CC BY
17
УДК 502.174:631.84
ДИВЕРСИФИКАЦИЯ КАК ОСНОВА ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УГОЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
© 2014 г. В.В. Денисов, Н.Н. Ефимов, К.К. Популиди, С.А. Манжина, А.М. Васильев
Денисов Владимир Викторович - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Экология, технологии электрохимических производств и ресурсосбережения», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-53-35.
Ефимов Николай Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635) 25-52-18. E-mail: [email protected]
Популиди Константин Константинович - технический директор Ростовской ТЭЦ-2 ООО «ЛУКОЙЛ - Ростовэнер-го». Тел. (863) 222-33-03. E-mail: [email protected]
Манжина Светлана Александровна - канд. техн. наук, доцент, докторант, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. E-mail: [email protected]
Васильев Алексей Михайлович - канд. техн. наук, профессор, кафедра «Водоснабжение и водоотведение», Новочеркасская государственная мелиоративная академия.
Denisov Vladimir Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Ecology, Technology of Electrochemical Production And Resource Saving», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-53-35.
Efimov Nikolay Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Thermal power stations and heat engineering», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635) 25-52-18. E-mail: [email protected]
Populidi Konstantin Konstantinovich - technical Director of the Rostov TPP-2 LLC «LUKOIL - Rostovenergo». Ph. (863) 222-33-03. E-mail: [email protected]
Manzhina Svetlana Aleksandrovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, doctoral candidate, Novocherkassk State Meliorative Academy. E-mail: [email protected]
Vasiliev Aleksey Mikhailovich - Candidate of Technical Sciences, professor, department «Water supply and sanitation», Novocherkassk state meliorative Academy.
Даны социальные, экологические и экономические аспекты диверсификации предприятий угольной энергетики, рассмотрены всевозможные направления расширения ассортиментного состава продукции угольных ТЭС.
Ключевые слова: диверсификация; тепловая электростанция; угольная отрасль; обогащение угля; золоотвалы; экономические и экологические требования; углистый колчедан.
Given the social, environmental and economic aspects of the diversification of the enterprises of the coal industry, considered all sorts of directions of expansion of the assortment composition of products of coal power stations.
Keywords: diversification; thermal power plant; coal industry; improvement of coal ash dump; economic and environmental requirements; carbonaceous pyrite.
В недавно опубликованном ежегодном докладе Всемирного энергетического совета (ВЭС) сквозит тревога о перспективах добычи нефти и газа. Аналитики ВЭС считают, что всех разведанных запасов нефти в мире, исходя из их доступности, хватит на 56 лет, а газа - на 55 лет. А самому нефтяному рынку в его нынешнем виде отпущен еще меньший срок -22 года. Отмечается, что недобытой нефти осталось 223 млрд т, газа - 209 трлн м3, в то же время альтернативные источники энергии не так стремительно, как ожидалось, сменяют традиционные: их доля в производстве всей мировой электроэнергии тока не превышает 5 % [1]. Возможно, указанные прогнозы чрезмерно пессимистичны, но они, несомненно, отражают нарастающую озабоченность специалистов, бизнесменов и политиков новой ситуацией, складывающейся в мировом энергохозяйстве.
Россия является крупнейшим обладателем топливно-энергетических ресурсов: около 17 % нефти, 25 % газа, 15 % каменного угля от добываемых в мире [2, 3]. В то же время на фоне постоянного увеличения экспорта энергоресурсов (прежде всего газа и нефти) развитие отечественной промышленности сдерживается нехваткой электроэнергии, что обусловлено в первую очередь высокими тарифами на неё.
Обращает на себя внимание тот факт, что в энергобалансе США (как и в ряде других развитых стран мира) на протяжении многих лет возрастала доля угля (от 12,5 % в 1970 г. до 50 % к началу XXI в.), падала нефти (с 45 % до 3 %), заметно снижалась доля газа (с 35,6 % в 1970 г. до около 13 % к 2000 г.) [3].
Определённые коррективы в мировой энергетический расклад внесла так называемая «сланцевая революция», особенно успешная в тех же США. За
последние пять лет эта страна - в прошлом крупнейший импортер энергоносителей - сократила ввоз нефти на 15 %, а газа - на 32 % [4]. При этом, внедрив передовые технологии в добычу газа и нефти из сланцев, США догнали в 2012 г. Россию по добыче газа, а в 2014 г. стали первым производителем в мире. Между тем доля угля для внутреннего потребления снизилась незначительно: до ~ 40 %. Тем не менее на основании изучения закономерностей в потреблении энергоносителей, динамики их цены ряд экспертов прогнозируют, что за текущее десятилетие, к 2020 г., спрос по всей планете вырастет прежде всего на уголь (на четверть). Он превысит спрос на нефть, который за это время увеличится едва ли на 15 % [1].
В России иная тенденция: несмотря на гигантские запасы угля (срок обеспечения ~ 250 лет) за указанный срок произошло снижение его доли с 40 до 16 %, а доля газа повысилась с 22 до 46 %, нефти - тоже несколько увеличилась. И это при том, что запасы нефти в стране оцениваются на 45, а газа - 60 лет интенсивной добычи [3], которая к тому же неуклонно смещается в северные широты, делая энергоносители всё более дорогими. Как следствие, снижается их конкурентоспособность на мировом рынке, добавляются и сложно решаемые экологические проблемы. Что касается технологий извлечения нефти и газа из сланцев и битуминозных песков, а также возобновляемых источников энергии, в этих областях наша страна не занимает ведущих позиций.
Заявленная не так давно руководством России цель превратить страну в энергетическую сверхдержаву [5], иначе говоря, крупнейшего поставщика энергоресурсов нуждающимся в них и достаточно платежеспособным странам, открывает перспективу расстаться с нефтью и газом для крупномасштабного внутреннего потребления ещё быстрее. Успешно реализуются планы строительства гигантских нефте- и газопроводов для перекачки соответствующих энергоносителей на запад, восток и юг. По данным министерства экономического развития, доля топливно-энергетических товаров в нашем экспорте в январе -мае 2013 г. составила 71,3 % [1]. При этом внутренние цены на энергоносители стремительно приближаются к мировым.
В настоящее время главными потребителями газа в России являются тепловые электростанции (ТЭС) и котельные, сжигающие до 60 % газа, предназначенного для внутреннего потребления - не самое эффективное его использование. Другие развитые страны направляют на выработку электроэнергии лишь около 21 % от общего потребления газа, используя для этих целей в основном уголь, а газ применяют прежде всего для теплоснабжения населения и как сырьё в химической промышленности [6, 7].
Современная российская угольная отрасль - это 354 млн т добычи (2012 г.), 132 млн т экспорта, 165 тыс. рабочих мест и 500 тысяч - в смежных отраслях, около 54 млрд руб. налоговых и социальных отчисле-
ний. Принося в страну ежегодно 13 млрд дол. США, уголь остается, тем не менее, лишь пятым после нефти, нефтепродуктов, газа и чёрных металлов базовым экспортным продуктом [4].
В связи с вышеизложенным уместен вопрос: возможны ли возрождение угля (как в прошлом) наиболее значимого внутри страны энергоносителя и в то же время увеличение его экспортного потенциала? Поиск адекватного ответа актуализируется в связи с состоявшимся в 2012 г. вступлением России во Всемирную торговую организацию (ВТО). Многие специалисты полагают, что членство России в ВТО неизбежно приведёт к росту добычи и экспорта природного газа как наиболее экологически чистого (и потому востребованного на Западе) вида топлива. И это при том, что около 40 % населённых пунктов России вообще не газифицированы, а в газифицированных стоимость природного газа стремительно растёт, приближаясь к среднемировой. Между тем благодаря относительно низкой цене на уголь стоимость электроэнергии, например в Сибири, одна из самых дешёвых в мире - 1,9 руб. за кВт-ч, что более чем в полтора раза меньше, чем цена для конечного потребителя в Европе и даже на Урале. Уголь в этой же Сибири в 1,5 раза дешевле, чем газ, и стоит в пять раз меньше, чем мазут [1, 4].
Расширение и углубление участия России в международном экономическом сотрудничестве (при сохранении ориентации её экономики на экспорт топливно-энергетических ресурсов) поднимает на более высокий уровень проблему топливно-энергетической безопасности страны. Её надлежащее решение определяет в свою очередь перспективы экологически устойчивого развития экономики, при котором должно гарантироваться соблюдение прав будущих поколений на чистую, здоровую, благоприятную для жизни окружающую среду, на надлежащее качество жизни [8].
Принятая не так давно Энергетическая стратегия России до 2020 г. предусматривала возрастание доли угля в топливно-энергетическом балансе страны, для чего требуется заметное увеличение его добычи [5]. Впоследствии новейшая Энергетическая стратегия -2030 подтвердила значимость угля [9], а в последнее время появились и призывы сделать уголь чуть ли не основным топливом внутри России.
По-видимому, это не в последнюю очередь обусловлено существенным повышением стоимости добычи и транспортировки российских нефти и газа, а также в технологиях извлечения последних из сланцевых месторождений ряда стран. Вполне ожидаемо, что дальнейшее неизбежное продвижение нефте- и газодобычи на север, дорогостоящее освоение шельфа северных морей России в сочетании с интенсивным освоением западными (и не только) компаниями технологий извлечения и транспортировки сжиженного природного газа танкерами не делают перспективы отечественных газа и нефти радужными, по крайней мере в европейском направлении.
В то же время расширение добычи угля, особенно из глубоких горизонтов, ставит проблему вовлечения в топливно-энергетический баланс высокосернистых углей, сжигание которых увеличивает выбросы оксидов серы и других вредных веществ. Именно этим обстоятельством в своё время оправдывали необходимость массового перевода угольных ТЭС на природный газ. Угольная теплоэнергетика, действительно, относится к числу главных источников загрязнения окружающей среды (ОС): на её долю приходится до 25 % суммарных выбросов в атмосферу стационарных источников РФ [6, 10]. Во многих субъектах РФ предприятия теплоэнергетики остаются основными загрязнителями атмосферы. Так, их доля, например, в Ростовской области составляет 65,8 %, Смоленской - 63,2 %, Рязанской - 59,4 %, Тульской - 54,1 %, Ивановской - 50,8 %, а в Приморском крае 57,1 % [10]. Все указанные субъекты РФ являются территориями с напряженной экологической обстановкой.
В соответствии с существующим законодательством за выбросы (сбросы) вредных веществ предприятия-загрязнители обязаны платить. Так, базовый норматив платы за выброс 1 т диоксида серы SO2 составляет 21 руб. в пределах установленных ПДВ и 105 руб. за каждую тонну диоксида серы, превышающую этот показатель ([11], с уточнениями - постановление Правительства РФ от 01.07.2005 г. № 410). Поэтому на крупной ТЭС платежи только за выбросы SO2 могут составлять многие миллионы рублей.
К сказанному следует добавить и негативные последствия глобального загрязнения, обусловленного трансграничным переносом оксидов серы (кислые дожди и туманы, смог, закисление почв и водоёмов). Согласно расчётам, суммарный экологический ущерб от 1 т SO2, выброшенного в атмосферный воздух, оценивается почти в 300 дол. США [12].
Многое меняется, если перестать рассматривать уголь лишь как топливо. Ведь уголь содержит в своем составе много полезных для экономики веществ. Зола, образующаяся ежегодно при его сжигании, содержит больше металлов, чем их добывается из недр Земли; например, магния в 1,5 раза, молибдена - в 3 раза, урана и титана - в 10, алюминия, йода и кобальта - в 1,5, ртути - в 50 раз, ванадия, стронция, бериллия, циркония - в сотни раз, галлия и германия - в тысячу раз. По выбросу ряда неметаллов и металлов (мышьяк, уран, кобальт, кадмий) теплоэнергетика далеко опередила мировое производство этих стратегических материалов. В золоотвалах крупных ТЭС скопилось алюминия, например, не меньше, чем в некоторых разрабатываемых месторождениях. Тепловыми станциями страны, работающими на серосодержащем топливе, выбрасывается такое количество SO2, которое (в пересчете на серную кислоту) соизмеримо с её промышленным производством [8, 13]. Укажем при этом, что для обеспечения последнего сырьём добываются и перевозятся на большие расстояния миллионы тонн серосодержащих сырьевых материалов.
Поскольку основные экологические проблемы угольных ТЭС обусловлены тем, что содержащиеся в топливе примеси (в частности, сера) после его сжигания поступают в окисленной, наиболее опасной форме в природную среду, вывод очевиден: указанные примеси не должны в неё попадать в недопустимых количествах.
Возможное, причём оправданное в социально-экономическом и экологическом аспектах решение поставленной задачи может быть осуществлено, по нашему мнению, посредством частичной диверсификации угольной отрасли. Она должна быть основана на предварительном, глубоком извлечении ценных ингредиентов угля (в первую очередь серы), их переработке в социально-значимые продукты и последующем использовании «облагороженного» топлива по прямому назначению.
Под диверсификацией предприятия, входящего в эколого-экономическую систему региона, обычно понимается переход от односторонней, часто базирующейся лишь на производстве одного или нескольких продуктов производственной структуры к многопрофильному производству с широкой номенклатурой выпускаемой продукции [14]. В результате диверсифицированные предприятия в целом становятся более устойчивыми, конкурентоспособными по сравнению с узкоспециализированными, что особенно проявляется в условиях кризиса перепроизводства, благодаря диверсификации осуществляется процесс освоения новых видов продукции, более рациональное использование отходов, что позволяет повысить эффективность и устойчивость не только самого предприятия, но даже и региона, а также улучшить состояние окружающей среды.
Для успешного проведения диверсификации предприятий или их группы необходимо соблюдение отдельных экономических и экологических требований [15]. К экономическим можно отнести прежде всего инвестиционную привлекательность проекта, которая определяется наличием: 1) гарантированного постоянного спроса (внешнего и для собственных нужд) на новую продукцию; 2) доступных по цене, качеству и количеству сырьевых материалов и, особенно, энергии; 3) благоприятных условий для проведения диверсификации на самом предприятии (менеджмент, специалисты, территория, оборудование).
Главным экологическим требованием является следующее: диверсифицированное предприятие должно характеризоваться меньшим уровнем экологической опасности, нежели базовое. Следовательно, экологическая обстановка на предприятии и территории, где оно расположено, должна быть более благоприятной и иметь тенденцию к улучшению.
Социальная значимость планируемой диверсификации, очевидно, возрастет, если ее плоды будут доступны всем слоям населения, прежде всего местного, это, в частности, возможность повышения качества продуктов повседневного спроса, создание
дополнительных рабочих мест, что особенно важно для депрессивных в экономическом отношении регионов.
Вот одно из возможных направлений диверсификации углеэнергетики. Как известно, в процессе углеобогащения, когда доводятся до соответствующей кондиции многие миллионы тонн низкосортных, в том числе высокосернистых углей, образуются крупнотоннажные отходы - углистые колчеданы, - которые, наряду с прослойкой угля, содержат относительно большое количество пиритной серы. Указанные углистые колчеданы (УК) практически не утилизируются, создавая тем самым дорогостоящие проблемы хранения этих отходов, отчуждения значительных земельных угодий, ухудшения качества среды обитания.
Возможным решением задачи снижения экологической опасности угольных ТЭС и предприятий углеобогащения (в сочетании с повышением социально-экономической значимости) может быть, по нашему мнению, осуществление их сопряженной диверсификации. В ее рамках партнеры объединяют усилия по созданию приемлемых с экономических и экологических позиций технологий переработки УК в такие крупнотоннажные продукты, для которых имеется емкий и стабильный рынок сбыта, включая и внутренний.
В качестве указанных продуктов могут быть:
- серная кислота, удобрение сульфат аммония на ее основе, а также некоторые удобрения азотного ряда. Как известно, во многих сельскохозяйственных регионах, в том числе Ростовской области, Краснодарском и Ставропольском краях, имеет место существенная нехватка минеральных удобрений;
- водород - экологически чистый энергоноситель (в рамках угольно-водородной энергетики);
- пероксид водорода - экологически чистый окислитель, широко используемый в развитых странах для решения природоохранных задач, в частности очистки сточных вод и нейтрализации опасных веществ;
- гипохлорит натрия - эффективный дезинфек-тант для подготовки питьевой воды и нейтрализации вредных стоков. В настоящее время повсеместно предпринимаются усилия по замене экологически опасного сжиженного хлора на гипохлорит натрия;
- алюминийсодержащий полуфабрикат для получения алюминия.
Предприятия по выпуску таких продуктов являются энергозатратными, а, как известно, именно на тепловых электростанциях имеется избыток энергии, особенно вырабатываемой в ночное время.
Рассмотрим возможные положительные эффекты диверсификации предприятий региональной энергетики, основанной на извлечении серы из угля и последующей переработке ее в ценные продукты.
1. Угледобывающие предприятия (шахты):
- повышение устойчивости работы и сохранение рабочих мест;
- востребованность углей, даже содержащих повышенное количество серы, как потенциального сырья для производства ценных продуктов.
2. Предприятия углеобогащения:
- повышение конкурентоспособности обессеренного («облагороженного») угольного топлива за счет улучшения потребительских и экологических свойств; реальная возможность роста объемов его продаж, в том числе и на экспорт;
- оправданное улучшением качества повышение отпускной цены на облагороженное топливо;
- возможность обоснованного привлечения инвестиций для финансирования реализации проекта углеобогащения со стороны энергетического предприятия (ТЭС) на взаимовыгодной основе (закупка облагороженного топлива);
- создание дополнительных рабочих мест в депрессивных в экономическом отношении шахтерских районах;
- улучшение экологической обстановки на территории, прилегающей к предприятию углеобогащения, благодаря постепенной выработке отвалов с последующей передачей освобождаемых земель органам власти;
- снижение экологических платежей предприятия за размещение отходов углеобогащения;
- возможное партнерство и, соответственно, участие в разделе прибыли, получаемой при реализации продуктов переработки УК (серной кислоты, азотного удобрения и огарка, содержащего микроэлементы плодородия).
3. Угольные электростанции (например, Новочеркасская ГРЭС):
- возможность работы на облагороженном топливе и, как следствие, увеличение времени безаварийной работы котельного оборудования, снижение расхода условного топлива на производство электро- и теплоэнергии, некоторое снижение затрат на транспортировку топлива (из-за повышенной его калорийности);
- эффективное использование избыточной энергии (электрической и тепловой), особенно вырабатываемой в ночное время, что позволяет оптимизировать суточный график работы электростанции;
- снижение эксплуатационных затрат на золош-лакоулавливание, уменьшение арендной платы за использование земли под золоотвалы, оздоровление условий работы персонала;
- возможность использования продуктов, выпускаемых в рамках диверсификации, для собственных нужд (например, удобрений для подсобных хозяйств, реагентов для нейтрализации вредных выбросов, гипохлорита для борьбы с синезелеными водорослями);
- снижение экологических платежей за выбросы SO2 и N0* при улучшении одновременно экологической обстановки на предприятии;
- участие в разделе прибыли, получаемой при реализации продуктов диверсификации (кислота, удобрения, продукты переработки золы и др.);
- улучшение социального «имиджа» тепловых электростанций, которые будучи диверсифицированными, принимают реальное участие в решении проблемы обеспечения продовольственной безопасности страны, развитии экономики соответствующего региона, улучшении экологической обстановки как на территории самой ТЭС, так и за ее пределами.
В дальнейшем на базе шахты, углеобогатительной фабрики и угольной теплоэлектростанции возможно создание углеэнергохимического холдинга, одним из направлений деятельности которого станет извлечение из углей и золы не только серы, но и металлов стратегического назначения, например алюминия, ванадия и др. Соответствующие технологии, разработанные в нашей стране, в случае использования относительно дешевой (в рамках холдинга) электро- и тепловой энергии, обеспечат поставку на внешний и внутренний рынки вполне конкурентоспособной продукции.
На заседании Комиссии по вопросам стратегии развития топливно-энергетического комплекса и эко-безопасности, состоявшемся в Кузбассе 26.08.2013 г., президент России В.В. Путин, характеризуя задачи, стоящие перед угольной отраслью, заявил: «Мы должны думать о том, как её развивать, как обеспечить рабочие места, как сделать её более прибыльной и более конкурентоспособной» [4].
Результаты работы указанной Комиссии вселяют надежду: наша страна имеет ресурсы и возможности для того, чтобы стать одним из ключевых драйверов роста в угольном секторе планеты и упрочить позиции на мировом угольном рынке.
Широкое развитие углеобогащения, использование достижений углехимии и химической технологии, направленных на извлечение ряда ингредиентов из углей (каменных и бурых), открывают перспективы не только производства продуктов, востребованных различными отраслями экономики, но и делает реальным создание индустрии экологически более чистого энергоносителя - облагороженного угля. Обладая высоким экспортным потенциалом, такое топливо может быть востребовано и внутри страны, прежде всего на территориях с напряженной экологической обстановкой и высокой плотностью населения.
Поступила в редакцию
Литература
1. До чёрного дня // Рос. газета, 17.10.2013 г. № 233(6209); URL: www.rg.ru (дата обращения 10.11.2013).
2. Российский статистический ежегодник, 2006: стат. сб. / Госкомстат России: изд. офиц. М., 2007. 690 с.
3. Кононов А.Н. Роль ядерной энергии в энергосбережении страны в третьем тысячелетии // Проблемы управления качеством окружающей среды: докл. V междунар. науч.-практ. конф. М., 2001. С. 31 - 34.
4. Торжество угля еще впереди // Рос. газета, 2013. 26 сент. № 215(6191); URL: www.rg.ru (дата обращения 30.09.2013).
5. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. М., 2001.
6. Зыков В.М. О необходимости корректировки энергостратегии России // Энергия. 2005. №3. С. 2 - 9.
7. Алешинский Р.Е., Вагнер А.А., Говспевич Е.Р. [и др.] Анализ рынков энергетических углей для ТЭС РАО «ЕЭС России» в 1992 - 2003 гг. // Энергия. 2005. № 9. С. 5 - 7.
8. Экологические аспекты устойчивого развития теплоэнергетики России / под общ. ред. Р.И. Вяхирева. М., 2000. 311 с.
9. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. М.
10. Битюкова В.Р., Бурденко В.О., Урезченко В.М. Новые методы изучения ареалов атмосферного загрязнения предприятий теплоэнергетики (на примере Московской области) // Проблемы регион. экологии. 2004. № 4. С. 113 - 118.
11. О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления: постановление Правительства РФ № 344 от 12.06.2003 г. // Собр. законодательств РФ. 2003. № 12.
12. Васильев А.М., Денисова И.А., Манжина С.А., Денисов В.В. Диверсификация базовых предприятий энергетики в целях устойчивого развития АПК региона (на примере Ростовской области): монография / под ред. В.В. Гутенева. Новочеркасск, 2010. 291 с.
13. Котлер В.Р. Успехи и проблемы энергетиков США в области экологии // Электрические станции. 2002. № 12. 71 с.
14. Бортников Ю.А. Роль диверсификации в реструктуризации эколого-экономической системы региона // Проблемы региональной экологии. 2007. № 1. С. 41 - 44.
15. Денисова И.А., Гутенев В.В., Москаленко А.П. [и др.] Целесообразность диверсификации тепловых электростанций: экология и экономика // Экология урбанизированных территорий. 2006. № 3. С. 8 - 19.
4 декабря 2013 г.
