CC BY
66
- © И.В. Петров, 2014
УДК 622:338.45
И.В. Петров
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ УГЛЕЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Определена степень влияния энергоэффективности на экономику России в сравнении с другими странами мира. Рассмотрены преимущества и недостатки использования угля как топлива. Рассмотрены проблемы эмиссии парниковых газов. Выявлены основные направления повышения энергоэффективности углеэнергетических технологий: Предложены подходы к поэтапной экологизации предприятий угольной промышленности и энергетики на основе энергосберегающих, природоохранных технологий и систем управления энергосбережением и снижением энергоемкости Ключевые слова: энергоэффективность, экономическая оценка, энергетика, экология, экономика природопользования, угольная промышленность.
Обеспечение экологической безопасности, энергосбережение и повышение эффективности использования природных ресурсов являются приоритетными направлениями экономической политики России и других стран.
В Российской Федерации в этой сфере сложилась не лучшая ситуация: энергоемкость внутреннего валового продукта (ВВП), при расчете по паритету покупательной способности валют, составляет 0,78 ту.т/1000 долл. США и превышает аналогичный среднемировой показатель в 2,3 раза, а в сравнение со странами ЕС — в 3,2 раза. Пессимист бы сказал, что это очень плохо. Оптимисты определяют, что наша страна обладает высоким потенциалом ресурсо- и энергосбережения, оцениваемым специалистами на уровне 39-47% существующего годового потребления энергии, 33% которого сосредоточено в топливно-энергетических отраслях, 32% — в промышленности, 26% — в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Нормативно правовые акты федерального уровня поставили цель снизить к 2020 г. энергоемкость ВВП не менее чем на 40% по срав-
180
нению с 2007 г. Для обеспечения достижения поставленной цели необходим целый ряд организационно-технических и экономических мер, направленных на стимулирование применения энергосберегающих и экологически чистых производственных технологий, реализацию проектов использования возобновляемых источников энергии.
Известно, что объем и эффективность использования энергии являются одними из основных не только экономических, но и социальных показателей, во многом определяющих уровень жизни людей. Эффективность использования энергии и природных ресурсов напрямую влияет на конкурентоспособность экономики, так как доля электроэнергии в структуре ВВП в развивающихся странах на порядок выше мировых и нередко превышает 50%, в то время как в развитых странах — около 5%, Россия находится в середине этого интервала. Таким образом, рост энергоэффективности является одной повышения конкурентоспособности страны. С другой стороны, энергосбережение позволяет снизить антропогенную нагрузку на все элементы биосферы и таким образом повысить уровень экологического благополучия жизни людей.
Повышение энергоэффективности приводит к снижению потребления энергетических ресурсов и потребности в добыче соответствующих топливных ресурсов недр, что позволяет снизить антропогенную нагрузку на климатическую систему. Обозначенный потенциал энергосбережения в РФ позволит сократить выбросы парниковых газов в промышленности — на 360 млн т СО2-экв., в ТЭК — немногим более 300 млн т СО2-экв., в ЖКХ — около 170 млн т СО2-экв.
Несмотря на интенсивное увеличение в энергетике доли газа и ядерной генерации, уголь играет важнейшую роль в топливном балансе многих стран мира, и становится неотъемлемым и все более важным фактором обеспечения международной энергетической безопасности. Не меньше энергетиков в угле нуждаются металлурги. Для современного мирового рынка характерен дефицит высококачественных коксующихся углей.
Однако уголь, как топливо, имеет существенные недостатки, главный из которых — огромный ущерб окружающей среде при добыче и использовании. Факторы, обусловливающие рост потребления угля в развитых и развивающихся странах, должны уравновешиваться растущими обязательствами, которые приняли многие страны, по
181
сокращению выбросов парниковых газов с целью смягчения последствий изменения климата.
Углеэнергетический сектор с точки зрения энергоэффективности и энергосбережения является приоритетным, так как в нем присутствует существенный ресурс перехода на экологически более чистые источники энергии и технологии. Установлено, что около 70% суммарного объема сокращений выбросов парниковых газов может быть осуществлено в энергетики.
Энергосбережение возможно осуществлять путем реализации правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на повышение эффективности использования энергетических ресурсов. В 2006 году Международное энергетическое агентство разработало специальный доклад «Перспективы энергетических технологий: Сценарии и стратегии развития до 2050 г.», в котором отмечено, что повышение эффективности использования энергии является самым дешевым, быстрым и экологичным способом решения проблем, связанных с нехваткой энергии. Повышение эффективности использования энергии снимает необходимость дополнительных инвестиций в энергетику.
Диверсификация источников энергии экономически и экологически оправдана, если эти источники будут сопоставимы по экономичности, безопасности для людей и окружающей среды, обладать высокой степенью взаимозаменяемости у конечного потребителя, а для этого необходимы технологии использования энергоресурсов, которые сделают их равноценными для потребителя и окружающей среды. Эта задача была реализована посредством разработки «экологически чистых» угольных технологий, совершенствования действующих ядерных реакторов, получения альтернативных видов моторного топлива.
Антропогенная эмиссии парниковых газов, которая с высокой долей вероятности может считаться основополагающим фактором изменений климата Земли, относится к одной из наиболее значимых экологических проблем современности. Российская Федерация, располагающая с одной стороны огромными ненарушенными территориями, в том числе и лесными, а с другой — существенным внутренним резервом ресурсо- и энергосбережения, составляющим около 45% годового энергопотребления, занимает выигрышное положение среди развитых стран по потенциалу снижения эмиссии парниковых
182
газов. Россия может реализовать этот ресурс как за счет повышения энергоэффективности производства, так и за счет возможности использования восстановительных способностей природной среды.
Рост эмиссии парниковых газов в РФ, обозначившийся с 2000 года, характеризуется темпами в несколько раз более низкими чем рост ВВП, что характерно для стран, уже прошедших первичную фазу технологического совершенства производства. Секторальный анализ удельного вклада отраслей промышленности в валовые выбросы парниковых газов показывает, что основной вклад (более 80%) в антропогенную эмиссии приходится на энергетику, основанную на сжигании ископаемого топлива.
Выбросы парниковых газов оказывают существенное влияние на все основные элементы системы «окружающая природная среда — общество», создавая разнообразные проблемы, влекущие за собой значительные прямые и косвенные экономические, экологические и социальные ущербы. Величина вероятного ущерба от последствий, которые подлежат экономической оценке, достигает 7,5% глобального ВВП, а материальные потери от экстремальных и опасных природных явлений погодно-климатического характера в Российской Федерации в среднем в год составляют не менее 0,5% ВВП, при этом на отдельных территориях этот показатель может составлять 4-5% регионального ВВП.
Российскими учеными выявлена достаточно высокая степень связи между величиной выбросов парниковых газов и уровнями различных рисков для здоровья населения от воздействия приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха. Доказано, что сокращение эмиссии парниковых газов приводит к уменьшению смертности населения в среднем на 30 дополнительных случаев в год на 100 тыс. человек при переходе на прогрессивные технологии сжигания угля.
Анализ представленных эколого-экономических и социальных последствий позволяет рассматривать потенциал снижения эмиссии парниковых газов как специфический комплексный эколого-эконо-мический ресурс, включающий в себя природную и техногенную составляющие. Освоение данного ресурса приводит к получению эколого-экономических выгод в различных подсистемах и зависит с одной стороны от возможностей производства по сокращению выбросов, а с другой — от восстановительной способности природной среды, поглощающей парниковые газы.
183
Особенно актуальна обозначенная проблема для углепромышленных регионов России. За последние десятилетие мировое потребление угля увеличилось практически на треть, что в два раза больше, чем рост потребления других энергоносителей. Аналогичная тенденция характерна и для Российской Федерации. Согласно генеральной схеме размещения энергетических объектов на период до 2020 года доля станций, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию на угле, возрастет до 31-38%, приблизившись к среднемировому значению. Однако, без инновационных технологий сжигания данного вида топлива, требующих значительных инвестиций, нагрузка на окружающую природную среду может существенно возрасти за счет климатической составляющей антропогенного воздействия, лишив угольное топливо высокой конкурентоспособности в энергетике.
Одно из наиболее важных обстоятельств заключается в том, что основная часть разведанных запасов угля России сосредоточена в регионах, обладающих существенными ненарушенными территориями, участвующих в восстановлении экологического баланса планеты и требующих адекватной экономической оценки, отсутствие которой в настоящее время негативно сказывается на качестве окружающей природной среды, усугубляя процесс ее разрушения.
На уровень антропогенной эмиссии парниковых газов углепромышленного региона влияет широкий круг самых разнообразных факторов, которые могут быть систематизированы по признакам управляемости и разделены на факторы регионального, отраслевого и локального уровней, а также по группам: природные, экономические и технологические. Анализ рассматриваемых факторов позволил выявить основные сферы их влияния:
• определяющие энергоемкость экономики региона (валовые экономические показатели, структура экономики, технико-технологическое совершенство производства);
• характеризующие процессы добычи и переработки угля (горногеологические условия залегания угольных пластов, их метанонос-ность, способ добычи полезного ископаемого и технологические параметры его сжигания, физико-химические характеристики угля);
• характеризующие возможность поглощения парниковых газов экологическими ресурсами территории (площадь лесов, их породно-возрастная структура, характеристика почв и болот).
184
Количественный анализ данных факторов необходим для эффективного управления потенциалом снижения эмиссии парниковых газов. При построении такой системы необходимо создание иерархической организационной структуры управления и распределения функций, обязанностей и ответственности между всеми ее уровнями. К ним относятся: федеральный, региональный и производственный уровень, на котором расположены предприятия по добыче, переработке и энергопотреблению угля.
В энергетике существует много серьезных проблем, на решение которых необходимо затратить огромное количество ресурсов. При этом важным критерием, особенно для электростанций работающих на угольном топливе, становится экологичность генерации, причем с учетом всех производственных стадий от добычи до утилизации отходов энергетики.
Повышение эффективности углеэнергетических систем — наиболее существенный фактор решения экологических проблем. В этой связи основными направлениями деятельности становится сокращение выбросов метана и углекислого газа. Достичь этого можно с помощью современных методов и технологий добычи и переработки угля, которые образуют целый комплекс программ, в совокупности позволяющий добиться максимальной эффективности, этот комплекс включает:
• технологичность добычи;
• дегазация и утилизация (энергопотребление) сопутствующего угледобыче метана;
• улучшение качества угля;
• повышение эффективности существующих электростанций;
• усовершенствованные методы сжигания;
• технологии с близким к нулю уровнем выбросов;
• улавливание выбрасываемых загрязняющих веществ, в т.ч. с утилизацией или использованием углекислого газа;
Внедрение экологически чистых технологий на стадии добычи и переработки угля, может значительно повысить эффективность производства и одновременно минимизировать энергозатраты и количество отходов. Современные технологии уже достаточно надежны и эффективны: например улавливание метана, поступающего в атмосферу, дает возможность использовать его в качестве топлива для выработки тепла и электроэнергии; подземная газификация угля
185
позволяет получать высокопродуктивное топливо, система замкнутого водоснабжения водоемких технологических процессов добычи угля дает высокую экологическую безопасность и эффективность, и т.д.
В тоже время, повышение эффективности функционирования действующих электростанций позволит до 20% сократить выбросы. Традиционные станции до критического давления достигают теплового КПД до 40%.. Произведя модернизацию и установку горелок с низким уровнем эмиссии на уже существующих предприятиях, можно в сжатые сроки с умеренными затратами повысить надежность и эффективность генерации. Вектор развития новых технологий направлен в сторону качественного совершенствования — увеличения КПД, мощности, эффективности за счет энергосбережения.
Исследования и разработки сверхкритических и ультрасверх-критических технологий позволили внедрять их в новые проекты, и сейчас они считаются основным направлением развития электроэнергетики. Угольная электростанция становится сверхкритической, если температура пара на выходе достигает 540-566 °С, а давление составляет 250 бар. Ультрасверхкритические установки определяются температурой пара на выходе, превышающей 590 °С, и давлением свыше 250 бар. Создание сверхкритических производств, позволяет повысить эффективность производства на 45-47% за счет низшей температуры сгорания, при этом повышается КПД и снижается эмиссия углекислого газа.
Сжигание угля в кипящем слое — это еще один из подходов к снижению выбросов в атмосферу. Высокотемпературная циркуляция кипящего слоя возможна для применения на мощных электростанциях, она позволяет повысить производительность котла на 50%, за счет интенсификации теплообмена в кипящем слое и установки дополнительных поверхностей. Эта технология позволяет при реконструкции практически полностью сохранить традиционные конструктивные решения по котлам, системе шлакозолоудаления и автоматике, что значительно снижает общие затраты на проведение работ.
Другие передовые технологии выработки электроэнергии из угольного топлива связаны с газификацией угля. Электростанции использующие комбинированный цикл комплексной газификации, вырабатывают электроэнергию используя топливный газ, выделившийся из угля. Такие предприятия по сравнению с традиционными электростанциями на пылевидном топливе производят меньше от-
186
ходов и выделяют меньше Н0х и Э02, обеспечивая повышенный уровень снижения эмиссии СО2, на единицу выработанной энергии.
Улавливание и хранение Со2 последняя задача, которая является основой чистой технологии добычи и переработки угля. После подписания Киотского протокола внимание переместилось с контроля выбросов твердых частиц: серы, ртути, смога, на решение выше поставленной задачи. Акцент был перенесен на технологии с близким к нулю уровнем выбросов, целью которых является декарбонизация угля. Уже разработаны, по меньшей мере, три основных подхода к улавливанию СО2 для применения на электростанциях.
1. Системы улавливания после сжигания. СО2 отделяют при помощи адсорбции. Для отделения используются жидкие растворители.
2. Системы улавливания до сжигания. Первичное топливо подвергают обработке в реакторе или установке для газификации угля и производят синтез-газ, который потом преобразовывается и делится на два газовых потока — СО2 для хранения и водород, который может использоваться в качестве топлива для газовой турбины, моторного топлива или как горно-химическое сырье.
3. Системы сжигания угля в чистом кислороде с последующей очисткой дымовых газов и утилизацией углекислого газа. Позволяют получать электроэнергию при минимальных выбросах загрязняющих веществ, при этом достигая высокого КПД. Суть метода состоит в том, что из воздуха выделяется кислород, который смешивается с угольной пылью и сжигается. При сжигании угля в чистом кислороде (а не в воздухе) в дымовых газах отсутствуют опасные соединения азота №0х). После нескольких ступеней очистки в дымовых газах остается лишь углекислый газ. Он сжимается в компрессоре в 500 раз и закачивается в емкость для транспортировки к месту подземного захоронения. Строительство электростанции с применением этой технологии уже запланировано в Германии.
Но, следует отметить, что эти технологии энергоемки и, следовательно, снижают энергоэффективность угольной генерации. Одним единственным решением нельзя разрешить проблему, требуется целый комплекс мер по сокращению негативного воздействия на окружающую среду. Поэтому необходимо предусматривать параллельное развитие технологий, включая рост энергоэффективности, улавливание, транспортировку и хранение.
Проведя анализ, можно выделить основные подходы к поэтапной экологизации предприятий угольной промышленности и энергетики
187
на основе энергосберегающих, природоохранных технологий и систем управления энергосбережением и снижением энергоемкости.
• модернизация углеэнергетических объектов.
• максимальная выработка собственных энергоресурсов путем внедрения автономных источников энергии;
• максимально возможная утилизацию вторичных энергоресурсов;
• реализация мероприятий, обеспечивающих сокращение энергетических затрат;
• внедрение энергосберегающих технологий;
• создание АСУ энергосберегающих комплексов;
• развитие энергоаудита;
Безусловно, выбор одной, оптимальной схемы развития углеэнер-гетического комплекса, будет не всегда максимально эффективен на конкретном предприятии, в первую очередь в силу различных финансовых возможностей предприятий, рентабельности технологии в каждом конкретном случае, основных критериев оценки по выбору метода, и.т.д. Но зная типичную обстановку в угольной энергетике России можно выделить базовый вариант по повышению эффективности генерации. В первую очередь — это обновление (модернизация) оборудования электростанций, а также улучшения качества угля. Такой подход, в комплексе, позволит добиться:
• повышения теплового КПД на 45-50%;
• увеличения производительности электроэнергии на 45-48%;
• сокращения выбросов СО2 на 27-30%;
• сокращения выбросов загрязняющих вредных веществ на 35-40%;
• повышение надежности обслуживания;
• расширение диапазона использование типов углей;
Россия за счет энергоэффективных технологий может ежегодно экономить до 33% неиспользуемой энергии, сократить объем добычи и амортизацию основных производственных фондов, эмиссию углекислого газа и негативное воздействие на окружающую природную среду, тем самым увеличив конкурентоспособность угольной промышленности. Для реализации этого потенциала необходимы существенные инвестиции, которые возможны только при минимальных рисках. Именно здесь и требуется поддержка государства, которое должно служить гарантом при реализации на
188
рынке конечного продукта — тепла и электроэнергии, тем более, что повышение энергоэффективности будет способствовать снижению энергоемкости Российской экономики и позволит:
• повысить конкурентоспособность промышленного производства, так как энергозатраты являются ключевыми в металлургической, цементной, химической промышленности и машиностроении;
• увеличить доходы от экспорта, за счет уменьшения себестоимости и повышения экологичности экспортируемой продукции;
• улучшить экологическую обстановку в регионах. Предлагаемый подход является основой для создания экономического механизма обеспечения роста энергоэффективности угольной энергетики. Его задача заключается в выявлении функциональных связей и взаимозависимостей между наиболее важными компонентами и субъектами углеэнергетической системы, установлении полноценных экономических отношений между владельцами и пользователями ресурсами, создании структуры управления территориальным потенциалом, обеспечивающей эффективное развитие производства и сохранность окружающей среды.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михайлов С.Ю., Петров И.В. Экономико-математическая модель оценки мероприятий по снижению выбросов парниковых газов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2009. — Т. 6. — С. 310-313.
2. Коробова О.С. Потенциал снижения парниковых газов как эколого-эко-номический ресурс // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. — № 4 — С. 152-158.
3. Экология: природные и техногенные ресурсы: Учебник / Под ред.
A.В. Корчака, В.А. Харченко. — М.: Студент, 2011. — 343 с.
4. Экология: природа и общество — вопросы регулирования / Под ред.
B.Г. Гридина. — М.: Студент, 2011. — 255 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Петров Иван Васильевич — доктор экономических наук, профессор, проректор, Московский государственный горный университет, [email protected]
189
