Угольная энергетика в Китае: прошлое, настоящее и будущее

Стремительная и масштабная индустриализация Китая привела к многократному увеличению экологической нагрузки на окружающую среду по сравнению с 1980-ми годами. Дело в том, что основным источником энергии для китайского экономического взлета являлся уголь. Сложилось устойчивое представление, что Поднебесная сталкивается с ужасными экологическими проблемами, вся природа находится на грани гибели, а людям нечем дышать. Это действительно так. В то же время, если посмотреть на вещи в динамике, окажется, что Китай достиг колоссального прогресса в развитии технологий угольной генерации. В сочетании с бурным развитием возобновляемой энергетики и сокращением доли и объемов угля, сжигаемого в энергетических целях, это создает предпосылки для снижения антропогенного загрязнения.

В то время как Китай подвергается критике за свою зависимость от угля — сегодня он остается крупнейшим в мире производителем, потребителем и импортером угля — за последние пять лет страна ускоренно начала вводить все новые и новые экологические стандарты, прилагать отчаянные усилия по борьбе загрязнением воздуха.

Благодаря значительному прогрессу в реализации амбициозных программ по повышению энергоэффективности производства электроэнергии и быстрому расширению использования ВИЭ и ядерной энергии страна находится на пути к тому, чтобы превратить свой энергетический сектор в один из самых чистых в мире, — пишет журнал POWER. Сегодня новые высокоэффективные угольные электростанции оснащены отечественными и импортными технологиями, которые соответствуют самым строгим в мире предельным уровням выбросов диоксида серы (SO2), оксидов азота (NOx), твердых частиц (ТЧ) и ртути. Угольная энергетика Китая стала гораздо чище и современнее американской.

Из истории

Период мощного экономического роста, урбанизации и демографических изменений начался в Китае почти три десятилетия назад, когда страна приступила к реформам, чтобы «открыть» свою экономику для иностранных инвесторов. Реформы способствовали развитию энергоемких отраслей тяжелой промышленности, в том числе производства стали и цемента. Но энергоснабжение в стране развивалось медленно из-за недостатка капиталовложений. В период с 1978 по 2003 год правительство проводило реформу, направленную на привлечение инвестиций в строительство электростанции. В результате только в 1990-х годах Китай увеличил мощности электроэнергетики с 17 ГВт до 227 ГВт — в основном за счет новых небольших угольных энергоблоков простейшего устройства («подкритический» паровой цикл). Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу практически не контролировались, так что неизбежно — вместе с ростом мощности, который подпитывал растущую экономику — в Китае наблюдалось интенсивное увеличение загрязнения воздуха, появление смога в городах и кислотных дождей.

Растущее загрязнение воздуха побудило правительство в конце 1990-х годов выпустить предписание о «строгом контроле за строительством малой теплоэнергетики», которое запретило строительство энергоблоков мощностью до 25 МВт и вынудило закрыть некоторые небольшие, неэффективные угольные электростанции до 50 МВт. Одна из первых жестких мер по борьбе с загрязнением была предпринята в 2004 году, когда Национальная комиссия по развитию и реформам (NRDC), ключевое правительственное агентство, которое руководит реализацией программы на национальном уровне, выпустила новые требования к планированию и строительству угольных электростанций. В правилах предусматривалось, что любые новые объекты угольной генерации мощностью более 600 МВт или с расходом угля менее 286 г/кВт*ч должны быть оснащены установками для удаления пыли (твердых частиц) и десульфурации дымовых газов (FGD). Постановлением также поощрялось применение использование сверхкритической и супер-сверхкритической (UltraSupercritical) технологии, а также комбинированных теплоэлектростанций.

————————

Наша справка:

Угольные электростанции с подкритическими режимами. На этих обычных электростанциях уголь сжигается для нагревания воды до образования водяного пара, который приводит в действие паровую турбину для выработки электричества. Термин «подкритический» (или «докритический») указывает, что внутреннее давление и температура пара не превышают критической точки воды — 374,2° С и 21,4 МПа. Традиционный КПД: 32-33%.

Сверхкритические угольные электростанции. В этих установках используют высокотехнологичные материалы для достижения внутренних температур пара в диапазоне 530-620° С и внутренних уровней давления, которые превышают критическую точку воды, тем самым ускоряя турбины намного быстрее и генерируя больше электроэнергии, используя меньшее количество угля. КПД: более 40%.

В супер-сверхкритических энергоблоках используют дополнительные технологические новшества для повышения температуры до более чем 700° С и уровней давления более 34 МПа, что дополнительно повышает эффективность. КПД таких электростанций приближается к 50%.

———————-

В 2007 году страна запустила программу «Большой заменяет малого», которая означала, что для каждой угольной электростанции мощностью более 135 МВт необходимы системы FGD. В 2012 году стандарты выбросов были еще больше ужесточены, что привело к установке электростатических осадителей (ESP) и селективного каталитического восстановления (SCR) на более чем 80% объектов. Все эти строгие меры вынудили вывести из эксплуатации небольшие объекты угольной генерации суммарной мощностью 95 ГВт (!) в период с 2005 по 2014 год.

По словам Цянь Чжу из Центра чистого угля Международного энергетического агентства (МЭА), полученные в результате экологические выгоды были ошеломляющими. «К концу 2014 года доля угольных электростанций ≥300 МВт в установленной мощности китайской тепловой генерации составляла 77,7%, а доля объектов ≥600 МВт достигла 41,5%», — говорится в недавнем обзоре китайских инноваций в области чистого угля МЭА. «Доля комбинированных (тепло и электроэнергия) электростанций увеличилась с 13,3% в 2000 году до почти 29% мощности всей тепловой генерации в 2013 году. В среднем по стране показатель потребления угля в электроэнергетике в 2015 году составил 315 г/кВт*ч, что на 55 г/кВт*ч меньше, чем в 2005 году. Суммарные выбросы PM, SO2 и NOx тепловых электростанций в 2014 году, сократились наполовину по сравнению с 2006 годом. Также отмечался экспоненциальный рост энергоблоков, работающих по супер-сверхкритической технологии — к 2014 году на неё приходилось 100 из 907 ГВт общей угольной мощности Китая. Сегодня, по данным S&P Global Platts, 19% угольной мощности Китая функционирует на основе супер-сверхкритической технологии, в 25% используются сверхкритические технологии, а 56% используют обычную технологию угольной генерации (рисунок).

Китай вводит самые жесткие стандарты угольной генерации

В 2014 году Китай опубликовал «План действий по обновлению и реконструкции угольных электростанций для энергосбережения и сокращения выбросов», который устанавливает технические стандарты для новых и существующих угольных электростанций, вступающие в силу в 2020 году (с 2017 г — в Восточном Китае и с 2018 г — в центральном Китае). Выбросы угольных электростанций должны находится примерно на одном уровне с газовой генерацией. Это более строгие стандарты, чем в Европейском союзе и США (таблица).

Он также предусматривает, что новые пылеугольные блоки мощностью более 600 МВт должны работать только по супер-сверхкритической технологии, а пылеугольные котлоагрегаты и пылеугольные установки с кипящим слоем (CFB) мощностью более 300 МВт должны использовать сверхкритические технологии. Чтобы стимулировать применение высокоэффективных технологий с низким уровнем выбросов, правительство ввело с 2016 года специальные фиксированные тарифы на электроэнергию, производимую на установках с низким уровнем выбросов.

Центр американского прогресса (Center for American Progress) в мае 2017 опубликовал доклад о китайской угольной генерации, в котором утверждается, что вышеупомянутые меры в значительной степени оправдали себя.  «К 2020 году все угольные электростанции по всей стране должны достичь следующих стандартов эффективности или закрыться: 300 [г/кВт* ч] для всех новых установок и 310 [г/кВт* ч] для всех существующих установок». Показатели 100 наиболее эффективных угольных электростанций в Китае: от 271,56 [г/кВт*ч] до 294,88 [г/кВт*ч]. «В настоящее время ни одна электростанция США из топ-100 не сможет соответствовать этим стандартам эффективности», — отмечают авторы доклада. Самая старая из сотни самых эффективных китайских угольных электростанций была построена в 2006 году. То есть Китай обладает новейшим (и современнейшим) парком угольных энергоблоков. В США всего одна угольная электростанция в топ-100 работает по супер-сверхкритической технологии, в первой китайской сотне таких электростанций – 69.

Достижения в эффективности были во многом обусловлены гигантскими инвестициями Китая в научные исследования и разработки (НИОКР). Пятилетние планы определяли приоритетность развития передовых технологий —  крупномасштабных супер-сверхкритических и CFB-энергоблоков, а также объектов комбинированного цикла с внутренней газификацией угля (IGCC) и улавливания углерода.

Китай адаптировал и улучшил технологии, разработанные за рубежом, при этом добившись снижения затрат за счет инноваций в технологических процессах и эффекта масштаба. Параллельно осуществлялись собственные отечественные научно-инженерные разработки, которые также заслуживают похвалы. Все это постепенно выводит Китай в мировые технологические лидеры угольной генерации.

Возьмем, например, проект Guodian Taizhou Phase II – супер-сверхкритическая угольная электростанция, состоящая из двух блоков мощностью 1000 МВт, введенных в строй в период с сентября 2015 по январь 2016 года. Здесь используется собственная (китайская) технология «двойного промежуточного перегрева» (double-reheat technology). По сравнению с обычной электростанцией, блок двойного перегрева повышает эффективность выработки электроэнергии, сокращая её стоимость и удельное потребление угля. КПД электростанции: 47,82%, один из самых высоких в Китае и в мире, а его выбросы твердых частиц, SO2 и NOx составляют 2,3 мг/м3, 15 мг/м3 и 31 мг/м3, соответственно.

Будущее

С точки зрения климата идеальным сценарием для Китая будет закрытие всех своих угольных электростанций и переход исключительно на чистую энергию. В то же время будем реалистами. Экономика Китая – огромный корабль, который нельзя развернуть в мгновение. Развитие возобновляемых источников энергии происходит высокими темпами: парижские обязательства Китая предусматривают ввод к 2030 году 800-1000 ГВт мощностей ВИЭ, что где-то в четыре раза превосходит установленную мощность всей российской электроэнергетики. Однако, напомним, население Поднебесной насчитывает 1,3 миллиарда человек, электричество – это жизнь. Даже 1000 ГВт мощностей возобновляемой энергетики далеко недостаточно для энергообеспечения страны. Поэтому Китай внедряет новые технологии угольной генерации, которые резко сокращают местное загрязнение воздуха и климатические выбросы от оставшихся угольных электростанций страны.

Есть момент, который часто сбивает с толку обозревателей. С одной стороны, потребление угля в Китае достигло максимума в 2013. С другой стороны, в стране в 2014-2016 продолжали активно строить угольные электростанции. В 2015 было построено 51294 мегаватт новых объектов, в 2016 – 35509 МВт. При этом и в 2015, и в 2016 года всего 11% новых мощностей были по строены по обычной подкритической технологии.

Это строительство является отражением китайских условий ведения бизнеса в соответствующих местных обстоятельствах плановой экономики и сильного влияния бюрократии на местах.

В 2014 Пекин передал право выдачи разрешения на строительство объектов угольной генерации местным властям, поскольку те лучше представляют локальные потребности – мол, в провинциях, «ближе к земле» станут принимать решения быстрее и эффективнее.

В то же время не вполне было учтено, что бюрократия может принимать решения, не только руководствуясь общеэкономической целесообразностью, но и в узких интересах местных инвесторов. Бизнесмены понимали, что закат угольной энергетики уже начался, и они хотели построить свои собственные электростанции до закрытия окна возможностей, пока Пекин еще не ликвидировал квоты на покупку электроэнергии и государственную систему ценообразования в энергетике.

Речь идет о том, что две китайские государственные сетевые компании подписывают годовые контракты на покупку электроэнергии у всех действующих угольных электростанций. Даже если спрос на электроэнергию падает, и можно дешевле приобретать электроэнергию из других источников, эти сетевые компании не могут отказаться от этих закупочных контрактов с угольной генерацией. Китайские органы планирования экономики корректируют эти фиксированные государством тарифы в соответствии с меняющимися рыночными условиями. Но корректировки происходят только несколько раз в год и, они не обязательно в полной мере отражают изменения на товарном рынке, влияющие на стоимость электроэнергии.

Такие условия были привлекательными для инвесторов, особенно в условиях падающих цен на уголь. В свою очередь, местные чиновники также всячески поддерживали строительство объектов угольной генерации на подведомственной территории – это увеличивало занятость и налоговые поступления.

В то же время такой бум в строительстве угольных электростанций привел к тому, к чему не мог не привести: стал снижаться КИУМ. Это хорошо видно на следующем графике – рост мощности сопровождался снижением среднего коэффициента использования.

То есть в Китае сегодня существует очевидный избыток угольных электростанций, которые не могут эффективно работать, и будут постепенно закрываться.

Как только китайские руководители увидели, что происходит, они издали серию приказов, направленных на исправление ситуации. Дошло до того, что Пекин начал вмешиваться напрямую, отменяя даже уже строящиеся проекты. Ранее в этом году Национальная энергетическая администрация Китая отменила 103 угольных энергетических проекта в 13 провинциях, которые, если бы они были завершены, добавили бы в энергосистему 120 000 мегаватт угольных мощностей. Пекин также неуклонно закрывает старые, существующие угольные электростанции, которые не отвечают все более жестким экологическим требованиям.

Таким образом, сегодня рост мощностей в тепловой генерации Китая существенно замедлился. Весьма вероятно, что, начиная с 2020 года, будет отмечаться снижение действующих в стране мощностей угольных электростанций и в абсолютном выражении, поскольку строительство новых объектов будет ограничено, а старые не будут соответствовать крайне жестким экологическим стандартам.