CC BY
117
ЭКОНОМИКА И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
20 (161) - 2012
УДК 332.142.4
трансфер технологии глубокой переработки угля
В республике сАХА (ЯКУТИЯ)
с. Г. БАЯКИН,
кандидат технических наук, заместитель директора специального конструкторско-технологического бюро «Наука» E-mail: mitra53@mail. ru Красноярский научный центр сибирского отделения РАН
с. с. неустроев,
кандидат экономических наук, первый проректор по финансово-экономической и коммерческой деятельности северо-Восточного федерального университета имени М. К. Аммосова E-mail: uprstrateg@yandex. m
В. Н. БОРИсОВ,
главный специалист Инновационного технопарка Арктического инновационного центра E-mail: teryt@mail. ru
р. р. ноговицын,
доктор экономических наук, профессор, заведующий кафедрой менеджмента горно-геологической отрасли Финансово-экономического института E-mail: mggo04@mail. ru
северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова
В статье рассматриваются особенности внедрения технологии глубокой переработки бурого угля в Республике Саха (Якутия). Представленные расчеты позволяют выявить реальные преимущества новейшего подхода к использованию бурых углей. Раскрыто предложение современного способа решения проблемы энергоснабжения в системе жилищно-коммунального хозяйства, позволяющее влиять на снижение тарифов для населения.
34 -
Ключевые слова: трансфер технологии, экономическая эффективность, переработка бурого угля, рабочие места, мощность технологического комплекса, технологии «Термококс».
Одним из древнейших видов топлива, используемого человечеством, является уголь. Археологи считают, что уже на рубеже медного и раннего
бронзового веков люди стали пользоваться углем для выплавки меди из руды.
Попытки переработать уголь восходят еще к XVI в. В те времена на территории современной Европы во многих регионах уголь был главным видом бытового топлива. Однако тогда люди в основном использовали высокосернистые угли, сжигание которых сопровождалось выделением очень неприятного запаха. С течением времени люди опытным путем установили, что для того, чтобы избавиться от этого запаха, уголь надо предварительно сжигать без доступа воздуха. Они заметили также, что таким образом термообработанный уголь лучше горит и выделяет больше тепла. Таким образом, человечество постепенно вышло на промышленную переработку угля: коксование, газификация и др. Преуспели в этом деле в основном Германия и ЮАР. В СССР и в дальнейшем в России промышленная переработка угля проводилась, однако из-за доступности нефти и природного газа данная отрасль развивалась невысокими темпами.
Устойчивое развитие промышленности, сельского хозяйства, ЖКХ и социальной сферы России неразрывно связано с проблемой эффективных экологически чистых энергоисточников. Страна располагает огромными запасами пластов бурого угля. По предварительным расчетам для всей России этих запасов хватит на тысячи лет. Однако печальной реальностью является и другой факт: на существующих ГРЭС, ТЭЦ и котельных, где в качестве топлива сжигается уголь, преобладают устаревшие технологии прошлого века с низким КПД и высоким уровнем загрязнения окружающей среды [1, 2, 6].
На протяжении последних 20 лет усилиями группы красноярских ученых Сибирского федерального университета, Кольского научного центра СО РАН и компании «Сибтермо» разрабатываются и применяются уникальные технологии серии «Термококс», защищенные российскими и зарубежными патентами (22 патента). Технология основана на открытии феномена «обратной термической волны», который позволяет в процессе газификации бурого угля получить два продукта - это дорогостоящий металлургический кокс и горючий газ как источник энергии для ГРЭС, ТЭЦ и котельных с 20 %-ным содержанием водорода. Технологии позволяют достичь двукратный экономический эффект при снижении загрязняющих выбросов как минимум в 20 раз, при практическом отсутствии золы и шлаков [3-5].
Ряд технологических процессов доведен до опытно-промышленного и промышленного уровня, а именно:
1) котельная ЗАО «Карбоника-Ф». Мощность 9 Гкал/ч, 15 лет работает в Красноярске на угольном газе, производит и продает сорбент, при этом тепло в городскую сеть отдает практически бесплатно;
2) ОАО «Балахтинский хлеб». 4 года действует установка для сушки зерна на угольном газе. Удельные затраты на сушку 1 т зерна при сжигании дизтоплива - более 200 руб., газа из угля ~ 30 руб. Себестоимость 1 т товарного зерна при сушке угольным газом снижается на 90-170 руб. Указанная установка окупилась за один сезон;
3) в Монголии, в сентябре 2008 г. компанией «Tugrugnuuryn Energy» Co., Ltd. по технологии «Термококс» запущено производство чистых топливных брикетов. В июле 2010 г. заключен контракт на реконструкцию ТЭЦ-2 г. Улан-Батора по технологии «Термококс КС».
В качестве примера реального применения технологии «Термококс» в ЖКХ предлагается технологическая схема и краткое ТЭО энерготехнологического комплекса (ЭТК) для энергообеспечения автономного жилого поселка на 200 домов.
Основой комплекса является технология «Термококс», разработанная и запатентованная СКТБ «Наука» и ООО «Сибтермо», позволяющая из доступных бурых углей производить одновременно два дорогостоящих продукта - энергию и кокс при 20-кратном снижении атмосферных выбросов и при практическом отсутствии золошлаковых отходов. При этом тарифы для жителей на тепловую и электрическую энергию могут быть существенно снижены за счет реализации кокса.
Согласно технологической схеме ЭТК поступающий в газификатор уголь преобразуется в два продукта - синтез-газ и кокс (см. рисунок). Синтез-газ поступает в паровой котел и газопоршневой или паротурбинный энергоблок для производства тепловой и электрической энергии. Вырабатываемый кокс реализуется потребителям. Таким образом, достигается бинарный экономический эффект. В зависимости от принадлежности ЭТК тариф на тепловую и электрическую энергию может устанавливаться в индивидуальном порядке, а главное -может быть существенно снижен.
Исходные данные энерготехнологического комплекса. Ставки коммунальных платежей для
Принципиальная схема автономного снабжения электроэнергией, отоплением и горячего водоснабжения (ГВС) с помощью мини-ТЭЦ:
1 - газификатор; 2 - рубашка охлаждения; 3 - теплообменник для утилизации тепла продуктов сгорания; 4 - котел для производства пара; 5 - паротурбогенератор; 6 - теплообменник для конденсации пара; 7 - накопительная емкость горячей воды; 8 - накопительная емкость обратной воды; 9 - резервный (пиковый) дизель-генератор; 10 - объекты энергопотребления (коттеджи); 11 - пруд комплексного назначения (охладитель, пожарный, для полива, рыбной ловли, купания и т. д.)
жителей отдельного жилищного комплекса (поселка) принимаются на 50 % ниже существующих городских тарифов (табл. 1). Платежи за коммунальные услуги и реализацию кокса поступают эксплуатирующей ЭТК организации и суммируются.
Основной потребитель кузнечного кокса - кузнечные цеха металлургических заводов и предприятий металлообработки, а также небольшие частные кузницы. Общий объем потребления кузнечного кокса по Красноярскому краю ~ 18 000 т/год (к 1 500 т/мес.).
Характеристика автономного жилого поселка:
• количество домов в поселке - 200;
• средняя площадь дома - 150 м2;
• тепловая нагрузка на усредненный дом - 15 кВт;
• ГВС на один дом - 3 кВт;
• электрическая нагрузка на один дом - 15 кВт;
• тепловая нагрузка поселка: (15 + 3) 200 = 3 600 кВт = 3 Гкал/ч;
• электрическая нагрузка поселка: 15 х 200 х 0,14 = 420 кВт, где 0,14 - коэффициент одновременности для квартир повышенной комфортности при общем количестве квартир 200 и более. Экономические показатели автономного
жилого поселка:
• сумма коммунальных платежей по поселку: 200 домов х 3 250,25 руб. = 650 050 руб./мес.;
Таблица 1
Тарифные ставки и суммы платежей для поселка на 200 домов
№ п/п Вид коммунальной услуги Тариф Расход в мес. Сумма, руб. /мес.
Факт. План. Факт. План.
1 Электроэнергия, кВт-ч 1,48 (0,96*) 0,96 380* 406,40 364,80
2 Отопление, м2 20,50 10,25 150 3 075,00 1 537,50
3 Горячее водоснабжение, м3 56,70 28,35 15 850,50 425,25
4 Холодное водоснабжение, м3 10,70 5,35 24 256,80 128,40
5 Канализация, м3 7,40 3,60 39 288,60 144,30
6 Расходы управляющей компании (охрана, уборка мусора, территории, благоустройство поселка и т. д.) 1 300,00 650,00
Итого расходов на 1 дом... 6 177,30 3 250,25
* С учетом льгот (до 75 кВт/мес. на чел.)
• цена реализации кузнечного кокса - 7 000 руб./т;
• объем выпуска кузнечного кокса ЭТК - 500 т/мес.;
• выручка от продажи кокса - 3 500 000 руб./ мес.;
• общая выручка от продажи кокса одного ЭТК с реализацией электрической и тепловой энергии поселку - 4 150 050 руб./мес.;
• ежемесячные затраты на производство энергии с выпуском кузнечного кокса - 1 700 000 руб./ мес. для одного ЭТК;
• чистая прибыль одного ЭТК после уплаты налогов составит 18 000 тыс. руб./год;
• капитальные затраты - 61 270тыс. руб. (табл. 2);
• срок строительства - 6 мес.;
• срок окупаемости - 3,4 года;
• рентабельность проекта - 88,2 % (при 50 % снижении тарифов ЖКХ).
В настоящее время рынок сбыта кокса расширяется, а его цена растет. При объеме выпуска
кокса более 100 тыс. т/год потребителем кокса автоматически становятся предприятия черной и цветной металлургии. Таким образом, перспектива энергообеспечения коммунальных объектов с применением ЭТК на основе технологии «Термококс» с существенным снижением тарифов ЖКХ является очевидной.
Информация о данной технологии и возможности ее применения в масштабах теплоэнергетики Красноярского края, других регионов и страны в целом обсуждалась на различных уровнях, а именно:
• в марте-апреле 2010 г. на межрегиональном форуме партии «Единая Россия» «Развитие Сибири 2010-2012» в г. Красноярске и г. Новосибирске проект «Термококс» получил высшую экспертную оценку и включен в список партийных проектов;
• на выставке «Перспективы инновационного развития» в г. Красноярске глава «Роснано» А. Б. Чубайс заявил: «Если проект «Термококс»
Таблица 2
Капитальные затраты на строительство и запуск ЭТК для поселка в 200 домов средней площадью 150 м2 каждый
№ п/п Наименование Цена, тыс. руб. Количество Сумма, тыс. руб.
1 Газификатор мощностью 3,28 мВт 1 680 4 6 720
2 Площадка для обслуживания и обвязка 1 400 3 4 200
3 Парогенератор ПТМ-500 21 000 1 21 000
4 Дизель-генератор ВДМ-300 2 ст. автоматизацией 2 800 1 2 800
5 Паровой котел мощностью 4,5 т пара/ч 2 800 1 2 800
6 Помольно-смешивающий комплекс с аспирацией 3 290 1 3 290
7 Линия брикетирования 5 400 1 5 400
8 Универсальный фасовщик («Биг-бэги») 2 040 1 2 040
9 Тепловой пункт 5 600 1 5 600
10 Теплообменник для пруда-охладителя 840 1 840
11 Станция водоподготовки 1 400 1 1 400
12 Аккумуляторные емкости для холодной и горячей воды 840 2 1 680
13 Строительство здания мини-ТЭЦ 3 500 1 3 500
14 Итого по ЭТК... 61 270
докажет свою жизнеспособность, это будет прорыв мирового масштаба в области глубокой переработки угля»;
• на Международном научно-техническом конгрессе «Энергетика в глобальном мире», проходившем в Красноярске 16-18.06.2010, доклад «Технология Термококс» признан лучшим, отмечен почетным дипломом и памятным призом.
Следует отметить, что производство порошкового кокса на существующих угольно-энергетических мощностях позволяет эффективно развивать самое современное направление в мировой металлургии - прямое восстановление металла. Наблюдательный совет Красноярского краевого фонда науки в 2010 г. одобрил финансирование двух проектов по данному направлению, что уже привело к реальному результату в виде новой серийной конструкции газификатора для зерносушилок. На старте - проекты в области ЖКХ, металлургии и водородной энергетики.
Внедрение технологии «Термококс» в с. Ма-гарас Республики Саха (Якутия)1. Село Магарас Одунинского наслега входит в муниципальное образование «Горный улус». Улус граничит в западной части с Верхневилюйским улусом, в северо-восточной части с Кобяйским, в северо-западной - с Вилюйским, в юго-западной - с Олекминским, в южной - с Хангаласским, в восточной - с Якутским, в северо-восточной - с Намским улусами. Площадь территории - 45,6 тыс. км2, численность постоянного населения - 11 800 чел. Административный центр -с. Бердигестях, находящееся на высоте 230 м над уровнем моря.
Село Магарас Горного улуса идеально подходит для внедрения пилотного проекта с использованием технологии «Термококс» по следующим факторам:
• транспортная составляющая. Село наиболее близко расположено от Кангаласского месторождения бурых углей, которое имеет круглогодичное автотранспортное сообщение, а в перспективе данная дорога будет еще и асфальтирована;
• в настоящее время социальные объекты села отапливаются котельными, работающими на буром угле Кангаласского месторождения. При этом ежегодно сжигается 2 783 т бурого угля.
1 Данные для расчетов предоставлены управлением по экономике администрации МО «Горный улус».
38 -
Администрация организует транспортировку угля, цена которого на месте доставки составляет 1 480 руб. Таким образом, при внедрении энерготехнологического комплекса не возникнет необходимости организации транспортировки энергосырья в с. Магарас; другие альтернативные варианты организации обеспечения отопления села требуют больших финансовых затрат:
- при газификации с помощью газопровода только для прокладки труб от магистрального газопровода до села потребуется примерно 1 млрд руб.;
- при газификации села транспортируемым газом для оборудования сжатого газа и другого технологического оборудования потребуется свыше 90 млн руб.;
для внедрения пилотного проекта по технологии «Термококс» в с. Магарас Горного улуса потребуется всего 50 млн руб.; индивидуальные дома населения улуса отапливаются дровами. Из-за уменьшения лесных ресурсов практически ежегодно увеличивается расстояние заготовки дров, что приводит к удорожанию всего процесса. При существующем темпе распиловки леса через несколько лет местные жители будут вынуждены заготавливать дрова за десятки километров от населенных пунктов. Идет ликвидация трудно восстанавливаемых лесных ресурсов, что отрицательно влияет на экологическую ситуацию в улусе. При внедрении пилотного проекта по технологии «Термококс» населению улуса по равноценной дровам цене будет предложено отапливать свои дома адаптированным полукоксом, выпускаемым на энерготехнологическом комплексе вместо шлака-золы;
на экологическую ситуацию в селе также отрицательно влияют вредные выбросы котельных, просто сжигающих бурый уголь. Выбросы энерготехнологического комплекса в атмосферу благодаря более глубокой переработке бурого угля будут содержать примерно в десять раз меньше вредных веществ; котельные, просто сжигающие бурый уголь, используются только для отопления жилья, летом эти котельные практически простаивают. Внедряемый энерготехнологический комплекс будет работать круглый год. В летний сезон на комплексе будет выпускаться адаптиро-
ванный полукокс для продажи населению. А избыточную теплоэнергию, вырабатываемую энерготехнологическим комплексом, можно будет использовать для быстрой и качественной сушки пиломатериалов местного производства. Это даст мультипликативный эффект: в улусе возродится производство стройматериалов из леса и пиломатериалов для производства конкурентоспособной мебели из натурального дерева;
• при регулировании режима работы энерготехнологического комплекса на нем можно производить материалы сорбентов для фильтра питьевой воды. Этими сорбентами можно будет обеспечивать водоочистное сооружение, строительство которого намечено в улусном центре с. Бердигестях, а также сорбент можно будет реализовать населению улуса;
• электроэнергия, получаемая на энерготехнологическом комплексе, в силу ее получения в попутном режиме будет в 1,5 раза дешевле для реализации населению;
• откроются новые рабочие места в наслеге и в улусе. Наконец, местная администрация и население будут иметь возможность участвовать в хозяйственной деятельности по тепло- и электроснабжению наслега.
После успешной реализации пилотного проекта в с. Магарас начнется внедрение подобных энерготехнологических комплексов в наслегах северных улусов республики. Энерготехнологический комплекс, установленный в с. Магарас, станет своеобразным образцом-витриной. Для демонстрации комплекса целесообразно проведение республиканских и российских научно-практических конференций, совещаний.
Обеспеченность ряда северных улусов запасами бурых углей обусловливает высокую экономическую эффективность внедрения данных энерготехнологических комплексов, позволяющих вести когенерацию тепло- и электроэнергии. Резко сократятся бюджетные расходы на доставку топлива и ГСМ для северных ДЭС, обеспечивающих электроэнергией отдаленные улусы. Производство адаптированных полукоксов для отопления
индивидуальных домов северян, где практически отсутствуют лесные ресурсы, позволит значительно повысить их уровень жизни.
При финансировании НИОКР изучения бурых углей из пяти крупных месторождений республики для их дальнейшего использования в качестве энергосырья в энерготехнологических комплексах затраты на внедрение могут уменьшаться на 35 % от первоначальной стоимости.
Таким образом, трансфер в Республику Саха (Якутия) энерготехнологических комплексов, основанных на использовании технологии «Термококс», станет значительным шагом в инновационном развитии экономики региона.
Список литературы
1. Исламов С. Р. Экологические аспекты современных технологий энерготехнологической переработки угля / С. Р. Исламов, С. Г. Баякин, И. О. Михалев // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности. 2009. Т. 14. № 6. С.185-189.
2. Исламов С. Р. О новом решении проблемы энерготехнологического комбинирования на базе угольного энергетического котла // EuroHeat&Power Russia. 2009. № 11. С. 10-12.
3. Исламов С. Р. Энерготехнологическое использование угля на основе процесса слоевой газификации «ТЕРМОКОКС-С» / С. Р. Исламов, И. О. Михалев // Промышленная энергетика. 2009. № 10. С. 2-4.
4. Патент 2345116 РФ. МПК С10В 57/00, d0J 3.02 Способ получения кокса и синтез-газа при переработке угля / С. Р. Исламов, С. Г. Степанов, И. О. Михалев (РФ). № 2007131530. Заявлено 21.08.2007. Опубл. 27.01.2009. Бюл. 3.
5. Патент 2359006 РФ. МПК С10В 49/10 Способ переработки угля / С. Р. Исламов, С. Г. Степанов (РФ). № 2008117266. Заявлено 05.05.2008. Опубл. 20.06.2009. Бюл. 17.
6. Степанов С. Г. Экологически безопасная и безотходная угольная котельная / С. Г. Степанов, С. Г. Баякин, С. Р. Исламов // Безопасность и живучесть технических систем: мат-лы Всесоюзн. конф. Красноярск, 2009.
