Перспективы производства водорода методом газификации ТКО на действующих ТЭС

Работа посвящена оценке возможности перевода когенерационной электростанции на тригенерацию с производством водорода в качестве нового продукта.

Цель работы – оценка возможности и потенциала производства водорода из ТКО на действующих ТЭЦ г. Санкт-Петербурга.

Для достижения поставленной цели необходима разработка методики по выбору площадки действующей
ТЭС с целью интеграции комплекса по производству водорода методом газификации ТКО, а также методики оценки количества водорода, который потенциально можно получить из заданного количества ТКО. К методам исследования относятся имитационное моделирование тепловой схемы паросиловой электростанции в программе United Cycle.

В работе предложен алгоритм выбора площадки, действующей ТЭЦ для интеграции комплекса по производству водорода методом газификации ТКО. Алгоритм может быть применен к любым субъектам РФ, и его актуальность подтверждается стратегическими документами. Потенциальные места размещения новой ТЭЦ рассматриваются на территориях ТЭЦ-21 и ТЭЦ-22, обладающих необходимыми ресурсами и хорошей инфраструктурой. В результате исследования выбрана площадка ТЭЦ-22 как наиболее подходящая для размещения новых объектов.

Разработана новая тепловая схема тригенерационной электростанции, включающая установку генерации водорода методом газификации ТКО, которая позволяет осуществлять производство водорода параллельно с действующим производством электроэнергии и тепла. Критерием оценки эффективности мероприятия выбран коэффициент использования топлива и тепла (КИТТ). Предложенная в работе схема повышает эффективность работы существующего производства на ТЭЦ, независимо от морфологического состава твердых коммунальных отходов. Кроме того, вне зависимости от содержания водорода в генерируемом синтез-газе, интеграция охладителя синтез-газа в тепловую схему ТЭЦ приводит к повышению КИТТ и дополнительному энергетическому эффекту.

1. Директива Совета Европейского Сообщества № 75/442/ЕЭС от 15 июля 1975 г. «Об отходах» Электронный ресурс URL: https://www.dokipedia.ru/document/5180846 (дата обращения 01.05.2023).

2. Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ № 84-р от 25 января 2018 г.).

3. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ № 1715-р от 13 ноября 2009 г.).

4. Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ №2423-р от 18 декабря 2012 г.).

5. Стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года (Указ Президента РФ № 176 от 19 апреля 2017 г.).

6. Юлкин М.А. Глобальная декарбонизация и ее влияние на экономику России. АНО «Центр экологических инвестиций». - 2019. - 23 с. Электронный ресурс URL:http://downloads.igce.ru/news/Yulkin_M_A_ext_abstract_IGCE_06022019.pdf (дата обращения 05.05.2023).

7. Указ Президента РФ от 13.05.2017 г. № 208 об утверждении стратегии экономической безопасности РФ на период до 2030 года Электронный ресурс URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/41921 (дата обращения: 06.05.2023).

8. Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года Электронный ресурс URL: https://docs.cntd.ru/document/565068231 (дата обращения: 05.05.2023).

9. Указ Президента РФ от 19 апреля 2017 г. № 176 “О Стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года” Электронный ресурс URL: http://government.ru/docs/all/111285/ (дата обращения: 06.05.2023).

10. Распоряжение Правительства РФ от 5 августа 2021 г. № 2162-р Об утверждении Концепции развития водородной энергетики в РФ Электронный ресурс URL: http://government.ru/docs/42971/ (дата обращения: 06.05.2023).

11. Колбанцева, Д. Л. Перспективы производства водорода из отходов на действующих ТЭЦ Г. Санкт-Петербурга / Д. Л. Колбанцева, Д. А. Трещев, М. А. Трещева // Современные технологии и экономика в энергетике: Материалы Международной научно-практической конференции, СанктПетербург, 27 апреля 2022 года. – Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. – С. 118-120. – EDN PLRGKB.

12. Analysis of Technologies for Hydrogen Consumption, Transition and Storage at Operating Thermal Power Plants / D. Kolbantseva, D. Treschev, M. Trescheva et al. // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 10. – DOI 10.3390/en15103671. – EDN DDRHPN.

13. Власов, О. А. Анализ работы печей сжигания отходов / О. А. Власов, В. В. Мечев // Твердые бытовые отходы. – 2017. – № 8(134). – С. 40-43. – EDN ZMRDDT.

14. Ершов, А. Г. Термическое обезвреживание отходов: теория и практика, мифы и легенды / А. Г. Ершов, В. Л. Шубников // Твердые бытовые отходы. – 2014. – № 5(95). – С. 46-53. – EDN SCPFUT.

15. Опыт газификации твердого топлива из ТКО и биомассы // Твердые бытовые отходы. – 2017. – № 8(134). – С. 51-53. – EDN ZMRDEX.

16. Аболин, А. А. RDF-топливо - конечный продукт переработки ТБО / А. А. Аболин // Твердые бытовые отходы. – 2013. – № 7(85). – С. 28-29. – EDN QJETNN.

17. Мещеряков, Г. В. Конверсия природного газа для совместных производств метанол-водород, метанол-аммиак / Г. В. Мещеряков, Ю. А. Комиссаров // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. – 2011. – Т. 6, № 4. – С. 72-76.

18. Приказ Минэнерго России от 22.08.2013 № 469 «Об утверждении порядка создания и использования тепловыми электростанциями запасов топлива, в том числе в отопительный период» Электронный ресурс URL:http://pravo.gov.ru/proxy/ips/?doc_itself=&backlink=1&nd=602167469&page=1&rdk=0 (дата обращения: 06.05.2023).

19. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Санитарнозащитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов".

20. Калютик А.А., Трещев Д.А., Поздеева Д.Л. Утилизация твердых бытовых отходов на ТЭЦ г. Санкт-Петербурга // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 59–70. DOI: 10.18721/JEST.25304.

21. Патент № 2588223 C2 Российская Федерация, МПК C10K 1/06. Способ охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы и система, предназначенная для реализации данного способа: № 2014131241/05: заявл. 26.10.2012: опубл. 27.06.2016 / Я. Чжан, В. Лю, М. Ся, Л. Чжан; заявитель УХАНЬ КАЙДИ ИНДЖИНИРИНГ ТЕКНОЛОДЖИ РИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД.. – EDN DQBBPB.

22. Амосова О.Л., Малых О.В., Тепляков В.В. Мембранно-адсорбционные методы выделения водорода из многокомпонентных газовых смесей биотехнологии и нефтехимии // Мембраны. –2008. –№ 2. –С. 26-39.

23. Romanov, S.N. Software “United Cycle” for Simulation of Static Operation Modes of Power Plants. In Proceedings of the International Society for Optical Engineering, St. Petersburg, Russia, 12–17 June 2001; pp. 306–309. – DOI: 10.1117/12.456288.

24. Romanov, S. “United Cycle” Software for Simulation of Flow Sheets of Power Plants. / S. Romanov et al. // In Proceeding of the “16th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS-2003)”, Copenhagen, Denmark, 30 June–2 July 2003; pp. 1691–1696.

25. Распоряжение Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности от 15.06.2022 № 361-р "Об утверждении Территориальной схемы обращения с отходами производства и потребления".