CC BY
18
© М.Ю. Быкова, 2013
УДК 577.4:332.142 М.Ю. Быкова
МЕТОДИКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЛОКАЛЬНОГО УГЛЕГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
С учётом сравнительной оценки эквивалент-массы сгорающих газов составлен алгоритм и методика экологической оценки локального углегазоэлектрического комплекса (ЛУГЭК).
Ключевые слова: углегазоэлектрический комплекс, выброс парниковых газов, парниковый эффект.
Л ля экологической оценки выброса парниковых газов производятся следующие операции:
- Определение фактического потребления топлива в натуральных единицах.
- Перевод в тонны условного топлива (т у.т.) при помощи переводных коэффициентов.
- Преобразование в общие энергетические единицы, ТДж.
- Умножение на пересчетные коэффициенты (коэффициенты эмиссий) для расчета содержания углерода, т С/ТДж.
- Корректировка на неполное сгорание топлива (фракция окисленного углерода)
Пересчет окисленного углерода в выбросы СО2 при помощи соотношения кэ = 44/12=3,67.
Алгоритм экологической оценки энергогенерирующего предприятия, в том числе и ЛУГЭК, по выбросам основного парникового газа (СО2) приведен на рис. 1.
В табл. 1 приведены усреднённые коэффициенты эмиссии углерода (КЭУ) для некоторых видов органического топлива.
Алгоритм позволяет сравнивать парниковые, т.е. наиболее чувствительные выбросы газов энергетиче-
ских предприятий и выбирать при проектировании новых объектов наиболее экологически щадящие сценарии эксплуатации горно-энергетических систем. Поэтому помимо социально-экологических критериев сравнение экологического эффекта ЛУГЭК с традиционными энерго-генерирующими технологиями
(ТЭТ) должно соответствовать по фактору Ъсо^ следующему критерию
ЪС02(ЛУГЭК)к, <ЪСо2(ГЭГ), (1)
где Ъ001 (ЛУГЭК) и Ъ001 (ТЭТ) - эквивалент - массы выбросов углекислого газа при соответственно эксплуатации ЛУГЭК и (ТЭТ), т СО2; к -коэффициент запаса экологической чистоты новой технологии (ЛУГЭК). Численная величина задаётся в проекте ЛУГЭК на основе промышленных испытаний пилотного комплекса. Для концептуального проекта коэффициент запаса может быть принят по экспертной оценке равным 1,5 - 1,7.
Однако, для полного учёта парникового эффекта от других газовых выбросов, кроме углекислого газа, введены по решению Киотско-го протокола два критерия: озоно-разрушающий потенциал (ОРП) для
Рис. 1. Алгоритм экологической оценки эксплуатации энергогенерируюшего предприятия по выбросам углекислого газа: где Мт — тепловая мощность предприятия (энергетического комплекса), МВт: - теплота сгорания топлива (газа, угля, нефти) МДж/м (МДж/кг); п - энергетический к.п.д. комплекса: дмф - фактический объём (масса) сжигаемого топлива для выработки № (МВт), тыс. м3 (т)/с; Ьс - масса углерода, выделяющаяся при сгорании топлива, кг С/с; кут. - коэффициент перевода физических единиц в условное топливо, для угля равный 0,768 т у.т./т угля, для газа равный 1,15 т у.т./тыс. м3; КЭУТ - коэффициент эмиссии углерода, кг С/ГДж; кэ - энергетический эквивалент тонны условного топлива, равный 29,31 ГДж/т у .т.; ЬС02 - эквивалент-масса углекислого газа, выделяющаяся при сгорании топлива, т С02/с; к С02-эКВ - стехиометриче-ский коэффициент соответствия массы углекислого газа, образующейся при окислении углерода, равный 3,67
количественной оценки ущерба озонному слою соединениями, содержащими атомы хлора и брома, и потенциал глобального потепления (ПГП или вШР).
Для концептуального проектирования ЛУГЭК существенное значение имеет второй критерии вШР. Этот критерий привязан к определённым периодам времени (табл. 2).
В практических расчётах учёт парникового эффекта от выделения в атмосферу метана и закиси азота осуществляют путём умножения их массового количества (выброса ТЭС) Мсн4 или Mn20 за определённый период на критерий GWP.
Общий загрязняющий эффект от применения технологии ЛУГЭК, как и другого энергогенерирующего комплекса) может быть определен по методике Госкомитета по охране окружающей среды (Временная методика определения предотвращающего экологического ущерба. М., Госкомитет по охране окружающей среды (текст 2011 г.), 1999 г., Интернет, www. Экологический ущерб от выбросов, 04.082012 г.)
Сравнительный критерий выбора оптимального варианта энергогенерирующего комплекса производят по формуле (2) с учётом массы газового выброса
Yi = X (Mi ' Кэл Wnp ■ Кэс ■ КИ >
(2)
где Yi = Mj - масса газового выброса на какой-либо период времени (год), т у.т./год; Кэ.1 - коэффициент относительной экологической опасности i-го газа, (Кэ^ =1/ПДК); Ynp -удельный экономический ущерб от выброса единицы массы газа, руб./т у.т.; Кэс- коэффициент учитывающий экологическую ситуацию в данном регионе, равный 05 - 1,5; Ки - дисконтирующий коэффициент, учитывающий индексацию расходов во времени (с увеличением времени
Таблица 1
Усреднённые коэффициенты эмиссии углерода для органических топлив
Вид топлива Эмиссия углерода, кг/ГДж (т/ТДж)
Уголь 25,68
Природный газ 14,95
Топливный мазут 21,11
вложения затрат коэффициент уменьшается).
В отсутствие измеренных выбросов окислов серы, азота и твёрдых частиц пылеугольных ТЭС можно пользоваться эмпирическими формулами:
• для расчёта выбросов диоксида серы БО2
МС02 = 0,02В• Бр(1 -к1)(1 -к2), т/год
(3)
• для расчёта выбросов диоксида азота ЫО2
ЫП0г = 10,38• 0,0015• А1(1 -к3), т/год
(4)
• для расчёта выброса твёрдых частиц
МТВ = 0,003В • Ар (1 - к4), (5)
где В - расход топлива, т/год; Бр - содержание серы в топливе, %; А1 -удельное количество N02, образующееся в расчёте на 1 ГДж сгорания топлива, (А1 = 0,15), кг/ГДж; Ар - рабочая зольность сгораемого угля, %; к1, к2, к3 и к4 - соответственно доли диоксидов серы, связываемых в котле, улавливаемых в золоуловителе, доля улавливаемой двуокиси азота внутри цикла и доля твёрдого компонента, осаждаемого в золоуловителях (значения коэффициентов могут иметь значения соответственно 0,5, 0, 0 и 0,85).
Практика показывает, что выбросы окислов серы и азота превышают допустимые нормы. Так, в США выбросы азота на некоторых ТЭС характеризуются значениями около 65
кг/ГДж. Поэтому для традиционных генерирующих технологий разрабатываются новые технологии уменьшения выбросов азота на угольных ТЭС: так, Всероссийский теплотехнический институт (ВТИ) предложил трёхступенчатое сжигание угля с инжекцией природного газа в верхнюю зону горения топлива с избытком кислорода (коэффициент избытка при этом равен 1,05-1,1), что позволяет создать в котле восстановительную среду. В таких условиях двуокись азота восстанавливается до молекулярного азота. Предложение увеличивает стоимость вырабатываемой электроэнергии, но снижает выбросы ЗГ.
В соответствие с Киотским протоколом введённые углеродные квоты позволяют торговать выбросами парниковых газов. Существует три типа углеродных квот: ЕиА - квота Европейского Союза; СЕН -сертификационная квота на ограничение выбросов и ЕНи - единицы уменьшения выбросов.
Использование новой генерирующей технологии, сопровождаемой уменьшением таких выбросов, позволяет получать от специализированных международных организаций дополнительные средства на эксплуатацию энергетических предприятий в соответствие с количеством сэкономленных тонн СО2-эквивалента. Такими организациями являются Многосторонний фонд углеродных кредитов (МССР) Европейского банка реконструкции и развития, а также Европейский ин-
Таблица 2
Потенциал глобального потепления (ОШР) для основных парниковых газов, выделяющихся при работе энергогенерирующих комплексов, работающих на органическом топливе (по данным МГЭИК)
Парниковые газы Химическая формула Период действия на атмосферу, лет
20 100
Углекислый газ СО2 1 1
Метан СН4 25 72
Закись азота N20 298 289
вестиционный банк. При этом стоимость каждой квоты, т.е. права на выброс 1 т С02, в Европе оценивается от 10 до 40 американских долларов, в настоящее время по последним данным Интернет-газеты «Экономика» (20.08.2012 г.) эта цена равна 15 евро за 1 т С02-эквивалента (С02-экв.)
Так, Армения в результате реконструкции 29 гидроэлектростанций с общей мощностью 60 МВт в рамках программы «Механизм чистого развития» (Clean Development Mechanism) уже получила по углеродным квотам 7 млн. долларов.
Обязательства РФ по ограничению выброса парниковых газов в период 2008-2012 гг. равны не более 3040 млн. т С02-экв в год. За указанный период Россия должна снизить вы-
бросы С02 более чем на 2 млрд. т С02-экв. Проблема снижения в будущем выбросов парниковых газов на вновь строящихся ТЭС также требует пристального внимания к регулированию выбросов С02. В этом серьезный вклад могут оказать такие горно -технические системы, как ЛУГЭК.
Выводы
Сравнительная экологическая оценка локального углегазоэлектри-ческого комплекса осуществляется на основе определения эквивалент-массы углекислого газа, выделяющегося при сгорании газового топлива при его работе.
С учётом сравнительной оценки эквивалент-массы сгорающих газов составлен алгоритм и методика экологической оценки ЛУГЭК. ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Быкова Марина Юрьевна - аспирант, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
Институт экономики и управления в строительстве и промышленности (ИЭУСП).
А
