Энергетика Казахстана - Оценка экологической безопасности оборудования

Уровень пылегазовых выбросов

На энергопредприятиях отрасли эксплуатируется 448 водогрейных и энергетических котлов, из них 247 пылеугольных. Все пылеугольные котлы оборудованы золоулавливающими установками, более 90% которых имеют проектную степень золоочистки от 93 до 99,5%. В 1995 году выбросы вредных веществ в атмосферу составили 1213 тыс. тонн, что ниже уровня предыдущих лет. При этом следует отметить:

1. ухудшение качества поступающего топлива;
2. уменьшение в топливном балансе доли природного газа;
3. снижение выработки электроэнергии;
4. уровень золоулавливания составил 97%;
5. уровень азотоулавливания - 14%;
6. уровень сероулавливания - 6%.

С 70-х и до середины 80-х годов постепенно практически все электростанции были оснащены золоуловителями, в результате усовершенствования эффективность которых достигла 96 - 97%. К середине 80-х годов экологическая обстановка в стране привела к необходимости внедрения азото- и сероочистки, то есть к комплексному подходу к природоохранной деятельности. Решались вопросы финансирования собственных научных разработок для создания этих технологий. В определенной степени использовался опыт зарубежных стран, которые столкнулись с этой проблемой раньше. Кроме сугубо технологических проблем возникла необходимость организации более четкого природоохранного нормирования и создания законодательной базы. В это время были сформулированы и приняты основополагающие законы по охране окружающей среды, заложена нормативно-техническая база. В конце 80-х годов с участием ведущих энергетических организаций была разработана программа комплексного оснащения энергопредприятий природоохранным оборудованием. Программой были определены разработчики технологий, заводы - изготовители, источники финансирования и сроки внедрения. Первоочередное оснащение предусматривалось для вновь вводимых котлов. На следующем этапе - оснащение котлов на электростанциях, предназначенных для реконструкции и техперевооружения.
В 1989 году бывшими Минэнерго СССР и Госкомприроды СССР были разработаны и приняты нормативы выбросов вредных веществ от энергообъектов, приведенные в таблице 3.4.10.
Таблица 3.4.10
мг./нм3

Нормативы выбросов ориентировались на лучшие достижения зарубежных стран и с учетом предполагаемой реализации программы. При разработке нормативов не принимались в расчет географические особенности регионов, их экологический фон, а также экономические возможности.
В Казахстане были разработаны и приняты основные законодательные акты, начато формирование нормативно-технической базы, предпринята попытка создания экономического механизма регулирования природопользования на основе системы платежей и штрафов.
Интенсивно внедрялись режимные азотоподавляющие технологии. В силу их относительной дешевизны, они получили распространение практически на всех электростанциях Казахстана. Эффективность их находится в пределах 15-30%, что естественно не решает всех имеющихся проблем.
Результаты деятельности приведены в таблицах 3.4. 11, 3.4.12.

Таблица 3.4.11
тыс. тонн

Таблица 3.4.12
тыс. куб. м.

3.4.3.2 Оценка уровня выбросов и затрат по международным стандартам

Как показывает опыт стран, где достигнуты значительные успехи в деле защиты атмосферы от вредных пылегазовых выбросов (Германия, Япония, Швеция, США), основным, решающим направлением при решении этой задачи явилось интенсивное развитие технологий снижения концентрации вредных примесей в уходящих газах, либо в процессе сжигания топлива, либо путем активной очистки. Другие направления - энергосбережение, применение новых технологий сжигания топлива, облагораживание топлива и др. - играют хотя и важную, но все же не определяющую роль.
На примере Германии, видно ("Результаты применения "Предписания для крупных котельных установок" (Мероприятия, стоимость, полезность), Штауб, 50, 1990, N 4) что путем массового внедрения на ТЭС установок мокроизвестняковой сероочистки и комбинированным воздействием на окислы азота огнетехнических мер и активной очистки на катализаторах с применением аммиака, удалось в период 1983-1993 гг. снизить общий выброс серы от ТЭС примерно на 80% (до 400 тыс. тонн/год), а окислов азота примерно на 75% (до 250 тыс.тонн/год).
Реализация такой программы потребовала весьма значительных затрат. Так, для угольных станций общей мощностью примерно 38 млн. кВт капитальные затраты на сероочистку составили примерно 14,2 млрд. ДМ, или около 9,1 млрд. долл. США, т. е. 240 долл/кВт.                             
Применительно к одной из Экибастузской ГРЭС, мощностью 4 млн. кВт затраты на доведение выбросов окислов серы и азота до нормативов, принятых в Германии (аналогичные нормативы были приняты в бывшем СССР для так называемых экологически чистых ГРЭС на экибастузских углях) могут составить примерно 1,5 млрд. долл. США, или примерно 190 млн. долл. на 1 блок.
Оценки, проведенные АО Подольский машиностроительный завод применительно к первым блокам Южно-Казахстанской ГРЭС, где предусматривается комплекс технологий газоочистки, аналогичный применяемому в Германии, показывают, что по ценам России, конца 1993 года эта стоимость может быть снижена примерно вдвое. Однако, со временем она, по-видимому, достигнет мирового уровня.
Учитывая современное состояние экономики Казахстана, можно уверенно полагать, что затраты такого масштаба, направленные на снижение выбросов в атмосферу, нереальны, как в настоящее время, так и в ближайшей обозримой перспективе.
В целом, проблема защиты воздушного бассейна Казахстана от вредных выбросов предприятий ТЭК республики, реально может решаться следующим образом:

1. детальным анализом поступающих в атмосферу загрязнений, особенно в сфере добычи первичных энергоресурсов, а также нормативов этих загрязнений с учетом региональных особенностей Казахстана;
2. поэтапной, по мере выхода Казахстана из полосы современного финансового и экономического кризиса, реализацией разработок, прежде всего стран СНГ, проведенных на практике и приводящих к заметному снижению выбросов;
3. разработкой и опытно-промышленной проверкой новых, приемлемых техникоэкономических, способов и технологий газоочистки, а также перспективных, экологически приемлемых способов и технологий сжигания топлива, например, с помощью частичной, предварительной газификации топлива и др.

  В последние несколько лет энергетики Казахстана налаживают контакты с рядом зарубежных организаций занимающихся вопросами экологии в энергетике. С Казахстанэнерго работали такие фирмы, как "Сименс", ABB, TVA,"Бернс энд Рое", CRI, "Иточи" и др., представляющие Германию, Англию, США и Японию. Направления их деятельности охватывают обучение персонала современным методикам природоохранной работы, законодательную базу, аудиторские экспертизы, предпроектные проработки и др.
В итоге получены вполне конкретные результаты. Так, в процессе аудиторских экспертиз фирмой "Бернс энд Рое" под эгидой американского фонда ЮСАИД, с участием казахстанских специалистов, разработаны рекомендации по улучшению экологического состояния на Жамбылской ГРЭС, Усть-Каменогорской ТЭЦ, Ермаковской ГРЭС и Экибастузской ГРЭС.
Английская фирма CRI в 1994-1995 гг., в качестве оказания технической помощи осуществила работу "Исследование качества воздуха г. Алматы". Для ознакомления с методологическими подходами и результатами работы CRI ниже приводится более подробная информация, в значительной степени имеющая прикладное значение для Алматы, но можно результаты этих испытаний распространить и на другие станции с известной долей погрешности.
Цель исследования состояла в том, чтобы оценить экологическое воздействие реконструкции Алматинской ТЭЦ-1 и связать его с затратами на модификации. Эта общая цель была достигнута путем решения ряда подзадач:

1. сбор данных по выбросам в атмосферу главными электростанциями и районными котельными Алматы. Он включал в себя измерение выбросов загрязняющих веществ на трех ТЭЦ, работающих на ископаемом топливе;
2. сбор данных по метеорологическим условиям в Алматы;
3. разработка модели рассеяния в атмосфере от этих источников;
4. сравнение результатов расчета по модели с данными подробных измерений для определения вклада от главных источников загрязнений в концентрации загрязняющих веществ в приземном слое;
5. исследование модели для расчета пользы с точки зрения экологии модификации или реконструкции Алматинской ТЭЦ-1;
6. сбор поясняющей информации о стоимости этих улучшений;
7. сравнение стоимости улучшений с пользой с точки зрения экологии для того, чтобы дать первичную оценку, какая из стратегий корректировки дает наибольшую выгоду с точки зрения экологии на вложенный доллар;
8. разработка предварительной программы для дальнейших инвестиций основанной на подходе с точки зрения наименее затратных инвестиций.

Поскольку надежные измерения выбросов в атмосферу на трех главных электростанциях отсутствовали, то были выполнены измерения выбросов из дымовых труб. Эти данные в сочетании с информацией по выбросам от других главных источников атмосферного загрязнения города и метеорологическими данными были использованы в качестве входных данных для модели рассеяния. Результаты мониторинга суммируются ниже, в таблице 3.4.13.

Таблица 3.4.13

Они указывают на то, что выбросы оксидов азота близки к ПДК Казахстана и Европейского сообщества (ЕС) (см. таблицы 3.4.14 и 3.4.15). Выбросы диоксида серы выше чем ПДК Казахстана и ЕС. В отдельных случаях выбросы твердых частиц составляли до 20 ПДК.
Результаты мониторинга указывают на то, что имеется некоторая неопределенность относительно точных пределов на выбросы, которые должны применяться для изучаемых котлов. Все котлы производят менее чем 420 тонн пара в час, в связи с чем можно было бы предположить, что должна бы быть использована предельная величина 240 мг/м3. Однако, котлы на ТЭЦ-1 и ГРЭС, являются котлами с сухим золоудалением, работающими на антраците с тепловой нагрузкой на входе менее 300 МВт/час, в связи с чем можно было бы предположить, что должна бы быть использована предельная величина 470 мг/м3. Ни один из испытанных котлов не удовлетворяет более строгому пределу, составляющему 240 мг/м3. Тем не менее, выбросы NOx из котлов на ТЭЦ-1 и ГРЭС близки к менее строгому пределу 470 мг/м3. Соответствующий предел для выбросов NOx в ЕС составляет 650 мг/м3 (для котлов работающих на угле, с тепловой нагрузкой на входе более чем 50 МВт/час. Предельная величина для выбросов серы в Казахстане составляет 600 мг/м3 для котлов ТЭЦ-1 и ГРЭС и 400 мг/м3 для котлов на ТЭЦ-2. Ни один из исследованных котлов не удовлетворяет этим пределам. Соответствующие предельные величины для выбросов SO2 в ЕС составляют приблизительно 1800 мг/м3 для котлов, работающих на угле, с тепловой нагрузкой на входе 130 МВт/час и, приблизительно, 900 мг/м3 для работающих на угле котлов с тепловой нагрузкой на входе более 130 МВт/час.
Предельная величина пылевыноса в Казахстане для котлов на ТЭЦ-1 и ГРЭС составляет 150 мг/м3, а для котлов на ТЭЦ-2 - 100 мг/м3. Ни один из исследованных котлов не удовлетворяет этим пределам. Соответствующий предел пылевыноса в ЕС для существующих работающих на угле котлов с тепловой нагрузкой на входе свыше 500 МВт/час составляет 140 мг/м3.
С учетом результатов мониторинга были разработаны шесть вариантов корректировочной стратегии.
Таблица 3.4.14
Предельные выбросы для работающих на угле станций Казахстана

Стандарты ЕС качества воздуха
Таблица 3.4.15

Методология расценки, принятая для каждой альтернативной стратегии, предполагала учет нескольких факторов; во-первых, были установлены границы площадей, занятых новым или исправленным оборудованием станции, а также оценены главные материальные и энергетические балансы основного оборудования. Эти балансы были потом использованы для определения капитальных затрат на оборудование. Затем были скалькулированы ежегодные выплаты капитальных затрат (предположительно в срок 25 лет), используя оцененные капитальные затраты при контрольном проценте учета, равным 10%. Затем были оценены компоненты дифференциальных ежегодных затрат включая постоянные и переменные эксплуатационные расходы и затраты на топливо, а также были определены суммарные показатели. Однако, экономия по эксплуатационным расходам оказалась малой по сравнению с требуемым ежегодным вложением капитала (таблица 3.4.16).

Таблица 3.4.16

Примечание.
* означает увеличение предсказанного уровня концентрации в приземном слое
Таким образом, на основании приведенных калькуляций можно сделать вывод, что наименее затратной стратегией является, увеличение высоты дымовой трубы на станции N 1 до 150 м.
Эта стратегия, несмотря на то, что она оказывает наибольшее влияние на уровень загрязнения в приземном слое на территории города, фактически не снижает суммарные выбросы из города. Увеличенная высота дымовой трубы приводит только к тому, что выбросы, распределяются на более широкой площади что в результате приводит к более низким концентрациям в приземном слое в любой отдельной точке города. Здесь могут также возникнуть дополнительные трудности в осуществлении этого решения в связи с близостью станции к авиалиниям.
Показано, что наибольшее снижение выбросов имеет место, когда применяется стратегия замены всех мощностей на ТЭЦ-1 г.Алматы, котлами CFBC. Однако, эта стратегия связана с высокими капиталовложениями. Наиболее реалистичная стратегия, это начать с замены котлов 7 и 8 на ТЭЦ-1 новыми мощностями. Капитальные затраты этой замены относительно низкие и может быть достигнут реальный выигрыш в области экологии. Принимая во внимание положение ТЭЦ-1 в центре города, выбор технологии котла должен состоять в том, что она должна быть самой чистой в смысле экологии при условии, что она не слишком затратная. Данное исследование показало, что использование котла CFBC для замены мощности на ТЭЦ-1 дешевле, чем использование котла PF и что оно дает большую пользу с точки зрения экологии, как указано в таблице 3.4.17. После успешной демонстрации технологии в Казахстане могла бы происходить постепенная замена и других котлов.

Таблица 3.4.17
$ США в год % улучшения