ИРИНА ПУТИЛОВА, к.т.н., научно-образовательный центр НИУ «МЭИ» «Экология энергетики»,
При производстве всей тепловой и электрической энергии стран мирового сообщества на угольную энергетику приходится 36 %. В развивающихся странах, таких как Китай и Индия генерация на основе угля достигает превышает 70%. В РФ доля «угольной» генерации составляет около 13 %, в то время как более 40 % электроэнергии в России вырабатывается источниками энергии без выброса парникового газа в атмосферу (АЭС, ГЭС, ВИЭ).
В сравнении с природным газом и нефтетопливом, уголь является одним из самых дешевых источников энергии. Благодаря своей стоимости он играет значительную роль как в себестоимости всех энергоемких видов продукции, так и в обеспечении населения недорогой тепловой и электрической энергией, тем самым увеличивая покупательскую способность, что в полной мере соответствует целям устойчивого развития 1 «Повсеместная ликвидация нищеты во всех ее формах» и 2 «Ликвидация голода, обеспечение продовольственной безопасности и улучшение питания и содействие устойчивому развитию сельского хозяйства».
Текущие и прогнозные данные по потреблению энергоносителей в энергетическом секторе в мировом масштабе представлены на рисунках 1-2 [1]. Из представленных данных очевидно, что роль угля в глобальном энергетическом балансе в настоящий период и в обозримом будущем остается существенной, и вопрос об отказе от угольной энергетики в мировом масштабе не стоит, хотя отдельные страны и принимали решение о снижении доли угольной генерации с целью полного отказа от сжигания твердого топлива. Более подробная информация о планах отдельных стран Европейского сообщества в части отказа от угля при производстве тепловой и электрической энергии представлена на рисунке 3 [2].
Рисунок 1 ─ Потребление энергоносителей в энергетическом секторе в мире в 2020 г. %
Рисунок 2 ─ Потребление энергоносителей в энергетическом секторе в мире в 2030 г. %
|
Рисунок 3 ─ Планы отдельных государств ЕС по отказу от угольной генерации
Утилизация золы, шлака и золошлаковых смесей, образованных при сжигании угля, торфа и сланца, является одной из основных проблем современных твердотопливных ТЭС России, которых в нашей стране насчитывается 172. В настоящее время на твердотопливных ТЭС Российской Федерации образуется, по разным оценкам, 25…30 млн. т золошлаков в год, из которых используется не более 12%. За долгие годы на золошлакооотвалах электростанций накоплено более 1,7 млрд. тонн золошлаков, и с каждым годом эти цифры растут. Около 2/3 всех золошлакоотвалов близки к проектному заполнению или уже переполнены, что не может не беспокоить всех причастных к вопросам эксплуатации твердотопливных ТЭС. Следует отметить, что средний возраст угольных ТЭС составляет не менее 50 лет, что существенно влияет на технические и экологические показатели работы системы золошлакоудаления ТЭС.
Во многих странах мирового сообщества золошлаки являются ценным сырьем минерального происхождения, которое может быть использовано в различных направлениях и проектах – начиная от производства строительных материалов и изделий, в дорожном строительстве, сельском хозяйстве, при производстве пористой искусственной древесины, закладки шахт, рекультивации карьеров и др. В развитых странах (США, государства-члены ЕС и др.) уровень переработки золошлаков энергетики составляет более 50 %. В некоторых развивающихся странах, например, в Индии этот показатель также составляет более 80 %. В России полезное применение золошлаков составляет около 10…12 % объема их образования, что обусловлено, прежде всего, применением на электростанциях систем гидозолошлакоудаления и складирования золошлаков в отвалы в виде гидратированной золошлаковой смеси.
В мире крупнейшими странами-производителями побочных продуктов сгорания угля являются: Китай, Индия, Европа и США. В 15 странах Евросоюза (ЕС-15) зафиксирован самый высокий уровень использования золошлаков, который составляет 110,8%; данный показатель означает, что перерабатывается больше побочных продуктов сжигания угля, чем образуется. В Японии также отмечен высокий уровень использования золошлаков – 96,9%, в то время как в странах Африки и на Ближнем Востоке один из самых низких - 11,5%. Страны с наиболее высокими показателями использования побочных продуктов сжигании угля кроме упомянутой Японии, ЕС и Индии – это Корея – 82,7%, Китай – 69,1% и др. Более подробная информация о годовых объемах образования и использования побочных продуктов сжигания угля в 2019 г. представлена на рисунке 4 согласно данным [3].
Рисунок 4 - Объемы образования и использования золошлаков в 2019 г.
На протяжении долгих лет в нашей стране проблеме обращения с отходами угольной генерации уделяется особое внимание, что усиливается ужесточением природоохранного законодательства с переходом на принципы наилучших доступных технологий, необходимостью экологизации угольной энергетики, исчерпанием емкостей золошлакоотвалов угольных ТЭС и др. Однако, зачастую на ТЭС тиражируются сильно устаревшие технические решения, а не новые и современные, которые являются понятными, привычными и не требуют пересмотра технологий, подходов и методов к данной проблеме. Так, на наших угольных ТЭС для транспортирования золошлаковой пульпы получили наибольшее распространение гидравлические системы золошлакоудаления, которые используются в подавляющем большинстве случаев и являются технически устаревшими, неэкономичными и неэкологичными. Энергетики не сильно заинтересованы решать проблемы обращения с золошлаками, минимизируя их количество на золошлакоотвалах, т.к. их основная «головная боль» - надежная генерация тепла и электроэнергии. Вопрос ликвидации объектов накопленного экологического вреда, которыми являются золошлакоотвалы угольных ТЭС, поднимался на самом высоком государственном уровне, и не раз. Так, Согласно Указу Президента Российской Федерации «О Стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года»:
- неблагоприятная окружающая среда является причиной ухудшения здоровья и повышения смертности населения, особенно той его части, которая проживает в промышленных центрах и вблизи производственных объектов (п.17);
- ежегодно экономические потери, обусловленные ухудшением качества окружающей среды без учета ущерба здоровью людей, составляют 4…6 процентов валового внутреннего продукта (п.18).
Тем не менее, до сих пор не создана система обращения с золошлаками ТЭС, отсутствует системный подход к решению этой проблемы на уровне государства - от создания рынка сбыта золошлаков до воплощения технологий комплексной их переработки. Все существующие проекты, в которых используются золошлаки, являются точечными, что подтверждает сделанные выводы.
По мнению автора, решение проблемы обращения с золошлаками энергетики необходимо вести в двух параллельных направлениях: ликвидация накопленного экологического вреда путем переработки золошлакоотвалов ТЭС и предотвращение или минимизация негативного воздействия на окружающую среду путем внедрения сначала малоотходных, а затем безотходных технологий на ТЭС. При этом, проблему угольных ТЭС в части ликвидации накопленного экологического вреда можно решить только при осуществлении широкомасштабных проектов комплексной переработки золошлаков с получением востребованной продукции.
Для всех поставленных целей и задач по решению проблемы обращения с золошлаками ТЭС необходимо следующее:
1. Наличие единого центра ответственности по реализации деятельности в области обращения с золошлаками ТЭС;
2. Наличие целостного комплекса правовых и технических документов по обращению с золошлаками и его соответствие современным требованиям;
3. Использование экономичных и экологичных систем золошлакоудаления на ТЭС;
4. Удовлетворительное качество золошлаков и стабильность их свойств;
5. Сформированный рынок сбыта золошлаков энергетики;
6. Обязательная научная экспертиза проектов обращения с золошлаками ТЭС;
7. Достаточный уровень просвещения и профессиональных компетенций в области обращения с золошлаками ТЭС.
Список литературы
1. EES EAEC Мировая энергетика [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://www.eeseaec.org
2. Europe beyond coal [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://beyond-coal.eu/wp-content/uploads/2021/01/Overview-of-national-coal-phase-out-announcements-Europe-Beyond-Coal-January-2021.pdf
3. Craig Heidrich, Joachim Feuerborn // Global opportunities and challenges for coal combustion products with a Circular Economy. https://woca2022.conferencespot.org/event-da-ta/pdf/catalyst_activity_28809/catalyst_activity_paper_20220207145421719_c02d09c6_10e2_4f92_a040_205b394243b2.
Фото на обложке: Unsplash / Ivo Lukacovic
