Nr 5-6 (119-120) Maj - Czerwiec 2005 r.

Czysty węgiel.

Elektrownia bezemisyjna?

Zdaniem Larsa G. Josefssona, prezesa i dyrektora generalnego koncernu Vattenfall, jest bardzo prawdopodobne, że wciągu najbliższych 20 lat powstanie elektrownia bezemisyjna. Vattenfall już podjął działania w tym kierunku i rozpoczął budowę pierwszej na świecie pilotażowej instalacji bezemisyjnej elektrowni węglowej wolnej od dwutlenku węgla.

Instalacja powstanie obok elektrowni Schwarze Pumpe w okolicach Spremberg (Brandenburgia) na południe od Berlina. Budowa zostanie ukończona w 2008 kosztem około 40 milionów euro.

Pilotażowy zakład o mocy 30 MW jest częścią projektu badawczego, który służy opracowaniu komercyjnych zastosowań nowej technologii. Zgodnie z planem instalacja ma zostać oddana do użytku w 2008 roku.

Elektrownie węglowe Vattenfall w Lausitz i środkowych Niemczech są obecnie najnowocześniejszymi zakładami tego typu na świecie. Zakłady przeszły gruntowną modernizację w latach 90. kosztem ok. 9 miliardów euro.

Ta instalacja powiązana jest z europejskim projektem o nazwie ENCAP, który zakłada, że za ok. 4 lata mają być pierwsze zakłady pilotażowe, a za lat 15 - pierwsze zakłady demonstracyjne.

Projekt ENCAP opiera się na pomyśle, zgodnie z którym dwutlenek węgla, powstający przy spalaniu węgla, zostanie odseparowany. Potem ma być sprężany do stanu ciekłego i transportowany do miejsca magazynowania leżącego około 1 tys. metrów pod ziemią. W wyniku panującego tam ciśnienia hydrostatycznego dwutlenek węgla pozostaje w formie ciekłej. W ten sposób nie dostaje się do atmosfery i nie przyczynia do tworzenia efektu cieplarnianego.

W projekt zaangażowało się blisko 30 firm i instytucji, w tym pięć największych europejskich koncernów energetycznych, producenci maszyn i urządzeń dla energetyki Alstom i Siemens. Na potrzeby projektu stworzono budżet w wysokości 30 mln euro.

W ramach projektu badane są różne metody mające uniknąć powstawania dwutlenku węgla i tlenków azotu jako produktów końcowych spalania węgla. Jedną z nich jest technologia odgazowania, dzięki której na etapie końcowym powstaje bogaty w wodór gaz, który może być spalany w turbinach gazowych. Dwutlenek węgla oddzielany jest jeszcze zanim dochodzi do spalania gazu.

Inny pomysł to zastąpienie zwykłego powietrza tlenem i dwutlenkiem węgla. Wtedy przy spaleniu węgla otrzymuje się pozbawioną azotu mieszankę dwutlenku węgla i pary wodnej, z niewielką ilością zanieczyszczeń. Po skondensowaniu pary wodnej i odseparowaniu zanieczyszczeń dwutlenek węgla może być sprężany i przechowywany.

Trzeci projekt polega na wykorzystaniu obecnie stosowanej metody spalania uzupełnionej o proces absorpcji dwutlenku węgla w spalinach przy pomocy odnawialnego absorbera.

Wszystkie te metody istnieją już teraz, nie są jednak na tyle rozwinięte, by mogły być stosowane na dużą skalę. Zdaniem specjalistów szwedzkiego koncernu Vattenfall, również uczestniczących w projekcie ENCAP, najbardziej przyszłościową wydaje się być metoda spalania z mieszanką tlenu i dwutlenku węgla. Powodem tego są niższe koszty i prostsza technologia niż w pozostałych projektach.

Poważną wadą tych wszystkich pomysłów jest to, że produkcja energii elektrycznej będzie blisko 20 proc. niższa niż w konwencjonalnych układach w elektrowniach węglowych. Zarówno separacja jak i kompresja dwutlenku węgla będzie wymagała użycia sporych ilości energii. Z drugiej strony będzie istniała możliwość wykorzystana energii cieplnej powstającej przy tych procesach, wtedy koszty takich instalacji byłyby niższe.

Powstały dwutlenek węgla przy spalaniu metodą z udziałem mieszanki tlenu i dwutlenku węgla ma być sprężany do stanu ciekłego a następnie płynna mieszanka będzie transportowana rurociągami do podziemnych magazynów. Przemysły naftowy i gazowy już obecnie osiągają dobre wyniki w zakresie transportu i długookresowego magazynowania dwutlenku węgla pod ziemią. Dwutlenek węgla pompuje się do złóż ropy naftowej po to, aby wymusić wydostanie je na powierzchnię. Na całym świecie realizuje się obecnie wiele projektów mających na celu dalszy rozwój wiedzy na temat składowania węgla pod ziemią.
Istnieją cztery różne możliwości magazynowania dwutlenku węgla pod ziemią. Pierwsze z nich to wykorzystanie pustych i porzuconych złóż gazowych, naftowych czy węglowych. Możliwe jest także przepompowywanie dwutlenku węgla do eksploatowanych złóż ropy naftowej po to, aby - jak już wspominano - wymusić wydostanie się jej większych ilości na powierzchnię. Kolejna możliwość to wykorzystanie formacji skalnych, które mają te same właściwości geologiczne co złoża ropy naftowej czy gazu ale w których te surowce nie występują. Czwarta możliwość to złoża skalne będące nośnikami węgla, gdzie metan powodujący zagrożenia dla bezpieczeństwa kopalń może być zastąpiony dwutlenkiem węgla.

Zdaniem naukowców możliwości magazynowania dwutlenku węgla pod ziemią znacznie przewyższają jego produkcję powstającą przy spalaniu paliw kopalnych � w tym i węgla. Prowadzone badania powinny nie tylko uprościć technologie magazynowania dwutlenku węgla ale także znacząco obniżyć koszty jej stosowania, co pozwoliłoby na ich powszechne stosowanie.

- Mamy nadzieję, że nasze badania przyczynią się do rozwiązania problemu dwutlenku węgla przy stosunkowo rozsądnych kosztach - ocenia Lars Stromberg, kierownik projektu w Vattenfall i profesor technologii energetycznej na politechnice Chalmers w Szwecji.

Jego zdaniem przez tak długi czas na jaki wystarczą pokłady węgla możliwe jest opracowanie skutecznych i stosunkowo tanich technologii zmniejszających uciążliwość dwutlenku węgla. Stromberg podkreśla jednocześnie, że istniejąca alternatywa dla paliw kopalnych, w tym i węgla, w postaci źródeł odnawialnych jest niewystarczająca.

Przykładem praktycznego zastosowania najnowocześniejszych technologii spalania węgla mogą być niemieckie elektrownie należące do koncernu Vattenfall. Trzy elektrownie na węgiel brunatny, oddawane w latach 1998, 2000 i 2002 - Schwarze Pumpe, Lippendorf oraz Boxberg nie potrzebują nawet kominów.

W elektrowni Schwarze Pumpe spaliny są tak oczyszczone, że mogą być wypuszczane przez chłodnie kominowe. Elektrownia wyposażona jest w separator popiołów oraz instalację odsiarczania, zastosowano tam także metodę wtryskiwania amoniaku pozwalającą na obniżenie emisji tlenków azotu. Schwarze Pumpe posiada moc zainstalowaną 1,6 tys. MW energii elektrycznej (dwa bloki po 800 MW) oraz 120 MW energii cieplnej. Sprawność netto elektrowni wynosi 41 proc., poza węglem brunatnym może ona spalać także smoły, efekt uboczny powstający w procesie odgazowywania węgla jeszcze wczasach NRD.

Koncern Vattenfall od kilku lat obecny w Polsce, jest od właścicielem Górnośląskiego Zakładu Elektroenergetycznego w Gliwicach (dystrybutora energii elektrycznej w ok. połowie woj. śląskiego) oraz Elektrociepłowni Warszawskich, produkujących ciepło i energię elektryczną na potrzeby Warszawy i okolic. Szwedzki koncern w najbliższych latach chce zwiększyć swój stan posiadania w naszym kraju. Możliwe więc, że w efekcie tego najnowsze rozwiązania technologiczne związane z ograniczeniem emisji dwutlenku węgla czy jego składowaniem pod ziemią szybciej zostaną w Polsce wprowadzone.

W POLSCE TEŻ MOŻNA

Codzienne działania zmniejszające emisję szkodliwych substancji w polskiej energetyce nie są tak spektakularne, ale również zauważalne. Największym rodzimym producentem energii w oparciu o węgiel kamienny jest Południowy Koncern Energetyczny. Swoje doświadczenia proekologiczne przedstawiciele PKE zaprezentowali podczas konferencji "Technologie czystego wykorzystania węgla" jaka odbyła się w Głównym Instytucie Górnictwa.

Działania zmniejszające emisję szkodliwych substancji w zakładów PKE obejmowały:

• poprawę jakości spalanego węgla (mniejsze zapopielenie i zasiarczenie) lub zmianę paliwa zużywanego do produkcji energii (na gaz koksowniczy),
• wymianę lub modernizację urządzeń oczyszczania spalin,
• modyfikację układu paleniskowego, w tym niektórych przypadków wymianę palników na niskoemisyjne w celu uzyskania redukcji emisji tlenków azotu,
• modernizacje urządzeń energetycznych (głownie turbin i kotłów) w celu poprawy wydajności oraz sprawności wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, w tym zmniejszenia zużycia energii na potrzeby własne,
• budowę nowych kotłów energetycznych opartych na technologii spalania fluidalnego ze złożem cyrkulacyjnym,
• w celu zmniejszenia emisji pyłu oprócz zmiany jakości węgla dokonano wymiany lub modernizacji elektrofiltrów lub wymiany elektrofiltrów na filtry workowe.

Najnowszym rozwiązaniem technologicznym w polskiej energetyce opartej na węglu kamiennym ma być nowy kocioł energetyczny na parametry nadkrytyczne dla bloku o mocy 469 MW w Elektrowni Łagisza. PKE już podpisał umowę z firmą Foster Wheeler na dostawę kotła, od miesięcy koncern ma jednak problemy z zamknięciem finansowania dla tej inwestycji. Sprawność netto bloku 460 MW będzie wynosić 43,3 proc. W nowym bloku w Łagiszy będzie można wykorzystywać różne rodzaje paliw, nawet te o gorszej jakości, np. udział mułu może wynosić do 30 proc., a biomasy do 10 proc. wartości energii chemicznej wprowadzanej do kotła.

Nowoczesny blok o mocy 830 MW jest planowany także w Elektrowni Bełchatów wchodzącej w skład grupy BOT. Ta inwestycje będzie także spełniała wszelkie normy unijne dotyczące emisji dwutlenku węgla, dwutlenku siarki i tlenków azotu.
Kolumna dofinansowana ze środków WFOŚiGW w Katowicach.

Jak więc widać po tych konkretnych przykładach realizowanych w Polsce możliwe jest czyste spalanie węgla w energetyce. Po raz kolejny trzeba przypomnieć, że to nie węgiel jest brudny lub czysty tylko technologie jego spalania. Polska, opierając swoją energetykę na węglu kamiennym i brunatnym powinna wspierać przedsięwzięcia zmierzające do rozwoju technologii czystego spalania. Tego bez wątpienia brakuje w polskiej polityce gospodarczej.

Konferencja w GIG. Wystapienie dyrektora instytutu, prof.dr.hab. inż. Józefa Dubińskiego.