CC BY
9Экономические системы. 2022. Том 15, № 4 (59). С.165-175. Economic Systems. 2022;15(4(59)):165-175 .
Научная статья УДК 339.9
DOI 10.29030/2309-2076-2022-15-4-165-175
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗАБЛАГОВРЕМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАНА ИЗ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Тимофей Михайлович Мазурчук1Н, Максим Васильевич Черняев2
1 2 Российский университет дружбы народов, Москва, Россия
1 zexxel@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-6209-5055, SPIN-код 2393-4075
2 chernyaev-mv@rudn.ru, ORCID ID: 0000-0003-4638-5623, SPIN-код: 1500-2438
Аннотация. Одной из ключевых проблем угольной промышленности в современном мире является эффективная дегазация и устранение из угольных пластов метана и прочих примесей. Угледобывающие компании теряют значительные финансовые средства на восстановление работоспособности шахт и утилизацию газовых примесей. Между тем все больше экспертов обращаются именно к заблаговременной дегазации, которая позволяет избавиться от большей части природного газа еще до ввода месторождения в эксплуатацию.
Цель данной работы - выявить и проанализировать современные инструменты заблаговременной дегазации угольных шахт России с учетом санкционных ограничений на импорт иностранного оборудования, а также экономической нестабильности на международном энергетическом рынке.
В научной работе изучаются экономические аспекты утилизации метана при заблаговременной дегазации, предлагаются к применению в российских реалиях не только «стандартные» инструменты выброса в атмосферу и факельного сжигания, но также и использования получаемого сырья непосредственно на производстве при снижении переменных издержек, генерации тепло- и электроэнергии и с последующей транспортировкой до конечного потребителя.
Научной базой настоящего исследования стали российские и иностранные мнения и оценки экспертов отрасли, статистические данные компаний топливно-энергетического комплекса России, информация о патентах и импортозамещении иностранного оборудования в угольной промышленности, федеральные и региональные нормативно-правовые базы данных.
Ключевые слова: заблаговременная дегазация, угольная промышленность России, экономическая эффективность метана, разработка угольных пластов, топливно-энергетический комплекс, импортозамещение
© Мазурчук Т.М., Черняев М.В., 2022
Для цитирования: Мазурчук Т.М., Черняев М.В. Экономическая эффективность заблаговременного извлечения метана из угольных пластов в современных условиях // Экономические системы. 2022. Том 15, № 4 (59). С. 165-175. DOI 10.29030/2309-2076-2022-15-4-165-175.
Благодарность: статья подготовлена в рамках инициативной научно-исследовательской работы № 061611-0-000 на тему «Комплексное решение для повышения экономической эффективности угольной промышленности как условие укрепления энергетической безопасности России», выполняемой на базе кафедры национальной экономики экономического факультета РУДН.
Original article
ECONOMIC EFFICIENCY OF EARLY EXTRACTION OF METHANE FROM COAL SEAMS IN MODERN CONDITIONS
Timofey M. Mazurchuk1H, Maxim V. Chernyaev2
1 2 Peoples' Friendship University of Russia, Moscow, Russia
1 zexxel@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-6209-5055, SPIN-код 2393-4075
2 chernyaev-mv@rudn.ru, ORCID ID: 0000-0003-4638-5623, SPIN-код: 1500-2438
Abstract. One of the key problems of the coal industry in the modern world is the effective degassing and elimination of methane and other gaseous impurities from the developed seams. A high concentration of methane has a negative impact not only on the performance of the mine, but in case of significant excesses, it can lead to a stop in production. Coal mining companies are losing significant financial resources to restore the working capacity of mines and utilize gas impurities, meanwhile, more and more experts are turning to early degassing, which allows you to get rid of most of the natural gas even before the field is put into operation.
The purpose of this work is to identify and analyze modern tools for early degassing of coal mines in Russia, taking into account sanctions restrictions on the import of foreign equipment, as well as economic instability in the international energy market. Utilization of methane with early degassing is possible not only by "standard" methods of emission into the atmosphere and flaring, but also by direct use both in the production itself in the generation of heat and electricity, and with subsequent transportation to the end consumer. This method increases economic efficiency and allows to provide power supply to the developed field without connection to the central networks. Also, early degassing has a positive effect on safety and reduces the risk of accidents involving people.
The scientific basis of this study was Russian and foreign opinions and assessments of industry experts, statistical data of companies in the fuel and energy complex of Russia, information on patents and import substitution of foreign equipment in the coal industry, federal and regional regulatory databases.
Keywords: advance degassing, Russian coal industry, economic efficiency of methane, coal seam development, fuel and energy complex, import substitution
For citation: Mazurchuk T.M., Chernyaev M.V. Economic efficiency of early extraction of methane from coal seams in modern conditions. Economic Systems. 2022;15(4(59)):165-175. (In Russ.). DOI 10.29030/2309-2076-2022-15-4-165-175.
Acknowledgments: the article was prepared as part of the initiative research work No. 0611-0-000 on the topic «A comprehensive solution for improving the economic efficiency of the coal industry as a condition for strengthening Russia's energy security», carried out on the basis of the Department of National Economics of the Faculty of Economics of the RUDN.
Введение
В современном мире угольная промышленность конкурирует с более эффективными топливными аналогами, такими как: нефтепродукты, природный газ, атомная энергетика и альтернативная энергетика. Более того, появляются локальные энергетические установки, работающие на экспериментальных видах топлива. В связи с высокой конкуренцией угольная промышленность вынуждена максимизировать эффективность во всех аспектах своей деятельности для получения прибыли.
В России в 2021 г было добыто 438,4 млн т угля (6,2% от общемировой добычи). Российская угольная отрасль находится на 4-м месте по запасам бурового угля. В 2022 г. в российской угольной промышленности функционирует 171 угольное предприятие, в том числе 54 шахты и 117 разрезов. Потенциальная производственная мощность по добыче угля в 2022 г. составляет 523 млн т.
В мире уголь продолжает пользоваться спросом, особенно в индустриальных регионах и странах, где активно применяется для производства его коксующийся вид. Данный тип угля имеется на месторождениях России и экспортируется в Китай, США, ЕС, страны СНГ, Индию и многие другие страны [7].
Помимо добычи угля, идет активное извлечение попутного природного газа, который находится в большинстве пластов залежей. Метан как взрывоопасная и токсичная субстанция препятствует эффективному функционированию систем шахт, а также несет опасность для сотрудников и оборудования.
Дегазация шахт в отдельных регионах с высоким содержанием природного газа в месторождениях может занимать больше времени, чем активные периоды добычи угля, что является основным фактором экономических потерь для угледобывающей промышленности.
Именно поэтому эффективное и заблаговременное извлечение метана является важным инструментом повышения экономической эффективности функционирования всей угольной отрасли России, а последующее использование метана позволяет снизить издержки компаний на обслуживание месторождений.
Более того, многие страны останавливают производство угля именно из-за повышенной опасности для рабочего персонала и невозможности рациональными и рентабельными методами устранить появление метана и прочих взрывоопасных и токсичных смесей в рабочих помещениях зон добычи угля [11]. Поэтому все более актуальным становится выявление и использование эффективных инструментов дегазации угольных шахт.
Основная часть
Дегазация угольных шахт представляет собой совокупность мероприятий, направленных на безопасное и эффективное извлечение каменного угля без сопроводительных потоков метана и прочих газовых примесей, препятствующих безопасной работе шахты, а также создающих аварийные ситуации с приостановкой деятельности на месторождении угля. Также в рамках дегазации шахты возможно эффективное использование удаляемого из пластов природного газа путем преобразования его в тепло- и электроэнергию или осуществляя экспорт с месторождения. Работы по дегазации угольных пластов могут стать окупаемыми за счет утилизации газа.
Природный газ на участке исходит из следующих источников:
- разрабатываемый угольный пласт;
- сближенные пласты (не угольные);
- выработанное пространство как место концентрации газов.
Для того чтобы полнее рассмотреть проблему предварительной дегазации шахт России, необходимо обратиться к существующим методам удаления природного газа из угольных пластов, а также дать оценку их эффективности.
Перечислим традиционные методы дегазации угольных пластов, которые проводятся за 2-4 года до начала работ:
• бурение прямых скважин (выход газа без вспомогательного оборудования);
• проведение вакуумно-помповых работ;
• прокачка воды [6].
Методы, применяемые непосредственно перед началом работ:
- гидроразрыв пласта (в том числе мульти-ГРП);
- химико-технические работы;
- плазменно-импульсное воздействие.
Кроме дегазации на месторождениях проводятся:
1) отвод земель и очистка территории (15-20% затрат);
2) строительство подъездных путей (5-25% затрат);
3) бурение скважин (10-35% затрат);
4) строительство/развертывание рабочих площадей (12,5-28% затрат);
5) прокладка линий тепло- и энергопередач (5-12% затрат);
6) логистические работы (2-5% затрат) [2, с. 78].
Процесс дегазации угольных шахт в России/СССР начался активно осуществляться в 1950-е гг. и к 1980 г. достиг 216 млн куб. м в год. Увеличение объемов извлечения метана было вызвано применением новых способов дегазации. Первый массовый способ вакуумной откачки газа был применен в Кузнецком угольном бассейне. К 1985 г. более 213 шахт разрабатывались с учетом дегазации угольных пластов. Значительное сокращение использования методов дегазации было в 1990-х гг. из-за высокой стоимости данного метода и нежелания владельцев угольных месторождений инвестировать финансы в безопасность шахт, поэтому в 1990-е гг. было зафиксировано наибольшее количество случа-
ев аварий на шахтах. Между тем устранение их последствий являлось намного более затратным, чем проведение дегазации угольных пластов. В среднем затраты на устранение ущерба от аварии занимают 280-450% от стоимости дегазации шахты [9, с. 316].
Более того, если заблаговременная дегазация была проведена, то компания становится более устойчивой к колебаниям спроса и предложения на рынке и может нарастить в краткосрочном периоде производственные мощности, не останавливаясь для удаления газа и не повышая производственные риски. Так, китайская государственная угольная компания China Coal Energy с 2018 г. провела в Центральном регионе Йен-Чан (Yen-Ch'an) предварительную дегазацию 18 угольных месторождений, вводимых в эксплуатацию. В 2021 г. после восстановления производственных мощностей, работавших не в полную силу из-за пандемии коронавирусной инфекции, эта компания смогла за 1-й квартал 2021 г. увеличить производство в группе данных месторождений на 59,3% без повышения риска для сотрудников, что принесло компании свыше 3,2 млрд долл. США по итогам отчетного года.
В России дегазация активно проводится на угольных месторождениях, а с 2001 г. 82% новых угольных месторождений проходили процедуру дегазации при вводе в эксплуатацию. Однако большая часть угля добывается на местах угольных залежей, разработанных еще в СССР, когда данная процедура практически не проводилась из-за отсутствия технологий в то время. Поэтому основная проблема российской угольной отрасли заключается именно в приведении уже действующих угольных шахт к максимальным стандартам безопасности и эффективности [4].
Основной проблемой в дегазации эксперты называют высокие затраты на проведение подобных работ. Однако при внедрении новых методов (например, технологии плазменно-импульсного воздействия) появляются конкурентные преимущества в виде более низких расходов по сравнении с использованием традиционных методов.
На рис. 1 представлен расчет затрат на усредненное месторождения угля в России с применением метода гидроразрыва пласта (мульти-ГРП). Основные затраты приходятся на работы по проведению ГРП и использованию оборудования и энергии для прокачки водной смеси непосредственно в шахтные стволы с доведением до угольного пласта и создания системы трещин и разрывов.
Так, компания ООО «Газпром добыча Кузнецк» при разработке новых месторождений угля в Кузбассе с 2015 г. инвестировала свыше 10,8 млрд руб. в проекты заблаговременной дегазации методом многостадийного ГРП. При проведении схожей процедуры плазменно-импульсным воздействием потенциальная экономия составила бы свыше 7,65 млрд руб. Более подробно методика исчисления затрат при использовании процедуры плазменно-импульсного воздействия представлена на усредненном проекте (рис. 2).
Рис. 1. Расчетная стоимость дегазации угольного месторождения России с учетом методики гидроразрыва пласта в средних ценах на 2022 г., млн руб.
Источник: составлено авторами по данным [10].
Рис. 2. Расчетная стоимость дегазации угольного месторождения России с учетом методики плазменно-импульсного воздействия в средних ценах на 2022 г., долл. США
Источник: составлено авторами по данным [11].
Совокупная расчетная стоимость проекта дегазации одной угольной шахты методом плазменно-импульсного воздействия не превышает 7507 долл. США. Основной статьей затрат при использовании данного метода выступает буре-
ние дегазационных скважин, тогда как в методе ГРП - сама процедура, включающая сопроводительные затраты на пользование технологией и оборудованием.
Стоит учесть, что метод ГРП имеет множество спецификаций и особенностей разработки под каждое месторождение, что помогает оптимизировать расходы. Однако данный метод менее выгоден не только со стороны финансовых, но и временных затрат. Расчет проводимых работ для максимизации эффективности может занимать месяцы и сопровождаться трудностями в виде создания системы подключения и откачки воды, особенно в северных регионах России [7].
Заблаговременная дегазация шахты хоть и является эффективным экономическим инструментом, но эффективная утилизация метана может в значительной степени снизить издержки эксплуатации угольных месторождений. В современном мире высокая конкуренция между топливными и энергоресурсами вынуждает максимизировать добычу и использовать не только основное сырье, но и все попутные компоненты. Метан является эффективным ресурсом для генерации энергии, а также может заполнять искусственные и природные хранилища, в которые переоборудуют разработанные шахты, где производство приостановлено [8, с. 383].
«Классические» методы выброса метана в атмосферу и его сжигания являются неэкологичными и фактически означают упущенную выгоду. Использование метана может покрыть потребность шахт в тепло- и энергоснабжении или компенсировать часть затрат на дегазацию пластов.
В США более 11% добываемого метана приходится на дегазацию угольных месторождений. В Китае - 8,5%, однако объемы извлеченного там метана превышают показатель США практически в 2,5 раза. В России на получение метана с угольных месторождений приходилось в 2021 г. всего 1,8% со средним показателем эффективной утилизации в 35,8%. В 2001 г. этот показатель составлял лишь 7,3%.
На рис. 3 приводится динамика стоимости фьючерсных контрактов на каменный уголь с января 2020 г. с прогнозом до января 2023 г. С начала 2021 г. цена на природный уголь начала возрастать; это обусловлено восстановлением мировой промышленности после пандемии коронавирусной инфекции и ростом спроса на открытие новых промышленных мощностей. В 2022 г. произошло значительное увеличение стоимости угля из-за геополитических событий в Восточной Европе и ограничения его предложения из России (одного из крупнейших мировых поставщиков и первого по объемам экспорта в страны ЕС) [5, с. 92-93].
После введения санкционных ограничений на часть поставок угля из России в страны ЕС рынок каменного угля обозначился трендом на дефицит предложения и ростом цен на продукцию сопряженных отраслей, таких как нефтяная и газовая. Более того, добываемый попутный газ (преимущественно метан) также поднялся в стоимости от 83,5% на мировом рынке до 374,8% (в сентябре 2022 г. на рынке стран ЕС). Ожидаемый отопительный сезон (ноябрь - февраль 2022-2023 гг.) также обозначается прогнозами экспертов как наиболее дефицитный по предложению, благодаря чему цена на уголь может возрасти в пике до 568 долл./т.
Рис. 3. Фьючерсные контракты на каменный уголь с прогнозом на отопительный сезон 2022-2023 гг., долл./т
Источник: составлено авторами по данным [6].
В целом дегазация способствует решению следующих задач:
• снижение объемов выделяемого метана при проведении работ;
• снижение газообильности и обеспечение устойчивой работы шахт;
• снижение износа основных производственных фондов;
• обеспечение угольных месторождений тепло- и электроэнергией при преобразовании газа;
• компенсация финансовых потерь при утилизации газа из рабочих шахт [3].
В совокупности данный тренд создает наиболее благоприятные условия для
угольных компаний России и может обеспечить дополнительной прибылью даже поставщиков с низким качеством угля и низким спросом на мировом рынке. Созданная ситуация может сподвигнуть угольные компании активнее инвестировать в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по дегазации угольных пластов с целью не только повысить интенсивность добычи, но и создать дополнительные мощности по полезной утилизации метана, в том числе с экспортным потенциалом на мировой рынок [12, с. 173].
Заключение
Эффективное решение вопросов дегазации шахт как на этапе введения новых шахт, так и повторного очищения действующих месторождений может быть достигнуто в результате более строгого контроля государства за дегазационными работами и обязательствами угольных шахт по регулярной дегазации месторождений. Контроль уровня метана в шахтах должен стать наиболее важным
аспектом проверок со стороны государственных структур, так как именно заблаговременное избавление от причин возникновения аварий будет способствовать их тотальному устранению.
Следует шире использовать возможности различных государственных органов (Минэнерго, Ростехнадзора, МПР, Государственной Думы) еще на этапе технико-экономического обоснования, обязывать предприятия предусматривать выполнение регулярных дегазационных работ, а также осуществлять сбор и анализ соответствующей информации с учетом открытого распространения, что позволило бы передавать накопленные знания и технологии «угольным» предприятиям для последующего избежания рисков [1, с. 14-18].
Одной их ключевых затрат в процессе добычи угля является именно приостановка шахт для удаления накоплений природного газа. При утилизации его заблаговременно из слоев угля становится возможным практически беспрерывно совершать добычу и при необходимости максимизировать ее объемы в рамках угольного месторождения.
Более того, деловая репутация и отсутствие аварий на объекте повышают доверие к компании и не вынуждают останавливать деятельность для проверок в результате инцидентов или несчастных случаев. Активное внедрение проанализированного нового способа дегазации угольных пластов с применением плазменно-импульсного воздействия будет способствовать эффективности угольной промышленности России, развивающейся в непростых современных условиях [5, с. 94-96].
Важно также подчеркнуть, что альтернативные источники энергии доказали свою неэффективность в стабильной генерации большого объема энергии и тепла. Поэтому даже в странах ЕС пересмотрели углеродную повестку и возвращаются к традиционным видам топлива, в том числе и к расконсервации угольных шахт. В результате конкурентоспособный и дешевый российский уголь сможет получить большую долю на вновь растущем рынке.
Список источников
1. Экономика организаций топливно-энергетического комплекса : учебник / Ю.П. Ампи-лов [и др.]. М., 2020.
2. Жулева О.И., Дудина А. К вопросу о перспективах развития портов Северного морского пути: основные проблемы пути их решения // Управленческий учет. 2021. № 7-1. С. 75-80.
3. Заблаговременная дегазация угольных пластов как фактор повышения безопасности на шахтах Кузбасса. URL: https://mining-media.ru/ru/article/154-nauchne-stati/5-2019/15278-zablagovremennaya-degazatsiya-ugolnykh-plastov-kak-faktor-povysheniya-bezopasnosti-na-shakhtakh-kuzbassa (дата обращения: 20.09.2022).
4. История российского экономического кризиса 1998 года. URL: https://ria. ru/20130816/956675756.html (дата обращения: 20.09.2022).
5. Мазурчук Т.М. Обоснование социально-экономической эффективности разработки угольных месторождений арктического региона // Экономические системы. 2022. Т. 15, № 1. С. 90-98.
6. Министерство энергетики России. URL: https://minenergo.gov.ru (дата обращения: 20.09.2022).
7. Проблемы дегазации угольных шахт. URL: http://prom-nadzor.ru/content/problemy-degazacii-ugolnyh-shahthttp://prom-nadzor.ru/content/problemy-degazacii-ugolnyh-shaht (дата обращения: 20.09.2022).
8. ПучковЛ.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. М. : Изд-во МГГУ, 2002.
9 Методические основы проектирования дегазации на действующих и ликвидируемых шахтах : монография / В.С. Забурдяев [и др.]. М. : Институт горного дела им. А.А. Скочин-ского, 2002.
10. Статистика по углю в России // Федеральная служба государственной статистики. URL: https://rosstat.gov.ru (дата обращения: 20.09.2022).
11. Цены на угольные фьючерсы. URL: https://ru.tradingeconomics.com/commodity/coal (дата обращения: 20.09.2022).
12. Черняев М.В., Агеев Е.Н. Опыт зарубежных стран в применении инноваций в угольной промышленности // Экономические системы. 2020. Т. 13, № 1. С. 170-175.
References
1. Economics of fuel and energy complex organizations : textbook / Yu.P. Ampilov [et al.]. Moscow, 2020. (In Russ.).
2. Zhuleva O.I., Dudina A. To the question of prospects for the development of ports of the Northern Sea Route: the main problems of their solutions. Upravlencheskij uchet = Managerial accounting. 2021;(7-1):75-80. (In Russ.).
3. Advance degassing of coal seams as a factor in improving safety at Kuzbass mines. URL: https:// mining-media.ru/ru/article/154-nauchne-stati/5-2019/15278-zablagovremennaya-degazatsiya-ugolnykh-plastov-kak-faktor-povysheniya-bezopasnosti-na-shakhtakh-kuzbassa. (In Russ.).
4. The history of the Russian economic crisis of 1998. URL: https://ria.ru/20130816/956675756. html. (In Russ.).
5. Mazurchuk T.M. Justification of the socio-economic efficiency of the development of coal deposits in the Arctic region. Ekonomicheskie sistemy = Economic systems. 2022;15(1):90-98. (In Russ.).
6. Ministry of Energy of Russia. URL: https://minenergo.gov.ru. (In Russ.).
7. Problems of coal mine degassing. URL: http://prom-nadzor.ru/content/problemy-degazacii-ugolnyh-shahthttp://prom-nadzor.ru/content/problemy-degazacii-ugolnyh-shaht. (In Russ.).
8. Puchkov L.A., Slastunov S.V., Kolikov K.S. Extraction of methane from coal seams. Moscow : Publishing House of Moscow State University, 2002.
9. Methodological foundations of degassing design at existing and liquidated mines : monograph / V.S. Zaburdyaev [et al.]. Moscow : Institute of Mining named after A.A. Skochinsky, 2002. (In Russ.).
10. Coal statistics in Russia // Federal State Statistics Service. URL: https://rosstat.gov.ru. (In Russ.).
11. Coal futures prices. URL: https://ru.tradingeconomics.com/commodity/coal. (In Russ.).
12. Chernyaev M.V., Ageev E.N. Experience of foreign countries in the application of innovations in the coal industry. Ekonomicheskie sistemy = Economic systems. 2020;13(1):170-175. (In Russ.).
Информация об авторах
Т.М. Мазурчук - аспирант 3-го года обучения, 5.2.3 - региональная и отраслевая экономика, кафедра национальной экономики, экономический факультет РУДН; М.В. Черняев - кандидат экономических наук, доцент кафедры национальной экономики, советник декана по ВЭД, заместитель декана по очно-заочному и заочному отделению, экономический факультет РУДН.
Information about the authors
T.M. Mazurchuk - 3rd year Ph.D. student, S.2.3 - regional and sectoral economy, Department of national economy, faculty of economics, RUDN University;
M.V. Chernyaev - Ph.D. in economic sciences, Economics and National Economy Management, associate professor of the Department of national economy, dean's advisor for foreign economic activity, deputy dean for part-time and part-time departments, faculty of economics, RUDN University.
Статья поступила в редакцию 29.11.2022; одобрена после рецензирования 12.12.2022; принята к публикации 18.12.2022.
The article was submitted 29.11.2022; approved after reviewing 12.12.2022; accepted for publication 18.12.2022.
