تولید الکتریسیته از زغال سنگ درنیروگاه های سیکل ترکیبی

حدود نیم قرن است که فن آوری تولید گاز سنتزی از زغال سنگ در صنعت مورد بهره برداری قرار گرفته است ولی سابقه کاربرد این روش در نیروگاههای حرارتی به ده سال اخیر محدود است با وجود تفاوتهای مشخصی که بین انواع سیستم های تولیدگاز سنتزی وجود دارد, اصول پایه و اولیه یکسانی بر تمام این روشها حاکم است

با روند روزافزون صنعتی شدن اکثر کشورهای در حال توسعه و افزایش جمعیت در جهان، نیاز به انواع مختلف انرژی مخصوصاً انرژی الکتریکی روز به روز در حال افزایش است. با وجود پیشرفت فناوری‌های نوین که استفاده از انرژی‌های نو و انرژی‌های تجدید‌پذیر را مقدور می سازند، هنوز سوخت‌های فسیلی جزء منابع انرژی هستند که بیشترین نیاز صنعت را فراهم می سازند.

با توجه به تجدید‌ناپذیر بودن این منابع و ارزش بالای صنعتی این مواد به عنوان ماده اولیه، استفاده بهینه و افزایش راندمان مصرف این مواد هم‌اکنون سرلوحه کار بسیاری از مراکز تحقیقاتی و پژوهشی جهان است.

زغال‌سنگ از جمله منابع انرژی است که از دیرباز مورد استفاده بشر بوده است و با توجه به اثرات سوء زیست‌محیطی ناشی از فرآیند احتراق زغال‌سنگ، کوشش‌های فراوانی به منظور ابداع روش‌ها و فن‌آوری‌های نوین درجهت کنترل و کاهش آلودگی حاصل از این فرآیند و افزایش راندمان آن صورت گرفته است. این تلاشها با نوسانات قیمت سایر انواع سوخت‌های فسیلی و تصویب قوانین سختگیرانه زیست‌محیطی در سالهای اخیر از روند رو به رشدی برخوردار بوده است. غنی بودن کشور ما ایران از منابع نفت و گاز سبب شده است که صنعت‌برق از ابتدای تاسیس به دلیل سهولت دسترسی و هزینه پایین، بیشتر از منابع نفت و گاز جهت تولید الکتریسیته استفاده کرده و از منابعی نظیر زغال‌سنگ کمتر استفاده می‌شود. روند رو به رشد صنایع پتروشیمی در جهان و قابلیت تبدیل فرآورده‌های نفتی به مواد با ارزش افزوده بالاتر باعث شده است که در کشورهای پیشرفته جهان استفاده از این مواد به عنوان سوخت به تدریج تقلیل یابد به طوری که د رحال حاضر ایالات متحده که بر حسب آمار جزء ده کشور غنی از منابع نفت و گاز است قسمت عمده الکتریسیته تولیدی (۵۶ درصد) از زغال سنگ ایجاد کند.

با توجه به اطلاعات اخذ شده از وزارت صنایع و معادن، ایران دارای معادن عظیم زغال‌سنگ است به طوری که تنها در منطقه طبس در استان یزد معادنی با ذخیره بیش از یک میلیارد تن برآورد شده است وجود منابع عظیم زغال سنگ درکشور و خصوصاً در منطقه طبس ضرورت استفاده بهینه و بهره‌برداری از این موهبت الهی را ایجاب می‌کند. میزان ذخایر زغال‌سنگ این معادن بسیار بالاتر از مقدار مورد نیاز صنایع فولاد است استفاده از انرژی حرارتی این مواد و تولید الکتریسیته به عنوان یک آلترناتیو مهم در برنامه‌های دولت مطرح است. با توجه به اینکه ایران دارای ذخایر عظیم گاز نیز است استفاده از زغال‌سنگ به عنوان سوخت ممکن است در نظر اول از لحاظ اقتصادی توجیه‌پذیر نباشد. با اینحال با توجه به سهولت صادرات نفت و گاز نسبت به زغال‌سنگ با در نظر گرفتن ارزش افزوده حاصل از صادرات نفت و گاز و ضرورت بهره‌برداری از این منابع، بررسی راهکارهای موجود در جهت استفاده بهینه و ایمن از منابع زغال‌سنگ ضروری است. در این مقاله یک روش مناسب که اخیراً در کشورهای اروپایی و آمریکا برای استفاده از انرژی حرارتی زغال مطرح است معرفی شده است.

● فن‌آوری مصرف زغال‌سنگ به عنوان سوخت در نیروگاهها

در حال حاضر بیش از ۹۰ درصد نیروگاههایی که در سطح دنیا از طریق مصرف زغال سنگ فعال هستند از تکنولوژی پودر کردن زغال (PC) استفاده می‌کنند. ایالات متحده و چین جزء مهمترین کشورهایی هستند که قسمت اعظم الکتریسیته خود را از این طریق تامین می‌کنند. هزینه تاسیس، قابلیت واحد و کارایی این نوع سیستم‌ها با درجه اطمینان بالایی قابل پیش‌بینی است. فواید اقتصادی این نوع سوخت نسبت به سایر سوخت‌ها بستگی به هزینه تامین زغال و دسترسی به سایر منابع سوختی دارد در صورت وجود گاز طبیعی استفاده از سوخت زغال بصورت معمولی قابل رقابت با نیروگاههای حرارتی با سوخت‌های مایع و گاز طبیعی نیست. در غیاب مقادیر کافی گاز طبیعی تکنولوژی PC یک راه‌حل اقتصادی برای تامین انرژی بویژه در کشورهایی که دارای منابع عظیم زغال‌ هستند، است.

با اینحال تکنولوژی PC دارای نقاط ضعفی نیز هست. نخست آنکه تولید الکتریسیته بر اساس تکنولوژی PC

موجب انتشار وحشتناک موادی نظیر CO, CO۲, NOX, SO۲، ذرات معلق و فلزات سنگین می‌شود که باعث آلودگی محیط‌زیست می‌شوند. دومین نقطه ضعف تکنولوژی PC پایین بودن راندمان این تکنولوژی در مقایسه با سایر تکنولوژی‌های موجود است. به عنوان مثال با وجود اینکه راندمان حرارتی نیروگاههای سیکل ترکیبی که از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می‌کنند طی ده سال گذشته از ۴۵ درصد تا حدود ۶۰ درصد افزایش یافته است راندمان حرارتی واحدهای با تکنولوژی PC در بهترین حالت تنها از ۳۰ درصد افزایش یافته است.

تلاشهای انجام گرفته در جهت کنترل آلودگی و افزایش راندمان در نیروگاههای زغالی که بصورت عمومی تحت عنوان Clean Coal Initiatives شناخته می‌شود شامل تنوعی از فرآیندها، تجهیزات و تکنولوژی‌ها است. برخی از این تکنولوژی‌ها از قبیل شست‌وشوی زغال شامل فرآیند پیجیده‌ای نیست، در حالیکه اصلاح راندمان و میزان آلودگی انتشار یافته نیاز به تغییر در تکنولوژی تولید نیرو دارد.

در طول ده سال گذشته برنامه‌های بیشماری در جهت توسعه و اقتصادی کردن روشهای استفاده از زغال بدون آلودگی انجام گرفته است. این برنامه‌ها در دهه ۱۹۸۰ میلادی به جهت بحران نفت در دهه ۱۹۷۰ و به دنبال کاهش اعتماد جهانی نسبت به منابع نفتی وخطرات تولید برق در نیروگاههای اتمی بصورت جدی مورد توجه قرار گرفت و در این راستا تلاشهایی در جهت کنترل آلودگی‌های منتشر شده از واحد‌های زغال‌سوز وبالا بردن راندمان این واحدها در مراکز تحقیقاتی کشورهای پیشرفته نظیر آمریکا، اروپا و ژاپن از مدتها قبل آغاز و به پیشرفت‌های شایانی در این زمینه منجر شده است.

---