Угольная пауза / С.А.Паршенков - Естественнонаучная библиотека МОИП

Естественнонаучная библиотека

Московского Общества испытателей природы

С.А.Паршенков

Угольная пауза

(доклад на заседании секции Охраны природы МОИП 20.04.2006 г.)

1. Энергетические ресурсы Человечества.

Название доклада "угольная пауза" дано по аналогии с "газовой паузой". Под понятием "угольная пауза" мы понимаем использование угля в течение периода, когда человечество ещё не сможет в широком масштабе использовать возобновимые природные энергетические ресурсы и термоядерную энергию. По современной оценке доказанные пригодные к разработке запасы угля превышают 1 трлн. т, что составляет свыше 85% всех запасов ископаемых топлив Земли. Исходя из огромных запасов угля, его роль в мировой энергетике в будущем должна будет возрасти. При этом должны будут, естественно, использоваться и другие источники энергии, как возобновляемые, так и невозобновляемые.

    К таким источникам относятся:
  1. нефть и газ;
  2. энергия водных потоков;
  3. геотермальная энергия;
  4. энергия ветра;
  5. энергия солнечного излучения;
  6. "классическая" ядерная энергетика и т.д.

Геотермальная энергия используется в настоящее время в Исландии (особенно широко), Италии, Франции [1]. Ветроэнергетика широко используется в Германии (суммарная мощность установок 12 млн. кВт, что составляет 50% т выработки электроэнергии в стране). Энергия солнечного света используется в Западной Европе для создания "солнечных крыш". Гидроэнергетика используется к традиционным возобновимым, но ограниченным источникам энергии. В современном мире 38,1% электроэнергии производят, сжигая уголь, 17,5% на ГЭС, 17,2% на АЭС, 17,1% - сжигая газ, 8,5% - сжигая нефть, за счёт других источников - 1,6% [2]. В России доля газа значительно выше: 60,8% электроэнергии на ТЭС производят за счёт сжигания газа, 30,6% - за счёт сжигания угля, 8,6% - за счёт сжигания мазута. Ядерные реакторы в России вырабатывают всего 16% производимой электроэнергии (во Франции - 80%, в Германии - 50%, в Японии - 48%). Уран как сырьё снова востребован. На 1 января 2003 года МАГАТЭ зарегстрировало 440 действующих реакторов суммарной мощностью 358 млн. кВт электроэнергии. У 2010 году половина из них будет иметь возраст 25 лет и более. При выводе из эксплуатации 125 энергоблоков АЭС возникнут проблемы по размещению 1,6 млн. т радиоактивных отходов.

По одному из сценариев, разработанному международной группой специалистов, к 2050 году мощности АЭС в мире достигнут 2 млрд. кВт, а к 2100 г - 5 млрд. кВт. Другой прогноз международного энергетического агентства отводит ядерной энергетике незначительную роль, которая к концу века уменьшится. При использовании "классической" ядерной (не термоядерной!) энергетики с точки зрения ресурсов перспективным является замкнутый цикл с расширенным воспроизводством плутония. Этот цикл позволяет использовать ядерные ресурсы многие сотни лет; энергия, содержащаяся в запасах сырья для этого цикла существенно превосходит запасы энергии в угле [2]. Проблему будет создавать переработка облученного топлива, количество которого составит в 2100 г. 130 тыс. т/год, а количество рециркулируемого плутония - 7500 т. Практически неограниченным источником энергии могут стать термоядерные электростанции. Однако появления первой коммерческой термоядерной станции можно ожидать не ранее 2050 года [4]. До широкого использования термоядерной энергии должно пройти несколько десятков, а, может быть, и сотен лет. Таким образом, "пауза" до широкого использования практически неограниченного источника энергии может составить 100 - 200 лет, которую должен заполнить уголь. Разумеется, в течении "паузы" могут быть найдены и освоены другие, пока не известные источники энергии.

2. Угольная пауза и использование угля.

Несмотря на то, что запасы угля существенно больше суммарных запасов нефти и газа (примерно в 5 раз), в нашей стране угольная промышленность, как и многие другие производства, не развивается. Достаточно сказать, что в 1987 году в России было добыто около 400 млн. т угля, в 2004 г. - 283 млн. т. угля, в 2010 г. ожидается добыть 300 млн. т, а в 2020 г. - 435 млн. т [5]. В то же время в 2003 году в Китае было добыто около 1.5 млрд. т угля, а в США - около 900 млн. т. Такое отношение к углю в России можно объяснить, главным образом, общим развалом экономики и переходом ее в частные руки. В Росси сегодня осталось не более 17% объектов госсобственности. Нынешнее российское государство неотделимо от интересов олигархов [6]. В то же время сегодня в США государство управляет 35% национальной экономики, а во Франции, Голландии, Италии этот показатель превышает 50%. По оценкам международного энергетического агентства потребности в энергии будут на 85% покрываться за счет дорожающего горючего сырья. При этом сжигание угля даст только 20% мирового производства электроэнергии. Альтернативные источники энергии дадут не более 2% мирового производства электроэнергии [4].

В "энергетической стратегии России до 2020 года" предусмотрено увеличении доли угля при производстве электроэнергии до 44% (в настоящее время - 28%) [7]. В связи со сказанным выше, этот прогноз вызывает большие сомнения.

С точки зрения выброса парниковых газов угольная энергетика России может успешно развиваться. Сегодня удельный вес России в мировой эмиссии углекислого газа составляет всего 6%. США и Китай (каждый по отдельности) выбрасывает углекислого газа в несколько раз больше, чем Россия, но не принимает на себя никаких ограничений по выбросам [6].

Уголь - это наиболее избыточное, безопасное, экономичное и, как это ни кажется странным, экологически чистое топливо [8]. Средняя себестоимость электроэнергии на угольных электростанциях сопоставима с себестоимостью электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, работающих на нефти и газе.

Использование современных технологий позволяет относительно чисто сжигать уголь. В России и СССР за весь исторический период было добыто около 30 млрд. т угля. В СССР средняя зольность угля приближалась к 28%. В развитых странах при производстве электроэнергии используется уголь, зольность которого не превышает 10%, и где 70 - 80% добываемого энергетического угля обогащается. До развала промышленности в СССР подвергалось обогащению около 50% угля, а в настоящее время - 10 - 15%. Углеобогатительные фабрики в России загружены на 50% [9]. За последние 20 лет доля труднообогатимых углей выросла с 15 до 40%. Предварительные расчеты показывают, что в связи с этим от 15 до 30% местных углей могут перейти в категорию забалансовых [10]. Это обстоятельство несколько осложняет использование угля. Однако надо помнить, что Россия обладает уникальными угольными месторождениями, такими, например, как Канско-Ачинское. Запасы угля этого месторождения, пригодные для разработки открытым способом, составляют 140 млрд. т. Уголь обладает низкой зольностью (9,75%, в Кузбассе - 21,3%, в Подмосковном бассейне - 52%) и низким содержанием серы - 0,4% [7].

В СССР были достигнуты успех в обогащении углей. В 1990 г. из общего количества обогащаемого угля в минеральных суспензиях обогащалось 31,5%, гидравлической отсадкой - 48,7%, флотацией - 11,1%. Получил распространение пневматический метод обогащения для высокозольных и высокосеринстых углей. До 1990 г. внедрены технологические решения, не имеющие аналогов в мире, например, сушка во взвешенном слое, обогащение труднообогатимых углей в тяжелосредных гидроциклонах. Например, при обогащении в тяжелосредном гидроциклонном комплексе производительностью 100 т/час промпродукта зольностью 60%, получают концентрат с зольностью 8 - 12% и отходы с зольностью 77 - 84% [11]. На предприятиях по добыче угля в СССР образовывалось ежегодно около 1 млрд м3 вскрышных пород, которые используются для засыпки выработанного пространства.

На угольных шахтах обогатительных фабриках России имелось (1986 г.) несколько сотен терриконов, загрязняющих воздушный бассейн в основном пылью и сернистым газом. Снизить отрицательное влияние вскрышных работ и терриконов (образующихся при подземной разработке угля) можно развитием систем угледобычи, исключающих выдачу породы на поверхность, тушением пожаров на терриконах, применением методов складирования породы, исключающих ее самовозгорание. В СССР начали широко применять работы по различным видам рекультивации нарушенных угледобычей земель. Углеобогатительные фабрики, как правило, работают в замкнутом водно-шлаковом цикле с повторным использованием воды и не загрязняют природные водные источники [12].

Российские электростанции, сжигающие уголь, значительно уступают лучшим зарубежным по степени улавливания золы. Кроме того, на наших электростанциях не улавливают окислы серы и азота. Преимущества лучших зарубежных электростанций по золоулавливанию (99,5%) по сравнению с лучшими отечественными объясняется не только более высоким КПД золоулавливания, но и тем, что на зарубежных электростанциях сжигается обогащенный уголь со значительно меньшей зольностью [7].

    На ТЭС, сжигающих угли, должны предусматриваться следующие (технически вполне достижимые) способы снижения выбросов в атмосферу.
  1. Глубокая очистка дымовых газов от взвешенных частиц (99% и выше) [13, 14].
  2. Связывание сернистого газа известняком или другими веществами при сгорании топлива.
  3. Минимизация выбросов окислов азота (многоступенчатое сжигание топлива).
  4. Использование водоугольных суспензий.

И ряд других способов.

Перспективными направлениями переработки угля считается сжижение и газификация угля. В СССР газификация топлива получила развитие уже в годы первых пятилеток. В 50-х годах в промышленном масштабе была освоена технология высококалорийного газа на бурых подмосковных углях. Однако, из-за развития нефтегазовой промышленности эти работы были свёрнуты. В то же время в США в настоящее время вырабатывается большое количество искусственного газа [15].

К 1989 г. в СССР был разработан высокоинтенсивный процесс газификации различных углей в кипящем слое под давлением с высокотемпературной очисткой газа от пыли и сернистых соединений [16].

Перспективна также подземная газификация угля [17], имеющая свои преимущества (исключение тяжелых условий труда, отсутствие нарушения верхнего покрова земли, использование высокозольных и высокосернистых углей, получение более удобного технологического сырья) и недостатки (сильная зависимость эксплуатационных показателей от геологических и гидрологических условий).

Выводы

Роль угля как энергоносителя в перспективе XXI века должна возрастать, что связано с ограниченностью запасов нефти и газа. Второе обстоятельство, определяющее возрастание роди угля - проблемы, связанные с развитием "классической" атомной энергетики. Третье обстоятельство - невозможность в ближайшие десятилетия заменить невозобновимые энергетические ресурсы возобновимыми. В то же время геологические запасы бурого и каменного угля на территории СССР (1989 г.) оценивались в 6,8 трлн. т [18], что составляет 46% общемировых запасов. Даже незначительная доля этих запасов позволяет заполнить угольную паузу на 100 - 200 лет (до нахождения человечеством удовлетворительных возобновимых источников энергии).

Литература

1. Мировая энергетика. 2004. № 4.

2. Энергия (экополитика, техника, экология). 2006. № 1.

3. Горный журнал. 2005. №№ 9 - 10.

4. Мировая энергетика. 2005. № 9.

5. Уголь. 2005. № 3.

6. Мировая энергетика. 2004. № 5.

7. Энергия (экополитика, техника, экология). 2005. № 10.

8. В.Д.Грунь и др. История угледобычи в России. М., 2003.

9. Уголь. 2005. № 11.

10. Горный журнал. 2005. № 12.

11. Уголь. 2005. № 12.

12. Наиболее важные отечественные и зарубежные научно-технические достижения в области обогащения угля за 1989 г. ЦНИИЭИуголь, обзорная информация, вып. 3. 1990 г.

13. Уголь. 2005. № 2.

14. А.С.Носков, М.А.Савинкина, П.Я.Анищенко. Воздействие ТЭС на окружающкю среду и способы снижения наносимого ущерба. Новосибирск: АН СССР, 1990.

15. Промышленная энергетика. 2005. № 4.

16. Гидрогенизация и газификация угля в СССР. ГКНТ, 1989.

17. Г.Д.Шиллинг, Б.Бонн, У.Краус. Газификация угля. М.: Недра, 1986.

18. Глюкауф. 1991. №№ 3 - 4.

Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

Материал размещён 01 июня 2006 г.


Hosted by uCoz