Объединенный симпозиум
Энергетика Сибири: оптимизация структуры В.И.Суслов, В.И.Федосеев, Р.Г.Хлебопрос Институт экономики и организации промышленного производства СО РАН
Сибирский университет Путей Сообщения
Сибирский федеральный университет
Новосибирск – Иркутск – август 2010
1. В настоящее время энергетический баланс страны или большого региона может включать топливно- (уголь, нефть, газ, торф), атомно- и гидроэнергетические компоненты. Устойчивость энергосистемы возрастает, когда эти компоненты представлены в соразмерных пропорциях. Эти компоненты, в свою очередь должны быть представлены крупными, средними и мелкими элементами, также в соразмерных пропорциях. При этом в любой период времени в любой части отраслей должны доминировать новые и новейшие технологии. Современное состояние энергетики в Сибири резко не соответствует этим условиям. Следует адекватно оценивать и оптимизировать в экономическом, социальном, экологическом и техническом аспектах, необходимые затраты на развитие энергетики, в том числе атомной, перевод тепловой энергетики на новейшие технологии и повышение устойчивости и безопасности (при тех же объемах) гидроэнергетики, при этом увеличив долю средних и мелких предприятий во всех этих отраслях.
Производство энергетических ресурсов в мире в 1900-2020 гг. (в России в 1990-2020 гг.)*( |_ - СФО*) Источники энергии
1900
1990
2000
2010
2020
Всего в мире т у.т., разы, (%)
1
11 (100)
11.5 (78*)
14 (89)
18 (102)
100
100
100
100
100
- уголь
56
29 (14)
31 (11)
33 (13|75)
35 (15)
33 (16|50)
- нефть
2
40 (39)
35 (31*)
28 (28|7)
20 (27)
28 (22|17)
- газ
1
22 (41)
22 (49*)
21 (48|3)
21 (45)
21 (40|8)
- гидроэнергия
2
2.5 (3)
3 (4)
3 (4|13)
3 (3)
- атомная энергия
-
6.5 (2)
8 (3)
10 (4|0)
12 (6)
39
(1)
1 (2)
5 (3|2)
9 (4)
- прочие (включая альтернативные виды)
*М.В.Голицын и др. Альтернативные энергоносители. – М.: Наука, 2004. – 159 с.
В том числе
Совр.сост.
100
3 (8|22)
10 *- исправлено (8|0) *- оценка 5 ИЭОПП СО РАН (6|3)
2. Сибирь оказалась регионом, в котором практически отсутствуют атомные электростанции. Между тем развитие военно-промышленного комплекса в Сибири включало мощные атомные предприятия (в Красноярске, Томске, Ангарске и др.), оставившие заметный позитивный и негативный след в социальном, экономическом и экологическом аспектах. Положительным результатом следует считать формирование высококвалифицированных кадров и специфической наукоемкой инфраструктуры. К негативным последствиям следует отнести наличие крупных захоронений отходов производства атомного оружия. Представляется необходимым в ближайшие десятилетия резко увеличить долю атомной энергетики в крупно-, средне- и мелкомасштабном вариантах по следующим мотивам: - увеличение устойчивости Сибирской энергосистемы в целом; - увеличение доли высококвалифицированных работников в отраслях энергетики, что позволит, кроме других преимуществ, резко уменьшить экологические риски, связанные с захоронениями атомных отходов.
Если говорить об уровне развития атомной энергетики в Сибири, приближающемся к среднероссийскому, то следует предусмотреть строительство двух АЭС по два гигаваттных энергоблока каждая. По-видимому, эти станции должны быть размещены в Северске (Томск) и Железногорске (Красноярск). Если говорить о приближении к среднемировому уровню, то необходимо возведение, по крайней мере, еще двух таких же АЭС. Вероятно, в Новосибирске или Ангарске и где-нибудь на Дальнем Востоке. Если говорить о соответствии мировому уровню, то следует предусматривать строительство еще двух АЭС таких же масштабов.
СОЗДАНИЕ АТОМНОЙСТАНЦИИНАТЕРРИТОРИИЗАТО СЕВЕРСК: Возможностьицелесообразность 1. Томская область – исторически «атомная» область. На СХК с 1955г. эксплуатировалось5 промышленныхядерныхреакторов - имеется высококвалифицированный персонал, система подготовки кадров, необходимая для эксплуатации и обеспечения АЭС инфраструктура. 2. ВТомскойобластиимеетсябазастройиндустриисопытомсоздания крупныхпромышленныхобъектов. 3. Научно-образовательнаябазаг.г. ТомскаиСеверскапозволяетготовить специалистов всех необходимых для атомной отрасли специальностей, в том числе для эксплуатации АЭС (14 бывших и нынешних директоров АЭС и институтов отрасли, 13 главных инженеров АЭС - выпускники Томского политехнического университета). 4. Наличие в Сибири основных переделов ЯТЦ от добычи урана до хранения ОТВС обеспечит функционирование и минимизирует транспортныерасходыАЭС.
8
3. «Современная угольная генерация в России – филиал ада на земле». Действующие методики оценки экономической эффективности предприятий угольной промышленности существенно искажают реальную действительность. Они не учитывают весьма значительные ущербы социального (повышенные риски потери трудоспособности, здоровья и даже жизни, неблагоприятные воздействия на демографическую ситуацию и др.) и экологического (рекультивация карьеров открытой добычи и полигонов золошлаковых отходов, выбросы в атмосферу и др.) характера. Эти ущербы, в конечном счете, кто-то оплачивает или оплатит в будущем. Необходима коррекция законодательства, увеличивающая в разы, а, может быть, и на порядки (в 20-30 раз), компенсационные и страховые выплаты, экологические штрафы, которая перенесет эти затраты на виновников в угольном и энергетическом бизнесе. В свою очередь это приведет к изменению абсолютных и относительных уровней цен на природный газ, уголь, электроэнергию, тепло, разного рода сопутствующие продукты.
Анализ рентабельности мощных источников электро(тепло)энергии Сибирского региона • • • • • • •
Z – экономическая составляющая; X – экологическая составляющая; Y – социальная составляющая; Ө = X+Y C – рыночная цена электро(тепло)энергии C = Z+X+Y C = Z+Ө
1. необходимо развить атомную энергетику в тех местах, где были предприятия, производившие оружейный плутоний; 2. модернизировать ТЭЦ на угле, перейдя на технологии с «малым» экологическим ущербом; 3. прекратить строительство крупных ГЭС в Сибири, уделив основное внимание уменьшению социального риска, и имеющимися современными техническими средствами разработать и осуществить проекты, уменьшающие экологический ущерб и риск техногенных аварий. Например, необходимо ликвидировать многокилометровую полынью Красноярской ГЭС.
Для того чтобы новая точка равновесия не оказалась совершенно неприемлемой (например, по причине слишком высоких цен на энергию), необходимо перейти на принципиально новые технологии на всех этапах угольного цикла в энергетике: добыча, обогащение и стандартизация, переработка и транспортировка, складирование углей, теплоэлектрогенерация, производство побочных и сопутствующих продуктов, доставка тепла и электроэнергии до потребителей, рекультивация разрушенных земель. Такие технологии существуют: добыча метана из угольных пластов, газификация углей, производство водноугольных топлив (КаВУТ), углетрубопроводы, современные способы сжигания угольных топлив (двухстадийная система сжигания и котлы с ПКС) и очистки вредных выбросов, производство термококса и синтезгаза как побочных продуктов процесса генерации, выпуск целой линейки продуктов из золошлаковых отходов. Современные технологии переработки углей позволяют получить широкую гамму энергоносителей и важных для страны продуктов, начиная от высококачественного авиакеросина и топочного газа до гуматов.
Экология и экономика КаВУТ Количество вредных веществ в выбросах Вредное вещество в выбросах
Рядовой yголь, пылеугльный факел
Мазут М-100
КаВУТ, ПКС – псевдокипящий слой
Пыль, сажа, г/м3
120–240
2,5–5,8
1,0–2,8
Диоксид серы, мг/м3
450–800
350–700
450–800
Диоксид азота, мг/м3
350–650
120–760
60-210
(по данным СибТеплоЭнергоПроекта)
Снижение удельной капиталоемкости установленной мощности на 5-10%. Снижение себестоимости электроэнергии при использовании КаВУТ из отходов углеобогащения на 25-35%.
Гидравлическая добыча угля
В 50-60-х годах прошлого века в Кузбассе (Новокузнецк) работал ВНИИГидроуголь, созданный по инициативе и руководимый профессором Владимиром Семеновичем Мучником. Под его эгидой в СССР, в том числе в Кузбассе было построено и функционировали несколько участков и шахт с гидродобычей угля. Гидрошахты демонстрировали 2-3-кратное увеличение производительности труда, 30-40-процентное сокращение себестоимости по сравнению с «сухими» шахтами. Они были экологически чистыми и практически исключали возможность взрыва метана. Такая экономия ресурсов была совсем не нужна Минуглепрому СССР, и ВНИИГидроуголь был фактически разгромлен в начале 70-х годов (формально он существует и сейчас), а команда В.С.Мучника при содействии А.Г.Аганбегяна перешла в ИЭиОПП СО АН СССР. Одна из последних акций этой организации – проект шахты «Распадская» Вопреки проекту, построена эта шахта была, как «сухая». Поскольку в ней добывается коксующийся уголь – с чрезвычайно высокой метановой опасностью. Трагедия «со слезами на глазах» - прямое следствие этого решения. Между тем, гидродобыча угля, в частности, – путь к КаВУТ.
4. Относительные масштабы гидрогенерации в Сибири уже сейчас чрезмерно велики. Строительство новых ГЭС, особенно крупных, вряд ли целесообразно. А возведение, например, Эвенкийской супер-ГЭС в районе, не имеющем столь же масштабных потребителей электроэнергии, зато экологические последствия которого (возведения) могут оказаться катастрофическими, просто преступно. Вопросы строительства малых и средних ГЭС в энергодефицитных районах с качественными гидроресурсами (Республика Алтай, южная Якутия и др.) могут рассматриваться. Но главный вопрос сибирской гидроэнергетики – в повышении ее надежности. Степень износа крупных сибирских ГЭС, особенно АнгароЕнисейских, близка к 100% (и больше). Необходимо срочно принять меры (они относительно не слишком затратны), продлевающие безаварийное функционирование этих объектов. Это вопрос автоматизации мониторинга состояния плотины и агрегатов, управления работой агрегатов, т.е. – максимально возможно полного исключения человеческого фактора. А также – разумного компромисса между критериями коммерческой эффективности и технологической допустимости, целесообразности.
5. В Сибири с ее огромными размерами, слабостью внутренних связей, удручающе большими разделяющими расстояниями трудно, а скорее всего, невозможно рассчитывать на всеохватывающую сетевую генерацию. Между тем, здесь гипертрофировано велика доля крупных и гигантских ГЭС, ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС в энергогенерации. Очевидно, что общее повышение эффективности сибирской энергетики связано с увеличением доли собственной (локальной) генерации. Инструментами такой генерации должны стать мини- и микротеплоэлектростанции (вплоть до реакторов и тепловых установок отслуживших свое атомных подводных лодок) как традиционной, так и альтернативной энергетики. Во втором случае речь идет о солнечных и ветряных станциях, приливных, волновых и термальных, о тепловых насосах, использовании соломы и торфа, отходов человеческой деятельности, навозе и т.д.. Потенциал таких источников энергии совершенно не раскрыт.
Анализ рентабельности маломощных источников электроэнергии (качественная картина)
Солнечная энергетика Человечеству в год требуется около 10 миллиардов тонн условного топлива. Солнце в год поставляет на нашу планету энергии, эквивалентной примерно 100 триллионам тонн условного топлива. Только 34% этой энергии утилизируют зеленые растения и морские водоросли. Остальное тратится на поддержание климата, превращается в энергию рек, волн, ветра и т.д. Считается, что на Земле запасено 6 триллионов тонн различных углеводородов. Т.е. содержащуюся в них энергию Солнце отдает планете всего за три недели. Сейчас человечество в год тратит столько ископаемого топлива, сколько его накапливалось за миллион лет. Если бы человек смог взять для своего внутреннего потребления хотя бы один процент солнечной энергии (1 триллион тонн условного топлива в год), это решило бы энергетические проблемы на века вперед. И теоретически вполне понятно, как именно взять этот процент.
Стоимость электроэнергии, Евро/кВтч
Для «солнечного» кремния, используемого в современных технологиях производства солнечных батарей, нужен «особо чистый кварцит» (а не обычный песок), самые большие в мировом масштабе месторождения которого имеются в России и, в частности, в Сибири
2011 Традиционная энергетика:
2013
«Солнечная» энергетика:
Источник: Citi, Solar Power Industry. September 2008
Заключение В Сибири необходимо: 1. создать и ускоренно расширять атомную генерацию энергии, развить мощности по переработке накопленных отходов производства ядерного оружия и ЯТЦ, переработке и хранению ОЯТ; 2. коренным образом на основе современных технологий модернизировать угольную генерацию энергии, обеспечив резкое снижение экологических и социальных рисков; 3. расширять топливную генерацию только на основе природного (и попутного) газа, альтернативных видов топлива; 4. прекратить строительство крупных ГЭС, направив основные усилия на повышение безопасности действующих станций; 5. в несколько раз увеличить собственную генерацию на базе энергетических станций малой и средней мощности, а также альтернативных источников получения энергии.
Благодарю за внимание