Современное состояние энергетики

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

1.1. Анализ состояния мирового энергетического хозяйства

Энергетика является одной из базовых отраслей мировой экономики, а органическое топливо остается доминирующим в мировом топливно-энергетическом балансе. Мировые запасы органического топлива оцениваются следующим образом: уголь - 220...330 лет; газ -35...60 лет; нефть - 25...50 лет. Одной из основных тенденций мирового топливно-энергетического баланса является снижение доли нефти, связанное с увеличением глубины ее переработки и получением большего количества нефтепродуктов легких фракций. Кроме того, от скачков мировых цен на нефть (10... 12 $/баррель - 1998 г. [50]; 30...32 $/баррель - конец 1999 г.; 25...28 $/баррель - начало 2000 г.; 20...22 $/баррель - апрель 2000 г.; 40...41 $/баррель - май 2004 г., 58...62 $/баррель - 2006 г. по результатам торгов на Лондонской международной нефтяной бирже) зависят производители энергетической продукции. Повышение цен на нефть (для стран - поставщиков нефти) является благоприятным экономическим фактором, но нежелательным для энергетики.

В то же время наблюдается снижение темпов роста доли атомной энергетики в мировом балансе: если с середины 1960-х гг. до 1986 г. суммарная мощность АЭС удваивалась каждые 5 лет, то за последние 15 лет XX века увеличилась чуть более чем на 40 % . Например, такие страны, как Швеция, Германия, Италия, ограничили свои атомные программы. Хотя в настоящее время наметилась тенденция пересмотра ядерных программ в этих странах и увеличение внимания к ядерной отрасли в странах, которые официально не сворачивали свои ядерные программы, а лишь замедляли темпы развития атомной энергетики (США, Россия, Япония и др.)

Глобальные оценки потребления первичного энергоресурса были даны на 17-м конгрессе Мирового энергетического совета (МИРЭС. Хьюстон, 1998), где было отмечено, что при самом осторожном варианте развития энергетики в мире, когда особое внимание уделяется проблемам защиты окружающей среды (в предшествующем конгрессу 1997 г. на третьей конференции сторон Рамочной конвенции об изменении климата принят «Киотский протокол»), потребность в первичной энергии к 2050 г. составит 14 Гт нефтяного эквивалента, а к 2100 г. -21 Гт, против 9 Гт на 1990 г.

В целом, в перспективе ближайших 40-50 лет прирост генерирующих мощностей в мире будет обеспечиваться в немалой степени за счет тепловых электростанций на органическом топливе, в том числе и за счет более широкого использования низкосортных топлив. Топливный баланс вводимой энергетической мощности оценивается следующим образом: 31 % - уголь; 24 % - газ; 22 % - гидроэнергия; 10 % - АЭС; 7 % - мазут; остальные 6 % - другие. Это связано в основном с большим опытом использования технологий энергопроизводства на базе органического топлива и благоприятной (в целом) конъюнктурой мировых цен на него, табл. 1.1.

Таблица 1.1

Цены на органическое топливо, $/т.у.т.

В энергобалансах ряда стран увеличивается доля угля (например, в «США доля угля в производстве электроэнергии в 2002 г. составляла 57%, а по прогнозу в 2010 г. составит 65 %), что обусловлено не s последнюю очередь появлением экологически чистых технологий сжигания при высокой эффективности процессов. КПД современных паровых энергоблоков, работающих на каменных углях, может составлять 44...45 % и доходить до 47 % (при низкой температуре циркуляционной воды и глубоком вакууме). Такое повышение экономичности достигнуто благодаря переходу на суперкритические параметры перегретого пара: давление - 26...30 МПа, температура -5S0...610 °С. В некоторых случаях (в Японии, Дании) применяется двойной промперегрев пара с температурами 566/566/566 или 580/580/580 °С при мощности блока до 700 МВт. В перспективе планируется довести эффективность блока до 52...55 % при повышении температуры пара до 700...720 °С. Для сравнения: КПД современных ПГУ находится на уровне 57...58 %. В табл. 1.2 показаны прогнозы некоторых крупных энергетических компаний по перспективному размещению заказов на паросиловое и газотурбинное оборудование.

Таблица 1.2

Прогноз заказов на генерирующее оборудование

В то же время, по оценкам специалистов США, использование твердых органических топлив будет связано главным образом с их энерготехнологической переработкой с получением в качестве товарного продукта электроэнергии, тепла, холода, жидких топлив, горючих газов и т.п. Такое объединение энергетического и химического производства осуществлено в ЮАР на различных комбинатах, где посредством газификации угля получают синтетический газ с последующим получением жидкого синтетического топлива. Аналогичные работы ведутся и в других странах.

Однако энерготехнологическое производство может использовать в качестве топлива не только уголь. Например, в Голландии (Роттердам) на нефтеперерабатывающем заводе промышленно эксплуатируется ПГУ мощностью 120 МВт, работающая на газифицируемых нефтяных остатках с одновременным получением водорода. Такие и более сложные энерготехнологические комплексы (например, энергоагропромкомплекс) рассматриваются как основа энергетики будущего.

Мировая научная общественность огромное внимание уделяет экологическим проблемам энергетики. Вариантами решения этой задачи являются использование нетрадиционной энергетики и повсеместное энергоресурсосбережение.

Обобщая сказанное, можно сделать следующие выводы.

1. Органическое топливо остается доминирующим видом топлива на ближайшую и отдаленную перспективу в мировом топливном балансе.
2. Доля нефти (нефтепродуктов) как энергетического топлива снижается в пользу газа и угля.
3. При использовании в качестве основного топлива газа перспективными считаются парогазовые электростанции с КПД не менее 57...60 %.
4. Основой энергетики будущего на базе использования твердых топлив следует считать энерготехнологические предприятия с комплексной переработкой топлива и получением гаммы продуктов с товарными свойствами.
5. Экологические проблемы энергетики продолжают оставаться актуальными.

1.2. Состояние энергохозяйства России

В нашей стране использование органического топлива в энергетике в ближайшей и отдаленной перспективе будет доминирующим. При этом доля твердых топлив по отношению к жидким и газообразным будет возрастать. Это связано в первую очередь с тем, что нефть и газ являются валютообразующим сырьем. Годовой экспорт России составляет: нефти - 43 % от добычи; газа - 40 %; нефтепродуктов - 34 %. При этом доля российского газа в европейском потреблении составляет около 30...35 %.

В современной энергетике России основным топливом для ТЭС страны является природный газ, доля которого в топливном балансе РАО «ЕЭС России» находится на уровне 70 % (а для электроэнергетики России в целом - 67 %, рис. 1.1). В европейской части России доля газовых ТЭС в структуре генерации электроэнергии ТЭС превышает 80 % [124]. По объему добычи газа в России первенствует ОАО «Газпром» - 86 % от общей добычи (в частности, в 2004 г. из общего объема добычи в стране 633 млрд. м3 на «Газпром» приходится 545 млрд. м3). В планах ОАО «Газпром» - увеличение уровня добычи газа к 2010 г. до 550...560 млрд. м3, в 2020 г. до 580...590 млрд. м3, а к 2030 г. до 610...630 млрд. м3. В то же время требуемые объемы газа для России уже в 2020 г. должны составить 700 млрд м3. При этом в прогнозируется спад добычи газа на уже освоенных месторождениях.

Рис. 1.1. Структура топливного баланса энергетики РФ

Таким образом, при сопоставимом с ОАО «Газпром» увеличении темпов добычи газа другими компаниями в России в 2030 г. будет добываться 695...720 млрд. м3 газа, из которого на внутренние нужды останется (при сохранении доли экспорта) 430 млрд. м3, что приблизительно в 1,6 меньше требуемого на 2020 г.

Аналогичные прогнозы приведены в, где утверждается, что спрос на российский газ, с учетом прогнозов экспорта в Китай и США ( 80 млрд. м3), роста поставок в Европу (на 3,5 % в год) и нынешних темпов увеличения внутреннего потребления (2,6 % в год), превысит 1 трлн. м3. Объем дефицита оценивается более чем в 300 млрд. м3, даже с учетом поставок газа в Россию около 100 млрд. м3 по импортным каналам из стран среднеазиатского региона (САР) (что приблизительно в 1,7 раза больше уровня 2005 г.).

В 2006 г. поставки российского газа на внутренний рынок составляли «370 млрд. м3 (с учетом импорта 430 млрд. м3) в год, из них 52 млрд. м3 использованы на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) для получения каучука, полимеров, синтетических жидких топлив, сжиженных углеводородных газов и т.п. (с учетом строительства 73 млрд. м3).

Наиболее крупными потребителями природного газа в России являются электроэнергетика (170 млрд. м3 в год, или 39 % внутрироссийского потребления), а также население и ЖКХ: 135 млрд. м3, или 31 %; в том числе коммунально-бытовой сектор 13 % (включая бытовое потребление на уровне 5 млрд. м3), и котельно-печное хозяйство 18 %).

Сегодня практически не существует сценария развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны, который не предусматривал бы (в той или иной мере) сокращения использования газа в энергетической отрасли. При этом речь идет о перераспределении потоков энергетических ресурсов в будущие периоды времени при постоянном наращивании добычи газа и увеличении его импорта из стран САР (среднеазиатского региона).

В частности, программой развития РАО «ЕЭС России» предусмотрено увеличение поставок «голубого топлива» на 28 млрд. м3 (32 млн. т.у.т.) в

2010 г. и на 47 млрд. м3 (53 млн. т.у.т.) в 2015 по сравнению с 2006 г. При этом из 186 млрд. м3, запланированных на 2010 г., объем поставки от ОАО «Газпром» составит 103 млрд. м3, а дополнительные объемы будут закупаться у независимых производителей газа и на торговой площадке ООО «Межрегионгаз». Вместе с тем программой развития предусмотрено и снижение доли газа в топливном балансе отрасли до 60 % к 2015 г. Такое снижение (при запланированном суммарном вводе к 2010 г. 30 ГВт установленных мощностей в секторе тепловой генерации) обеспечивается в первую очередь за счет развития угольных технологий в энергетике.

Уголь является одним из важнейших топливных ресурсов страны. Его доля в топливном балансе электроэнергетики составляет 28 %, что соответствует ежегодному потреблению в 115 млн. т каменных и бурых углей. Суммарная установленная мощность угольных электростанций составляет 52 млн. кВт. На них вырабатывается 155 млрд. кВт-ч электроэнергии и 110 млн. Гкал теплоты в год. Потенциально возможные уровни добычи углей в России представлены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Потенциально возможная добыча углей, млн. т