Polski system elektroenergetyczny od lat bazuje na węglu jako źródle energii pierwotnej dla sektora wytwórczego. Technologia spalania tego surowca jest dobrze opanowana w zakresie eksploatacji bloków oraz ich budowy, co stanowi główną zaletę. Rosnący udział energii elektrycznej z OŹE w systemie elektroenergetycznym stopniowo wypiera bloki konwencjonalne opalane węglem przynosząc głównie szkody finansowe spółkom energetycznym. Wynika to z coraz bardziej zaostrzonych wymagań środowiskowych w zakresie emisyjności gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla CO2. Powszechnie wiadomo, że złoża węgla wyczerpią się pewnego dnia, lecz nastąpi to w dość długim horyzoncie czasowym. Wynika z tego konieczność poszukiwania alternatywnych źródeł energii, jednak póki co węgiel pozostanie stabilizatorem systemu wytwórczego Polski przez najbliższe kilkanaście lat. W związku z tym Polska jest na etapie wdrażania tzw. czystych technologii węglowych (CTW), które w połączeniu z nadkrytycznymi parametrami pary świeżej dają bardzo dobre rezultaty w zakresie sprawności a także wskaźników emisyjności bloku (rys.1). Definitywne wygaszenie bloków konwencjonalnych opalanych węglem spowodowałoby trudności w pokryciu zapotrzebowania na energię oraz zmusiło krajowy system elektroenergetyczny do importu energii elektrycznej od krajów sąsiadujących. Przykładowo zakup energii elektrycznej od Niemiec nie byłby opłacalny dla Polski ze względu na jej wysoką cenę 0,291 EUR/kWh [1].
Rys.1 Wpływ parametrów pary na emisję zanieczyszczeń [2]
Nowoczesne bloki energetyczne o nadkrytycznych parametrach pary wyposażone są w instalację CCS (z ang. Carbon Capture and Storage) oraz kotły z cyrkulującą warstwą fluidalną. Instalacja CCS pozwala wychwycić dwutlenek węgla ze spalin. Istnieje również możliwość wychwytu CO2 ze zgazowanego paliwa. Natomiast cyrkulująca warstwa fluidalna instalacji kotła (CFB – Circulated Fluidized Boiler) zapewnia:
- możliwość współspalania węgla, mułu i biomasy,
- wysokie wypalenie paliwa,
- wysoki procent związania SOx w komorze paleniskowej,
- spełnienie wymagań Dyrektywy Unii Europejskiej WE80/2001/UE w zakresie emisji zanieczyszczeń bez konieczności stosowania skomplikowanych dodatkowych systemów, takich jak: instalacja odsiarczania spalin, system katalitycznej redukcji emisji NOxw spalinach,
- równomierny rozkład strumienia ciepła w komorze paleniskowej,
- lepszą dynamikę zmian obciążenia,
- korzyści ekonomiczne:
- istotne obniżenie nakładów inwestycyjnych,
- obniżenie kosztów eksploatacji,
- obniżenie kosztów produkcji energii elektrycznej (tańsze paliwo, wyższa sprawność),
- możliwość dofinansowania inwestycji środkami z funduszy proekologicznych.
Obecnie w Polskie jest tylko jeden eksploatowany blok o parametrach nadkrytycznych pary świeżej wyposażony w instalację fluidalną kotła. Mowa tu o Elektrowni Łagisza. Poniżej zestawiono kilka zasadniczych parametrów bloku:
| Typ orurowania kotła | Benson |
| Parametry pary świeżej | 27,5 MPa / 560ºC |
| Temperatura pary wtórnie przegrzanej | 580ºC |
| Moc osiągalna | 460 MW |
| Sprawność brutto | 45 % |
Tabela 1. Parametry bloku Łagisza 460MW
Poniżej przedstawiono koncepcję przykładowego schematu (schemat 1) bloku energetycznego wyposażonego w instalację CCS oraz układ spalania w tlenie (układ oxy-combustion).
Schemat 1. Układ bloku energetycznego zintegrowanego z hybrydową membranowo-kriogeniczną instalacją produkcji tlenu (ASU) i instalacja CCS [3]
(WP/SP/NP – turbina parowa, C – kompresor, E – ekspander, P – pompa, HE – wymiennik ciepła, KND – skraplacz, HPC, LCP – kolumna destylacyjna, NP- wymiennik regeneracyjny, ASU (Air Separation Unit) – tlenownia, CPU (Coal Processing Unit) – układ kondycjonowania spalin).
Aspekty dalszej eksploatacji węgla w elektrowniach w zakresie bezpieczeństwa energetycznego dotyczą następujących obszarów:
- wykorzystanie rodzimej bazy surowców,
- ograniczenie importu surowców z krajów niedemokratycznych,
- brak konieczności zakupu energii elektrycznej z zagranicy,
- wzrost znaczenia przemysłu wydobywczego w Polsce.
Istnieją bowiem szerokie możliwości technologiczne gwarantujące dotrzymanie standardów emisyjnych bloków konwencjonalnych. Wdrożenie instalacji CCS oraz technologii oxy-combustion ponadto wpłynie na wzrost zainteresowania węglem w zakresie jego ekonomicznego spalania. Odbije się to również pozytywnie na infrastrukturze wydobywczej węgla w Polsce, co jest istotne ze względu na odbudowę i rozwój polskiego górnictwa węglowego.
Literatura:
- https://dojczland.info/ceny-pradu-w-niemczech/
- Brózda J., Stale austenityczne nowej generacji stosowanie na urządzenia energetyki o parametrach nadkrytycznych i ich spawanie,s.86.
- Kotowicz J., Brzęczek M., Job M., Efektywność nadkrytycznych elektrowni węglowych zintegrowanych z instalacjami wychwytu i sprężania CO2 w technologii oxy-combustion, Acta Energetica 1/26 March, Year 2008, s.77-82
- Bis Z., Kotły Fluidalne. Teoria i praktyka. Seria Monografie nr 175, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2011
Autor:
Dominika Szcześniak
dominika.szczesniak@student.put.poznan.pl
Studenckie Koło Naukowe eMobility
Politechnika Poznańska
