Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль угольного сырья в топливно-энергетическом комплексе Хабаровского края: настоящее, будущее

Варнавский В.Г.

Диденко А.Н.,

Черепанов А.А.

Введение

Большой объем ввозимых в Хабаровский край энергоносителей высокие транспортные тарифы и растущие цены на энергетическое сырье отвлекает огромные финансовые и материальные средства. Очевидно, успех в социально-экономическом развитии Хабаровского края в перспективе кроется в существенной перестройке структуры топливно-энергетического комплекса (ТЭК), создании собственной (резервной) сырьевой угольной и углеводородной баз.

Хабаровский край располагает крупным потенциалом природных энергетических ресурсов: угля (каменного и бурого), нефти и газа. В пределах края широко развиты битуминозные угли и горючие сланцы, возможно обнаружение залежей газогидратов. Хабаровский край, в перспективе, в состоянии перейти на полное самообеспечение топливно-энергетическими носителями, залежи которых имеются и в материковой части края, и в структурах сопредельного шельфа Охотского моря и Татарского пролива, в так называемых транзитных структурах, располагающихся на стыке "суша-море".

Вместе с тем, энергоресурсные возможности края носят в большей степени потенциально-оценочный характер из-за слабой геолого-геофизической изученности районов их распространения, снижения объемов геологоразведочных и проектно-изыскательских работ, дефицита средств для освоения разведанных месторождений и подготовленных проектов.

До недавнего времени основным источником энергопроизводства в крае являлся уголь. В связи со строительством нефтегазопроводов с Сахалинских и Сибирских месторождений нефти и газа, уголь частично будет заменен в энергетике края этим углеводородным сырьём. И, тем не менее, уголь останется основой энергетики Хабаровского края, судя по природному потенциалу, оценке которого посвящена первая часть настоящей статьи. угольный энергетический сырье

Использование угольного сырья в энергетическом комплексе влечет за собой ряд негативных последствий. Главные из которых - это отвод существенных территорий земель общего пользования под золошлаковые отходы при сжигании угля, пыление золоотвалов, загрязнение почв и водоемов тяжелыми и радиоактивными металлами. Проблеме утилизации золошлаковых отходов теплоэнергетики, получению из них ценных компонентов посвящена вторая часть статьи.

Уголь в мировой практике потребления

Уголь является наиболее доступным и диверсифицированным видом ископаемого топлива в Мире. Почти 2/3 разведанных запасов (65.2%) в США, КНР и России (соответственно, 444.8, 296, 200.6 млрд. т.). В России 76% его располагаются в восточных регионах [1]. Существенны его запасы и в Хабаровском крае.

Структура баланса мирового потребления первичных энергоресурсов (ПЭР) на рубеже веков выглядела следующим образом (в среднемировых показателях, %): нефть - 40, природный газ - 23, уголь - 27.2, атомная энергия - 7.2%, остальные (гидро-, ветровая, солнечная, геотермальная энергии) - 2.6%. 90% общего количества ПЭР представлено нефтью, природным газом и углем. Мировая добыча их составляла, соответственно: 3331 (в т. ч. Россия - 323) млн. т, 2347 (584) млрд. м 3, 5250 (280) млн. т в год, запасы: 1092 млрд. баррелей, 136000 млрд. м 3, 14800 млрд. т. При таком соотношении уровня добычи и установленных запасов (даже без учета роста добычи и потребления) ресурсы будут исчерпаны: нефти через 40 лет, природного газа - 60 лет, угля - > 2000 лет [4]. Наши расчёты вполне согласуются с выводами геологической службы США - три четверти, изначально содержащейся в недрах Земли нефти и две трети природного газа, уже выявлены, и, следовательно, основные запасы нефти и природного газа (с учетом постоянно растущих темпов их потребления) могут быть исчерпаны в течение ближайших 40-50 и 50-60 лет соответственно, запасы же углей при любых темпах роста добычи практически неисчерпаемы [2].

После преодоления нефтяного кризиса в 80-х годах быстро растет потребление угля в странах Азиатско-Тихоокеанского региона и в Северной Америке. В Китае добыча углей в 2000-2005 гг. увеличилась вдвое, достигнув 2 млрд. т. Доля углей в мировом потреблении первичной энергии, например в 2004 г., превысила уровень, достигнутый к концу XX в. Наиболее быстрый рост энергопотребления (3.5% и 3.2% в год) просматривается, соответственно, в Китае и Индии.

В структуре мирового потребления первичных энергоресурсов на рубеже веков уголь составляет более 27%. По данным Мирового энергетического агентства доля угля в 2010 г. достигнет 28.5% от общих энергоресурсов, в абсолютных же объемах уровень добычи удвоится. Нарастающими темпами будет увеличиваться потребление в энергетике продуктов переработки угля; к 2030 году объем их потребления будет равен, а возможно и превзойдет, объем потребления собственно углей. Общий же объем потребления угля и продуктов его переработки в 2030 году составит не менее трети всех источников энергии (рис. 1, табл. 1).

Рис. 1. Структура приходной части мирового энергетического баланса [2]

В развитых странах угольные электростанции производят 40-86%, а в Китае до 96% электроэнергии. В этих же странах наряду с увеличением доли нефти и газа в энергетике наращивается добыча и потребление угля. Причем более интенсивно (а в ряде стран преимущественно) рост добычи угля происходит за счёт открытых разработок. Открытым способом добывается: в США - 60%, Англии - 13%, Германии - 56%, Франции - 14%, Испании 48%, Греции и Турции - 100%, Канаде - 90%, Австралии - 67%, Индии - 50%.

Таблица 1. Мировые потребности первичных энергоресурсов [2]

Состояние сырьевой базы и разведанных запасов угля в крае

В Хабаровском крае известно около 30 месторождений и проявлений каменных и бурых углей и столько же осадочных структур, перспективных на открытие месторождений угля, расположенных как в хорошо освоенных, так и удаленных, труднодоступных районах. Основными угленосными структурами в крае являются Буреинский, Южно-Якутский, Среднеамурский и Охотский осадочные бассейны. К первым двум приурочены одноименные каменноугольные, к двум другим - буроугольные бассейны.

В Буреинском каменноугольном бассейне известны Ургальское, Ургал-Солони, Усть-Умальтинское, Оланжинское месторождения, Ола-Адниканская угленосная площадь. Все они промышленно значимы. Однако кондиционно разведанными являются Ургальское и Ургал-Солони месторождения. В Южно-Якутском бассейне в зоне экономических интересов края находится восточная часть Токинского угленосного района, где выявлено Худурканское каменноугольное месторождение.

В Среднеамурском буроугольном бассейне известны Хабаровское, Литовское, Мухенское месторождения и Оборо-Уссурийская угленосная площадь. В Охотском буроугольном бассейне, простирающимся вдоль Охотоморья на восток в пределы Магаданской области, известно Мареканское месторождение.

Севернее Среднеамурского бассейна в пределах Нижнего Приамурья имеются рифтогенные структуры, палеогеновые и неогеновые осадочные комплексы которых угленосны. В двух из них разведаны Лианское и Хурмулинское месторождения бурого угля. Северо-восточнее, в горной зоне Сихотэ-Алиня известно Хунгарийское месторождение, вблизи города Николаевска-на-Амуре - Налевское буроугольное месторождение и перспективная впадина в бассейне р. Кумля.

По состоянию на начало 2006 г. государственным балансом запасов в Хабаровском крае учитывалось 6 месторождений угля, включающих 33 участка (объекты учета). Из числа последних 3 - с бурыми и 30 - с каменными углями.

На наиболее значимом в крае Ургальском месторождении шахтой вскрыто 35 пластов угля мощностью от 1 до 6.4 м. В их числе 10 пластов выдерживают среднюю мощность 1-3.7 м. Угли преимущественно газовые. В балансе разведанных запасов края категорий А+В+С 1 они составляют 73.8%; 19.4% приходится на бурые. На начало 2006 г. в промышленное освоение вовлечено 29.9% балансовых запасов угля.

Таблица 2. Запасы угля по маркам в Хабаровском крае

Перспективы прироста разведанных запасов угля

Оценку перспектив наращивания разведанных запасов угля следует рассматривать с позиции:

- доступности и рентабельности их освоения;

- размещения перспективных объектов в социально и экономически развитых зонах края, вблизи транспортных авто- и железнодорожных магистралей; русел судоходных рек;

- обеспечения местным топливом удаленных и труднодоступных поселений края;

- комплексности освоения месторождения и использования угольного сырья в экономике края (в связи с возможным содержанием в углях попутных ценных минеральных компонентов).

Применительно ко всем указанным позициям предпочтительны ресурсы, пригодные для более рентабельных (по сравнению с шахтной) технологий освоения (открытая добыча, подземная газификация, подземная скважинная гидродобыча и др.).

Основными перспективными объектами для дальнейшего усиления поисково-оценочных и разведочных работ, поддержания и развития угледобычи, возможного нового строительства шахт, разрезов, станций ПГУ в крае являются Ургальское, Ургал-Солони, Худурканское каменноугольные месторождения, Мареканское, Мухенское, Литовское, Хабаровское, Омогунское, Налевское, бассейна р. Кумля буроугольные месторождения.

Таблица 3. Объекты, перспективные на прирост разведанных запасов угля[3]

По предварительным оценкам суммарно по всем этим месторождениям прирост запасов (путем перевода из категорий С 2, Р 1, Р 2, Р 3), пригодных для открытых работ составляет более 500 млн. тонн.

Россия (в т. ч. и Хабаровский край) имеют уникальные ресурсные возможности для решения острых энергетических проблем. Однако, в реализации этих возможностей имеются серьёзные недостатки. Главные из них, порождённые реформами 1991-2005 гг.:

- Многократное уменьшение объёмов геологоразведочных работ, направленных на восполнение запасов энергетического сырья, подготовленного к добыче.

- Резко сократились научно-исследовательские работы, а также поиски новых перспективных объектов.

- Весьма серьезны недочёты действующего закона "О недрах". Разработка приемлемого прогрессивного документа, нормализующего недропользование, пока ещё не завершена.

- Крайне недостаточными остаются темпы увеличения потребления углей [5].

На российском рынке в отношении производства и использования энергетических углей действует тенденция, противоположная мировой. Угольная промышленность России становится всё более экспортно ориентированной (по аналогии с другими горнодобывающими отраслями) [5]. Мы никак не можем избавиться от привычки быть сырьевым придатком мировой экономики (нередко во вред интересам своего народа).

В итоге просматриваются основные направления развития ТЭК: всемерное развитие геологоразведочных работ на уголь, научное обоснование их направлений, разработка и применение новых технологий поисков, разведки, освоения месторождений, обогащения и переработки угольного сырья, комплексирования его использования, обеспечение экологической безопасности этих технологий. И главное - радикально улучшить управление недропользованием со стороны государства.

Утилизация золошлаковых отходов теплоэнергетики

В процессе деятельности предприятий электроэнергетики образуется значительное количество золошлаковых отходов. В табл. 4 приведены данные по Хабаровскому и Приморскому краям о накопленных и ежегодно поступающих золошлаковых отходов.

Таблица 4. Поступление золы в отвалы в Хабаровском и Приморском краях

Утилизация золошлаковых отходов ТЭЦ целесообразна по двум причинам. Во-первых, отвалы золошлаковых отходов оказывают негативное воздействие на окружающую среду, что может привести к серьезным экологическим последствиям. К их числу необходимо отнести: а) занятие существенных площадей земель общего пользования; б) пыление тонкодисперсной золой; в) загрязнение атмосферы, почв, водоемов, донных осадков тяжелыми и радиоактивными металлами. Вместе с тем, сжигаемые на ТЭЦ угли, являясь природными сорбентами, содержат примеси ряда ценных элементов, включая редкие земли и драгметаллы. Это и есть вторая причина целесообразности их утилизации.

Например, бурые угли Павловского месторождения (Приморье) содержат скандия 40-80 г/т, меди 180-200 г/т, цезия до 0.15%, редкие земли до 0.8%, золота и платиноиды до 1-1.5 г/т. При сжигании их содержание в золе возрастает в 5-6 раз. В основном, практический интерес из составляющих золошлаковых отходов представляют благородные металлы, редкие и рассеянные элементы, железосодержащий магнитный концентрат, вторичный уголь, алюмосиликатные полые микросферы и инертная масса алюмосиликатного состава.

Известно более 300 технологий их переработки и использования, но они в основной своей массе посвящены использованию золы в строительстве и производстве строительных материалов, не затрагивая при этом извлечения из них как токсичных и вредных компонентов, так и полезных и ценных. В результате многолетних исследований получены положительные результаты по извлечению ценных компонентов из золошлаковых отходов и полной их утилизации. Испытания проводились на отходах ТЭЦ городов Хабаровска, Владивостока, Райчихинска.

Разработана принципиальная схема комплексной переработки золошлаковых отходов (рис. 2), где предусматривается выделение угольной с последующим отделением магнитной и тяжелой фракций.

Рис. 2. Принципиальная схема комплексной переработки золошлаковых отходов ТЭЦ

В зависимости от конкретных условий возможны различные варианты комплектации оборудования, включая упрощенные схемы переработки золошлаковых отходов. Наиболее действующая схема - измельчение золы с помощью гидрогрохота, разделение на тяжелую и легкую фракцию на концентраторах типа Говерла. Из тяжелой фракции с помощью методов доводки, включая автоклавное выщелачивание, магнитную сепарацию и другие методы извлекаются драгметаллы.

При переработке 100 тыс. тонн золошлаковых отходов можно получить: 1) строительный материал - ~ 60 тыс. тонн; 2) вторичный уголь - ~ 10-12 тыс. тонн; 3) железорудный концентрат - ~ 1.5 тыс. тонн; 4) золото - ~ 20-80 кг. Общая стоимость этих вторичных продуктов составит не менее 30-55 млн. рублей.

На основе рекомендуемых схем комплексной переработки золошлаковых отходов были сделаны технико-экономические расчеты рентабельности. В расчетах использованы варианты с переработкой от 200 до 400 т за смену. Все расчеты показали высокую рентабельность комплексной переработки золошлаковых отходов с полной окупаемостью капитальных вложений в течение 1.5-2.5 лет.

Золошлаковые отходы следует отнести к техногенному минеральному сырью, которое в отличие от природного со временем накапливается, а не истощается, что повышает перспективность их изучения и вовлечения в использование. Извлечение полезных компонентов и полная утилизация золошлаковых отходов за счет использования их полезных свойств и производства строительных материалов позволит высвободить занимаемые отвалами площади, понизить негативное воздействие на окружающую среду.

Литература

1. Лаверов Н.П. Топливно-энергетические ресурсы: состояние и рациональное использование // Труды научной сессии Российской академии наук. М.: Наука, 2006. С.21-29.

2. Макдональд А. Стратегия развития // Кн. Уголь и перспективы его использования. М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 182.

3. Карта прогноза угленосности Хабаровского края. (Отв. исп. В.И. Малыгин). Хабаровск: ФГУ ХТФГИ, 1998 г.

4. Программа геологического изучения недр, воспроизводства и использования минерально-сырьевой базы твердых полезных ископаемых на территории Хабаровского края до 2015 г. Уголь. (Отв. исполнитель В.Г. Варнавский). Хабаровск: ИТиГ ДВО РАН, ХТФГИ, 2006. 81 с.

5. Трубецкой К.Н., Чантурия В.А., Малышев Ю.Н., Рубан А.Д. Проблемы и перспективы развития угольных ресурсов России, безопасных и экологически чистых технологий их освоения // Труды научной сессии Российской академии наук. М.: Наука, 2006. С. 208-222.

Размещено на Allbest.ru