Подземна въглищна газификация

В последните години внедряването на технологии за производство на енергия на базата на възобновяеми енергийни източници бележи сериозен ръст. В същото време използването на традиционните фосилни горива също се увеличава. Все още ограничените възможности, по отношение на постиганите мощности, е една от причините на технологиите, използващи възобновяеми енергийни източници да се разчита предимно като резервен или допълнителен източник на енергия. Основни енергийни източници все още се явяват изкопаемите горива, в частност въглищата. Голяма част от световните въглищни запаси, обаче са неизползваеми поради дълбочина на която се намират. Използваните до момента конвенционални методи за добив са неприложими за въглищни пластове разположени на голяма дълбочина. Една възможност за добива на енергия от тези въглища, която в последните години учените по света съвместно с бизнеса развиват и пилотно внедряват е “новата стара” технология за добив на енергия от въглища чрез метода на “подземна въглищна газификация” (ПВГ).

Особености на метода

Идеята за газификация на въглищата под земята и извличане на енергията им на повърхността под формата на газ, който може да се използва за производството на топло- или електроенергия привлича внимание поради наличието на потенциал да осигури подходящ източник на енергия от въглищни пластове, които не биха могли да бъдат оползотворени с помощта на стандартните методи.

Самата подземна въглищна газификация представлява процес на превръщане на въглищата в горим газ в рамките на въглищния пласт (city). За реализирането му във въглищния пласт се инжектират оксиданти (кислород или обогатен на кислород въздух заедно с вода) и въглищата се запалват под земята при високо налягане. Това води до генериране на горим газ (състоящ се предимно от СО2, водород, СО, метан и други газове), който се извлича от земята посредством сондажи. Извлеченият на повърхността газ би могъл да се използва като гориво за генериране на енергия или като суровина за химическата индустрия (вкл. производството на водород и синтетичен природен газ). Що се отнася до СО2, той може да бъде лесно отделен и след компресиране би могъл да се нагнети обратно в скалите или да запълни кухините, образувани от изгорелите въглища.

Реализирани проекти

Идеята за газификация на въглищата под земята не е нова - процесът е бил цел на развитие повече от 90 години. През 80-те години на миналия век в бившия Съветски съюз са конструирани редица широкомащабни енергийни схеми, като в Ангрен, Узбекистан една от тях е все още действаща. В различни части на света досега са осъществени повече от 50 маломащабни изпитания. ПВГ в по-дълбоки въглищни пластове е доказана в “Европейския опит” ( 1992-1999 г.), посредством технология от нефтената и газова индустрия. Осъществяват се промишлени изпитания на технологията в Австралия, САЩ и Китай, а за офшорната зона на Великобритания са издадени и първите ПВГ разрешителни. Самият процес обаче изисква допълнителни проучвания.

Опитът, придобит при реализацията на няколко ПВГ пилотни проекта в находище “Хоу Крийк” в САЩ и последният пилотен проект “Чинчила” в Австралия показват, че заплахите, които ПВГ технологията представлява: замърсяване на подпочвените води и слягане на повърхността, могат да бъдат преодолени чрез внимателен избор на работна площадка, чрез контролиране налягането на поддържащия горенето агент и чрез контрол на нивото на подземните води в процеса на ПВГ на даден въглищен пласт. Наред с това обаче ПВГ дава възможност за последващо използване на кухините за депониране на СО2. Необходимостта от управление на СО2 емисиите предопределя сериозната необходимост от съвместяване на ПВГ с улавянето и съхраняването на СО2 (CCS). Възможно е също и съхраняването на част от СО2 в подземния “реактор”.

Използват се екологосъобразни технологии

Газификацията предоставя възможности за контрол на замърсяване на въздуха особено по отношение емисиите на сяра, азотни оксиди и най-вече въглероден диоксид. Чрез екологосъобразните технологии за извличане и оползотворяване на дълбоко залягащи и недостъпни за традиционен добив въглищни пластове се постигат оптимални възможности за утилизация на полезното изкопаемо и запазване на природната среда.

От икономическа гледна точка ПВГ е изключително обещаваща технология. Капиталните разходи за ПВГ предприятията са значително по-ниски в сравнение с инвестиции за реализация на въглищата в наземни условия. По-ниски са и експлоатационните разходи, които включват съществени мониторингови екологични програми. От инвестиционна гледна точка проектите, свързани с ПВГ, са рисково начинание. За всеки обект (находище) се изработва и тества точно определена технология в зависимост от свойствата и състава на въглищата, от геоложките и геотехнически условия. За да бъде намален инвестиционният риск, добра възможност са различните грантови схеми, които предлага Европейската комисия.

С потенциал за развитие в България

Известно е, че голяма част от запасите на каменни въглища в България са усвоени по традиционните за въгледобива технологии. Съществуват обаче и такива, които не могат да бъдат утилизирани по традиционните начини. Прилагането на ПВГ технологията съществено би подобрила енергийния баланс на страната и екологичната обстановка в конкретните райони. Независимо от това, че ПВГ е технология, приложима в промишлени мащаби, съществуват редица научни и технологични неизяснени проблеми. Те могат да бъдат решени с помощта на интензивни изследователски проекти, насочени към всеки конкретен случай.

В България са известни множество находища, които са открити и проучени през 60-те години на миналия век, но поради сложния геоложки строеж, оползотворяването им по класическите минни способи е нерентабилно. Увеличаващите се цени на енергийните ресурси, развитието на технологиите и борбата за енергийна независимост на страната дават нов тласък в развитието на тяхното използване, като подземната въглищна газификация се указва един удачен способ.

Статията е разработена със съдействието на инж. Николай Христов, ръководител проекти ПВГ и ПХГ, Овергаз Инк.

Проект на Овергаз Инк за подземна въглищна газификация

По тази грантова схема през изминалата година българската газова компания Овергаз Инк в консорциум с партньори от 5 европейски страни подписа споразумение за финансова подкрепа на изследователски проект за подземна въглищна газификация и съхранение на СО2. Това е първият български проект, финансиран по програмата на “Изследователския фонд за въглища и стомана” (RFCS) към Европейската Комисия.

Овергаз е ръководител и координатор на инициативата, а нейни партньори по проекта са известни европейски научни организации и фирми като Центъра за научни изследвания и технологии Хелас (Гърция), Техническият университет в Лисабон (Португалия), Геоложкия институт при Българската академия на науките, Университетът в Лийдс (UK), немската компания DMT, Научно-изследователският институт за геонауки на Германия (GFZ), британската - UCG Engineering.

Международният екип от инженери и учени има за цел да проучи възможността за използване на ресурса на дълбоко залягащи въглищни пластове, повече от 1200 m под земната повърхност, за получаване на по-чиста, по-безопасна и по-евтина енергия. Те ще оценят приложимостта на ПВГ схемата за дълбоко залягащи въглища в България, като използват данни от целевата площадка за моделиране на цялостния процес - изгаряне, извличане на газа и съхранение на СО2. Особено внимание ще се обърне на потенциалните опасности за околната среда като например шанса за инфилтрация на съхранения СО2 през разломни нарушения в горележащи пластове.

Мониторинговият доклад на ЕК за оценка на напредъка по проекта за първите шест месеца от неговата реализация е положителен и приет с единодушие от международните експерти, с което се дава зелена светлина работите да продължат по планирания график.

Крайни резултати от реализацията на първата фаза на проекта - научноизследователска и развойна дейност се очакват в началото на 2013 година. В зависимост от тях проектът ще се доразвие в пилотен тест, чрез който получените преди това резултати ще бъдат тествани в реални условия.