CC BY
41
УДК 334.758.012.82 : 620.9-029:001.895
Д-Ю- Чумак МЕЖОТРАСЛЕВЫЕ ЭНЕРГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
КЛАСТЕРЫ КАК ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОСНОВА ДЛЯ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ
Аннотация. В статье рассматривается развитие ядерной энергетики и других производственных отраслей не по отдельности , а путем объединения потенциалов, кооперации, синергии отдельных подотраслей в так называемые энерго-технологические кластеры, где базой выступает ядерная энергетика малых мощностей в виде модульных и транспортабельных атомных станций. Выделены главные консолидационные процессы, которые могут занять место в инновационном развитии данных отраслей. Ключевые слова: энерго-технологический кластер, инновация, модульные атомные станции, транспортабельные атомные станции, консолидационные процессы.
Dmkry Ciiumak INTERBRANCH ENERGY TECHNOLOGY CLUSTERS
AS ORGANIZATIONAL AND ECONOMIC BASIS FOR INNOVATIVE DEVELOPMENT
Annotation. The article examines the development of nuclear power and other industrial sectors, not individually but by combining the potentials of cooperation, synergy for selected industries in the so-called energy-technology clusters, where the base acts nuclear power capacity in the form of small modular and transportable nuclear power plants. Highlighted major consolidation processes that can take place in the innovative development of these industries. Keywords: energy technology cluster, innovation, modular nuclear power plants, transportable nuclear power plants, consolidation processes.
В соответствии с принципом развития современной энергетике следует не только постоянно находиться в движении, но и находить новые способы движения - инновации в развитии. Многие отрасли народного хозяйства не могут идти вперед и прогрессивно развиваться, пока не будет определенного материально-технического и институционального фундамента, на котором можно будет совершать это развитие. В статье под таким фундаментальным аспектом подразумевается огромная, наукоемкая «система систем» - энергетическая отрасль, а также новые организационные формы межотраслевого взаимодействия. В социуме тепло-, электроэнергия является основополагающим элементом в экономическом прогрессе. В настоящее время много спорят о месте и роли энергетического сектора в нашей жизни: должна ли она быть отдельным, ни от кого не зависимым субъектом или быть частью целого хозяйственного механизма. Как правило, энергетика это «кровеносная система» всей экономики индустриального мира. Из этого можно сделать вывод, что развитие экономик начинается с энергетики. А значит роль развития эффективного энергетического сектора очень важна. Энергетика является основой производительного развития при ее адекватности и источником проблем при недостаточности. В статье развитие энергетики и других производственных отраслей рассмотрено не по отдельности, а путем объединения потенциалов, кооперации, синергии отдельных подотраслей в так называемые энерго-технологические кластеры.
На основе энергоисточника достаточной мощности и высокой стабильности создается некое технологическое производство полезной продукции. В случае его организации в развитом регионе технологическое производство, находясь в едином объединении с энергопроизводящим объектом, получает от него энергию гарантированно напрямую, минуя распределительные сети и тем самым сокращая себестоимость продукции. В случае размещения производства в удаленном или изолированном от централизованного энергоснабжения регионе такое объединение позволит на базе местных
© Чумак Д.Ю., 2014
ресурсов производить уникальную продукцию с высокой добавленной стоимостью, которая в данном месте не могла бы быть произведена иным способом, т.е. без стабильного энергообеспечения. Данный вариант размещения подразумевает единственный вариант энергоснабженя - с помощью АЭС малой мощности [2], проекты которых существуют и разрабатываются как в России, так и в других странах. Стабильность энергообеспечения кластера основывается на качествах инновационных ядерных энергоустановок именно малой мощности, способных работать без подзарядки топливом 10 и более лет [2].
Важно подчеркнуть, что экономические показатели и окупаемость такого кластера предпочтительно рассчитывать не по отдельности - энергия и продукция, а именно как единого мультипро-дуктового предприятия, что обусловлено автономным размещением в удаленных регионах. Такое объединение энергетики и технологий позволяет достичь эффекта синергии, когда эффективность одиночных технологий меньше, чем при их совместном функционировании. Такими технологическими основами кластеров могут стать: топливно-водородный, опреснение воды с безотходной переработкой солевых остатков в полезную продукцию [1], горно-обогатительные, металлургические комбинаты, производство морепродуктов или сельхозпродуктов в защищенном грунте, а также и многие другие энергоемкие производства, которые за счет наличия достаточного количества энергии могут производить не сырье, а продукты конечного передела с высокой добавленной стоимостью.
Развитие возможно двумя способами: эволюционное развитие или революционное развитие. Данный «синергетический кластерный» метод можно охарактеризовать как революционный способ, поскольку он дает огромный толчок, прорыв в развитии, особенно удаленных и труднодоступных районов. Однако он потребует нестандартных новых организационных решений.
Это связано с использованием инновационных проектов как самой атомной энергетики, так новых и оранизационно-экономических подходов. Инновация, нововведение (англ. innovation) - это внедренное новшество, обеспечивающее качественный рост эффективности процессов или продукции, востребованное рынком. Является конечным результатом интеллектуальной деятельности человека, его фантазии, творческого процесса, открытий, изобретений и рационализации. Примером инновации является выведение на рынок продукции (товаров и услуг) с новыми потребительскими свойствами или качественным повышением эффективности производственных систем [1].
В качестве инновационных проектов атомно-энергетической отрасли, применение которых перспективно в будущем с экономической и инвестиционной точки зрения, выделяется класс атомных станций малой мощности, или модульные атомные станции, а также транспортабельные и плавучие атомные станции малой мощности [5].
Помимо традиционного производства электрической энергии на АЭС предлагается организация энерго-технологического кластера с производством других видов продукции на основе использования атомной энергии, таких как:
- технологическая тепловая энергия (помимо теплоснабжения);
- опреснение воды;
- расширение ресурсной базы углеводородов.
В свою очередь, эти виды продукции можно использовать в различных направлениях. Например, тепловую энергию можно просто продавать как продукцию потребителям на различные технические нужды. Или возможно использование тепловой энергии для новой линии производства путем создания теплиц при электростанции для выращивания сельскохозяйственной продукции или для создания животноводческих ферм, хозяйств. Создание теплиц или ферм при электростанции будет давать дополнительный доход непосредственно от продукции, выпускаемой этими хозяйствами, минуя посреднические услуги передачи видов энергии.
Одним из масштабных «неэлектрических» применений атомной энергии может стать консолидация с добывающими и перерабатывающими отраслями нефти, газа и угля (УВС). Сотрудничество добывающих УВС отраслей и атомной энергетики может включать энергообеспечение:
- добычу, очистку, перекачку, сжижение и транспорт газа;
- интенсификацию добычи и переработку тяжелой нефти;
- сжижение и газификацию угля;
- экономию природного газа при паровой конверсии метана;
- масштабное производство водорода из воды;
- технологии интенсификации добычи и переработки углеводородного сырья.
Консолидация усилий атомной и нефтяной отраслей может дать ощутимый синергетический
эффект как на уровне всего топлевно-энергитического комплекса (ТЭК), так и в социально-экономических сферах. Атомная энергетика в общей стратегии ТЭК - это не альтернатива и не конкурент, а потенциал сохранения эффективности нефтегазового комплекса на долгие годы, способный повысить надежность и безопасность энергоснабжения.
Использование новых технологий и консолидации атомного сектора с ТЭК возможно путем создания так называемого развивающего кластера. Это дает возможность сохранения и увеличения доступных запасов ресурсов страны путем увеличения извлекаемости тяжелой нефти, что позволяет максимально использовать то или иное месторождение, а также экономию природного газа, расходуемого на собственные технологические нужды. Таким образом, атомная энергия становится «источником источника» энергии и других ресурсов [3].
Для России разработка месторождений тяжелых и вязких нефтей становится все более актуальной. Извлекаемость нефти в виде легких фракций в нашей стране составляет 30-35 %, поэтому при сокращении отдачи встает вопрос, или прекращения добычи и ликвидации созданной вокруг месторождения производственной, транспортной и социально-бытовой инфраструктуры, или о переходе на добычу оставшихся тяжелых фракций с помощью других методов. Как правило, при этом затраты на добычу возрастают в 3-4 раза [2].
Опреснение воды с помощью атомно-энергетических источников давно считается самым перспективным направлением неэлектрического применения атомной энергии. Согласно докладам «Global Water Intelligence» и по отчетам «BCC Research», нынешние объемы опресненной морской и солоноватой воды составляют примерно 80 млн м3 в сутки. Из них около 50 млн м3 в сутки добавились в 2010 г.
Размеры рынков опреснения и темпы их роста варьируются в различных регионах, но растущие проблемы из-за нехватки пресной воды значительно способствуют увеличению этих рынков. Объем рынка опреснительных систем возрос с 2,5 млрд долл. в 2000 г. до 30 млрд долл. в 2009 г., темп роста составил более 10 % в год. Мировой рынок опреснения к 2015 г. достигнет 50 млрд долл.
«Ядерное опреснение» - это производство из морской воды пресной на комплексе, в котором ядерный реактор является источником тепловой и/или электрической энергии, необходимой для осуществления процесса опреснения. Ядерный энергоопреснительный комплекс может быть предназначен только для получения пресной воды или для одновременного производства и отпуска внешним потребителям пресной воды и электроэнергии. В том и другом случаях реактор и опреснительная установка размещаются на общей площадке и для опреснения используется энергия, вырабатываемая ядерным реактором. На ядерном энергоопреснительном комплексе предусматривается также полное или частичное совместное использование ряда систем и оборудования, средств контроля и управления, эксплуатационного персонала, устройств забора и сброса морской воды [6]. Любой из способов опреснения воды требует определенных энергозатрат. В основном сейчас для энергообеспечения процессов обессоливания воды используются органические топлива с соответствующим вкладом их в
увеличение выбросов парниковых газов. Общие мировые мощности по опреснению составляют примерно 30 млн куб.м/сут на более чем 10 000 предприятиях. Половина из них располагается на Ближнем Востоке.
Реакторы малой и средней мощности наилучшим образом подходят для целей энергообеспечения обессоливания, особенно при когенерации электричества с использованием низкопотенциального пара из турбин и теплой морской воды из систем охлаждения конденсаторов. Наиболее предпочтительные производительности составляют 80-100 тыс. куб. м/сут и 200-500 тыс. куб. м/сут [3].
Расширение использования твердого топлива в первичном виде в силу целого ряда важнейших факторов (экономических, экологических, региональных и т.д.) становится затруднительным. Кроме того, различные отрасли промышленности в течение многих десятилетий развивались на применении газо-жидкостных топлив. Технически многие процессы в металлургической и химической промышленности, а также использование органического топлива в энергетике, на транспорте, в быту основывались на использовании газа, нефти и продуктов ее перегонки. Доля этих видов органического топлива в энергопотреблении, например, в США, России и ряде стран Европы, в среднем составляет около 60-70 %. Все это приводит к необходимости разрабатывать процессы превращения угля в более удобные для использования высококачественные виды топлива.
Физические основы процессов газификации угля разработаны еще в 20-30 гг. прошлого века, однако практическая их реализация в течение длительного времени сдерживалась наличием на рынках дешевых нефти и газа. В настоящее время во многих странах происходит возрождение и развитие этих работ. Цель процессов газификации - преобразовать твердое топливо, главным образом, уголь (бурый и каменный), включая также топливо с низким содержанием углерода (торф), в высококачественные сорта топлива (газовые смеси, моторное топливо и нефтехимическую продукцию).
Существуют два принципиально отличных друг от друга метода газификации, основанные на внутренней и внешней подаче тепла для обеспечения процесса превращения угля в газ. При внутреннем подводе тепла сжигание и газификация угля протекают в одном аппарате. Обеспечение процесса газификации осуществляется за счет сжигания части углерода топлива в газогенераторе (процессы Лурги, Винклера, Копперса-Тотцека и др.). При внешнем подводе тепла процесс бескислородной газификации протекает за счет восстановления Н20, С02, МеО и окисления углерода топлива. В этом случае тепло подается через систему встроенных теплообменников, подводящих энергию от постороннего источника, например камеры сгорания, работающей на твердом топливе, или ядерного реактора.
Опыт показал, что подвод дополнительного высокотемпературного тепла в реактивную зону газогенератора - ключевая проблема дальнейшего совершенствования технологии газификации угля. В этой связи в создании высокоинтенсивных процессов газификации угля с внешним источником тепла весьма перспективно использование для этой цели тепла ядерных реакторов.
Внешний источник тепла позволяет организовать паровую газификацию угля при температуре 900-1000°С для получения синтез-газа и Н2, потребность в которых различных отраслей промышленности уже в настоящее время полностью не удовлетворяется.
Газификация угля для получения синтетических жидких и газообразных продуктов различного назначения представляет собой перспективную область для применения тепла ядерного реактора, так как в процессе газификации угля с последующим производством Н2 более 50 % исходного топлива расходуется на энергетическое обеспечение реакции превращения угля в Н2. При получении синтетического жидкого топлива необходимы затраты тепловой энергии для гидрогенизации угля и переработки жидких продуктов.
В последние годы в связи с прогрессом в области практической реализации высокотемпературных газоохлаждаемых ядерных реакторов (ВТГР) в ряде стран ведутся исследования по использо-
ванию высокопотенциальной тепловой энергии этих реакторов для целей газификации бурых и каменных углей и сланцев. Этот способ позволяет сократить расход твердого топлива в 1,6 - 1,7 раза по сравнению с существующими методами, повышает эффективность производства, обеспечивает более низкую себестоимость конечного продукта, а также значительно улучшает экологическую обстановку.
В ВТГР благодаря применению инертного гелиевого теплоносителя и графита в качестве конструктивного материала активной зоны уже в настоящее время достижима температура на выходе 950°С. Этот уровень температуры является достаточным для эффективного проведения ряда процессов газификации. Потенциальные области применения ВТГР приведены на рисунке.
Рис. Потенциальный объем внедрения ВТГР в энергоемких производствах составляет приблизительно 25 %
При создании энерго-технологических кластеров рано или поздно возникнет проблема «взаимоотношений», точнее, вопрос, как будут протекать консолидационные процессы между предприятиями разных отраслей промышленности. Этот вопрос остро встает в случае объединения АЭС, например, с секторами топливно-энергетического комплекса, например нефтяной или угольной промышленностью [4]. Консолидационные процессы можно разделить на два вида:
- финансовое объединение;
- стратегическое объединение.
В контексте данной статьи имеется ввиду стратегическое объединение, одновременно включая и финансовое, где прибыль получают за счет долгосрочных системных факторов, то есть более рационального использования сырья и активов объединяемых компаний (в том числе и за счет снижения разнообразных издержек).
Объединение потенциалов различных технологий дает:
- эффект объединения взаимодополняющих ресурсов;
- снижение издержек (например, на добычу тяжелой нефти);
- снижение налоговых отчислений.
Производство электроэнергии на АЭС позволяет получить на выходе условно единичную доходность, в то время как обеспечение помимо выработки электричества добычи тяжелой нефти, а именно - генерация станцией технологического пара для закачки в пласт и другие подобные технологии позволит получить синергетический эффект. Но для этого предстоит проделать большую организационную работу. Для начала необходимо поступиться привычными лично-частными/корпоративно-отраслевыми интересами ради достижения в будущем подобного эффекта.
По нашему мнению, для того чтобы преодолеть подобные межотраслевые барьеры, не нужно заключать никаких соглашений о разделе продукции между предприятиями разных отраслей. Целесообразнее создать новую структуру или организацию, которая «акционерно» будет принадлежать старым предприятиям, при этом самостоятельно, независимо от них выполнять свою деятельность, привлекая новые кадры, обеспечивая занятость. Тем самым за счет создания целостной новой системы облегчается привлечение новых инвестиций путем выпуска акций создания акционерного капитала уже новой корпорации, а также увеличивается экономическая эффективность проекта.
Идейной основой подобных консолидационных процессов энергетики и промышленности является потенциальная исчерпаемость запасов углеводородного сырья, необходимость его экономии и возможность его широкого применения. По сравнению с той же нефтью уран же не используется нигде, кроме АЭС. Возможно, что данного типа синергетическое объединение будет самым крупным мегапроектом за всю историю развития энергетики. Подобные проекты, по мнению автора, и будут порождать новые экономические процессы и технологические кластеры в народном хозяйстве.
Библиографический список
1. О внесении изменений в Федеральный закон «О науке и государственной научно-технической политике»: Федеральный закон № 254-ФЗ от 21 июля 2011 г.
2. Алексеев П.П., Субботин С.А., Щепетина Т.Д. Добыча энергоносителей и консолидация традиционных и ядерной энерготехнологий // Энергия-экономика, техника, экология. - 2013. - № 10. - С. 7-13.
3. Ишеков А.Г. Комплексное исследование вопросов экономической эффективности и коммерциализации АЭС малой мощности / А.Г. Ишеков [и др.]. - (Препринт ИАЭ-6438/3).
4. Линник Ю.Н, Линник В.Ю. Оценка технического уровня добычи угля открытым способом // Горное оборудование и электромеханика. - 2013. - № 6. - С. 14-20.
5. Чумак Д.Ю. Применение модульных атомных станций малой и средней мощности как способ снижения рисков в атомной энергетике // Энергетик. - 2014 г. - № 1. - С. 35.
6. Introduction of Nuclear Desalination. A Guidbook, 99-2.
