Проблемы использования энергетических ресурсов Республики Тыва



Предыдущая | Следующая

 

Проблемы использования энергетических ресурсов Республики Тыва В статье обоснована необходимость формирования энергетического кластера в Республике Тыва как одного из стратегических направлений развития региона. Изложены основные характеристики угля Улуг-Хемского угольного бассейна, вещественный состав органической массы угля пласта Улуг. Описаны основные направления переработки тувинских углей: газификация, пиролиз, гидрогенизация.
Авторы рассматривают возможности использования возобновляемых источников энергии, в частности, применение мультикремния для солнечной энергетики, использование тепловых насосов, развитие исследований по энергосбережению.
Ключевые слова: энергетический кластер Республики Тыва, каменные угли Улуг-Хемского угольного бассейна, возобновляемые источники энергии, энергосбережение.
СТРУКТУРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КЛАСТЕРА В Республике Тыва, одном из депрессивных регионов Восточной Сибири, целесообразно формирование энергетического кластера как перспективного стратегического направления развития. Актуальность данной задачи обусловлена следующими обстоятельствами:
•? запасы каменного угля являются основным минерально-сырьевым ресурсом региона;
•? у ученых республики есть разработки по производству электрической энергии как на основе возобновляемых природных источников (ветра, солнца), так и по эффективному использованию каменного угля в качестве энергетического топлива и технологий его комплексной конкурентоспособной энерготехнологической переработки;
•? в республике осуществляются исследования технологических процессов и технико-экономических показателей комплексной переработки нетрадиционных и техногенных источников энергетического сырья.
Составными частями энергетического кластера республики могут стать предприятия по добыче и обогащению каменного угля и производству электро — и теплоэнергии; творческие коллективы ученых и технологов, исследующих проблемы энергетики академической и вузовской науки; малые инновационные предприятия по внедрению новых технологий по переработке угля, получению из него конкурентоспособной продукции с высокой добавленной стоимостью, использованию возобновляемых источников энергии: ветровой и солнечной энергии; применению тепловых насосов в энергообеспечении; разработке проблем энергосбережения; инфраструктурные фирмы и организации: коммерческие банки, научно-инновационный центр, инжениринг-центр, центр трансфера технологий.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ В настоящее время разрабатывается новая стратегия развития энергетики России до 2030 г., предусматривающая коренное изменение структуры топливно-энергетического баланса страны в долгосрочной перспективе. Главная роль в приросте мощностей по производству электроэнергии отводится углю, что именуется «второй угольной волной», далее следуют гидроэнергетика и атомная энергетика. Роль производства электроэнергии тепловыми электростанциями на газе останется в ближайшее время ведущей, но предлагается их модернизация с переходом на высокоэффективные парогазовые установки. В свете основных положений стратегии развития энергетики России до 2030 г. приоритетными направлениями в области разработки энергоэффективных технологий в Туве следует признать следующие:
1) угольные технологии;
2) технологии на основе возобновляемых источников энергии;
3) нанотехнологии;
4) разработка энергосберегающих технологий в регионе.
При разработке эффективных технологий производства электроэнергии из углей ученые СО РАН особое внимание уделяют низкоэмиссионным методам его сжигания, в частности, беспламенному горению и сжиганию в кислороде. Для увеличения КПД тепловых станций предлагается переход на сверхкритические параметры пара.
Новой многообещающей технологией является применение механоактивированного угля. Несколько новых разработок связано с каталитическими методами водно-органо-угольных суспензий. Глубокая переработка угля (газификация, пиролиз, гидрогенизация), несомненно, относится к наиболее перспективным технологиям.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УГЛЕЙ ТУВЫ В Туве уже более 10 лет развивается ряд направлений переработки тувинских углей. Основные запасы каменных углей сосредоточены в Улуг-Хемском угольном бассейне. Общая площадь бассейна порядка 2700 км2, бассейн приурочен к крупному прогибу в палеозойских породах, выполненному юрскими угленосными осадками мощностью до 1500 м, расчлененными на четыре свиты. В трех нижних свитах содержится до 55 угольных пластов и прослоев.
Основной промышленный пласт — Улуг, который содержит около 70 % всех прогнозных ресурсов углей бассейна, мощ ность пласта достигает 8-12 м, мощности остальных пластов 0,8 — 3,7 м. [1].
Всего запасов каменного угля УлугХемского разреза поставлено на баланс 1,061 млрд т., прогнозных ресурсов — 12,6 млрд т. В Улуг-Хемском бассейне оценены четыре месторождения: Межегейское, Элегестское, Каа-Хемское и Эрбекское, из которых разрабатываются в настоящее время Каа-Хемское и Элегестское.
Кроме Улуг-Хемского бассейна еще на пяти месторождениях угли изучены, оценены их запасы и прогнозные ресурсы, разрабатывается только Чаданское месторождение. Разработка месторождений ведется открытым способом (разрезы «Каа-Хемский», «Чаданский»). Элегестское месторождение отрабатывалось с 1951 по 1970 г. подземным способом, добыча угля была прекращена с пуском в эксплуатацию угольного разреза «Каа-Хемский». С 2000 г.
ЗАО «Енисейская промышленная компания» начаты работы по изучению и промышленной отработке месторождения.
Вещественный состав органической массы угля пласта Улуг в пределах всего бассейна характеризуется устойчивым постоянством как по разрезу пласта, так и по площади его распространения. По классификационным параметрам (R 0, ? ОК, Vdaf, у) угли пласта Улуг могут быть отнесены к газовым, газовым жирным, жирным и коксовым жирным маркам угля, сменяющим друг друга в юго-западном направлении. Газовые угли составляют 21 % всех прогнозных ресурсов, газовые жирные — 34 %, жирные — 45 %, коксовые жирные — менее 1 % [2].
Для каменных углей Улуг-Хемского бассейна характерны: низкая зольность и малосернистость, высокие показатели содержания летучих компонентов, относительная чистота по тяжелым металлам и токсичным элементам. Изучение спекаемости и коксуемости углей показало, что по ряду свойств и поведению в процессе пиролиза они отличаются от жирных углей других бассейнов. Для них характерна низкая температура перехода в пластическое состояние (~290оC), широкий температурный интервал пластичности, высокий показатель спекаемости. Это определяет хорошую сочетаемость улуг-хемского угля как спекающей основы в смесях с разными типами отощающих углей [3].
Ввиду того, что комплексная энергохимическая переработка каменных углей представляется более высокой технической ступенью производства и согласуется с принципами экологически щадящей энергетики, учеными республики определена эффективность разработки и внедрения в производство методов газификации, гидрогенизации, пиролиза углей.
По результатам исследований процесса газификации определено, что тувинские угли марки Г и ГЖ газифици руются с высоким выходом газовых продуктов, при этом интерес представляет их частичная газификация при температуре не ниже 800 оС. При выборе этого направления переработки угля можно удовлетворить потребности населения в бытовом твердом топливе и создать благоприятные перспективы для развития ряда процессов синтеза на базе полученного из углей газа, в том числе для получения жидких синтетических топлив [4, с. 56-57 и 5].
Другим перспективным направлением переработки тувинских углей является гидрогенизация — процесс термохимической переработки угля в присутствии катализаторов и водорода под давлением, который позволяет перевести органическую массу угля в смесь жидких синтетических топлив и газообразных продуктов. В настоящее время в связи со значительным увеличением цен на моторное топливо и затрат на его доставку в республику и ее отдаленные районы вопрос об экономической целесообразности получения жидких синтетических топлив требует дополнительной проработки как в качестве самостоятельного модуля, так и в ряду других технологических схем переработки угля. Здесь определенным преимуществом характеризуется высокорентабельный процесс полукоксования угля с газификацией в кипящем слое с получением энергетических полукоксов, коксов, каменноугольной смолы и технологического газа в качестве конечных продуктов [4, с. 57-58]. Разработан также опытно-промышленный комплекс по использованию тепловой энергии Эрбекского месторождения при производстве сельскохозяйственной продукции и продовольствия [6].
В настоящее время в связи с отсутствием железнодорожного сообщения реализация рядового угля в другие регионы экономически невыгодна, необходима переработка добываемого угля с целью получения ценных компонентов.
В ТувИКОПР СО РАН разрабатываются новые технологии переработки угля, позволяющие получать ценные продукты и энергию с высокой эффективностью. Например, разработанная там технология непрерывного изотермического пиролиза угля позволяет получать широкий спектр различных углеродных материалов — «чистое» топливо для бытовых нужд, высококачественные сорбенты, газ для нужд энергетики и др.
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Тогда как замена ископаемого топлива чистыми возобновляемыми источниками энергии становится глобальным приори тетным направлением инновационных разработок, значимость возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в производстве энергии в России пренебрежительно мала. К 2020 г. предполагается рост доли ВИЭ в производстве электроэнергии до 4,5 %. Разработку технологий на основе возобновляемых источников энергии — биомассы и горючих отходов, ветра, солнечной энергии, геотермики и сбросового тепла, малых водотоков — целесообразно сделать приоритетными направлениями научных исследований в Туве. В некоторых районах Сибири ВИЭ зачастую представляют собой единственный источник энергии.
Несмотря на малый вклад ВИЭ в энергетику, эти источники наиболее наукоемки и вызывают повышенный интерес исследователей. Как показали Марк Джейкобсон и Марк Делукки в статье «Путь к надежной энергетике в 2030 году», к указанному году ветер, вода и Солнце смогут полностью удовлетворить потребности всего населения Земли в энергии.
В ТувИКОПР СО РАН имеются перспективные разработки и в этой области. В частности, разработанная там крупномасштабная вихревая труба позволяет использовать низко-потенциальное тепло различных природных источников с высокой эффективностью.
Энергия, получаемая при использовании ветра, уже сегодня не дороже вырабатываемой из угля. Энергия из других возобновляемых источников пока обходится дороже, но постепенные усовершенствования делают эти источники все более конкурентоспособными [7].
Тепловые насосы дают до 50 % экономии при использовании сбросного и геотермального тепла. В Туве также есть определенные наработки по использованию тепловых насосов в энергообеспечении территории. Однако пока нет их масштабного применения. К числу самых многообещающих видов альтернативных источников энергии относятся топливные элементы, в том числе с использованием углеродных материалов.
Сейчас во всем мире их разрабатывается множество [8, с. 3].
Наиболее актуальной в настоящее время представляется разработка проблем применения нанотехнологий в энергетике Сибири и ее регионов. К коммерческому применению предлагаются углеродные каталитические наноструктуры для топливных элементов, а также нано — и микродисперсные топливные смеси. Новой нишей в технике следует признать использование наножидкостей в качестве высокоэффективного теплоносителя для энергетических установок.
Добавка долей процента наночастиц радикально влияет на теплообмен — до 70 % увеличивает коэффициент теплоотдачи, что дает возможность уменьшения габаритов энергетических установок и повышения их производительности без дополнительных материальных и финансовых затрат.
Одним из основных путей повышения эффективности использования электроэнергии является решение проблем энергосбережения. Рост экономики невозможен только за счет роста энергопотребления. Наряду с решением проблем развития энергопоставляющих мощностей необходимо решать проблемы энергосбережения, потенциал которого в России достигает 40 % энергопотребления. Приоритетными направлениями энергосбережения для республики, как и для Сибири в целом [8, с. 3], следует признать применение учета и регулирования потребления тепла, методов стимулирования энергосбережения, автономных источников тепла, системы теплоснабжения, энергосберегающих источников света, энергосберегающих материалов, энергосбережения в строительстве и других отраслях экономики.
В Туве целесообразно разработать республиканскую целевую программу по реализации энергоэффективных технологий на основе местных ресурсов и альтернативных источников энергии, целью которой станет создание основ наиболее перспективных технологий применительно к специфике региона [9, с. 174]. Технологии могут быть реализованы с привлечением федеральных и республиканских инвестиций и участием республиканских органов исполнительной власти.
Список литературы 1. Шибанов В. И. Обобщение результатов геологоразведочных работ по Улуг-Хемскому угольному бассейну по состоянию на 0.1.01.1993 г. — Кызыл, 1994. — ТТФГИ.
2. Шибанов В. И., Яковлев И. Ю. Марочный состав углей пласта Улуг Улуг-Хемского бассейна // ХТТ. — 1989. — № 6. — С. 52-54.
3. Фаткулин И. Я., Стуков М. И., Ольшанецкий Л. Г., Киселев Б. П. Использование углей Улуг-Хемского бассейна как возможность улучшения сырьевой базы коксования // Кокс и химия. — 1987. — № 7. —
С. 4.
4. Создание технологий и оборудования высокоэффективной экологически безопасной переработки минерального сырья и техногенных отходов (на примере объектов горнопромышленных агломераций Тувы и сопредельных регионов): Сводный отчет по конкурсному проекту СО РАН. —
№28.4.8 (2004—2006 гг.) / Науч. рук. канд.
техн. наук Ю. Д. Каминский; отв. ред. д-р геол. -минер. наук В. И. Лебедев. — Кызыл:
ТувИКОПР СО РАН, 2006. — 116 с.
5. Куликова М. П., Лебедев В. И., Каминский Ю. Д., Котельников В. И. Энергохимическая переработка каменных углей Тувы — основа устойчивого развития республики // Химия в интересах устойчивого развития. — Новосибирск, 2004. — Т. 12. — С.
541—554.
6. Котельников В. И., Соян М. К. О выработке тепловой энергии на базе Эрбекского месторождения каменного угля // Состояние и освоение природных ресурсов Центральной Азии. Геоэкология природной среды и общества. Науч. Тр.
ТувИКОПР СО РАН / Отв. ред. д. г. -м. н.
В. И. Лебедев. — Кызыл, ТувИКОПР СО РАН, 2004. — С. 242-245. (0,3 печ. л.).
7. Борьба с глобальным потеплением:
начни с себя // В мире науки. – 2010. –
№ 1. – С. 2-3.
8. Макарова В. Заседает Президиум СО РАН // Наука в Сибири. – 2009. – № 9
(2694). – С. 3–4.
9. Балакина Г. Ф. Стратегии развития депрессивного региона / Отв. ред. С. В.
Парамонова. – Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2009. – 344 с.

/*/

А зачем России нужны возобновляемые источники энергии?