МДж при сжигании мазута и 0,086 г МДж при сжигании газа.

Уже в то время власти штата Калифорния установили, что максимально допустимые выбросы NOx в их штате не должны превышать 0,043 г МДж независимо от вида топлива. С тех пор эти нормы неоднократно пересматривались в сторону ужесточения, что и привело к невозможности сжигать на электростанциях в этом штате твердое топливо. Даже при сжигании природного газа на большинстве ТЭС в штате Калифорния приходится устанавливать реакторы селективного каталитического восстановления (SCR). Такой метод решения проблемы требует крупных капитальных затрат и заметно увеличивает эксплуатационные расходы, но результат получается выдающимся: на трех ТЭС в Калифорнии (Ormond Beach – 1500 МВт, Redondo Beach – 1310 МВт и Mandalay

– 430 МВт) средние удельные выбросы NOx в 2001 г. составили 0,0043 г МДж, что соответствует концентрации NOx примерно 12 – 13 мг м3 (в пересчете на NO2, в сухой пробе дымовых газов при 0°С, 101,3 кПа и 6% О2). Еще на трех ТЭС, включая упомянутые ранее ТЭС Alamitos и Hay-

nes, удельные выбросы составили 0,0086 г МДж (т.е. примерно 25 мг м3).

В тех штатах, где требования по выбросам токсичных загрязнителей не столь суровы, владельцы газомазутных котлов предпочитают обходиться технологическими методами подавления NOx. Внедрение таких методов на действующих котлах обходится значительно дешевле, да и эксплуатационные расходы меняются незначительно.

Почти все технологические методы подавления NOx проверены в промышленных условиях и подробно описаны в технической литературе. Поэтому Агентство по защите окружающей среды (EPA US) в некоторых штатах требует в обязательном порядке внедрять на действующих котлах наилучшие из известных технологий – ВАТ (Best Available Technologies). Эти технологии включают в себя:

снижение избытка воздуха (LEA); ступенчатый ввод воздуха, который предпола-

гает не только двухступенчатое сжигание (OFA), но также и нестехиометрическое сжигание (BBF – Biased Burner Firing) и отключение одной или нескольких верхних горелок (BOOS – Burner Out Of Service);

рециркуляцию дымовых газов FGR (обычно подача газов рециркуляции требует изменения конструкции горелок);

снижение температуры подогрева воздуха (при этом для сохранения температуры уходящих газов можно, например, увеличить поверхность экономайзера);

ступенчатый ввод топлива, т.е. организация трехступенчатого сжигания (reburning-process);

малотоксичные горелки (LNB), которые вклю- чают в себя горелки со ступенчатой подачей воз-

духа, горелки с рециркуляцией и горелки со ступенчатым вводом топлива (т.е. организация rebur- ning-процесса в факеле отдельно взятой вихревой горелки).

В последнее время появилась информация о разработке малотоксичных газомазутных горелок нового поколения. В этих горелках, кроме использования газов рециркуляции, применяется еще и локальная подача небольшого количества пара. Именно такие горелки позволили снизить удельные выбросы NOx до 0,0344 г МДж (примерно 100 мг м3 ïðè = 1,4) íà ÒÝÑ Hunter Point (N = 377 МВт, годовая выработка электроэнергии в 2001 г. – 400 млн. кВт ч).

По не подтвержденным пока сведениям новейшие газомазутные горелки такого типа при испытаниях на полномасштабном огневом стенде показали более существенный результат: концентрация NOx не превышала 15 млн–1 ïðè Î2 = 3% (ò.å. 25 ìã ì3 в пересчете на О2 = 6%). Такой результат позволяет на газомазутных котлах выполнить самые жесткие требования без установки дорогостоящих реакторов SCR.

Âтаблице приведены данные из обсуждаемого

âнастоящее время документа, суммирующего наилучшие известные методы снижения выбросов

NOx на крупных топливосжигающих установках (Document on Best Available Technologies for Large Combustion Plants).

Список литературы

1.First Annual Top Plants Survey, Power, vol. 146, ¹ 5, August 2002.

2.Still cooking with gas, Power, vol. 147, ¹ 8, October 2003.

2030 г.; 2,4 млрд. чел. используют для обогрева и приготовления пищи традиционное топливо – дрова, отходы сельского хозяйства и др.

Electra, 2003, No 209, 6 – 11. 82 Результаты опроса менеджеров энергопредприятий разных стран мира показали, что 43% из них относятся к либерализации рынка электроэнергии скорее отрицательно (существенно больше, чем в прошлом году), положительно относятся 29%

опрошенных.

Bulletin SEV/VSE, 2003, 94, No 10, 5. Первую коммерческую ветроустановку мощностью 3,6 МВт испытывает компания GE Wind Energy в Испании. Диаметр ротора турбины 104 м, частота вращения 8,5 – 15,3 об/мин. Установка имеет генератор двойного питания, у лопастей ре-

гулируется шаг винта.

Bulletin SEV/VSE, 2003, 94, No 10, 33 В странах Европейского сообщества в среднем 51,5% электроэнергии производят ТЭС, 33,7% – АЭС, 14,6% – ГЭС. От возобновляемых источников получают только 0,2% энергии. Разница структуры по странам весьма существенна – от практи- чески одних ГЭС в Норвегии (99,3%), до преобла-

дания АЭС во Франции (76,3%).

Bulletin SEV/VSE, 2003, 94, No 12, 19

Для связи Лонг Айленда с Нью-Йорком корпорация American Superconductor Corp. поставит оборудование линии на высокотемпературных сверхпроводниках мощностью 600 МВт, 138 кВ длиной 600 м. Ввод в работу намечен на конец 2005 г.

Power Engineering International, 2003, 11, No 5, 15 В США введено в действие ограничение выбросов ртути электрическими станциями. Допустимой величиной выбросов считается 2,48 г на

1000 МВт ч для любых ТЭС.

Power Engineering International, 2003, 11, No 5, 18, 20

Стеклополимерные опоры ВЛ типа FRP весят втрое меньше деревянных, вдвое меньше стальных и в десять раз меньше железобетонных. 144 таких опоры установлено в штате Теннесси. Для их установки требуется только один автокран.

Transmission & Distribution World, 2003, 55, No 6, 8 Для ВЛ с узким коридором и большой высотой подвески проводов в США разработана конструкция опор с заполнением стальной трубы твердым композитом. Опоры в 2,5 раза прочнее обычных

тонкостенных из стали.

Transmission & Distribution World orld, 2003, 55, No 6, 10