Энергоблоки на сверхкритические параметры пара в Дании

Опыт проектирования и эксплуатации энергоблоков на сверхкритические параметры пара в Дании

Кяер С.

После энергетических кризисов 1973 и 1979 гг., Европа вновь испытывает уже третий по счету энергетический кризис, который еще раз подтверждает чрезвычайно высокую зависимость Европейского союза от импорта первичной энергии. Последнее крупное и неустойчивое повышение цен на нефть и газ привело к демонстрациям и забастовкам по всей Европе, которые еще раз показали, насколько уязвима Европа в вопросе снабжения энергией.
В течение 90-х годов цены на топливо оставались относительно стабильными, но, начиная с 1999 г., цены на нефть, газ и уголь удвоились. Насколько опасная ситуация с ценами на топливо для ТЭС сложилась после 1999 г., видно из рис. 1. Разрыв в ценах между углем, с одной стороны, и мазутом/газом, с другой, возрастает. Следовательно, в топливном балансе Европейского союза повышается роль угля, который служит гарантией стабильности цен на электроэнергию и безопасности снабжения континента энергией.
Данные о стоимости топлива (см. рис. 1) были получены “McCloskey Coal Services International Ltd”. Учитывались цены на импортный каменный уголь на северо-востоке Европы, природный газ для крупных потребителей в Голландии и тяжелый мазут марки “Rotterdam” с содержанием серы 1%.
Комиссия ЕС рассматривала ситуацию с поставками энергетических ресурсов в Европу и ее выводы были опубликованы в октябре прошлого года в зеленом докладе “Стратегия Европы в направлении безопасности энергоснабжения”. В этом докладе, показывая серьезность сложившейся ситуации, авторы заявляют, что “... если не будут приняты необходимые меры, то в следующие 20 - 30 лет уже не 50, а 70% всей необходимой для Европейского союза первичной энергии придется импортировать из других стран”.
В долгосрочном плане, когда ресурсы Северного моря будут исчерпаны, природный газ будет поступать в Европу, главным образом, из России и Северной Африки, а нефть - из стран Среднего Востока. Все это делает уголь важнейшим фактором обеспечения европейской безопасности. Следовательно, можно заключить, что “характеристики мирового рынка угля (географические и геополитические возможности поставок, а также отсутствие напряженности с ценами) обнадеживают с учетом роста внешней зависимости. В этом отношении каждый может говорить о стабильности экономики и поставок”.
В течение длительного времени критическая ситуация с поставками энергоносителей в Европу не принималась во внимание и в 90-е годы было сдано в эксплуатацию только 4000 МВт новых мощностей, способных сжигать сравнительно дешевый импортный каменный уголь. Такая же ситуация наблюдалась в 80-е годы. И в настоящее время не проектируются и не сооружаются новые угольные энергоблоки. В результате к 2010 г. в Европе средний возраст энергоблоков на угле достигнет 40 лет.
Следовательно, в ближайшие годы необходимо двигаться в направлении создания мощных угольных энергоблоков на сверхкритические параметры пара, которые заменят энергоблоки, работающие еще с середины 80-х годов.
В этой статье представлен опыт проектирования и эксплуатации тепловых электростанций в Дании на сверхкритические параметры пара (СКД). Показаны некоторые области весьма выгодной модернизации старых энергоблоков, основанные на опыте DPC. Приведена информация об объединенном европейском проекте, который нацелен на повышение эффективности новых энергоблоков за счет пароводяных циклов с суперкритическим давлением и температурой пара примерно 700°С.

Проектирование блоков со сверхкритическими параметрами.

Дания имеет береговую линию протяженностью более 7000 км. Это открывает прекрасные возможности для импорта каменного угля, приобретенного на мировом рынке и доставленного большегрузным морским транспортом. Кроме того, прибрежное размещение ТЭС в высоких широтах дает возможность использования холодной воды и, следовательно, низкого давления в конденсаторе, что повышает КПД нетто.
Характеристики импортных углей обычно находятся в диапазоне, представленном далее.

Рис. 1. Цены на топливо для тепловых электростанций в Европейском союзе

Первый в Дании (и во всей Северной Европе) энергоблок на сверхкритические параметры был сдан в 1984 г. на ТЭС Studstrepvasrket и показал блестящие эксплуатационные качества. Сейчас, спустя 17 лет, на различных ТЭС эксплуатируются уже шесть блоков на сверхкритические параметры (SC) (таблица) и три - на суперкритические параметры (USC) (в Дании эти параметры относятся к “ультрасуперкритическим”). Основные параметры блоков на суперкритические параметры приведены далее.
Электростанция и номер блока

Переход от барабанных котлов к прямоточным привел к повышению КПД почти на 3% (относительных) при сохранении объема капитальных затрат.
Параметры пара первых шести блоков СКД были близки традиционным и проверены в длительной эксплуатации. Но в 1989 г. на конгрессе VGB объединение Elsam представило сообщение о новых пылеугольных котлах с параметрами пара, превосходящими известные. В настоящее время на ТЭС   Nordjylland и Avedore установлены энергоблоки с суперкритическими параметрами пара (“ультрасуперкритическими” по датской терминологии). Блок № 3 на ТЭС Skaerbaek работает на газе и выполнен как точная копия блока № 3 на ТЭС Nordjylland. Блок № 2 ТЭС Avedore также работает на газе, но как добавочное топливо в котел может подаваться биомасса в виде древесных гранул (пеллеток).