Opinię publiczną rozpalają informacje o sporze dotyczącym problemów bloku w Jaworznie – nie dysponuję jednak danymi dotyczącymi tej pracy – i w żadnym wypadku nie mogę stwierdzić czegokolwiek o bloku 900 MW będącym przedmiotem sporu (tu na pewno realizowane są prace odpowiednich ekspertów mających dostęp do danych).
Nowe bloki węglowe mają jednak problemy ogólne – wynikające ze zmian systemów energetycznych i sposobu ich pracy (oraz zasilania w paliwo) i stają się jednostkami, które mają ograniczony (o kilkanaście lat) czas pracy w systemie. Należy mieć świadomość, iż choćby budując nowe bloki węglowe (i postulując jakąś moim zdaniem nierealną koncepcję utrzymania węgla w energetyce) nie uniknie się problemów, które wynikają, po prostu ze zmian technologicznych i energetyki.
Jakie istnieją w tej chwili generalne problemy z całym sektorem węglowym:
– węgiel uważany jest za technologię schyłkową i w większości państw UE jest przewidziany do wycofania z używania w sektorze energetycznym w obecnej dekadzie (w krajach z kluczową rolą węgla w latach 2035-2038).
– nie ma nowych konstrukcji (ostatnie prace prowadzono na początku wieku) i nie inwestuje się w rozwój nowych projektów kotłów węglowych.
– na rynku europejskim jest coraz mniej firm z doświadczeniem w budowie i eksploatacji bloków węglowych (bo węgiel przestaje być atrakcyjnym paliwem), światowe zakłady konstrukcyjne i produkcyjne kotły węglowe są już przeniesione do Azji.
– chwilowe zwiększenie roli węgla w energetyce europejskiej wynika z rosyjskiej agresji w Ukrainie i jest czymś wyjątkowym (natychmiast po osiągnięciu jakiejkolwiek stabilizacji, węgiel w UE zostanie ponownie eliminowany, choćby jeszcze szybciej).
– niektóre duże koncerny światowe producentów urządzeń energetycznych, mogą mieć węgiel dalej w swoim portfolio (ale malejąco i raczej z uwagi na dostawy turbin parowych i zakłady produkcyjne, maleje – szczególnie europejska wiedza dotycząca projektowania i eksploatacji kotłów na węgiel). Charakterystyczne jest, iż „power division” światowych koncernów (to co dotyczy paliw kopalnych i zostało po wydzieleniu energetycznych działów turbin wiatrowych, fotowoltaiki i magazynów) – przechodzą zdecydowanie w stronę bloków gazowo-parowych i myślą ewentualnie o turbinach na wodór lub może o technologii CCS (ale raczej dla instalacji przemysłowych).
Skąd nowe bloki węglowe (po roku 2010):
– w tym stuleciu nastąpiła ostatnia faza budowy w Europie – pierwsza dekada obecnego wieku (głownie duże bloki w Niemczech – oddawane do ok 2014 r.) a następnie w Polsce (lata 2013-2018 – Opole, Kozienice, Jaworzno, Turów i już nieudana próba w Ostrołęce).
– wszystkie nowe bloki musiały spełniać nowe standardy (BAT) zgodnie z europejska dyrektywą IED (dla uzyskania pozwoleń środowiskowych) i wobec tego muszą być znacznie bardziej skomplikowane technologicznie.
Jakie wyzwania dla nowych konstrukcji kotłów węglowych:
– pierwszym problemem to emisja zanieczyszczeń (poradzono sobie), ale skutkuje to koniecznością bardzo precyzyjnego prowadzenia procesu spalania (np. dystrybucja powietrza – dla emisji NOx).
– kolejnym problemem to wymagana bardzo wysoka sprawność ogólna netto bloków węglowych (dyrektywa IED i tzw. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants (aktualnie z roku 2017) wymagana dla dużych bloków opalanych węglem kamiennym na poziomie 45-46 % netto – a to determinuje konieczność stosowania bardzo wysokich parametrów pary (ponadkrytycznych tzn. > 22 MPa, 647 C) – a to z kolei wymaga bardzo specyficznych typów stali (rurociągi).
– bardzo wymagające materiały powodują problemy (cała energetyka zna historię stali T24). Stosunkowo tania stal dla wysokich parametrów pary, wprowadzona gwałtownie na rynek w obecnym stuleciu – za gwałtownie – nie do końca sprawdzone w eksploatacji i przede wszystkim niedopracowane procedury spawania T24. Nastąpiły wielkie problemy w kotłach w Europie Zachodniej – przyczyna opóźnień (nawet kilkuletnich) w oddaniu bloków do normalnej eksploatacji (w Polsce z uwagi, iż budowano je nieco później nie stosowano T24).
– nowa stal to bardzo wymagające technologie spawania (a kocioł węglowy to setki tysięcy spawów który każdy musi być adekwatny), a więc wymagane znacznie wyższe kompetencje dostawców.
– nowe kotły to minimalizacja kosztów – należy użyć jak najmniej stali, a więc mniejsze zapasy punktu pracy od dopuszczalnych naprężeń, mniejsze współczynniki bezpieczeństwa.
– na głównym rynku producentów – Azja, duże bloki pracują raczej ze stałym (maksymalnym projektowym) obciążeniem i oczekiwana jest mniejsza elastyczność bloków węglowych (tak też bloki były projektowane), w Europie wręcz odwrotnie – bloki muszą dodatkowo wypełniać właśnie wielkie wymagania dotyczące elastyczności (pracy w dopuszczalnym zakresie obciążeń, częstej pracy na minimum technicznym (kocioł węglowy nie może pracować zwykle poniżej 40% obciążenia projektowego z uwagi na stabilność spalania w komorze paleniskowej). Należy pamiętać, iż właśnie podczas pracy ze zmiennym obciążeniem (jak i podczas rozruchów) pojawiają się dodatkowe naprężenia w kluczowych elementach kotła. Nowe kotły muszą być więc jednocześnie bardzo oszczędne materiałowo (wyzwania kosztowe), a jednocześnie bardzo precyzyjnie zaprojektowane dla różnych reżymów pracy i pojawiających się problemów technologicznych (naprężenia, korozja, itp.).
– nowe bloki to generalnie mniejsza odporność na zmienne parametry paliwa. Należy pamiętać, iż paliwo – węgiel (kamienny) to nie sam pierwiastkowy C – to tylko 45-55 %, ale i dodatek innych składników – H, N, O, ale i tzw. popiół (A – niepalne części – skały) i wilgoć (W) , oraz szereg mniejszych dodatków (ale wpływających na pracę urządzeń) jak np. siarka, chlor. Węgiel różni się parametrami spalania (ciepło spalania, ale też i temperatura zapłonu (pył), szybkość spalania, temperatura płynności żużla (niespalony popiół spadający w dół leja kotłowego), parametry lotnego popiołu (niespalone części paliwa unoszone w spalinach) – to wszystko wpływające na sposób spalania paliwa (kształt płomienia, temperatura w komorze paleniskowej ale także parametry niespalonych części osadzających się na rurach (powierzchnie konwekcyjne) oraz zawartość pierwiastków śladowych wpływających na korozję rur ekranowych i konwekcyjnych.
– adekwatne projektowanie kotłów to sztuka (powoli zamierająca) – należy dopasować wymiary komory paleniskowej i wielkość przegrzewaczy i adekwatnie zaplanować dodawanie powietrza do kotła (w wielu miejscach) dla niskiej emisji tlenków azotu, ale przede wszystkim, aby uniknąć miejsc z korozją. Blok węglowy jest trudny do projektowania, bo właśnie to wszystko się zmienia (spalanie i wobec tego dopasowanie odpowiedniego podawania powietrza) w zależności od obciążania, typu (jakości) paliwa oraz konfiguracji aktualnie pracujących młynów węglowych (węgiel jest mielony przed podaniem do kotła w formie mieszanki pyłowo-powierzanej, jest kilka młynów i w zależności od obciążenia pracuje różna ich ilość i konfiguracja – a to wpływa na sposób wprowadzania paliwa do komory paleniskowej, a więc następnie na kształt płomienia i wymianę ciepła. W projektowaniu pomaga doświadczenie i symulacje komputerowe – im lepsze posiada się narzędzia symulujące tym lepiej można sprawdzić wszystkie możliwe reżymy pracy kotła, a więc z góry przewidzieć problemy.
– generalnie więc – w przeszłości budowano kotły energetyczne na węgiel przystosowane do spalania bardzo różnych typów paliwa, kotły często o przewymiarowanych (bezpiecznych i niewymagających) w eksploatacji komorach paleniskowych, bloki na stosunkowo niskie parametry (często walczakowe co także jest prostsze podczas pracy kotła) i na dodatek używano ich raczej przy stałych obciążeniach. w tej chwili w nowoczesnych typach bloków energetycznych na węgiel wymagana jest elastyczna praca (różne obciążenia), bardzo wysokie parametry bo wysoka sprawność (kotły przepływowe) oraz optymalizacja cenowa (mniej materiałów, wymiary dokładnie „w punkt”).
Eksploatacja kotłów węglowych w Polsce:
– zmienne obciążanie (widać, jak działa system przy pracy OZE), bloki węglowe nominalnie pracujące jako jednostki podstawowe (zwłaszcza te mocach blisko 1000 MW) muszą często (nawet w trybach dobowych) obniżać punkt pracy do minimum technicznego, aby następnie pracować na maksimum w innej części dnia. W praktyce działają więc bardzo często w reżimach dynamicznych i jeszcze przy dużej liczbie odstawień i uruchomień – a to znacznie bardziej wymagające.
– pojawia się zmienny skład paliwa (przez problemy z dostawami) – tu różnie w różnych elektrowniach rozwiązywany.
– od momentu wprowadzania nowych bloków węglowych nowej generacji (na początek konstrukcje Łagisza, Bełchatów II), a następnie nowe bloki ok. roku 2018 – naturalne były częste problemy eksploatacyjne i zmniejszone wskaźniki dyspozycyjności (szczególnie zaraz po wprowadzeniu do eksploatacji), w większości przypadków rozwiązywane, aczkolwiek nowe kotły – potrafią być „kapryśne”.
– dawne kotły – zwykle przewymiarowane (tu najlepszym przykładem bloki 200 MW w Połańcu – wyjątkowo w Polsce projekty rosyjskie (radzieckie), a nie polskie i bardzo duże komory paleniskowe (bo w ZSRR były różne problemy z jakością i stabilnością jednego typu węgla) dalej pracują, a choćby są upgradowane (np. projekt 200 +), bo są dość odporne na zmiany obciążenia i mogą służyć jako element elastyczności systemu energetycznego.
W pewien sposób możliwa jest analogia samochodowa – nowe typy aut są coraz bardziej wygodne i oszczędne (i dużo większe), ale mające wyrafinowane silniki wymagające dobrego paliwa, a zawieszenia raczej na dobre asfaltowe drogi – jedyny problem, jeżeli chcemy eksploatować je na wertepach i w inny sposób niż typowo (a tak zmienia się system energetyczny) – wtedy mogą być awaryjne. Dla trudnych dróg – nowe auta muszą mieć wymagania specjalne i dostarcza je coraz mniej producentów z wyjątkowym doświadczeniem.
Należy po prostu to uwzględnić w transformacji energetycznej i przyjąć, iż nadszedł koniec pewnej epoki wielkich bloków węglowych (należy optymalnie wykorzystać te, które mamy w perspektywie do 2040-2045), a jednocześnie gwałtownie zmieniać energetykę (która używając OZE będzie miała jeszcze większe wymagania) – m.in. kontynuując zmiany na paliwo gazowe i mając więcej mocy w magazynach energii.
