CC BY
35
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
В.И. Серов, В.П. Виноградов, С.Н. Гостева,
Московский государственный горный университет
ЭНЕРГЕТИКА УГОЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
Угольная промышленность -поставщик первичного энергоносителя - угля, т.е. производитель энергии, в то же время ее потребитель в форме электроэнергии и тепла. Отнеся разность между энергосодержанием добытого угля и энергией, израсходованной на собственные нужды, связанные с процессом добычи, к энергосодержанию добытого угля и той части метана, которая может быть каптирована, можно определить энергетический КПД угольной отрасли. Он составляет примерно 0,97-0,98. Это, естественно, КПД только горного предприятия, который не учитывает потерь угля при транспортировке к потребителю и энергии, расходуемой на транспортирование. В развитии энергетики угольной промышленности, начиная со времени начала использования тепловых первичных двигателей, сначала паровых машин, а затем и турбин, можно проследить три периода:
♦ сооружение силовых установок, обеспечивающих энергией одно предприятие. Это был первый период становления малой энергетики;
♦ объединение сначала нескольких, а затем и всех силовых установок в единые региональные энергосистемы, в которых крупные станции экономически подавили и вытеснили станции мелкие. Это объединение произошло в их электрической сфере, тепловые системы остались из-за нетранс-портабельности тепла разобщенными и в большей своей части мелкими.
Большие количества электричества и еще большие количества тепла вырабатывались отдельно, что приводило к большим потерям тепла на крупных и удаленных от мест спроса на тепло объектов. В настоящее время монополия преимущественно крупных станций,
ГИАБ 1 і 1999
использующих привозное топливо, которое стало дорогим, начала исчерпывать себя. Наступил следующий период. Период развития малой энергетики, использующей местные энергоносители, в том числе бросовые и возобновляемые. Идеальным решением, с точки зрения рационального использования энергоносителей, является создание малых станций в форме ТЭЦ, расположенных в центре тяжести спроса на тепло и в пределах досягаемости тепловых трасс. Достигнуть этого было трудно тогда, когда основным энергоносителем был уголь - топливо, неудобное для транспортировки и требующее по экологическим причинам сложной технологии сжигания, возможной только в крупных установках.
Эпоха природного газа, ставшего основным энергоносителем в электроэнергетике, позволяет рассредоточить производство электроэнергии, совместив его территориально с производством тепла, и переложить потоки энергии с плеч линий электропередач на газопроводы, которые обеспечивают комплексное тепло- и электроснабжение, тогда как электропередачи оставляют в месте производства электроэнергии ту часть энергии первичного энергоносителя (40-45%), которая неизбежно реализуется в виде тепла. Таким образом, наступает эпоха малой энергетики - эпоха малых ТЭЦ, использующих 80-85% энергосодержания природного газа.
Малые ТЭЦ, работающие на газе, это сочетание первичного теплового двигателя, приводящего в действие генератор, с рекуператором отходящего тепла двигателя. Наиболее вероятным вариантом первичного двигателя для ТЭЦ с электрической мощностью до 10000 кВт может стать газовый двигатель, сделанный на базе се-
рийных дизелей. А наиболее вероятной областью, где прежде всего начнется использование газомоторных ТЭЦ, будут угольная и нефтяная промышленность, располагающая большими количествами бросовых горючих газов, а также и газовая промышленность, нуждающаяся в развитии автономной энергетики, которая повысит надежность энергоснабжения промыслов, разбросанных на больших пространствах, что затрудняет централизованное электроснабжение.
Угольная промышленность располагает значительными дебитами шахтного метана, выделяющегося при добыче угля ( в среднем на тонну добываемого угля выделяется 20 м3 метана). Условия безопасности вынуждают каптировать хотя бы часть содержащегося в угольных пластах метана с тем, чтобы уменьшить его выделение в горные выработки.
Условия экологии Земли требуют сжигать или превращать в другие продукты как можно большую часть шахтного метана, т.к. результат окисления метана - углекислый газ оказывает значительно меньшее неблагоприятное влияние на изменение климата планеты.
Сжигание метана - источник энергии, которая может быть использована. Кроме нескольких экзотических путей использования шахтного каптированного метана, внимания заслуживает получение электроэнергии и тепла с использованием малых ТЭЦ и просто тепла в обычных шахтных котельных. Первый путь более привлекателен в связи с тем, что 1,0 м3 метана, превращенный на шахтной ТЭЦ в электроэнергию и тепло, даст 3 кВт ч/м3 электрической энергии, цена которой в условиях Кузбасса 505 руб./м3 и 3030 ккал/м3 тепла, цена которого
163
65руб./м3, т.е. полная цена произведенных продуктов составит 570руб./м3.
Второй путь прост, широко распространен, не менее эффективен. Здесь 1,0 м3 метана заменит 1,14 кг угля калорийностью 7000 ккал/кг и цена произведенного в течение отопительного сезона тепла составит 171 руб./м3. При длительности отопительного сезона 7 месяцев среднегодовая цена произведенного тепла составит 100руб./м3.
Следовательно, эффективность использования шахтного каптированного метана для выработки электроэнергии и тепла примерно в 5 раз выше, чем при выработке только тепла.
Такое соотношение эффекта справедливо только для третьего-четвертого года эксплуатации, т.е. после того как окупятся капитальные затраты на ТЭЦ. Расчетный срок окупаемости газомоторной автоматической ТЭЦ мощностью 1000 кВт и 1,0 Гкал/час составляет 2-3 года.
В ИГД им. А.А.Скочинского выполнялись работы по созданию малых газомоторных ТЭЦ с электрической мощностью 1000 кВт и тепловой 1,0 Гкал/ч, расходующих 5,5 м3/мин каптированного метана и вырабатывающих в год 8 млн. кВт.ч электрической и 8 тыс. Г кал тепловой энергии.
Две такие установки по спецификации ИГД изготовлены и поставлены на шахты Воркуты и Кузбасса, одна изготавливается на ОАО «Коломенский завод». В настоящее время угольная промышленность России каптирует и большей частью выбрасывает в атмосферу количество метана, достаточное для генерирования 150 МВт электрической и 150Гкал/час тепловой мощности.
Использования шахтного каптированного метана для генерирования электроэнергии путем применения газомоторных силовых установок, разработанных ИГД им. А.А.Скочинского, нашло применение за рубежом. Фирма «Катерпиллар», изготовившая по спе-
© В.И. Серов, В
цификации ИГД им.
А.А.Скочинского и поставившая в Россию 2 силовые газомоторные установки, одновременно поставила в Австралию 100 таких установок, 90 установок находятся в работе на шахтах Аппин и Тауэр. Ими комплектуются две электростанции общей мощностью 100 МВт.
В будущем развитие дегазации может обеспечить топливом удовлетворение 50-70% спроса на электроэнергию и тепло.
Газомоторные ТЭЦ, которые разработаны ИГД им. А.А.Скочин-ского, универсальны и могут быть использованы кроме угольной в газовой и нефтяной промышленности, а также в коммунальном хозяйстве для комплексного энергоснабжения жилых районов. Это дает надежду на постановку их на производство на отечественных заводах, что позволит организовать комплектование по лизингу угольных шахт силовыми установками.
.П. Виноградов, С.Н. Гостева
164
ГИАБ 1 і Г
