Эффективный метод сокращения выбросов парниковых газов на производстве электроэнергии

Компании энергетического и нефтегазового сектора вынуждены задаваться вопросами перехода на более экологичные технологии и процессы. Вследствие неактивной государственной политики в области экологии компании фокусируют свои усилия только на самых крупных источниках вреда для окружающей среды, таких как переход с угля на более экологичные виды топлива, внедрение ВИЭ, развитие атомной энергетики. Многие же вопросы на фоне крупных проблем остаются на периферии [1, c. 15].

В августе 2021 года Межправительственная группа экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК) выпустила доклад, объединяющий около 14 тысяч работ более 200 учёных со всего мира. Основной посыл доклада заключается в том, что за последний век произошли широкомасштабные и беспрецедентно быстрые изменения в атмосфере, океане, криосфере и биосфере. По мнению экспертов, главной причиной этих изменений является человечество. Согласно Парижскому соглашению, каждая страна, вступившая в него, должна снизить выбросы парниковых газов на долю от выбросов 1990 года c коэффициентом Джини – 0.7, адаптированным как показатель неравенства распределения квот [2, c. 78]. Данный метод выделения квот неэффективно распределяет доступную каждой стране долю от «глобального бюджета», т.к. страны, выбрасывавшие много в 1990 году, сохранят за собой больший лимит на выбросы. Более эффективным методом может послужить метод равного объёма выбросов на душу населения. Он позволит достичь минимального коэффициента Джини – 0,4 [3, c. 65].

Технология позволяющая избавиться от выбросов на ТЭС основана на цикле Аллама. Принцип действия цикла заключается в том, что СО2 после выхода из турбины используется в виде теплоносителя. Для того, чтобы избавиться от окиси азота в отработавшем газе предусмотрен генератор кислорода. При сжигании природного газа с кислородом образуется смесь углекислого газа и воды. Она поступает в теплообменник, после чего проходит через сепаратор, в котором вода отделяется от углекислого газа. Полученный углекислый газ сжимается компрессором и разделяется на два потока. Большая часть углекислого газа пропускается через теплообменник, получая тепловую энергию от отработавшей газо-водяной смеси, и поступает в камеру сгорания. Меньшая часть по трубопроводу высокого давления отправляется либо к потребителю, либо на захоронение в отработанные месторождения (рис.).

Вода после сепарации охлаждается и поступает в электролизер. Полученный при разложении воды кислород подается в камеру сгорания, а водород отправляется на продажу. Так как в проекте отсутствует система очистки водорода, после электролиза он имеет чистоту 99,95%, что соответствует техническому водороду класса Б. Для применения Цикла Аллама на угольных ТЭЦ необходимо предварительно произвести газификацию угля. Подробнее об этом в приложении 2 дополнительных материалов.

Для контроля внедрения предложенной технологии и анализа ее влияния на бизнес-процессы предлагается применять платформу Visary. Она состоит из набора готовых модулей, позволяющих автоматизировать задачи практически любого класса. С ее помощью можно отслеживать, контролировать и прогнозировать динамику выбросов на различных объектах, автоматически формировать отчеты и вести электронный документооборот. Высокий уровень защищенности платформы достигается за счет настройки гибкой дискретной политики управления доступом, а также возможности хранения обрабатываемых данных в распределенных хранилищах с многоуровневой системой шифрования [4, c. 38].

В качестве пилотного проекта предлагается разработать и построить ТЭЦ, работающую на цикле Аллама. При анализе срока окупаемости ТЭЦ было рассмотрено 10 сценариев, из которых выделено три основных. В негативном сценарии прибыль отрицательна в связи с чем срок окупаемости более 400 лет. В данном сценарии отсутствует спрос на водород, время использования максимальной мощности составляет 3361 час. В базовом сценарии прибыль составляет 2,2 млрд рублей, срок окупаемости с учетом коэффициента дисконтирования составляет около 10 лет. В позитивном сценарии прибыль равна 3,1 млрд. рублей, срок окупаемости около 5 лет.

В дальнейшем планируется применение данной технологии для модернизации существующих ТЭЦ.

Таким образом, внедрение проекта ТЭЦ, работающей на цикле Аллама, позволит снизить выбросы парниковых газов, не отказываясь от традиционной генерации. В большинстве рассмотренных сценариев проект окупается, в том числе за счет генерации водорода.

Рис. Схема технологии

1. Воропай Н. И. SMARTGRID: Мифы, реальность, перспективы //Энергетическая политика. – 2010. – № 2.
2. Дорохин В.Г. Методика использования углекислого газа в различных агрегатных состояниях на подземных хранилищах газа. Дисс. На соискание уч. степени канд. техн. наук. М. – 2017.
3. Mohammad Songolzadeh, Mansooreh Soleimani, Maryam Takht Ravanchi, and Reza Songolzadeh. "Carbon Dioxide Separation from Flue Gases: A Technological Review Emphasizing Reduction in Greenhouse Gas Emissions". The Scientific World Journal, Volume 2014, 34 p.
4. Куликов, Ю. А. Накопители электроэнергии - эффективный инструмент управления режимами электроэнергетических систем / Ю. А. Куликов // Электроэнергетика глазами молодежи - 2018: Материалы IX Международной молодежной научно-технической конференции. В 3-х томах, Казань, 01–05 октября 2018 года / Ответственный редактор Э.В. Шамсутдинов. – Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2018. – С. 38-43. – EDN RYHBRF.