Energetyka konwencjonalna

Energetyka konwencjonalna, w tym IGCC, UCG i CCS

Elektrownie konwencjonalne produkują obecnie przytłaczającą większość energii, a rezygnacja z nich z dnia na dzień jest praktycznie niemożliwa. Ich zamknięcie i utrata tysięcy miliardów włożonych w ich budowę w sytuacji, w której stale rośnie zapotrzebowanie na energię to scenariusz nierealny.

Możemy też być praktycznie pewni, że spalimy całość ropy i gazu, które uda nam się wydobyć spod ziemi. Decydujące będzie dalsze wykorzystanie zasobów węgla. Po pierwsze - powinniśmy zrobić wszystko, żeby nie budować nowych elektrowni węglowych! Zbudowane dziś elektrownie będą działać do drugiej połowy XXI wieku. Jeśli ktoś uważa, że objęcie elektrowni węglowych hasłem Media Markt "Powinni tego zabronić!" to zbyt abstrakcyjna i daleko idąca myśl, to może się zdziwić. W 2007 roku miał miejsce precedens, kiedy władze stanu Kansas zablokowały budowę dużej elektrowni węglowej właśnie ze względu na wpływ takich instalacji na globalne zmiany klimatu. W 2007 roku w samych Stanach Zjednoczonych wstrzymana została budowa 45 elektrowni węglowych, w dużym stopniu ze względu na utratę ich opłacalności ekonomicznej po wprowadzeniu podatku węglowego - będącego w USA dopiero na etapie dyskusji.

Należy oczywiście modernizować istniejące elektrownie. Ilość energii węgla efektywnie przetwarzanej w elektryczność w elektrowniach pyłowych wynosi 25-35%. Tak też jest w polskich elektrowniach węglowych, których większość pochodzi z lat 50 i 60 XX wieku i których sprawność przeciętnie wynosi 30%. Stosując proste rozwiązania, np. modernizację elektrowni przez nadbudowę turbiną gazową można ich sprawność podnieść nawet o 10%.

Współczesne, dysponujące zaawansowanymi technologicznie turbinami elektrownie zasilane gazem ziemnym pozwalają na osiągnięcie efektywności sięgającej 60%. Zbliżoną sprawność mogą osiągać również elektrownie oparte o zgazowywanie węgla. Takie elektrownie mają też niższą emisję innych szkodliwych związków.

Dobrym sposobem na lepsze wykorzystanie energii paliwa jest produkcja prądu z jednoczesnym wykorzystaniem ciepła, np. do ogrzewania mieszkań, jest to tak zwana kogeneracja - elektrociepłownia produkuje prąd, a ciepło jest produktem ubocznym, produkowanym "gratis" (właściwie prawie gratis, należy tu doliczyć koszt instalacji zbierających i sieci ciepłowniczej rozprowadzającej ciepło na odległość wielu kilometrów). Przy kogeneracji tracimy jedynie 15% energii, a nie blisko 70%.

Wszystko to jest jednak tylko rozwiązaniem przejściowym, zarówno ze względu na zmiany klimatu, jak też ograniczone zasoby węgla zastąpienie energii z ropy i gazu węglem oznaczałoby wyczerpanie jego zasobów w przeciągu życia zaledwie jednego pokolenia.

Przyjrzyjmy się technologiom zgazowywania węgla (IGCC, UGC) i wychwytu dwutlenku węgla (CCS).

IGCC - Integrated Gasification Combined Cycle (technologia bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa).

Proces IGCC wykorzystuje reakcję częściowego utleniania w procesie przemiany węgla w wysoko wartościowe paliwo zwane gazem syntezowym (syngaz), które składa się głównie z wodoru i tlenku węgla. Gaz syntezowy zasila turbinę gazową, produkującą energię elektryczną. 

  Działanie elektrowni IGCC

Rys. Działanie elektrowni IGCC. Źródło: cleancoal.

Jest to technologia umożliwiająca budowanie elektrowni o znacznie większej sprawności, na poziomie 45-55%. Przewaga systemu IGCC nad blokami spalającymi węgiel w kotłach pyłowych wiąże się też z niższymi emisjami, włączając w to możliwości wychwytu 95% skoncentrowanego dwutlenku węgla (i jego sekwestrację). Także większość substancji odpowiadających za emisję zanieczyszczeń jest usuwana z gazu w trakcie procesu zgazowania (skuteczność odsiarczania to 99% a odazotowania 90%). Dzięki temu czystość pracy elektrowni węglowych IGCC może być porównywalna do elektrowni gazowych. Także zużycie wody jest o połowę mniejsze, niż w elektrowniach konwencjonalnych. Technologia jest stosowana od dziesięcioleci, a koszt elektrowni, chociaż większy od konwencjonalnej, po uwzględnieniu wzrostu cen węgla i ceny emisji CO2 staje się konkurencyjny.

Czytaj więcej o technologi bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) pl , energia elektryczna w systemie IGCC pl .

UCG - Underground Coal Gasification (podziemne zgazowywanie węgla).

UCG to alternatywna metoda pozyskiwania energii ze złóż węgla, w której nie trzeba wydobywać go na powierzchnię. Zamiast tego, do złoża węgla wpompowuje się tlen, doprowadza do zapłonu węgla pod ziemią i pozyskuje wypływający na powierzchnię syngaz. W tej technologii nie trzeba budować kopalni i prowadzić wydobycia węgla, można też eksploatować trudne pokłady, niedostępne dla górnictwa klasycznego, co może pozwolić nawet na 3-4 krotne zwiększenie eksploatowanych zasobów węgla. Taki sposób spalania węgla nie produkuje też popiołów i innych zanieczyszczeń, które normalnie trafiają do atmosfery lub na hałdy - pozostają one pod ziemią. Dlatego jest to sposób wykorzystania złóż węgla brunatnego, znacznie lepszy od degradującej środowisko eksploatacji odkrywkowej i powodującej olbrzymie zanieczyszczenia wody, powietrza i gleby.

UGC

Rys. Schemat zakładu pozyskiwania gazu UCG. Powietrze jest wtłaczane do złoża, woda dociera z otaczających skał, a częściowe spalanie i gazyfikacja zachodzą na czele pokładu węgla po zapłonie. Będący rezultatem procesu wysokociśnieniowy strumień syngazu płynie na powierzchnię, gdzie gaz jest oddzielany od zanieczyszczeń i wykorzystywany. Źródło: Science&Technology.

Technologia jest znana od dziesięcioleci, jednak nie jest używana na znaczącą skalę, dopiero ruszają pierwsze instalacje pilotażowe.

Powinniśmy też pamiętać, że każde spalanie paliw kopalnych wiąże się z emisją CO2 i konsekwencjami dla zmian klimatu. Powszechnie rozważanym sposobem rozwiązania tego problemu jest wychwyt (sekwestracja) dwutlenku węgla - CCS.

CCS - Carbon Capture and Storage

Dwutlenek węgla z elektrowni nie musi trafiać do atmosfery, lecz może zostać wcześniej wychwycony. Jest to trudne dla kotłów pyłowych, lecz znacznie łatwiejsze dla elektrowni opartych na spalaniu gazu (np. IGCC i UGC). Dwutlenek węgla, będący produktem spalania w elektrowni, byłby wtłaczany pod ziemię, szczególnie w pokłady ropy i gazu, umożliwiając przy okazji ich lepsze wykorzystanie (rozwiązanie oryginalnie pochodzi właśnie z przemysłu naftowego). Alternatywnie można byłoby go pompować głęboko pod powierzchnię oceanu. Istnieją dwie koncepcje oceanicznego składowania CO2, pierwsza zakłada tłoczenie gazu na małych głębokościach (do 1000m), tak aby ulegał rozpuszczeniu. Druga natomiast, zakłada tłoczenie go poniżej 3000m, aby na dnie oceanu utworzyć jezioro dwutlenku węgla.

CCS

Rys. Ilustracja działania instalacji CCS.

Instalacje takie mogłyby być budowane przy już istniejących elektrowniach. Ich budowa wiąże się oczywiście z kosztami, ale wprowadzenie wysokich podatków węglowych i/lub norm ekologicznych emisji CO2 mogłoby przyczynić się do rozpowszechnienia się tej technologii.
Komisja Europejska planuje budowę 12 pilotażowych elektrowni tego typu. Technologia wydaje się bardzo atrakcyjna dla krajów czerpiących energię z węgla - Polska czyni więc starania, aby dwa z tych obiektów powstały na jej terytorium.

CCS to jednak technologia niesprawdzona, droga i niebezpieczna. Ilość związanych z nią problemów jest olbrzymia:

  • CCS to technologia na razie mało zaawansowana, stosowana dziś w 3 pilotażowych instalacjach (np. norweska platforma Sleipner na Morzu Północnym), sekwestrujących niecałe 0.01% światowych emisji. Szacuje się, że na skalę mającą znaczenie w skali świata, może się ona rozpowszechnić za jakieś 20-30 lat. To zbyt późno.
  • Trzeba wychwycić CO2 w elektrowni. Jeszcze przy IGCC można to sobie wyobrażać, ale w elektrowni pyłowej jest to olbrzymi problem i koszt.
  • Wychwycony CO2 musi zostać skompresowany do ciśnienia 100 atmosfer (na co trzeba energii), przetransportowany do miejsca składowania (na co też trzeba energii) i wpompowany pod ziemię (tu także trzeba energii). Aby pokryć te wydatki energetyczne, trzeba spalić dodatkowe 30% węgla. A dodatkowy węgiel trzeba najpierw wydobyć i przetransportować do elektrowni (jeszcze więcej energii). I tak dalej...
  • Trzeba wybudować infrastrukturę przesyłową do miejsc składowania, przy której bledną rurociągi naftowe i gazowe.
  • Wszystko to spowoduje, że koszt energii z elektrowni z CCS będzie wyższy o dodatkowe 40-80%, co czyni ją niekonkurencyjną nawet wobec niektórych dzisiejszych źródeł odnawialnych.
  • Elektrownie wyposażone w system CCS mogą zużywać nawet dwa razy więcej wody od zwykłej elektrowni węglowej (wg US Department of Energy - National Energy Technology Laboratory)
  • Węgiel za kilkadziesiąt lat również doczeka się "Coal Peak".
  • Tworzenie na dnie oceanu jezior z dwutlenku węgla lub rozpuszczenie dwutlenku węgla w oceanie i bezpośrednie ich zakwaszanie to fatalny pomysł - oceany i tak nasycają się dwutlenkiem węgla pochłanianym z atmosfery zakwaszanie oceanów.
  • Możne dojść do gwałtownego wyzwolenia nagromadzonego dwutlenku węgla, jak w jeziorze Nyos w Kamerunie, gdzie doszło do wyzwolenia olbrzymich pokładów CO2. Zginęły 2 tysiące ludzi - tylko dlatego tak niewielu, gdyż okolica była słabo zaludniona.
  • Firmy przymierzające się do CCS proponują gwarancje niewydostania się CO2 na powierzchnię przez 10 lat. Na dłuższy okres czasu nie chcą przyjąć na siebie odpowiedzialności prawnej i finansowej. Tymczasem, aby sekwestracja w ogóle miała sens z punktu widzenia wiązania CO2, powinniśmy mówić o tysiącach, a nawet dziesiątkach tysięcy lat.
  • CCS pochłania fundusze i odciąga zasoby od innych rozwiązań, stanowiąc listek figowy dla rządów i koncernów energetycznych, pozwalających na budowę kolejnych elektrowni węglowych. Obecnie koncerny energetyczne metkę "gotowa na CCS" przyklejają elektrowni o zwykłej konstrukcji, przy której zostawiają pusty plac na zbudowanie "czegoś", co kiedyś być może będzie urządzeniami do wychwytu dwutlenku węgla.

Czytaj więcej o sekwestracji węgla (CCS). Pobierz artykuł .pdf ang .

Dwutlenek węgla może też być wiązany w ciałach stałych, od proszku do pieczenia po nowe rodzaje cementu, w których dwutlenek węgla z elektrowni jest surowcem w produkcji.

Najefektywniejszym sposobem wytwarzania energii elektrycznej są elektrownie jądrowe. Uzyskujemy prąd, ciepło, nie ma emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Przeczytaj więcej o energetyce jądrowej.

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto