Размещено на http://www.allbest.ru/

Уголь -- эффективный и надежный энергоноситель

Зыков В.М., доктор технических наук

В многоплановой проблеме дальнейшего развития угольной промышленности стратегическим, ключевым вопросом является обоснование роли угля в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) страны на ближайшую и дальнюю перспективы. Имеющиеся на сегодня ответы на этот вопрос далеко неоднозначны.

По прогнозам специалистов Минэнерго РФ, например, наиболее вероятен умеренный рост производства угля, особенно в ближайшие годы. Другие, напротив, обосновывают целесообразность и даже необходимость снижения достигнутых в настоящее время объемов угледобычи. известны также разраоотки ряда крупных специалистов, в которых рекомендуются более высокие, по сравнению с официальными, темпы развития угольной отрасли.

В связи с изложенным, под эгидой Академии горных наук и Союза углепромышленников, в последнее время проведены исследования, основные результаты которых, нацеливающие на повышение роли угля как энергоносителя, приведены в настоящей статье. При этом выделены такие позитивные аспекты проблемы, как относительная дешевизна угля, надежность его использования в энергетике будущего и возможность широкого применения «экологически чистых» технологий сжигания.

В результате выдвинута ключевая идея перехода на новую стратегию: от нефтегазового баланса в настоящее время, когда доля производства газа и нефти превышает 80%, к газоугольному -- с повышением доли угля (рис.1). Соответственно обосновывается целесообразность увеличения абсолютных объемов добычи угля с 260 млн. т в год до 450-500 млн. т. к 2020 г. с возможным дальнейшим их наращиванием.

Рис.1. Топливно-энергетический баланс России в 2000 г.: а) структура производства энергоресурсов в % (всего 1409 млн. т у.т.), б) структура потребления энергоресурсов в % (всего 911.6 млн. т у. т.).

Следует, однако, особо подчеркнуть, что такие объемы добычи могут быть надежно обоснованы только в результате оптимизации ТЭБа страны на перспективу (кстати, этого не делалось уже 10 лет, отсюда неясность с необходимыми объемами угледобычи). Основы такой работы подготовлены в Академии горных наук (АГН). Установлено, что интенсификации развития угольной промышленности в ближней и дальней перспективе способствуют следующие очень важные обстоятельства:

§ наличие в недрах страны огромных высокорентабельных запасов энергетических углей достаточно высокого качества;

§ существенно более низкие, по сравнению с газовой промышленностью, потребные удельные (на 1 т у.т.) капиталовложения на создание новых производственных мощностей угледобывающих разрезов и шахт;

§ экономическая целесообразность увеличения поставок природного газа в химическую промышленность для производства высокоценной продукции, а также населению и, особенно, на экспорт, с соответствующим сокращением использования природного газа в крупной энергетике в результате его замещения угольным топливом.

Проведенная под руководством Е.А. Козловского и др. крупнейшая за все последние десятилетия работа по переоценке разведанных (балансовых) запасов угля применительно к рыночной экономике показала, что примерно 60% от всех находящихся на государственном балансе запасов (201 млрд. т) относятся к так называемым «высокотехнологичным», позволяющим применять современные высокопроизводительные технологии и обеспечить конкурентоспособность угля по сравнению с природным газом. Это большинство месторождений Кузбасса и, в первую очередь, крупнейшее в Кузбассе Ерунаковское месторождение каменных углей для энергетики (в основном марок Г и Д), отдельные крупные каменноугольные месторождения Восточной Сибири, уникальные по величине запасов и высокому качеству буроугольные месторождения Канско-Ачинского бассейна, а также некоторые относительно небольшие месторождения в европейской части страны, например, в Восточном Донбассе Кадамовское месторождение антрацитов с мощностью пластов до 2 м. Угля только в месторождениях с «высокотехнологичными» запасами достаточно для обеспечения годовой добычи (в объеме не менее чем 500 млн. т) на несколько сотен лет. Как известно, обеспеченность природным газом и нефтью в России исчисляется всего десятилетиями.

На наиболее рентабельных угольных месторождениях может быть обеспечено крупномасштабное производство угля с себестоимостью не выше 5-10 долл. за тонну, в основном открытым способом, а также подземным способом по высокопроизводительной технологии «шахта-лава» с использованием «супердинамичных» технологических систем угледобычи с нагрузками на лаву 5-10 тыс. т в сутки и более (в настоящее время средняя по отрасли нагрузка на лаву составляет немногим более 1 тыс. т).

Рис. 2. Соотношение цен уголь/газ (на конец года, в т у.т.).

Что касается существенно более низких, по сравнению с газовой промышленностью, потребных удельных инвестиций, достаточно привести данные по освоению Ерунаковского месторождения Кузбасса (Западная Сибирь). Здесь для обеспечения добычи угля порядка 30 млн. т у.т. требуется в несколько раз меньше инвестиций, чем на освоение новых газовых месторождений с добычей эквивалентного объема природного газа. С учетом того, что на Ерунаковском месторождении уже освоено 17 млн. т мощностей, для оставшегося дополнительного ввода еще 20-23 млн. т (14-16 млн. т у.т.) мощностей на ближайшие 6-7 лет требуется всего 150-200 млн. долл.

Для сравнения: в обустраивающемся ныне Заполярном газовом месторождении, где намечена добыча около 10 млрд. м³ газа в год (11.5 млн. т у.т. -- первая очередь) необходимые затраты оцениваются в 450-470 млрд. долл.

С целью обеспечения равномерного и пропорционального использования (в предлагаемом нами гармоничном топливном балансе страны) разных видов топлива, в первую очередь взаимозаменяемых в энергетике угля и газа, необходимо обеспечить нормальное соотношение их цены -- примерно 1 : 2, в крайнем случае, 1 :1.5 (рис. 2). То есть за счет государственного регулирования цен природный газ, с учетом его экологичности и особой ценности, должен стоить дороже угля (в расчете на 1 т у.т.) на 50-100%. При этом целесообразно обеспечить постепенное повышение внутренних цен на природный газ с приближением их в перспективе к мировым ценам. Цены на природный газ внутри страны, в зависимости от региона его использования, могут, как показывают расчеты, достичь в перспективе 50 долл. за 1000 м³. Поскольку цены на уголь и электроэнергию жестко связаны с ценами на газ, такой их достаточно высокий уровень должен привести к существенным объемам электросбережения и топливосбережения -- важным элементам устойчивого развития.

Проблемы транспортировки угля. Необходим также переход на экономически обоснованные, действительно определяемые рыночной средой железнодорожные тарифы на угольные грузы. В настоящее время, в условиях отсутствия какой-либо конкуренции, тарифы этой естественной монополии настолько высоки, что транспортная составляющая в общей цене на уголь у потребителя превышает 25-30%, а на канско-ачинские угли достигает 50-60%. Одним из действенных способов создания конкурентной среды и снижения тарифов в перспективе может стать сооружение нескольких протяженных (2-3 тыс. км и более) угольных трубопроводов из Сибири и Республики Коми на Урал и в Поволжье, а также, возможно, в один из портов Черного моря и в строящийся угольный терминал Усть-Луга на Балтике -- для экспорта водоугольного топлива (с соотношением твердого к жидкому 3 : 2) в топливо-дефицитные страны: Турцию, Грецию, Италию, Германию, Данию и др.

В России еще в начале 1990-х гг. был построен ныне законсервированный из-за отсутствия инвестиций опытно-промышленный углепровод Белово-Новосибирск (Западная Сибирь) годовой производительностью 3 млн. т и протяженностью 264 км для использования на ТЭЦ водоугольного топлива нового поколения. Полученное на основе угля, воды и химических присадок, это топливо выгодно отличается высокой экологичностью, стабильностью и пластичностью. Созданная еще около 10 лет тому назад, эта весьма экологичная технология -- по существу, технология XXI века -- проходила апробацию путем сжигания водоугольного топлива без его предварительного обезвоживания (в отличие от США) в котлах малой и средней мощности. Возможно использование этого уникального топлива и в котлоагрегатах большой единичной мощности, работающих в энергоблоках с турбинами по 300-500- 800 МВт. Оно может также эффективно обеспечить замещение топочного мазута в действующих промышленных и отопительных котельных.

Эта технология должна коренным образом улучшить отношение к углю как котельно-печному топливу. Ведь она позволяет снизить выбросы в атмосферу твердых частиц в 2.5-3 раза, оксидов азота в 1.5-2 раза и оксидов серы -- в 2-2.5 раза (по сравнению с традиционным способом сжигания), а по сравнению с топливным мазутом экономия затрат, по данным академика РАН К.Н. Трубецкого, достигает 8 долл./т у.т. при одновременном снижении транспортных издержек, в сравнении с железнодорожным транспортом, в 1.5 раза. В целях реанимации опытно-промышленного углепровода Белово-Новосибирск и проведения в течение ближайших 2-3 лет необходимых дополнительных НИОКР требуются относительно небольшие инвестиции. Здесь важна помощь международных организаций -- ведь эта технология имеет мировое значение. Она может быть активно востребована на мировых рынках, в первую очередь в таких ведущих угледобывающих странах, как Китай и Индия.

Технология на основе водоугольного топлива -- яркий пример экологичного и высокоэффективного решения транспортно-энергетической проблемы угля XXI века в контексте устойчивого развития.

Перспективные технологии. Поскольку энергостратегия «газовой паузы» близка к своему исчерпанию (по оценке ОАО «Газпром» она продлится еще не более 6-7 лет в силу объективного истощения наиболее рентабельных запасов газа в России), заметное повышение роли угля в топливно-энергетическом балансе требует незамедлительного внедрения «экологически чистых» угольных технологий по всей производственной цепи:

§ освоение месторождений с наиболее экологичными углями (с небольшим содержанием в них золы, серы и т.п.) и соответственно прекращения добычи чрезмерно высокозольных и высокосернистых углей (добыча в крайне неэкологичном Подмосковном буроугольном бассейне уже почти полностью прекращена);

§ добычи угля с помощью экологически приемлемых высокоприозводительных технологий, подобных тем, которые используются на созданном совместном с немецкой фирмой «Крупп Фердертехник» комплексе КСМ для добычи угля и производства вскрыли на разрезах без взрывных работ, и особенно -- супердинамичных технологий при шахтном способе разработки угля («шахта-лава»);

§ применения технологий глубокого обогащения и термохимической переработки углей. Отдельные из них позволяют снизить содержание серы в углях более чем на 30%, а содержание золы -- на 65%. В частности, именно такие результаты практически достигнуты при глубоком обогащении высокосернистых и высокозольных антрацитов Садкинского месторождения Восточного Донбасса по технологии академика РАН В.А. Чантурия с доведением серы в товарном продукте до 0.9% (с 1.4%), а золы -- до 12% (с 33.7%)). В ближайшей перспективе энергетика сможет получать высококалорийное качественное угольное топливо с содержанием золы до 10% и серы не более 0.3-0.9%. Из технологий термохимической переработки весьма перспективна применительно к «молодым» углям Кузбасса известная технология LFC, на базе которой разработан совместный российско-американский проект, обеспечивающая при сжигании продуктов переработки угля экологические нормы на уровне 2000 г. для заповедника США (где и работает такой завод), а также -- аналогичные отечественные технологии глубокой переработки углей;

§ экологичного транспортирования к крупным потребителям (например, углепроводным транспортом);

§ сжигания на ТЭС с помощью наиболее экологичных и энергетически эффективных технологий (водоугольное топливо, комбинированный цикл, циркулирующий «кипящий слой» под давлением и в нормальных атмосферных условиях и т.п.).

Рис. 3. Себестоимость добычи угля по основным угледобывающим странам (долл./т).

Рис.4. Добыча угля в России (млн. т).

При таких решениях существенное расширение использования угля не будет сопровождаться ухудшением экологической обстановки, и будет обеспечено действительно устойчивое развитие экономики. Особенно с учетом того, что себестоимость добычи угля в России уже в настоящее время -- самая низкая среди всех основных угледобывающих стран мира (рис. 3).

Переход к газоугольному энергохозяйству в настоящее время объективно закономерен. Так, в течение восьми десятилетий в России, по официальной статистике, сменилось несколько энергетических укладов. Период с 1913 по 1965 г. был периодом угля (последний занимал в балансе от 48 до 66%), затем в 1965-1985 гг. -- период нефти (соответственно 36-56%), после чего -- эпоха газа (36-50%). XXI век должен стать периодом угля и газа -- именно об этом свидетельствуют научные исследования последних лет. Так, в 1999 г. была впервые переломлена негативная тенденция десятилетнего непрерывного снижения объемов добычи угля -- они выросли в сравнении с 1998 г. на 17 млн. т -- до 249 млн. т, а в 2000 г. -- до 258 млн. т (рис. 4) главным образом за счет Кузбасса и КАТЭКА, с тенденцией дальнейшего постепенного роста. топливо уголь энергетический

В перспективе, в сравнении с существующим положением, объемы добычи угля для энергетики, по нашим экспертным оценкам, должны быть практически удвоены за счет интенсивного развития главным образом Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов, а также месторождений Восточной Сибири, частично Дальнего Востока и отдельных наиболее рентабельных месторождений европейской части страны.

Интенсивное развитие российской угольной промышленности в первом и последующих десятилетиях XXI века имеет солидный базис -- существенно обновленную угледобывающую отрасль в результате ее комплексной реструктуризации. К настоящему времени закрыто (или находится в стадии закрытия) около 170 убыточных шахт, спроектировано и частично заложено два десятка шахт и разрезов нового технико-экономического уровня суммарной мощностью около 40 мпн т в год.

К сожалению, программу по их строительству и вводу в эксплуатацию выполнить не удалось из-за отсутствия необходимых инвестиций. По этой причине к настоящему времени многие пусковые объекты остановлены, ввод мощностей минимален.

Вместе с тем угольная отрасль в России становится более привлекательной для вложения в нее относительно крупных инвестиций. Ведь только в угольной промышленности -- единственной отрасли -- производительность труда за 1993-2000 гг. (период реструктуризации угольной промышленности) превысила докризисный 1988 г. (рис. 5) уровень, достигнув в 2001 г. 120 т/чел, в месяц, что вдвое превышает уровень 1993 г.

Рис. 5. Темпы изменения производительности труда в угольной отрасли (относительно 1998 г.)

Показатели концентрации горных работ также в 2-2.5 раза превышают дореструктуризационные уровни и имеют тенденцию к долговременному дальнейшему росту. К тому же и наиболее эффективный открытый способ угледобычи расширен примерно до 65%, также с тенденцией дальнейшего роста в перспективе. Однако эти показатели на шахтах России все еще на порядок ниже, чем на шахтах США, Австралии и даже ЮАР. Требуется интенсивное развитие и широкомасштабное внедрение экологичных высокопроизводительных технологий на основе супердинамичных систем на шахтах страны (с нагрузками на лаву 5000-10 000 т в сутки и более в сравнении с 1220 т/сутки в 2001 г. в среднем по отрасли).

Экологически чистая угольная энергетика. Развитие на основе конкурентоспособного и высококачественного твердого топлива «экологически чистой» угольной энергетики в XXI веке должно, на наш взгляд, развиваться одновременно по двум независимым направлениям:

§ основное -- на ТЭС как новых, так и действующих -- при последовательной реконструкции последних;

§ вспомогательное -- путем создания экологичных локальных энергоустановок небольшой мощности -- от 5 до 150 МВт непосредственно при угольных шахтах и разрезах (практически без дорогостоящей транспортировки угля).

Для успешной реализации первого направления в перспективе должно быть обеспечено максимально возможное увеличение обогащения энергетических углей, создание и широкое внедрение технологий термической переработки (с получением высококалорийных и экологичных твердых, жидких и газообразных топлив из угля), а также технологий приготовления и прямого (без обезвоживания) сжигания водоугольного топлива -- нового вида экологичного энергоносителя на основе угля.

Параллельно, вместо неэкологичных и неэффективных паросиловых технологий сжигания угля на ТЭС, должны постепенно развиваться более совершенные энергопроизводства (парогазовые установки с газификацией угля, с комбинированным циклом, с циркулирующим «кипящим слоем» др.). Они позволят существенно повысть энергетический КПД и соответственно снизить как расход угля на 1 кВт * ч, так и экологически вредные выбросы в атмосферу, в первую очередь оксиды азота и серы.

По второму направлению, в дополнение к «большой» энергетике, уже начато создание независимых локальных энергосистем на основе «экологически чистого» использования местных углей и горючих углеотходов. В основном это -- энергоустановки двух типов: с газификацией местных твердых топлив на конверсионных установках небольшой (5-10 МВт) мощности Центра Келдыша -- бывшей головной организации в области создания ракетных двигателей и энергоустановок космического назначения -- и ТЭЦ небольшой и средней мощности, работающие по технологии «циркулирующий кипящий слой» на отходах от обогащения углей с возможной добавкой мелких классов угля.

Проект одной такой ТЭЦ мощностью 50 МВт разработан ОАО «Независимые электростанции» применительно к отходам обогащения антрацитов на шахте-новостройке «Обуховская» № 1 (Восточный Донбасс) с 20%-ной добавкой антрацитовых шламов. Другой проект с подобной технологией мощностью 120 МВт разработан «Ростовтеплоэлектропроектом» также для работы на углеотходах в этом районе на промплощадке шахты «Соколовская».

Преимуществом сооружения подобных ТЭЦ являются более низкие, в сравнении с действующими тарифами, затраты на выработку электроэнергии и тепла и небольшие общие капиталовложения, при снижении экологической нагрузки на окружающую среду в результате утилизации углеотходов, а также снижения вредных выбросов в атмосферу и сбросов в водоемы. Кроме того, создается действенная конкурентная среда, поскольку вырабатываемая энергия таких ТЭЦ, принадлежащих коллективу шахты (или даже находящихся в частной собственности), может продаваться близлежащим потребителям или непосредственно РАО «ЕЭС России» по рыночным ценам.

Расширение и использование угля в России возможно, на наш взгляд, в самое ближайшее время при условии:

1. привлечения дополнительных инвестиций:

§ инвестиционных субсидий,

§ льготных инвестиционных кредитов,

§ премий за сооружение объекта в установленные сроки;

2. введения экономически обоснованных (сниженных) тарифов на перевозки угольных грузов;

3. регулирования соотношения цен на энергоносители (с выходом на мировой уровень);

4. опережающего развития обогащения и переработки углей -- повышения качества и получения продукции с новыми потребительскими свойствами;

5. промышленного освоения «экологически чистых» угольных технологий по всей производственной цепи «добыча -- использование угля»;

6. энергетического «экологически чистого» использования горючих отходов угольного производства.

Существенное расширение объемов конкурентоспособного и экологичного использования угля в российской энергетике XXI века во многом будет определяться практическим созданием комплекса соответствующих объективно благоприятных условий: информационных, нормативно-правовых, инвестиционных, ценовых, тарифных и им подобных. Это позволит реализовать вышеизложенные инициативы углепромышленников и предпринимателей, направленные на повышение роли угля как дешевого и надежного энергоносителя будущего в контексте устойчивого развития в России.

Размещено на Allbest.ru