Перспективы развития мировой и Российской энергетики

Эксперты в Европейской энергетической комиссии прогнозируют на ближайшее годы увеличение глобального спроса на энергетические услуги. Прогнозы обосновываются, во-первых, естественным приростом населения Земли, особенно в развивающихся странах, а во-вторых, неуклонным повышением уровня жизни, который требует не только количественного, но и качественного изменения энергетических услуг.

Согласно прогнозу специалистов численность населения на Земле при существующей динамике роста в ближайшие 40-50 лет увеличится до 9 миллиардов. Соответственно возрастет расход всех видов ресурсов и в первую очередь – энергетических. Движущими силами этого процесса на ряду с демографическим всплеском являются: индустриализация, обеспечение требуемого уровня жизни, создание комфортных условий в быту, на производстве и в транспорте. По оценкам мирового экономического Совета, глобальное потребление электроэнергии к 2020 г. возрастет на 50-70% по сравнению с 1990 г.

Большая часть электроэнергии (61%) производится в наиболее развитых странах входящих в состав ОЕСД (Объединение наиболее развитых стран Европы и Америки). Здесь и самое высокое потребление электроэнергии на душу населения (8550 кВт/ч). Для сравнения: страны Восточной Европы и бывшего СССР – 4650 кВт/ч, развивающиеся страны – 760 кВт/ч, всего в мире – 2250 кВт/ч.

США с населением 250 млн.чел. потребляет >1/4 первичных энергоресурсов мира, тогда как другие столько же. Если на каждого жителя планеты в среднем за год приходится 2т.у.т., то на жителя США, около 10т., а жителя развивающейся страны 0,7 т. (данные до 2000года). Использование электроэнергии связанно с экономическим развитием страны. Существует связь между уровнем потребления электроэнергии и объемом ВВП (для США неизменный рост).

В течение последних 25 лет. Потребление электроэнергии росло на 4% в год. Это достаточно высокие темпы. В будущем ожидается, однако снижение ежегодного прироста потребления до 3%. Международное энергетическое агентство и Международное атомное энергетическое агентство оценивают прирост производства электроэнергии в течение 1-й декады 21 века в среднем на 3% в год.

Таблица 1 – Роль различных видов первичной энергии в мировом производстве электроэнергии за 1994 г.

Уголь является сейчас и останется на долгие годы основным топливом для производства электроэнергии. Технологии использования угля в производстве электроэнергии хорошо разработаны, цены на него низкие, а резервы велики.

Независимо от проблемы загрязнения окружающей среды использование угля будет преобладать, поскольку большая часть прироста электроэнергии придется на развивающиеся страны, располагающие крупными запасами угля (Китай, Индия) Ожидаемый экономический рост в целом по странам мира составит около 3%.

Обеспечить его при одновременном улучшении качества жизни возможно только при значительном увеличении потребления энергоресурсов. Во многом от эффективности использования энергии будет зависеть, какое количество топлива, электроэнергии, тепла понадобится в итоге для полного удовлетворения спроса и удастся ли вообще решить эту проблему по прогнозу Международного энергетического агентства, предполагается. Что мировая добыча угля будет соответствовать спросу без особых проблем в течении периода до 2020 г. дальнейший рост потребления энергетических ресурсов возможен только при решении экологических проблем производства электроэнергии и повышения эффективности ее использования, а также всемирной экономии ТЭР.

По прогнозу Мирового энергетического агентства (ОЭСР) в ближайшие 10-15 лет ежегодный прирост объемов потребления угля, вероятно. В среднем составит 2,1%, а в варианте интенсивного энергосбережения – 1,7% («Уголь» №12 за 1999 г.).

Предполагается, что использование газа также, будет существенным, особенно в странах с экономикой переходного периода. Рост объема газа (прогнозируется) даже применения в генерирующих станциях с комбинированным циклом. Нефть по-прежнему будет применяться для производства электроэнергии в периоды пикового спроса, а также благодаря простоте ее хранения в качестве резервного топлива, используемого в периоды сезонного увеличения цен на газ или вследствие ненадежности газовых поставок.

В России проблемы совершенствования топливно-энергетического баланса в настоящее время приобретает особую актуальность, что связанно в первую очередь  с возникновением кризисных явлений в работе доминирующей в энергобалансе страны газовой промышленности. Назрела острая необходимость перехода ТЭК на стадию «уже газовой энергетики», к замещению газа более дешевым топливом.

По данным Мирового угольного института, на долю угля приходиться около 90% энергетического потенциала всех пригодных для разработки полезных ископаемых органического происхождения. При существующем уровне потребления предельное истощение мировых запасов нефти и газа может наступить уже к 2035 г. По оценкам западных экспертов к 2010-2015 году мировая потребность в угле может вырасти почти в 2 раза. Это значит, что уголь как топливо выступает на первый план и становиться важнейшим, а затем основным энергоносителем. В связи с эти государственная политика США, Австралии, Китая, ЮАР, Великобритании уже сейчас направлена на увеличение объемов добычи угля.

Следует учесть, что угольная промышленность покрывает потребность в топливе таких потребителей, как черная металлургия, коммунально-бытовой сектор и население. Разумное сочетание (диверсификация) развития тепловых станций на угольном топливе и АЭС, хотя прогнозируется абсолютное снижение производства электроэнергии на атомном топливе на 16% до 2010 г. и не 45% до 2020 г. то есть ее доля снизиться до 8% в энергобалансе страны.

Уголь это наиболее обеспеченный разведанными и промышленными запасами топливный ресурс, который все ведущие страны мира используют для придания устойчивости национальной энергетике. Промышленные запасы угля  оцениваются в 14.6 млрд.т., а только разведанных запасов хватит на сотни лет. Запасы газа весьма ограниченны, а газ промышленный  находится на пределе своих возможностей. Однако пока еще на угле вырабатывается только 1/3 электроэнергии, хотя уголь для нашей страны является стратегическим топливом.

В США на лучших электростанциях стоимость выработки 1 кВт/ч электроэнергии составляет: на природном газе 1,4 цента, на атомном топливе 1,35 цента, на угле 1,02 цента.

Основными причинами такого положения в США стали:

• значительный рост эффективности производства угольного топлива за счет модернизации производства произошел многократный рост производительности труда и снижение цены на уголь у производителя;
• обеспечения выполнения современных требований по защите окружающей среды  и успешная реализация программы по разработке чистых угольных технологий 21 века;
• нерешенность многих проблем работы АЭС, в том числе с безопасной транспортировкой и переработкой отработанного топлива и утилизацией отработавших свой срок атомных реакторов.

Несомненно, что Россия, интегрируясь в мировую экономику, неизбежно будет приближаться к мировому соотношению цен на электроэнергию, вырабатываемую с использованием разных энергоносителей. Очевидно, что производители энергии сконцентрируют внимание на затратах и надежности, и существует тенденция  к тому, что их проблемы станут и проблемами поставщиков топлива. В планах до 2020 года намечаются кардинальные меры по обеспечению экономической эффективности и экологической безопасности на всех стадиях поступления угля от угледобывающих компаний до электростанций, коммунально-бытовых потребителей и населения.

Снижение вредных выбросов в атмосферу будет достигнуто за счет утилизации шахтного металла, улучшения качества, отгружаемых углей. Их более глубокой переработки, внедрения энергосберегающих мероприятий и качества, новых пылегазоуловиливающих технологий при его сжигании. На угольных предприятиях будет осуществлен переход на международную систему управления качеством (ISO 9000).

Снижению затрат во многом способствует внедрение энергосберегающих проектов. Эффективность проектов энергосбережения очевидна (инвестиционный цикл до 1,5 лет со сроком окупаемости 1,5 – 2 года, затраты на энергосбережение в 2 раза ниже, чем производство такого же количества энергоносителей). 1 тонна сэкономленного топлива предотвращает выброс 2 т. СО2, а энергетика на половину ответственна за его выбросы. Эффективность энергосберегающих проектов с учетом благоприятных экологических последствий повышается в 2-2,5 раза, что делает их еще более привлекательными для потенциальных инвесторов.

Энергосбережение потенциал, которого в России составляет не менее 30% общего объема энергопотребления, может дать более быстрый и значимый результат в достижении желаемых целей.

Оно позволит избежать дорогостоящего энергорасточительства, с меньшими затратами природных ресурсов и финансовых средств повысить ВВП за счет производства менее энергоемкой  продукции, а следовательно увеличить социальные расходы и занять достойное по жизненному уровню место среди развитых стран мира. При этом решаются экологические проблемы, так как энергетический сектор, а России осуществляет до 50% всех выбросов в атмосферу.

Топливно-энергетический комплекс, состав и основные особенности

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – это совокупность промышленных отраслей минерального производства, которые осуществляют, добычу, переработку (обогащение) и последующее преобразование топливно-энергетического сырья в готовую продукцию: электрическую, тепловую энергию и попутную продукцию различного назначения.

Формирование и развитие ТЭКа имеет важное значение, так как потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в мире постоянно увеличивается.

ТЭК включает в себя не только ряд крупных отраслей промышленности, но и электро и теплоэнергетику, а также системы передач электроэнергии, тепла, газа, нефти и углепродуктов.

1.                 Нефтяная промышленность.

Неорганическая промышленность является одной из важнейших и старых отраслей ТЭКа и включает в себя ряд специализируемых производств – от геологоразведочных работ и добычи нефти до сбора и переработки нефтяного газа.

Схема 1 - Общий стадийно-отраслевой состав нефтяной промышленности.

Нефть является важнейшим экспортируемым товаром мировой системы хозяйствования, в первую очередь группы стран – членов ОПЕК.

2.                 Нефтеперерабатывающая промышленность.

Нефтеперерабатывающая промышленность осуществляет переработку нефти и производство нефтепродуктов таких как: бензин, дизельное и моторное топливо, мазут, смазочные и другие материалы.

Схема 2 – Общий состав нефтеперерабатывающей промышленности.

3.                 Газовая промышленность.

Газовая промышленность – важнейшая отрасль ТЭКа, включающая в себя ряд производств: от геологоразведки до поставки потребителям в качестве готового продукта – источника энергии или минерального сырья для химической промышленности. Потребление газа в мире постоянно возрастает, так как он имеет ряд достоинств экономического, социального и экологического аспектов. С его применением выплавляется до 95% стали и чугуна, производится более 92% минеральных удобрений, большая часть цемента, часть цветных металлов, увеличивается использование природного газа как химического сырья.

Схема 3 – Общий состав газовой промышленности.

4.                 Угольная промышленность

Угольная промышленность, как и газовая, является одной из важнейших и старейших отраслей ТЭКа. Она на 40% обеспечивает поставки топлива на объекты энергетики России, на 27% промышленные и коммунальные котельные, на 13% население и сельское хозяйство. Удельный вес угля в Дальневосточном регионе, как котельно-печного топлива достигает 87-92%. Страна располагает 50% всех балансовых запасов относящихся (по мировым стандартам) к категории благоприятных.

В настоящее время в состав угольной промышленности входят шахты разрезов, обогатительных и брикетных фабрик. Основное количество угля добывается открытым способом. Значительны и продолжают возростать экологические последствия.

Схема 4 - Общеотраслевой состав угольной промышленности

Основные источники и виды техногенного воздействия на окружающую среду в ТЭК

ТЭК включает в себя пять относительно независимых стадий производства:

1.                 добычу природных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР),

2.                 транспортировку ТЭР,

3.                 переработку, облагораживание, концентрацию ТЭР,

4.                 производство преобразованных видов энергии и их транспортировку,

5.                 конечное использование энергии.

При оценки воздействия на окружающую среду (ОС) объектов ТЭК из пяти стадий производства и потребления энергии наиболее существенную роль играют первые 4 пункта.

Воздействия от ТЭК можно представить:

1)                Атмосфера: 1.1. Звуковое; 1.2. Электромагнитное; 1.3. Тепловое; 1.4. Механическое; 1.5. Химическое; 1.6. Изменения свойств микроклимата ( от 1.3,1.4,1.5,1.7); 1.7. Потребление кислорода.

2)                Гидросфера: 2.1. Тепловое; 2.2. Механическое; 2.3. Химическое.

Использование воды в технологии процесса.

3)                Литосфера: 3.1.Отторжение земель; 3.2. Химическое загрязнение; 3.3 Деградация почв (от пункта 2).

При ежегодном сжигании во всем мире 9 млрд. т.у.т. в атмосферу выбрасывается более 20 млрд.т СО2 (диоксид С) – углекислого газа, 700 млн.т. пыли-газо- и паросоединений,16,8 ГДж низкопотенциального тепла при коэффициенте полезного использования топлива 37% и расходуется до 13 млрд.т кислорода (почти 1% его содержания в атмосфере).

В Российской Федерации основное количество вредных веществ выбрасываемых в атмосферу приходится на предприятия электроэнергетики, около 28%, цветная и черная металлургия – составляет 22,8% и 15%, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, газовая промышленность -2,8%.

Улов вредных веществ составляет 80,2%. Наибольшие валовые выбросы (тыс.т.) среди отраслей ТЭК по итогам 1997г.:

1.                  электроэнергетика – 4428;

2.                 нефтедобыча – 1325;

3.                 нефтепереработка – 819;

4.                 угольная – 535;

5.                 газовая – 451.

Из общего выброса почти 80% составляют выбросы сернистого ангидрида, оксида углерода, диоксида азота, и углеводородов, среди специфических веществ в выбросах присутствуют и такие опасные как пятиокись ванадия, бенз (а) пирен, ртуть, относящиеся к 1 классу опасности.

Столь значительные выбросы обусловлены низкой эффективностью газо- и пылеулавливающих установок, а зачастую их полным отсутствием, в частности сероулавливающих установок.

Ежегодно в мире на хозяйственные нужды расходуется более 13% годичного стока литосферы – 47 тыс. м3 пресной воды. При этом в водоемы возвращается более 600 м3, то есть около 1,5% ежегодного стока литосферы.

Предприятия ТЭК являются крупнейшими водопотребителями в РФ. На их долю приходится около 40% используемой свежей воды в целом по России. Наибольшие объемы воды приходится на долю следующих отраслей (млн. м3):

• энергетика – 29048 (73,2%);
• нефтедобыча – 690 (1,74%);
• угольная – 208 (0,52%);
• нефтепереработка – 211( 0,53%);
• газовая – 42 (0,11%).

В поверхностные водные объекты предприятиями ТЭК сброшено 34375 млн. м3 сточных вод из которых:

• загрязненных - 7335 (21%);
• нормативно-чистых - 25967 (75,6%);
• нормативно-очищенных - 1073 (3,1%).

Наибольшие объемы загрязненных сточных вод в комплексе (млн. м3) имеют:

• электроэнергетика - 1326 (67,4%);
• угольная промышленность - 620 (28,7%);
• нефтеперерабатывающая – 193 (8,9%).

Необходимо отметить, что в последние годы с очисткой сточных вод сложилось крайне неудовлетворительное положение, 31,4 % вод требующих очистку, сбрасываются без всякой очистки, а из поступающих на очистные  сооружения отчищается до нормативов менее 30%. Наиболее характерными загрязнителями являются – нефтепродукты, сульфаты, хлориды, соединения азота, железа, соли тяжелых металлов, специфические вещества – сероводород, формальдегид и др.

Отчуждение территорий, изъятия из других сфер хозяйственной деятельности, нарушение и загрязнение – еще один фактор воздействия ТЭК. По состоянию на начало 1998 г. в РФ имелось около 683 тыс. га. Нарушенных земель. Предприятиями ТЭКа ежегодно нарушается около 48 тыс. га.

Наибольшее количество нарушенных земель приходится на долю угольной отрасли – 73%. Для их рекультивации понадобиться не один десяток лет.

Следует отметить, что в настоящее время невозможно указать ни одного источника энергии, использования которого не привело бы прямо или косвенно к ухудшению ОС, даже среда так  называемых экологически чистых источников – энергии воды, ветра, солнца, океана, геотермальной энергии.

По характеру воздействия на ОС влияние высоковольтных линий (ВЛ) делят на механическое и специфическое – электромагнитное.

Сооружение ЛЭП связанно с отчуждением земель, что сказывается на местном и сельскохозяйственном заповедниках и заказниках. Существенное влияние оказывает просека (в лесных районах) так как она способствует изменению ландшафтных, микроклиматических, а  следовательно и экологических условий. В большинстве случаев просека, шедшая до 100 м, благоприятствует существованию животных, а > 200м нередко становится непреодолимым препятствием для их перемещения.

К специфическим воздействиям ВЛ сверхвысокого напряжения относится химическое загрязнение атмосферного воздуха, обусловленное длительной ионизации его, которая в сочетании с выбросами тепла может заметно изменить условия комплексирования выбрасываемых с дымовыми газами оксидов. Это, в свою очередь, может резко изменить условия рассеивания и ассимиляции вредных выбросов в ОС.

Электромагнитное воздействие, на почвы  вызванное нестационарными процессами в электросетях, отрицательно сказывается на режимах подземных вод. При пересечении крупных и мелких рек ВЛ создают так называемые электромагнитные плотины на пути миграции рыб. Препятствуя их нерестовому ходу.

Существует и многоплановое отрицательное влияние электромагнитных полей на человека.