CC BY
7
DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2019.11.4.75-79 УДК 622.038:622.02
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТИ АРКТИЧЕСКИХ РАЙОНОВ ЯКУТИИ НА ОСНОВЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ МЕСТНОЙ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ
В. И. Федоров
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, г. Якутск
Аннотация
Представлен анализ существующих схем добычи, логистики и потребления твердого топлива в арктической части Якутии, которые образуют уникальные по сложности управления технологические цепочки. При таких схемах существуют противоречия между угольными разрезами и потребителями, в частности, качество угля не полностью соответствует требованиям покупателей. Выявленные причины сложившейся ситуации приводят к необходимости более полного изучения этих вопросов. Удовлетворение потребностей в угле в большинстве отдаленных регионов возможно как использованием существующей дорогостоящей, сложной и ненадежной схемы, так и с новой предложенной схемой, которая основана на концепции создания новых локальных малых угольных разрезов вблизи потребителей. В статье описан комплекс геотехнических критериев и граничных условий, ориентируемых на малые угольные разрезы, на основе которых можно раскрыть ресурсосберегающие, технические и технологические возможности цепи, экономически приемлемые и экологически эффективные разработки угольных месторождений. В статье показано, что соответствие и оптимизация звеньев могут быть результатом немедленной горизонтальной и вертикальной интеграции небольших открытых разрезов в цепочке поставок угля потребителям. Разработка локальных месторождений является одним из направлений повышения энергетической безопасности труднодоступных северных районов Якутии и поддержки их экономического и социального развития. Ключевые слова:
малый угольный разрез, труднодоступные регионы, добыча полезных ископаемых, логистика, локальные угольные месторождения, геотехнология.
ENERGY SECURITY PROBLEMS IN THE ARCTIC AREAS OF YAKUTIA BASED ON POTENTIAL DEVELOPMENT OF THE LOCAL RAW MATERIAL BASE
V. I. Fedorov
N. V. Chersky Institute of Mining of the North of the SB of RAS, Yakutsk
Abstract
The analysis of the existing schemes of production, logistics and consumption of solid fuel in the Arctic part of Yakutia, which form unique technological complexity chains, is presented. With such schemes, there are contradictions between coal mines and consumers, in particular, the quality of coal does not fully meet the requirements of buyers. The identified reasons for this situation lead to the need for a more complete study of these issues. Solving the coal needs in most remote regions is possible both for the existing expensive, complex and unreliable scheme, and using the new proposed one, which is based on the concept of creating new local small coal mines near consumers. The article describes a set of geotechnical criteria and boundary conditions oriented towards small coal mines, on the basis of which it is possible to reveal resource-saving, technical and technological capabilities of the chain, economically acceptable and environmentally efficient development of coal deposits. The article shows that link matching and optimization can be the result of immediate horizontal and vertical integration of small open coal mines in the coal supply chain to consumers. The development of local deposits is one of the ways to increase the energy security in the remote Northern regions of Yakutia and support their economic and social development
Keywords:
small coal mine, hard-to-reach regions, mining, logistics, local coal deposits, geotechnology.
J
Введение
Уголь остается одним из основных видов топливо-энергетических ресурсов, используемых в жилищно-коммунальном хозяйстве труднодоступных арктических районов Якутии. На производство тепловой энергии в муниципальных котельных при слоевом способе сжигания применяется завозимый с других районов каменный уголь. Данная технология сжигания топлива может обеспечить полноту сгорания, эффективность и экологическую безопасность только при использовании угля, отвечающего предъявляемым к установленному оборудованию требованиям. Проведенные ранее анализы показали, что за последние пять лет работы в цепи поставок твердого топлива (рис. 1) произошло несколько крупных чрезвычайных ситуаций и сбоев отопительного сезона, при этом происходят ежегодные качественные и количественные потери угля и тепловой энергии. Добываемое топливо на угольных разрезах Якутии претерпевает ряд негативных качественных трансформаций при доставке его навалом в отдаленные энергоизолированные районы.
А
Рис. 1. Основные маршруты доставки угля в арктические районы Якутии Fig. 1. The main routes for the delivery of coal to the Arctic regions of Yakutia
Исследование
Чтобы удовлетворить потребности региона в угле, в центральной и полярной Якутии ведется его добыча на 6 разрезах. Мощность каждого из них находится в пределах 25-160 тыс. т в год (рис. 2), она ограничена общей минимальной емкостью локального рынка, оцениваемой в 0,91,2 млн т в год. Разрезы характеризуются ярко выраженной сезонностью потребления (зима), частым отсутствием круглогодичного транспортного обеспечения. Сроки доставки топлива доходят до 2,0-2,5 лет в полярные районы, стоимость угля на месте потребления до 4-5 раз выше, чем на месте его добычи. Предприятия сильно зависят от государственного заказа на уголь, который хотя и способствует преодолению кризиса неплатежей и повышению загруженности предприятий, но не дает необходимых финансовых ресурсов для их нормального функционирования.
Проблемы обеспечения энергобезопасности арктических районов Якутии...
2013 г. 2017 г.
Рис. 2. Добыча угля в центральных и северных районах Якутии, тыс. т Fig. 2. Coal mining in the Central and Northern regions of Yakutia, thousand tons
Возможности привлечь дополнительные инвестиции для малых предприятий в силу ряда причин ограничены. Вопросам повышения качества угля из-за ограниченного числа поставщиков уделяется мало внимания. Действующими в интересах добывающих предприятий нормативными документами предусмотрена поставка именно необогащенного угля. Для отгружаемых углей установлены только предельные значения размеров куска (0-300 мм), зольности Äd, % и общей влаги в рабочем состоянии топлива Wtr, %. В требованиях практически не учитываются
технологии сжигания топлива в котельных предприятий и бытовых печах. Максимальные сроки хранения угля после добычи определены в 6 (бурый) и 12 месяцев (каменный), что при сложной логистике значительно меньше фактических значений. Выходной контроль качества топлива часто осуществляется формально, входной контроль у потребителей, как правило, отсутствует. В гранулометрическом составе сжигаемого угля после многочисленных перевалок преобладают мелкие классы. Показатели зольности и теплоты сгорания отгружаемого угля варьируют от партии к партии. Фактическая средняя зольность угля может превышать предельно допустимый уровень. Не контролируется и ряд показателей качества (гранулометрический состав, теплота сгорания топлива на месте потребления; однородность по разным показателям во времени), важных для оценки эффективности сжигания углей в слоевых топках, особенно с ручным обслуживанием.
Анализ научно-технической литературы показывает, что относительно высокие теплотехнические показатели достигаются при сжигании угля с крупностью кусков, превышающих размер ячеек колосниковой решетки. При одной и той же потребности в тепле расход рядового и сортового угля на его получение сильно различается: 1 т условного топлива может быть замещена 4,34 и 2,65 т угля соответственно, то есть сортового топлива для получения одного и того же количества тепла требуется в количественном выражении в 1,6-1,7 раза меньше [1].
В результате выполненных на Алтае исследований установлено, что при разных уровнях нагрузки удельные расходы угля в котлах со слоевым типом сжигания увеличиваются на величину от 0,2 до 0,9 % пропорционально увеличению на 1 % содержания в угле мелких классов (менее 10 мм) [2]. Это имеет отношение и к новому применяемому оборудованию, и к эксплуатируемому длительное время [2]. Утилизация рядового угля с высоким содержанием мелких фракций вместо сортового ведет к снижению КПД котлов с 64-73 до 23-35 %, а перерасход угля составляет 50-100 %. Увеличение объемов добычи обходится в 3-10 раз дороже, чем повышение эффективности использования классифицированных, облагороженных углей [3].
Методика учета факторов
При разработке проектов и создании в труднодоступных районах Якутии микроразрезов по добыче угля целесообразно использовать синтезированные в единое целое основные технические, технологические и организационные подходы и решения. Часть из них апробирована горными предприятиями, работающими на Крайнем Севере. Представленный несколькими блоками комплекс ориентирует малые предприятия на ресурсосберегающее, экономически и экологически приемлемое освоение новых месторождений или их участков.
Блок 1. Выбор месторождения/участка для добычи угля открытым способом. Расстояние до потребителей или транспортных коммуникаций L ^ min, км. Мощность вскрышных работ — 0-20 м; коэффициент вскрыши K ~ 1-1,5 м3/т, с повышением до экономически приемлемого уровня. Геометрия участка — простая. Объем запасов для первоочередной отработки — 500-700 тыс. т и более. Глубина залегания H ^ min, м. Требуется доразведка и переоценка запасов участка.
Блок 2. Горные работы. Мощность разреза P — 20-100 тыс. т/год. Срок отработки — не менее 7-10 лет. Объем горно-капитальных работ — минимальный. Проектирование — унифицированные проекты с типовыми решениями. Параметры систем разработки — из типовых схем с учетом работы аналогичных разрезов. Рыхление пород — взрывное, угля — преимущественно механическое.
Блок 3. Оборудование. Дизельные, самоходные и максимально унифицированные гидравлические экскаваторы, погрузчики, бульдозеры, автосамосвалы. Электроснабжение — автономные дизельные электростанции. Техническое обслуживание, текущий и средний ремонт — собственные силы с плановая заменой крупными узлами.
Блок 4. Организация работ и управление. Интеграция участников цепочек поставок — вертикальная/горизонтальная, в т. ч. в составе локальных топливно-энергетических комплексов. Основной персонал — вахта. Привлечение местного населения — частичное, исходя из его квалификации. Система налогообложения — упрощенная с льготами на период строительства и выхода на проектную мощность. Геолого-маркшейдерское обеспечение, буровзрывные работы — аутсорсинг. Финансовое управление и учет — аутсорсинг или работа в составе вертикально-интегрированной компании. Режим работы — максимальное использование теплого времени года (II-III квартал).
Обсуждение результатов
Результатом реализации разработанных подходов может стать формирование новых цепочек поставок угля, например, на базе Краснореченского месторождения в бассейне р. Индигирка (рис. 3). Реализация проекта позволит исключить из цепочки поставки морского транспорта и несколько трудоемких перевалок угля, а также приведет к снижению потерь угля по количеству и качеству, а также и стоимости местного угля на месте потребления до 2-3 раз по сравнению с привозным. Значительно уменьшатся расстояния транспортирования (до 1500 км) и сроки доставки угля (с 2-2,5 лет до нескольких месяцев).
А ' В X/
' \ ч StP цц ^ S3? А , JTJ » EV \Х/ А Î-S г-iP> А
Рис. 3 Цепочка поставок угля с сортировочным комплексом и без использования морского транспорта Fig. 3 Coal supply chain with sorting complex and without the use of sea transport
Сложные цепочки добычи и транспортировки угля, выработки из него тепловой и электрической энергии в труднодоступных районах Якутии требуют совершенствования. Корректировка применяемых для оценки эффективности цепочек поставок критериев для согласования интересов всех сторон позволяет рассматривать их как единые системы
Проблемы обеспечения энергобезопасности арктических районов Якутии.
управления, в том числе качеством угля, где разрезы выступают базовыми элементами. Для повышения потребительских свойств угля предлагается организовать на добывающих предприятиях его дополнительную подготовку к длительной транспортировке и сжиганию. Мероприятия включают операции: картирование запасов по сортам; усреднение качества угля в потоках и на складах; сортировка топлива по классам крупности; использование мягкой тары для перевозки в самые отдаленные районы.
Выводы
Создание новых микроразрезов на месторождениях, находящихся максимально близко от мест потребления угля, необходимо осуществлять на основе синтезированных принципов и подходов, ориентирующих предприятия на ресурсосберегающее, технологически, экономически и экологически эффективное освоение недр, а цепочки поставок угля должны быть направлены на повышение энергетической безопасности труднодоступных районов Якутии. Для предприятий, которые добывают уголь в регионе, получение прибыли может не являться основной целью, необходимость их существования может иметь в большей степени социальное, чем коммерческое значение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маутина А. А., Шилкина О. О. Особенности использования углей Канско-Ачинского бассейна // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2002. № 1-2. С. 62-67. 2. Переясловский И. В., Степаненко С. А., Осокин С. Е. Выбор энергоэффективного угольного топлива. URL: http://www.energosovet.ru/stat828.html (дата обращения: 12.07.2016). 3. Жигуленкова А. И., Алексеева С. Н., Кекух Т. Ю. Рынки, цены и эффективность использования сортовых углей // ГИАБ. 2000. № 2.
Сведения об авторе
Федоров Владислав Игоревич — младший научный сотрудник Института горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН E-mail: [email protected]
Author Affiliation
Vladislav I. Fedorov — Junior Researcher of the N. V. Chersky Institute of Mining of the North ot the SB of RAS E-mail: [email protected]
Библиографическое описание статьи
Федоров, В. И. Проблемы обеспечения энергобезопасности арктических районов Якутии на основе потенциального освоения местной сырьевой базы / В. И. Федоров // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2019. — № 4 (11). — С. 75-79.
Reference
Fedorov Vladislav I. Energy Security Problems in the Arctic Areas of Yakutia Based on Potential Development of the Local Raw Material Base. Herald of the Kola Science Centre of RAS, 2019, vol. 4 (11), рp. 75-79. (In Russ.).
