Społeczność
blog.ekologia.pl   Blogerzy   JasonHunt   Czy warto budować nowe elektrownie węglowe?
0

Czy warto budować nowe elektrownie węglowe?

Budowa nowych obiektów energetycznych w Polsce, w tym bazujących na surowcach kopalnych, ciągle wzbudza protesty i oburzenie lokalnych społeczności. W odczuciu społecznym bowiem, każdy nowy komin to źródło zapylenia oraz zatruwania powietrza licznymi substancjami gazowymi. Potwierdza to niestety smutna praktyka naszego życia codziennego. Jednak czy tak być musi? Czy istotnie myśl naukowa i praktyka technologiczna nie mają w tej dziedzinie nic do zaoferowania? Odpowiedź zna każdy, kto choć raz przebywał przykładowo na terenie Zagłębia Ruhry. Jeszcze lepiej, jeżeli przebywał tam w latach sześćdziesiątych i obecnie. Taka bowiem różnica jest między poziomem technicznym naszych obiektów energetyki węglowej i tych w krajach rozwiniętych. Można zadać pytanie, czy warto w ogóle rozważać problemy energetyki węglowej. Sprawa ta jest żywotna nie tylko dla energetyki węglowej w Polsce. W kraju tak rozwiniętym jak RFN, 50% energii elektrycznej uzyskuje się właśnie z węgla kamiennego i brunatnego. Perspektywy przyszłościowe, wobec zmniejszających się zasobów ropy oraz licznych problemów energetyki jądrowej, stawiają w ęgiel w nowym świetle.

Jednak zgodna jest opinia, że stary, dobry węgiel wymaga mądrego i nowoczesnego wykorzystania. W tym również w energetyce. owe spojrzenie na węgiel sięga lat pięćdzie siątych naszego stulecia. Liczne smogi w rejonach uprzemysłowionych stały się sygnałem dc opracowania doskonalszych technik spalania węgla i oczyszczania spalin, głównie z pyłów Wówczas właśnie jednym z podstawowych pociągnięć była likwidacja małych, nieekonomicznych palenisk, w tym również w do”reśfaPf X aS ynw D"amatyzm teJ decyzji podKresia^fakt, ze likwidowano nawet, tak tradycyjne dla domów angielskich, kominki. Efekty me dały na siebie długo czekać i obecnie smog stał się bardziej pojęciem niż uciążliwym zjawi skiem krajów uprzemysłowionych. Zgodnie z obowiązuj ącymi zasadami, każde nowe palenisko musi być zaopatrzone w urządzenia do ciągłego pomiaru emisji zanieczyszczeń, zaś dozór nad tymi urządzeniami sprawuje niezależna odzakładu pracy policja ekologiczna (patrz „MT" nr 2/90). Jakie rozwiązania technologiczne stosuje się współcześnie dla zmniejszenia emisji zanieczyszczeń?

W latach pięćdziesiątych zaczęto na świecie powszechnie stosować elektrofiltry, dzięki którym przykładowo w RFN, do roku 1984, emisja pyłów zmniejszyła się o 99,7 %. Obowiązujące w tym kraju normy dopuszczają zawartość pyłów tzw. zawieszonych do 50 m g/m1. Instalacje odpylające zajmują dużo miejsca i instalowanie ich w starych elektrowniach napotyka często poważne bariery związane z ograniczonym z reguły terenem tych obiektów. Odpylanie nie dokonuje się bowiem w jednym tylko urządzęniu, lecz jest procesem wielostopniowym. Przykładowo, w najnowocześniejszym palenisku ze złożem fluidalnym, spaliny niosą ładunek pyłów rzędu 10 kg/m3. * 60 g/m s. Ostateczne oczyszczenie spalin dokonuje się w różnego typu elektrofiltrach, po których zawartość pyłów spada poniżej normy, tzn. 50 mg/m . Nie należy jednak zapominać, że pył oddzielony w cyklonach i elektrofiltrach, stanowi nadal problem. Bardzo często, właśnie niemożność zagospodarowania pyłów, skłania elektrownie do tzw. wyłączenia elektrofiltrów. W normalnie funkcjonujących systemach gospodarczych pyły wykorzystuje się w budownictwie. Aktualnie prowadzi się nawet intensywne badania nad możliwością wykorzystania pyłów ze wspomnianych już palenisk fluidalnych, zażera ją cy ch znaczne ilości wapnia, jako nawozów polepszających strukturę gleb np. na obszarach leśnych. Główne, gazowe substancje toksyczne emitowane z palenisk węglowych to dwutlenek siarki, tlenki azotu, tlenek węgla oraz chloroi fluorowodór. Kwestia tych zanieczyszczeń wystąpiła z całą ostrością w roku 1983, kiedy to wyniknął problem tzw. kwaśnych deszczów, czyli opadów, które z racji znacznej koncentracji w powietrzu tlenków o charakterze kwasowym, same posiadały odczyn kwaśny.

Jako głównego sprawcę tego niekorzystnego zjawiska ekologicznego określono dwutlenek siarki. Siarka występuje w węglu i w procesie spalania utlenia się do gazowego dwutlenku. Występowanie siarki w węglach związane jest z ich organicznym pochodzeniem. W zależności od pochodzenia węgla, zawartość siarki może dochodzić nawet do 2%. Zważywszy ogromne ilości węgli spalanych do celów energetycznych, jesteśm y w stanie wyobrazić sobie rozmiar emisji dwutlenku siarki. Przykładowo w RFN, w omawianym okresie początku lat osiemdziesiątych, roczna emisja wynosiła 1,55 min t. W latach od 1984 do 1988 wybudowano na terenie RFN około 200 instalacji odsiarczających spaliny, co oznaczało zaopatrzenie prawie 90% elektrowni w tego typu urządzenia. W pozostałych zaś spala się jedynie węgiel o niskiej zawartości siarki. Podstawą metody wiązania dwutlenku siarki jest reakcja chemiczna, stosowana już od lat sześćdziesiątych naszego stulecia. Spaliny poddaje się mianowicie wymywaniu roztworem alkalicznym, którym jest najczęściej zawiesina tlenku wapnia. W wyniku zachodzącej reakcji, przy jednoczesnym dotlenieniu tlenem z powietrza, wytwarza się gips, którego ilość ma znaczenie technologiczne. W RFN w roku 1990 przewiduje się uzyskanie z tego źródła 2,5 min ton gipsu. To co można ująć lakonicznie, jednym zdaniem, w praktyce ma nieco inne wymiary. Szacuje się, że w nowo budowanych elektrowniach instalacja odsiarczająca pochłania 15% ogólnych kosztów, a i jej rozmiary będą zbliżone do niewielkiej fabryki chemicznej. Emisja dwutlenku siarki przestała być już dawno problemem lokalnym. W wyniku ustalenia się równowagi ekologicznej tego gazu w atmosferze, praktycznie każdy kraj europejski otrzymuje ładunek dwutlenku siarki z zagranicy.

Tak więc i zmniejszenie emisji staje się problemem ogólnym wszystkich państw. W ramach tak pojętej wspólnoty interesów, przewiduje się na przykład konwersję ekologiczną części zadłużenia Polski, co oznaczałoby dostarczenie urządzeń do ochrony środowiska, w tym również instalacji odsiarczających. Wynikają tu jednak zupełnie niespodziewane problemy związane z ulokowaniem dużych instalacji odsiarczających w bardzo ciasnej niejednokrotnie zabudowie elektrowni. Prace nad usuwaniem tlenków azotu (NOx) są mniej zaawansowane. W tradycyjnych paleniskach technologicznych uzyskuje się tem peraturę 1300-1400°C; w tych warunkach zachodzi synteza tych tlenków z azotu zawartego w węglu, jak również wprowadzonego z powietrzem. Istotą metody usuwania tlenków azotu jest ich katalityczna redukcja amoniakiem do azotu. Jako katalizatory wykorzystuje się tlenki wanadu oraz tytanu. Stosowaną w instalacjach neutralizujących NOx wysokotemperaturową metodę japońską, zastępuje się obecnie sprawniejszą technologią niskotemperaturową przedłużającą znacznie żywotność katalizatorów, a tym samym i całej instalacji. Pogląd na ekologiczne działanie tlenków azotu uległ w ostatnich czasach pewnym przeobrażeniom. Sądzono powszechnie, że tlenki azotu, z racji ich charakteru kwasowego, mają jedynie swój udział w kwaśnych deszczach. Okazało się jednak, że na terenach o podłożu alkalicznym (np. jurajskie góry Bawarii czy Francji), gdzie kwaśne deszcze nie powinny degradować środowiska, również obserwowano niszczenie drzewostanu. Skłoniło to uczonych do ponownego przeanalizowania równowagi ekologicznej z udziałem tlenków azotu. Stwierdzono wówczas, że tlenki te uczestniczą w ciągu przemian, w wyniku których powstaje w dolnej warstwie atmosfery ozon. Ten sam ozon, którego brak w troposferze wzbudza tak wiele emocji, występując dla odmiany w atmosferze posiada również aspekt ekologiczny. Nadmierne stężenie ozonu powoduje bowiem niszczenie błon komórkowych, w tym również tych, w których występują cząsteczki chlorofilu.

Proces en zwiększa wyparowanie wody z drzew i ogólnie powoduje zaburzenie procesu fotosyntezy, a w efekcie obumieranie rośliny. Niezależnie od tego poważnym zakłóceniom ulega transport węglowodanów do korzeni. W prowadzonych prawie Od stu lat systematycznych badaniach składu powietrza w Paryżu, stwierdzono obecność ozonu o przeciętnej ilości 10 ppb (10 części na bilion milionowej części jednego procenta). Cząsteczki ozonu są jednak bardzo nietrwałe i dlatego ich stężenie waha się w zakresie 5-16 ppb z maksimum przypadającym na wiosnę. Ta ilość ozonu wynika z naturalnej równowagi w przyrodzie, gdzie ozon jest tworzony między innymi z substancji zapachowych drzew, tzw. monoterpenów. Obecnie poziom ozonu w powietrzu jest trzykrotnie wyzszy, a maksymalne rejestrowane ilości sięgają nawet 100 ppm. Jaki jest mechanizm tworzenia ozonu? W atmosferze nad miastem znajdują się duże ilości NOx pochodzące z palenisk energetycznych, ale także z rur wydechowych samochodów. W tych warunkach powstaje dwutlenek azotu, który może rozpadać się na tlenek azotu oraz tlen tzw. atomowy tworzący ozon Trwałe cząsteczki dwutlenku azotu, unoszone przez prądy powietrzne przedostają się w tereny rekreacyjne, tworząc w godzinach nocnych swoistą warstwę, z której następnie promienie słoneczne wyzwolą znaczne ilości ozonu powodującego niszczenie drzew.

Aby zrozumieć wieloaspektowość tego problemu należy sobie uswiadomić fakt, że jednym z większych źródeł technologicznych tych tlenków jest produkcja i stosowanie nawozów azotowych, a to jak wiadomo dotyka problemu głodu w wielu reionach świata. J Rozwiązania przyszłościowe powinny więc uwzględmać możliwość usuwania składników ekologicznie szkodliwych oraz optymalne wykorzystanie węgla jako źródła energii. Warunki takie zdaje się spełniać palenisko technologiczne, w którym wykorzystuje się zjawisko fluidyzacji. Pod tym pojęciem rozumie się układ, w tórym cząsteczki ciała stałego są zawieszone w gazie przemieszczającym się z szybkością, umożliwiającą utrzymywanie zawieszonych cząsteczek ciała stałego. Komora spalania fluidalnego ma wysokość 20-35 mt a średnicę 5-10 m. W zależności od tego, czy palenisko fluidalne pracuje jako złoże stałe czy przepływowe gazy utrzymujące zawieszoną fazę stałą przepływają z szybkością odpowiednio 1-2,5 m /s w złożu stałym i 3-8 m /s w przepływowym. Średnia zawartość fazy stałej mieści się pomiędzy wartością 1500-2000 kg/ /m 3. Temperaturę spalania utrzymuje się w zakresie 820-900°C. Powstający w tych warunkach dwutlenek siarki jest wiązany przez tlenek wapnia wprowadzony w mieszaninie z węglem.

W zależności od zawartości siarki w węglu dozuje się ilość węglanu z takim wyliczeniem, by stosunek ilościowy Ca/S wynosił 2. W tych warunkach wiąże się 90% dwutlenku siarki, tworząc w utleniających warunkach komory spalania siarczan wapnia. Na podkreślenie zasługuje fakt, że występująca w instalacji cyrkulacja gazu o znacznym nadciśnieniu umożliwia stosowanie kombinacji turbin parowej oraz gazowej. Utrzymywanie temperatury do 900°C ma istotne znaczenie dla poziomu NOx, które w tej temperaturze tworzą się w niewielkiej ilości, nie przekraczającej dozwolonego poziomu 200 mg/m3. Alkaliczny dodatek do fazy stałej wiąże również inne kwaśne składniki spalin, takie jak chlorowodór i fluorowodór. Palenisko ze złożem fluidalnym przepływowym zasilające blok 226 MW zużywa w ciągu godziny 33 t opału umownego. (Pod tym pojęciem rozumie się węgiel o zawartości popiołu 19% ± 7%.) Węgiel w tych warunkach spala się w 99%. Powstający w trakcie spalania popiół pochodzi w 80% z elektrofiltrów gorących gazów i w 20% wprost z komór spalania fluidalnego. W rozważaniach pominięto całkowicie aspekt ekologiczny, wynikający z wprowadzania do atmosfery dwutlenku węgla, co jak wiadomo wywołuje efekt cieplarniany ze wszystkim i tego konsekwencjami. Jeżeli nawet w opisywanych paleniskach trudno wyobrazić sobie wyeliminowanie dwutlenku węgla, to jednak istnieje już wiele opracowań technologicznych, których wyniki pozwalają na sformułowanie ostrożnej, optymistycznej opinii, że nie należy się obawiać dwutlenku węgla. Opisany powyżej sposób spalania węgla na złożu fluidalnym wykorzystywany jest już w kilkudziesięciu elektrowniach na świecie i wobec ciągle jeszcze dużej roli węgla jako surowca energetycznego zdaje się być rozwiązaniem przyszłościowym.
Ten wpis czytano 12 razy.