Японский проект демонстрирует путь к углеродной нейтральности для угольной энергетики

Комплексный трехэтапный демонстрационный проект Osaki CoolGen Corp. в префектуре Хиросима направлен на достижение высокоэффективной выработки электроэнергии на угле с почти нулевыми выбросами за счет интеграции технологии улавливания углерода с топливным элементом.

Когда в начале 1990-х годов Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) усилила тревогу по поводу глобального потепления, руководители J-POWER обратили на это внимание. С момента своего основания в 1952 году в качестве финансируемой государством организации в соответствии с Законом о содействии развитию электроэнергетики Японии компания J-POWER (которая до сих пор официально зарегистрирована под названием «Electric Power Development Co.») превратилась в одного из крупнейших производителей электроэнергии в Японии. Но несмотря на то, что страна накопила значительный портфель угольных электростанций, большая их часть питалась импортным углем. И хотя компания предсказывала, что угольная энергетика (наряду с ядерной) будет продолжать играть решающую роль в энергетическом балансе Японии в XXI веке, она опасалась, что растущие экологические проблемы и нестабильность будущего импорта угля могут создать серьезные препятствия для ее угольных активов. В конечном итоге компания пришла к выводу, что поиск способа экономичного и эффективного улучшения использования угля в ближайшие десятилетия должен стать главным приоритетом.

J-POWER приступил к делу. В 1995 году он запустил национальный проект в сотрудничестве с Организацией развития промышленных технологий новой энергетики (NEDO) правительства Японии по разработке проекта применения энергии для газа, жидкости и электричества (EAGLE). Основная цель проекта заключалась в разработке японского газификатора угля с продувкой кислородом и увлеченным потоком, который можно было бы использовать для различных применений, включая выработку электроэнергии и производство синтетического топлива, химикатов и водорода. Однако концепция EAGLE вышла за рамки простой интеграции газификатора с газовыми и паровыми турбинами в традиционной конфигурации с комбинированным циклом интегрированной газификации (IGCC). Он предусматривал добавление топливного элемента в систему IGCC, чтобы повысить ее эффективность более чем на 50% и одновременно сократить выбросы загрязняющих веществ, что фактически сделало ее одной из первых в мире специализированных систем с комбинированным циклом на топливных элементах с интегрированной газификацией (IGFC).

После проведения технико-экономического обоснования системы IGFC компания J-POWER и государственное исследовательское агентство в 2001 году завершили строительство пилотной установки производительностью 150 тонн в день в научно-исследовательском институте Вакамацу компании J-POWER в городе Китакюсю. Начиная с 2002 года, в рамках пилотного проекта исследовалась приспособляемость системы газификации, за которой следовали общие испытания производительности установки, а затем испытания с различным сырьем, а затем отделение и регенерация углекислого газа (CO2). Когда пилотный проект показал многообещающие результаты, в 2009 году компания J-POWER заключила партнерское соглашение с Chugoku Electric Power Co., создав новое совместное предприятие Osaki CoolGen Corp.

Основной целью Osaki CoolGen в то время было масштабирование технологии EAGLE в демонстрационных испытаниях системы IGFC мощностью 166 МВт на выведенной из эксплуатации в 2011 году электростанции Осаки мощностью 250 МВт в Тюгоку на острове Осакикамидзима в префектуре Хиросима. По данным Chugoku Electric, с тех пор масштабы демонстрационного проекта расширились, чтобы решить возникающие проблемы, стоящие перед современной угольной энергетикой, включая понимание устойчивой гибкости и низкоуглеродных свойств. Сегодня основная цель проекта Osaki CoolGen — «достичь производства электроэнергии на угле с нулевым уровнем выбросов путем объединения IGFC — высочайшей высокоэффективной генерации электроэнергии на угле — с улавливанием CO2», — заявили в Chugoku Electric.

С тех пор как проект Osaki CoolGen официально стартовал в 2012 году, он успешно завершил два из трех ключевых этапов и планирует завершить последний этап в этом году. На первом этапе, который получил финансирование от Министерства экономики, торговли и промышленности Японии (METI), партнеры по проекту начали строительство демонстрационной установки IGCC с кислородным дутьем мощностью 166 МВт в марте 2013 года и завершили его в марте 2017 года. Технология продувки IGCC газифицирует уголь в запатентованном газификаторе J-POWER с использованием кислорода высокой чистоты. Затем он вырабатывает электроэнергию, используя комбинированный цикл, который объединяет газовую турбину, сжигающую синтез-газ (класс 1300C), и паровую турбину, которая использует тепло выхлопных газов газовой турбины и газификатора.