CC BY
237
УДК 528,4 Г.И. Грицко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, Новосибирск Б.Г. Санеев, А.Д. Соколов
Институт систем энергетики им. Мелентьева СО РАН, Иркутск ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СИБИРИ
Рассмотрено состояние проблемы и перспективы развития угольной промышленности Сибири, как составляющей топливно-энергетического и экономического потенциала региона.
Сегодня в мире четко прослеживается тенденция возврата к углю как основному и наиболее надежному энергоресурсу на ближайшее будущее. Это естественно, поскольку на долю угля приходится около 85% мировых ресурсов ископаемого топлива, в то время как доля нефти и природного газа не превышает 15%.
Во всех странах мира наблюдается тенденция роста использования угля в целях энергетической безопасности. В структуре добычи углей в мире отмечается преимущественный рост добычи наиболее качественных каменных углей при практической стабилизации объемов добычи бурых углей. В России же картина противоположная: основная часть прироста добычи будет происходить за счет низкокалорийных бурых углей при относительно снижающихся объемах добычи каменных углей.
В мире сейчас добывается около 5 млрд. т угля в год. К 2020 - 2030 годам его добыча прогнозируется на уровне более 7 млрд. т в год.
Почему уголь сегодня имеет общемировое значение? [1]
Уголь - практически неисчерпаемый (более 500 лет), доступный (только в России более 3000 месторождений), высокопотенциальный комплексный по углеводородному и минеральному составу, безопасный и экономичный мировой энергетический и энерготехнологический ресурс, который можно перерабатывать комплексно с получением электроэнергии, тепла и большой гаммы продуктов, включая синтез-газ, метанол и водород (так, компания «Сасол» в ЮАР получает бензин и еще 240 видов продукции из угля).
Уголь - «мост» в будущую энергетику, который сможет обеспечивать человечество энергией десятки лет или столетия, пока не освоены в промышленных масштабах новые виды источников энергии.
Уголь - фактор стабильности мировой экономики, его неисчерпаемые запасы означают умеренные рыночные цены и гарантированное долгосрочное использование.
Уголь в мире сегодня - объект приложения новейших научных исследований и высокотехнологичных разработок, которые делают его конкурентоспособным и экологически безопасным. Глобальные проекты повышения электроэнергетической и термальной эффективности, уменьшения «до нуля» вредных выбросов при комплексной энерготехнологической переработке угля перерастают в геополитический
фактор, т.к. они направлены на преодоление глобальной зависимости стран от нефтяного дефицита и связанной с этим экономической и политической нестабильности.
Уголь - стратегически важный ресурс России, без эффективного и масштабного использования которого невозможно обеспечить достижение стратегических целей и выполнение задач долгосрочной энергетической политики государства, предусмотренных Энергетической стратегией России на период до 2020 г.
Однако в России наблюдается устойчивое снижение доли угля в топливно-энергетическом балансе. Это связано с неконкурентоспособностью угля по сравнению с природным газом, в том числе из-за ценовой диспропорции между ними. Сегодня природный газ в пересчете на условное топливо в 1,5 - 2,5 раза дешевле угля, что обусловлено высокими тарифами на железнодорожный транспорт угля, большими издержками добычи при относительно низкой производительности труда в отрасли и значительном износе основных фондов. При этом угледобывающие компании практически исчерпали лимит повышения цен. Дальнейшее повышение цен на уголь возможно только вслед за зарубежными европейскими и азиатскими угольными рынками.
В настоящее время в России происходит переосмысление роли и места угля в обеспечении энергетической и экономической безопасности государства [2]. Большие запасы угля являются стабилизирующим фактором защиты от возникновения возможных энергетических кризисов.
В 2005 г. было проанализировано современное состояние угольной промышленности Сибири после реструктуризации, перемены собственников, трансформации производственных структур, ввода новых предприятий и восстановления с модернизацией ряда шахт, закрытых в период реструктуризации. Установлено, что с 1994 по 2004 гг. количество шахт и разрезов сократилось с 394 до 216, нагрузка на очистной забой выросла с 513 до 1400 т\сут, производительность труда выросла с 63,7 до 138 т\мес, численность занятого в отрасли персонала уменьшилась с 819 до 295 тыс. чел., государственные дотации прекращены полностью с 2002 г. Добыча угля с 262 млн. т через падение в средине 90-х годов до 250 выросла до 283 млн. т. Экспорт угля вырос с 12 -14 до более 70 млн. т [3].
Негативными последствиями реструктуризации явились: оставление в недрах больших запасов угля на ряде закрытых шахт; потеря некоторых весьма ценных марок коксующихся углей; сокращение эффективных систем разработки и технологий для сложных горно-геологических условий; развал отраслевой науки, почти полная ликвидация цепочки «фундаментальные и поисковые исследования - НИР - ОКР - внедрение»; строительство большого количества мелких шахт и, особенно, разрезов; экологические нарушения земной поверхности, гидрогеологии; закрытие ряда технологически прогрессивных проектов - водоугольного топлива, гидродобычи, подземной газификации угля; сокращение угольного машиностроения и вытеснение отечественной техники импортной;
разлаженность системы подготовки кадров; продолжение и усиление техногенных катастроф.
Огромные запасы углей в России и анализ складывающейся конъюнктуры ископаемых видов топлива на мировых энергетических рынках и рынках нашей страны позволяют говорить о том, что в перспективе целесообразно более широкое вовлечение в топливно-энергетический баланс России угля, особенно на тепловых электростанциях.
В решении этой задачи ключевую роль могут сыграть угольные ресурсы Сибири. Уголь Сибири играет ведущую роль в углеснабжении потребителей России и его поставках на экспорт. В Сибири в 2005 г. добыто 241,2 млн.т угля или 80% добычи угля в стране (табл. 1).
Таблица 1. Добыча угля в России и в Сибири, млн. т/год
Регионы /Уголь Годы
1995 2000 2002 2003 2004 2005
Россия 262,8 258,4 269,5 256,0 283,0 299,9
Сибирь* 164,5 (63%) 192,8 (75%) 194 (72%) 222,2 (87%) 219,2 (78%) 241,2 (80%)
в том числе:
кузнецкий 92,9 113,6 127,4 143,5 154,6 166,3
канско-ачинский 30,6 40,1 32,8 37,9 32,8 36,5
* В скобках - доля Сибири в общероссийской добыче угля
Прирост потребления угля в Сибирском Федеральном округе предполагается обеспечить собственными углями: кузнецкими, канско-ачинскими и углями Восточной Сибири.
В Сибири сосредоточено 57% прогнозных ресурсов угля России и 79% разведанных балансовых запасов (табл. 2).
Таблица 2. Соотношение разведанных запасов и прогнозных ресурсов угля
Регионы Прогнозные ресурсы, млрд. т Разведанные балансовые запасы (категории А+В+С1), млрд. т Отношение запасов к ресурсам, %
Россия, всего 3928 (100%) 194,1 (100%) 4,5
Сибирь 2258 (57%) 154,3 (79%) 6,8
Обеспеченность запасами угля в Сибири при современном уровне его потребления составляет более 700 лет. Имеющиеся ресурсы угля позволяют обеспечить добычу угля в Сибири до 2 млн. т ежегодно.
Прогнозирование развития угольной промышленности Сибири
представляет сложную задачу. Это связано с тем, что уголь в настоящее время и в перспективе до 2030 г. будет замыкающим топливом в энергетическом балансе России. На развитие отрасли в этот период будут влиять множество факторов. Наряду с общеэкономическим развитием, определяющим
потребность в энергоносителях, большую неопределенность в развитие угольной промышленности привносят: объемы экспорта и импорта угля, масштабы развития конкурирующих отраслей - атомной и газовой промышленности, темпы развития технического прогресса в использовании угля, цены на энергоресурсы, экологические ограничения на использование угля и др.
Прогнозные объемы использования энергоносителей находятся в тесной взаимосвязи с темпами роста энергопотребления, ВВП и прогнозируемым уровнем энергосбережения и энергоэффективности. При принимаемых в сценариях топливно-энергетического баланса темпах роста объемов энергопотребления от 2 до 3,5 % в год и при ежегодном снижении энергоемкости экономики в диапазоне от 0 до 3,5 % общее количество потребляемых энергоносителей в 2020 г. может колебаться до двух раз. Т.е. потребное количество угля тесно привязано к техническому прогрессу и состоянию других отраслей экономики страны.
Вариант удвоения ВВП к 2013 г. относится к разряду оптимистичных и потребует увеличения энергопотребления еще на 5-10%.
Прогнозные сценарии изменения топливно-энергетического баланса Сибири показывают, что уголь будет преобладать в период до 2020 г. Прогноз добычи угля в Сибири в целом на период до 2020 г. может быть сведен к следующему:
- Согласно «оптимистическому» варианту в 2010 г. ожидается добыча 260-280 млн. т, в 2020 - до 500 млн. т угля;
- «Умеренный» вариант развития отрасли предполагает добычу в 2010 г. 260-280 млн. т, в 2020 - 370 млн. т угля.
В институтах СО РАН традиционно выполнялись работы по прогнозированию развития угольной промышленности и имеются соответствующие методические наработки [4], создана база данных и программный комплекс, предназначенные для исследования развития отрасли
[5].
С помощью этого инструментария и принятой гипотезы роста экономики и энергопотребления (табл. 3) выполнен прогноз развития энергетики России на период до 2030 г., который включает прогноз потребления (табл. 4) и производства (табл. 5) первичных энергоресурсов.
Показатели Годы
2000 2010 2020 2030
ВВП*, млрд. долл. 982 1700 3275 4850
Темпы роста ВВП относительно 2000 г, % 100 173 334 494
Среднегодовые темпы прироста ВВП, % 5,7 6,8 4,0
Население, млн. чел. 145 140 138 133
ВВП на душу населения, тыс. долл./чел. 6,8 12 24 36
Внутреннее потребление ПЭР, млн. т у.т./1000 долл. 870 1060 1250 1405
Среднегодовые темпы прироста ПЭР, % 2,0 1,7 1,2
Энергоемкость ВВП, т у.т./ 1000 долл. 0,88 0,62 0,38 0,29
Среднегодовые темпы снижения энергоемкости, % -3,4 -4,8 -2,7
Электропотребление, ТВт.ч 864 1035 1300 1600
Таблица 4. Прогноз потребления первичных энергоресурсов в России, млн. т
у.т.
Энергоресурсы Годы
2000 2005 2010 2020 2030
ВСЕГО 868 960 1052 1250 1405
в том числе:
Природный газ 455 495 534 593 622
Нефть 173 191 209 264 283
Уголь 159 172 185 220 266
Г идроэнергия 20 21 22 26 28
Атомная энергия 49 66 83 118 166
Возобновляемые энергоресурсы 1 4 7 20 30
Прочие 11 12 13 10 10
Таблица 5. Прогноз производства первичных энергоресурсов в России и
Сибири
Энергоресурсы / Регион Годы
2000 2004 2010 2020 2030
ВСЕГО 1380 1620 1785 1995 2110
в том числе: Сибирь 1070 1280 1390 1425 1450
из них:
- добыча нефти, млн. т 323,6 459 495 515 455
в том числе: Западная Сибирь 323,6 459 495 515 455
Восточная Сибирь 220 327 355 330 295
- добыча природного газа, млрд. м3 584 634 665 740 810
в том числе: Западная Сибирь 529 578 575 565 575
Восточная Сибирь 4 4 30 50 60
- добыча угля, млн. т 258 283 336 418 487
в том числе: Западная Сибирь 115 158 172 180 210
Восточная Сибирь 80,6 67 90 140 170
- гидроэнергия, млрд. кВт.ч. 165 177 190 200 230
в том числе: Западная Сибирь 93 98 110 117 125
- атомная энергия 129 143 185 300 430
При этом для угля предполагается незначительный рост его экспорта по сравнению с 2005 г. и постепенное сокращение импорта экибастузских углей (табл. 6).
Таблица 6. Баланс угля в России, млн. т у.т.
Показатели Годы
2000 2004 2010 2020 2030
Ресурсы 171 184 225 273 332
Импорт 14 14 12 9 -
Ресурсы к распределению 185 198 237 282 332
Экспорт 26 49 52 62 66
Внутреннее потребление 159 149 185 220 266
Для этих условий и прогнозируемых цен самофинансирования (табл. 7) по критерию минимума затрат у потребителей определены темпы и масштабы развития угледобычи в России (табл. 8) и Сибири (табл. 9).
Таблица 7. Прогноз динамики цен самофинансирования на региональных
рынках России долл./т у.т.*
Регионы, виды топлива Годы
2010 2020 2030
Европейский рынок:
западносибирский газ 40-50 49-58 58-66
уголь: кузнецкий 34-40 38-43 42-50
канско-ачинский 31-39 40-47 50-56
Сибирский рынок:
западносибирский газ 27-30 35-40 40-45
восточно-сибирский газ 27-32 30-50 30-50
уголь: кузнецкий 20-25 28-35 30-40
канско-ачинский 15-20 26-32 35-40
* расчеты авторов - без учета инфляции (в долларах 2000 г.)
Таблица 8. Прогноз добычи угля в России, млн. т
Уголь Годы
2010 2020 2030
Россия, всего 336 418 487
в том числе:
- Европейские регионы 36 42 45
из них:
печорский 21.5 31 35
подмосковный 0.6 0.5 -
донецкий 9 8 8
уральские месторождения 4.4 2.4 2
- Азиатские регионы 300 376 442
в том числе:
Западная Сибирь 172 180 210
из них:
кузнецкий 170 180 210
Восточная Сибирь 90 140 170
из них:
канско-ачинский 40 75 100
восточносибирский 50 65 70
Дальний Восток 38 56 62
Уголь Годы
2010 2020 2030
Всего 260 320 380
в том числе:
- кузнецкий 170 180 210
- канско-ачинский 40 75 100
-азейский 9 10 10
-тугнуйский 6 9 9
- читинский 12 12 14
- элегестский 4 12 12
- прочие 19 22 25
Для рассматриваемого сценария развития экономики и энергетики России необходимо увеличить добычу угля в Сибири с 241 млн.т. в 2005 г. до 380 млн. т в 2030 г.
Развитие угледобычи в Сибири предполагается в основном за счет развития угледобычи в Канско-Ачинском и Кузнецком бассейнах, освоения Никольского месторождения в Республике Бурятия, Элегестского месторождения в Республике Тыва, перспективных угольных месторождений в Иркутской области и Республике Хакасия.
Продукт угледобычи - сырой или даже обогащенный не в полном объеме уголь - при несовершенных, в большинстве случаев, способах его сжигания и переработки характеризуется неполным и не комплексным использованием; представляет неприемлемую по международным стандартам и, тем более в будущем, геоэкологическую опасность.
Поэтому необходимо обеспечить современный научно-технический и технологический уровни всех стадий разведки, добычи, переработки и использования угля. Только в этом случае уголь может заменить выбывающие источники других углеводородов и стать полноценной основой «угольной парадигмы» экономики[7,8].
В условиях возрастающей потребности в сырье для химической, металлургической и других отраслей промышленности все более актуальным становится комплексное использование угля с получением из него как тепловой энергии, так и ценных химических продуктов. Такая переработка позволит существенно расширить рынок сбыта продукции угледобывающей промышленности, улучшить экологическую обстановку, повысить доход от экспорта.
Метод комплексного использования угля путем комбинирования технологических процессов с энергетическими получил название энерготехнологической переработки угля. Наиболее отработанным здесь является путь газификации угля с получением синтез-газа и далее синтетического жидкого топлива. Процессы переработки угля - сжигание,
коксование, газификация, гидрогенизация, экстрагирование и т.д. дают массу продуктов. Это давно и эффективно работающая мировая отрасль промышленности, переживающая второе рождение на новой научной основе. Получение синтетического бензина и жидкого топлива из угля ранее ставилось первостепенной и даже единственной целью. Однако, сейчас упор делается на комплексность переработки.
Исторически уголь добывался как твердое топливо и сырье. По мере развития технологий метан угольных пластов и шахт становится самостоятельным или сопутствующим полезным ископаемым, а угольные месторождения - угольно-газовыми или газо-угольными.
Достигнутые в мире в этой области результаты говорят о начале кардинальных изменений в технологии традиционной угледобычи на газообильных угольных шахтах.
Возможные способы добычи метана из угольных месторождений и шахт:
- Добыча свободного метана из мелких залежей, газовых куполов (не связанная с горными работами);
- Опережающая добыча и дегазация угольных пластов на разрабатываемых шахтных полях;
- Дегазация из горных выработок;
- Извлечение метана из вентиляционной струи шахт (низкоконцентрированная, но несущая большой объем метана смесь);
- Извлечение метана из выработанных пространств (в т.ч. закрытых шахт).
Специфика извлечения низконапорного рассеянного метана из угольных пластов и шахт также требует специфических научных исследований по залеганию и газоотдаче газоносных пластов, методам воздействия на массив для активации и управления процессами, технике направленного бурения, химико-технологической очистке, подготовке и конверсии извлекаемого газа.
Геохимия редких и редкоземельных элементов в углях позволила обнаружить месторождения с высокими уровнями накопления урана, германия, платины, РЗ, тантала, ниобия, скандия, вольфрама, циркония, гафния, золота, серебра и других металлов.
Уголь и угольные золы могут обеспечивать до половины ежегодных потребностей в большинстве редких и редкоземельных элементов.
Рентабельность переработки будет зависеть от технологии и комплексности извлечения металлов из угля, а также от наличия, отсутствия или уровня запасов и добычи металлов из оригинальных месторождений и цен импорта и экспорта.
Особое значение, возможно, приобретет извлечение из угля урана в связи с катастрофическим истощением его природных месторождений.
Геохимический состав углей оказывает существенное влияние на ценность продукции, на экологию и здоровье населения. Элементы- примеси
могут либо повышать стоимость добываемого угля за счет неучитываемой сейчас металлоносности, либо понижать ее за счет токсичности содержащихся в угле токсичных металлов. Рано или поздно эти вопросы придется решать конкретно на каждом угледобывающем предприятии, при определении качества поставляемого угля, при экспорте.
Основные приоритеты, масштабы и пропорции развития угольной промышленности России на период 2020 г. определены Энергетической стратегией. Однако этот документ не позволяет принимать окончательные решения по развитию отрасли в регионах, так как требуется детализация и конкретизация решений, в частности, более детальный учет территориального фактора, а также технологических и геоэкологических ограничений на использование угля.
Уже в 2004 г., в Кузбассе достигнута добыча (и сбыт), превышающие планы Стратегии даже за пределами 2010 г. Региональная детализация Стратегии, анализ возможностей и намерений угледобывающих регионов и компаний показывают, что возможный объем добычи угля в Сибири (а это более 80% от российской) в 1,5-2 раза превышает заложенные в Стратегии планы. Регионы Сибири и Дальнего Востока (2/3 территории страны) используют преимущественно уголь, большей частью, добытый в этих же регионах. Обеспечение топливом и сырьем двукратного (и более) роста ВВП России под силу действующим угольным предприятиям Сибири. Они могут также принять на себя демпфирование недостатка нефти и газа, в частности, вследствие интенсивного экспорта последних; увеличить добычу угля для коксования; значительно увеличить экспорт угля; осуществить развертывание добычи метана угольных пластов и шахт. Энергетическая стратегия не планирует использование угля для глубокой переработки.
Помимо традиционных каменных и бурых углей, в Сибири имеются большие запасы сапропелитовых углей и углистых сланцев.
Проблема исследования сапропелитов поднимается рядом институтов СО РАН (интеграционный проект №100, 2003-2005 гг.) в связи с важностью поисков новых крупномасштабных источников и технологий получения синтетических углеводородов при глубокой переработке ископаемых углей, в частности, для производства из углей синтетического топлива, актуальность которого в мире нарастает из-за интенсивной выработки доступных запасов природной нефти. Сапропелиты могут оказаться более пригодными для эффективной химической переработки, чем другие разновидности угля.
Характерная особенность сапропелитов - высокое до 8-12% содержание водорода, высокий выход летучих веществ 50-60-90 %. По физическим свойствам, минеральному составу - это угли, по генезису они близки нефти.
В 30-х годах прошлого века в Кузбассе была заложена первая шахта по добыче сапропелита и вступил в строй углеперегонный завод. Несмотря на первые обнадеживающие результаты, технологические трудности не были преодолены. До начала Великой Отечественной войны не прекращались попытки получения жидкого топлива из угля (гидрогенизация угля, гидрирование пасты и смолы полукоксования, использование смеси
каменного угля и сапропелита. Закупка патента в Германии, поставки оборудования немецких заводов ИЖТ в 1946г. и т.д.).
Разновидностями сапропелитов являются барзасситы, богхеды, кеннели. При полукоксовании сапропелитов состав исходной смолы представляет собой смесь углеводородов различного строения, большинство из которых входит в состав моторных топлив. Использование сапропелитов как альтернативного сырья для получения компонентов экологически чистых моторных и реактивных топлив является весьма перспективным. Учитывая доступность месторождений сапропелитов и большие их ресурсы, можно прогнозировать, что на фоне высоких цен на нефть, получаемая из сапропелитов продукция, будет рентабельной уже в ближайшем будущем.
В некоторых условиях сапропелиты обеспечивают выход первичной смолы до 3-5 раз больше, чем из бурых и каменных углей. Сопоставимый выход смол дают прибалтийские сланцы, которые достаточно эффективно перерабатываются методом полукоксования. Но по сравнению со сланцами сапропелиты отличаются существенно более низкой зольностью.
Сапропелиты, так же как и родственные им донные озерные отложения и бурые угли, содержат комплекс биологически активных веществ. Основной биологически активный компонент - гуминовые кислоты. Препараты на основе гуминосодержащего сырья широко используются в различных отраслях.
Увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны необходимо для надежного обеспечения энергетики, промышленности и коммунального хозяйства достаточным ресурсом топлива, компенсации ожидаемого дефицита нефти и газа в связи с постепенным истощением богатых месторождений Западной Сибири, а также для высвобождения нефти и газа для выполнения внешних обязательств. Недостаточная в настоящее время конкурентоспособность угля по сравнению с нефтью и газом должна быть поднята за счет повышения эффективности добычи угля, безопасности, экологической чистоты и глубокой его переработки. Для этого необходима интенсификация перехода угольной промышленности к инновационным технологиям, которые могли бы обеспечить эффективную и безопасную добычу угля, эффективное и экологически чистое транспортирование, сжигание на тепловых электростанциях, глубокую переработку и получение новых видов продукции из угля. В некоторых районах Сибири необходимо освоение новых месторождений, добыча новых разновидностей углей.
К участию в решении названных проблем в интересах угольной промышленности и развития экономики Сибири необходимо привлечь научные и образовательные структуры Сибири, крупные предприятия горного, энергетического и химического машиностроения, используя возможности и формы, которые в настоящее время создаются в Сибири в ходе осуществления государственной политики развития инновационной деятельности.
На настоящем этапе необходимо обеспечить создание широкого комплексного научно - технического и научно - технологического заделов
для угольной промышленности, вписывая исследования и разработки в государственную научно - инновационную политику, ее структуру и создаваемые новые научно - инновационные формы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Milton Catelin. Coal - supply and demand by 2030. World Coal Institute, 2005.
2. Конторович А.Э., Кулешов В.В., Грицко Г.И. и др. Стратегия развития угольной промышленности России в первые десятилетия XXI века - Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003.
3. Кочетков В.Н., Рожков А.А. Социально-экономические последствия реструктуризации угольной отрасли России - М.: Изд-во ФГУП ЦНИЭИУголь, 2003, 480 с.
4. Санеев Б.Г., Соколов А.Д., Агафонов Г.В. и др. Методы и модели разработки региональных энергетических программ - Новосибирск: Наука, 2003. - 140 с.
5. Агафонов Г.В., Соколов А.Д., Такайшвили Л.Н. Модели и методы прогнозирования развития угольной промышленности // Системные исследования в энергетике / Под ред. Н.И. Воропая - Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 2000.
6. Грицко Г.И. Выступление. Проблемы развития российской энергетики. Материалы научной сессии президиума Сибирского отделения РАН - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005, 226 с.
7. Грицко Г.И. Нетрадиционные энерготехнологические ресурсы угольных месторождений Сибири. Материалы научной сессии Общего собрания СО РАН -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005.
© Г.И. Грицко, Б.Г. Санеев, А.Д. Соколов, 2006
