Угольная генерация:
чистая и дешевая!?
Во второй половине 2025 года большую популярность приобрела тема чистой угольной генерации, которая пришла на смену «углехимической» концепции как перспективного вектора развития угольной промышленности. К сожалению, как и предыдущая идея, она имеет под собой достаточно слабое экономическое обоснование.
Стимулятором возросшего интереса к электрогенерации стало развитие мировой индустрии центров обработки данных (ЦОД). Глобальные прогнозы предсказывают взрывной рост энергопотребления в этой сфере к 2050 г. По оценке «Сбера», в России к 2030 г. потребление электроэнергии ЦОДами удвоится и составит около 20 млрд кВт∙ч.
Одним из сдерживающих факторов развития дата-центров является ограниченный доступ к оптовому рынку электроэнергии из-за дефицита лимитов. Вторым отрицательным фактором являются цены оптового рынка электроэнергии, которые в значительной степени влияют на срок окупаемости ЦОД — порядка 10 лет. Как правило, необходимая электрическая мощность измеряется десятками МВт. Поэтому очевидным решением проблемы энергообеспечения дата-центров является развитие распределенной малой энергетики. В этом сегменте по всем технико-экономическим и экологическим показателям на первом месте стоит газовая генерация. Интересно отметить, что огромный интерес к автономной генерации проявляет корпорации «Росатом».
Гораздо сложнее дело обстоит с углем. Классический паротурбинный цикл заведомо не конкурентоспособен в малом масштабе из-за высоких удельных капзатрат и низкого КПД. А если добавить затраты на обеспечение высоких экологических показателей, имея в виду «чистую генерацию», то эта технология безоговорочно выпадает из игры.
Традиционно считается, что положительный эффект может быть достигнут за счет предварительной газификации угля. Однако при серьезном экономическом анализе это решение также оказывается несостоятельным. КПД воздушной газификации в аппаратах малой мощности, как правило, ниже 70%. А малый масштаб производства сопряжен с повышенными удельными капзатратами на производство и очистку газа. Единственный положительный фактор — возможность использовании газопоршневых машин с высоким электрическим КПД. Однако в целом экономические показатели генерации с предварительной газификацией угля сопоставимы с вариантом прямого сжигания угля.
В рамках классических технологий использования угля практически невозможно снизить себестоимость производства электроэнергии, потому что только на уголь и ФОТ приходится не менее 2/3 операционных затрат. Единственный способ сократить удельные затраты — использовать принцип энерготехнологического комбинирования, то есть сочетание процесса электрогенерации с параллельным производством других продуктов по экологически безопасной технологии. Доход от продажи дополнительной продукции с высокой добавленной стоимостью в значительной мере компенсирует затраты на производство целевого продукта — электроэнергии.
Есть такая технология!
Указанные преимущества обеспечивает технология частичной газификации угля с параллельным производством энергетического газа и термококса. Необходимо специально отметить, что это — частное техническое решение, применимое только для малозольных энергетических углей марки Д, не склонных к спеканию. В целях сокращения транспортных затрат предпочтительно размещение энергоблока вблизи предприятия, которое занимается добычей и обогащением каменных углей.
В качестве конкретного примера рассмотрим технико-экономические показатели блока с электрической мощностью 24 МВт на базе газопоршневых машин. Основой производства является технология «Термококс-СВД», которая заключается в частичной газификации каменного угля в слоевом аппарате с обращенным воздушным дутьем. Продукция: горючий газ, среднетемпературный кокс (термококс) и тепловая энергия в виде горячей воды (Рис. 1).
Принципиальной особенностью технологии «Термококс-СВД» является использование повышенного давления (до 20 атм.). Этот режимный параметр обеспечивает увеличение скорости газификации угля в 5-7 раз, а также повышает прочность термококса.
Основное оборудование энергоблока включает в себя 18 газификаторов, работающих в тандеме с ГПМ, а также с набором вспомогательного оборудования, обеспечивающего их функционирование (компрессоры, транспортеры, трубопроводная арматура и пр.) (Рис. 2).
Основные технические показатели энергоблока представлены в таблице 1.
Для расчета экономической эффективности были приняты следующие основные параметры: горизонт расчета — 10 лет; годовая инфляция — 4%; численность персонала — 60 чел.; цена угля — 2 тыс. руб/т без НДС; отпускная цена термококса –10 тыс. руб/т на базисе FCA (дисконт 30% от цены каменноугольного кокса на внутрироссийском рынке). Основные результаты представлены в таблице 2.
Высокая экономическая эффективность проекта обеспечивается за счет продажи термококса. Так при отпускной цене 10 тыс. руб/т условная себестоимость произведенной электроэнергии равна минус 0,45 руб/кВт∙ч даже без учета продаж тепловой энергии (Рис. 3).
Продажа термококса
Как уже отмечалось выше, ключевым звеном реализации проекта является сбыт термококса, который позиционируется как углеродный восстановитель. В различных технологиях электрометаллургии (производство ферросплавов, фосфора, карбидов кремния и кальция и др.) используется классический кокс, производимый из коксующихся углей. Однако термококс имеет общепризнанные преимущества по сравнению с коксом: высокая реакционная способность и высокое удельное электросопротивление, которые сокращают продолжительность плавки и обеспечивают значимое снижение потребления электричества — главной статьи затрат в себестоимости электрометаллургической продукции. Безусловно, для успешной реализации проекта этот раздел потребует особого внимания со стороны менеджмента.
Экологическая чистота технологии
Технология «Термококс-СВД» обеспечивает данному проекту статус «чистой угольной генерации» за счет радикального снижения выброса загрязняющих веществ при сжигании газа, а также за счет исключения золошлаковых отходов, поскольку зола капсулируется в термококсе. Так, выбросы оксидов серы, оксидов азота и бензапирена снижаются на 5-10 % даже без применения дополнительных средств очистки газа. Кроме того, за счет сохранения значительной части углерода в термококсе на 20% снижаются удельные выбросы СО2, что является уникальным результатом для угольного топлива.
Техническая осуществимость проекта
Технология частичной газификации «Термококс-С» в слоевых аппаратах с обращенным воздушным дутьем достаточно давно используется в промышленном масштабе, строятся новые предприятия:
- с 1996 г. на заводе ООО «Карбоника-Ф», г. Красноярск, в эксплуатации находятся 20 газификаторов;
- с 2015 г. последовательно увеличивает объем производства ООО «Новая энергия», Красноярский край (8 газификаторов);
- в 2024 г. запущена опытно-промышленная установка для отладки модернизированной технологии производства сорбента на базе сушеного угля;
- во II кв. 2026 г. планируется запуск промышленного предприятия на разрезе «Березовский» (АО СУЭК) в составе 18 газификаторов.
Технология частичной газификации с применением повышенного давления прошла полный цикл отработки в экспериментальном центре ООО «Уголь-инжиниринг» и подготовлена к стадии ПИР.
- д.т.н. Исламов С. Р.
- IslamovSR@suek.ru
- д.т.н. Логинов Д. А.
- LoginovDA@sibgenco.ru
- ООО «Уголь-инжиниринг»
- (группа компаний АО «СУЭК»)