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

Объединенный симпозиум

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.

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.

Современное состояние энергетики в Сибири резко не соответствует этим условиям.

Источники энергии 1900 1990 2000 2010 2020Всего в мире т у.т., разы, (%)

1 11(100)

11.5(78*)

14(89)

18(102)

100 100 100 100 100В том числе

- уголь 56 29(14)

31(11)

33(13|75)

35(15)

- нефть 2 40(39)

35(31*)

28(28|7)

20(27)

- газ 1 22(41)

22(49*)

21(48|3)

21(45)

- гидроэнергия 2 2.5(3)

3(4)

3(4|13)

3(3)

- атомная энергия - 6.5(2)

8(3)

10(4|0)

12(6)

- прочие (включая альтернативные виды)

39 -(1)

1(2)

5(3|2)

9(4)

Производство энергетических ресурсов в мире в 1900-2020 гг.(в России в 1990-2020 гг.)*( |_ - СФО*)

*М.В

.Гол

ицы

н и

др. А

льте

рнат

ивны

е эн

ерго

носи

тели

. – М

.: Н

аука

, 200

4. –

159

с.

*- исправлено

*- оценка ИЭОПП СО РАН

Источники энергии 1900 1990 2000 2010 2020Всего в мире т у.т., разы, (%)

1 11(100)

11.5(78*)

14(89)

18(102)

100 100 100 100 100В том числе

- уголь 56 29(14)

31(11)

33(13|75)

35(15)

- нефть 2 40(39)

35(31*)

28(28|7)

20(27)

- газ 1 22(41)

22(49*)

21(48|3)

21(45)

- гидроэнергия 2 2.5(3)

3(4)

3(4|13)

3(3)

- атомная энергия - 6.5(2)

8(3)

10(4|0)

12(6)

- прочие (включая альтернативные виды)

39 -(1)

1(2)

5(3|2)

9(4)

Совр.сост.

100

33(16|50)

28(22|17)

21(40|8)

3(8|22)

10(8|0)

5(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.

8

1. Томская область – исторически «атомная» область. На СХК с 1955г. эксплуатировалось 5 промышленных ядерных реакторов

- имеется высококвалифицированный персонал, система подготовкикадров, необходимая для эксплуатации и обеспечения АЭСинфраструктура.

2. В Томской области имеется база стройиндустрии с опытом созданиякрупных промышленных объектов.

3. Научно-образовательная база г.г. Томска и Северска позволяет готовитьспециалистов всех необходимых для атомной отраслиспециальностей, в том числе для эксплуатации АЭС (14 бывших инынешних директоров АЭС и институтов отрасли, 13 главныхинженеров АЭС - выпускники Томского политехническогоуниверситета).

4. Наличие в Сибири основных переделов ЯТЦ от добычи урана дохранения ОТВС обеспечит функционирование и минимизируеттранспортные расходы АЭС.

СОЗДАНИЕ АТОМНОЙ СТАНЦИИ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАТОСЕВЕРСК: Возможность и целесообразность

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

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.

• Z – экономическая составляющая;

• X – экологическаясоставляющая;

• Y – социальнаясоставляющая;

• Ө = X+Y• C – рыночная цена

электро(тепло)энергии• C = Z+X+Y• C = Z+Ө

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

Вредное вещество в выбросах

Рядовойyголь,

пылеугльныйфакел

МазутМ-100

КаВУТ,ПКС –

псевдоки-пящий 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

Количество вредных веществ в выбросах

Снижение удельной капиталоемкости установленной мощности на 5-10%.

Снижение себестоимости электроэнергии при использовании КаВУТ из отходов углеобогащения на 25-35%.

(по данным СибТеплоЭнергоПроекта)

Гидравлическая добыча угляВ 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.

Но главный вопрос сибирской гидроэнергетики – в повышении ее надежности. Степень износа крупных сибирских ГЭС, особенно Ангаро-Енисейских, 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.

Вопросы строительства малых и средних ГЭС в энергодефицитных районах с качественными гидроресурсами (Республика Алтай, южная Якутия и др.) могут рассматриваться.

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.

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.

Инструментами такой генерации должны стать мини- и микро-теплоэлектростанции (вплоть до реакторов и тепловых установок отслуживших свое атомных подводных лодок) как традиционной, так и альтернативной энергетики.

Очевидно, что общее повышение эффективности сибирской энергетики связано с увеличением доли собственной (локальной) генерации.

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.

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.

Остальное тратится на поддержание климата, превращается в энергию рек, волн, ветра и т.д.

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

Источник: Citi, Solar Power Industry. September 2008

2011 2013

Традиционная энергетика:

«Солнечная» энергетика:

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

Заключение

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;

В Сибири необходимо:

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