А.5 Концепція перетворення вугільних шахт із споживачів енергії в генеруючі станції на базі розосереджених джерел енергії

 

Україна має високий рівень залежності від зовнішніх джерел постачань природного газу, особливо з урахуванням монопольного характеру цієї залежності. Імпорт з Росії перевищує 75% загального споживання газу, тоді як у Європі нормою є частка постачання з одного джерела на рівні 30%. Крім того, існує невизначеність відносно прогнозованої ціни імпортованого природного газу. З урахуванням цього і для пом'якшення цінового удару, який економіка країни може випробувати практично у будь-який момент, украй бажано в найкоротші терміни радикально скоротити споживання природного газу. Для цього необхідно знайти йому заміну. Також у зв'язку зі складною екологічною ситуацією сучасна технологія шукає нових вирішень хімічних, енергетичних проблем, проблем видобутку природних копалин.

Одним з технологічних рішень є широкомасштабна газифікація твердого палива, зокрема вугілля, якого в Україні вдосталь.

Газифікація - високотемпературний процес взаємодії вуглецю палива з окислювачами, що проводиться з метою отримання суміші горючих газів (H₂, CO, CH₄). Як окислювачі або газифікуючи агенти застосовують кисень, водяну пару, двоокис вуглецю або суміш цих речовин. В залежності від складу, співвідношення речовин на вході, температури, тривалості взаємодії можна отримати газові суміші різного складу.

Газифікація палива частково вирішує задачу боротьби із забрудненням атмосфери при використанні сірчистих палив на електростанціях.

Розглянемо концепцію комплексного теплозабезпечення населення, що є найбільш ефективною для багатьох сіл та населених пунктів України, за якою на вугільних шахтах буде встановлено когенераційні установки та газифікатори вугілля.

Розрахунок процесів газифікації вугілля проводився для кам’яного вугілля Львівсько-Волинського вугільного басейну та використовувалися експериментальні дані [77], отримані в „Інституті вугільних енерготехнологій” на установці для одержання з твердого палива синтез-газу з високим вмістом водню. Було встановлено, що при газифікації кам’яного вугілля з теплотою згорання 26,3 МДж з 1 кг вугілля можна одержати 2м³ синтез-газу з теплотою згорання 9,1 МДж/м³, або 0,51 м³ еквівалента природного газу.

Традиційна вугільна шахта призначена для видобутку вугілля, при цьому вона споживає куплену в обленерго електричну енергію, яка використовується для процесів саме видобутку вугілля. На шахті також використовується теплова енергія для забезпечення її функціонування та забезпечення прилеглих до шахти будівель, Для цього, як правило, теплова енергія виробляється на шахтній котельні. Для забезпечення тепловою енергією населення в шахтарських містах та поселеннях існують котельні, які використовують вугілля шахт (рис.А.6).

Рисунок А.6 Схема енергопостачання шахти та шахтарських міст

 

 

Використання газифікаторів вугілля та сучасних когенераційних установок, наприклад, установки українського виробництва типу "Водолій", дозволяє перепрофілювати шахту в добувне підприємство та одночасно в виробника електричної та теплової енергії (рис.А.7).

Рисунок А.7 Схема перетворення вугілля в теплову та електричну енергію

 

Схема електропостачання та теплопостачання за рахунок встановлення на вугільних шахтах газифікаторів сучасних енергетичних установок (рис.А.8) дозволяє повністю відмовитися від купівлі електричної енергії в обленерго та одночасно стати продавцем електричної та теплової енергії, тобто стати учасником енергоринку.

Рисунок А.8 Схема енергопостачання з використанням газифікаторів

 

Перепрофілювання шахт з чисто видобувного виробництва в переробне, у тому числі паливно-енергетичне підприємство, є одним з перспективних напрямів в розвитку паливно-енергетичного комплексу.

Ідея об'єднання в рамках єдиного гірничо-енергетичного комплексу процесів видобутку вугілля і його переробки в теплову і електричну енергію з одночасною ліквідацією абсолютної більшості проміжних технологічних операцій відкриває можливість істотного підвищення економічної ефективності, екологічної чистоти і безпеки робіт всього комплексу.

Установка генеруючого обладнання на шахті дозволить вирішити наступні питання:

- підвищити надійність та ефективність електро- і теплопостачання шахти, прилеглого до неї міста (селища);

- відсутність етапу або значне скорочення об’ємів транспортування вугілля;

- вироблення електричної та теплової енергії безпосередньо на шахті як для власних потреб шахти, так і для постачання (реалізації) електричної енергії іншим споживачам, або продаж її в енергоринок;

- комплексне вирішення екологічних питань, пов'язаних з приведенням до норми кількості шкідливих викидів;

- організація рентабельного виробництва з комбінованим виробленням електроенергії і тепла в порівнянні з низькорентабельною шахтною котельною і необхідністю закупівлі електроенергії з енергосистеми.

Крім того, використання підходу, викладеного в розділі А.3, і А.4 дозволяє більш ефективно використовувати місцеві ресурси органічного палива та відновлювальні джерела енергії для енергозабезпечення шахтарських міст та селищ.