Топливно-энергетические ресурсы: состояние, дина

Никакой прогресс в сфере обеспечения комфортных условий для проживания и/или деятельности человека невозможен без достаточного количества энергии. Энерговооруженность — краеугольный камень существования цивилизации. Поскольку в СМИ высказывается масса необоснованных мнений разного рода «экспертов» по означенной проблематике, вводящих общество в заблуждение, полезным будет изучить лекцию, прочитанной в РХТУ им. Менделеева (кафедра проблем устойчивого развития), весной 2011 г. одним из ведущих современных российских ученых.

Топливно-энергетические ресурсы: состояние, динамика освоения, обеспеченность

=============

Часть 1: МИР

=============

================

Часть 2: РОССИЯ

================

Рисунок 9 - Добыча газа, нефти и конденсата в РФ В 2005-2009 гг.

Из него видно что начиная с 2005 г. суммарная добыча нефти и газового конденсата несколько превышала 500 млн. т/год. Основная доля их производства в 2008 г. приходилась на несколько крупных компаний: «Роснефть» (22%), «Лукойл» (18%), «ТНК ВР Холдинг» (14%), «Сургутнефтегаз» (12%). Лишь около 1/3 приходилось на ОАО «Газпромнефть», ОАО «Газпром» и другие компании.
Добыча природного горючего газа, включая попутный нефтяной газ (ПНГ) в 2005-2009 гг. несмотря на кризисные условия в экономике, в основном превышала 650-660 млрд. м3/год (рис. 9). При этом более 80% природного газа добывал «Газпром». В балансе добычи газа доля ПНГ не превышала 8%.
Распределение добываемых в России энергетических ресурсов представлено ак. О.Н. Фаворским оригинальной схемой рис.10).

Рисунок 10 - Структура потребления топливно-энергетических ресурсов в России

Из нее хорошо видна высокая доля экспорта органического топлива (44%), также как и доля затрат топлива на теплообеспечение (1/4). По мнению ученых РАН [4] природный газ в нашей стране используется недостаточно эффективно. В устаревших котельных, работающих на газе, в основном, используются паровые турбины. Их КПД превращения энергии топлива (в данном случае газа) в электричество не превышает 32-34%. Использование парогазовых установок с КПД 52-56% позволило бы кардинально улучшить ситуацию. Замена паровых турбин на парогазовые установки позволило бы на 30-40% сэкономить использование газа на ТЭС, либо на столько же увеличить их мощность. На рис. 11 видно, что в структуре производства энергии в нашей стране на долю газа приходится 46%.

Рисунок 11 - Структура производства электроэнергии в России (2007 г.)

Подобная ситуация ведет к расточительному расходу природного газа, как весьма ценного сырья, используемого в производстве конкурентных продуктов.

Газпромом разработана программа существенной конверсии производства газохимической продукции [4], но, к сожалению, пока она реализуется медленно.

Рисунок 12 - Переработка газа в РФ и США

Из него видна не только большая разница в доле включаемого в переработку газа в нашей стране (9%) и США (60,5%), но и особенно – в производстве сухого товарного газа (разница почти в 10 раз), этана, пропана, стабильного газового бензина, в использовании шахтного метана и ПНГ. Успехи в разработке новых весьма продуктивных научных направлений в газохимии настойчиво толкают производителей природного газа к дальнейшему освоению его новых разнообразных источников [9].
По разведанным доказанным запасам природного горючего газа Россия занимает первое место в мире. Предварительно оцененные запасы и прогнозные ресурсы существенно превышают накопленную добычу [3].

Рисунок 13 - Распределение по степени освоения ресурсов нефти и природного газа в России

На рис. 13 показано распределение по степени освоения ресурсов нефти и природного газа в нашей стране.
Разведанные запасы нефти вместе с предварительно оцененными и прогнозными ресурсами существенно превышают накопленную добычу, составляя всего лишь 16%. Накопленная добыча природного газа – 5% свидетельствует, что, несмотря на динамичное развитие, страна пока находится на начальном этапе освоения его ресурсов [1]. К сожалению, в нефтяной промышленности положение более сложное, связанное с тем, что в последние 20 лет мы не открыли крупных месторождений нефти, а прирост разведанных запасов за счет мелких месторождений и увеличение в эксплуатируемых запасах тяжелых нефтей требуют более интенсивного разворота поисковых геологических и геофизических работ.
Наиболее перспективными становятся шельфовые акватории, перспективные на нефть и газ, в первую очередь в арктических зонах России. Этой проблеме посвящен ряд работ автора и коллег [7, 10]. В статье А.Э. Конторовича и В.А. Конторовича [14] предложено районирование акваторий арктического шельфа России с прогнозной оценкой ресурсов нефти, природного газа и конденсата в каждой из выделенных ими нефтегазовых провинций, приведенных на рис. 14.

Рисунок 14 - Нефтегазоносные провинции арктического шельфа России

Несмотря на недостаточную геолого-геофизическую изученность осадочных бассейнов на шельфах Северного Ледовитого океана при оценке возможных ресурсов нефти и газа авторы использовали апробированную в западной и Восточной Сибири технологию, опирающуюся на стохастическую зависимость между начальными геологическими ресурсами нефти и газа и объемом неметаморфизованного осадочного материала в бассейнах. На основе анализа имеющихся геолого-геофизических материалов упомянутыми авторами [14] предложено возможное распределение углеводородов в нефтегазоносных провинциях северной евразийской континентальной окраины России (рис. 15).

Рисунок 15 - Распределение ресурсов углеводородов в нефтегазоносных провинциях северной евразийской континентальной окраины России

Из него видно, что в трех нефтегазоносных провинциях Южно-Карской, Восточно и Западно Баренцевской прогнозные ресурсы углеводородов составляют почти 80% всех ресурсов шельфов евразийской континентальной окраины России.
Конкретная оценка состояния геолого-геофизических работ в этом регионе, характерные особенности наиболее перспективных объектов для детальной разведки, технологическая «вооруженность» современной геологии и геофизики, а также проблемы организации работ и сотрудничества с зарубежными партнерами рассмотрены в недавней работе Российской академии наук [11].

7.2 Каменные угли
Доля добытых и подготовленных к освоению запасов углей в России в суммарных начальных ресурсах составляет около 2%. Соответственно, перспективные и прогнозные их ресурсы находятся на ранней стадии освоения. Существенным недостатком сырьевой базы углей является географическое размещение освоенных угленосных бассейнов (рис. 16).

Рисунок 16 - Удельный вес добычи угля по регионам и бассейнам России

Рисунок 17 - Технологическая схема современной атомной энергетики России установленной мощностью 23,2 ГВт(э)

Из нее видно, что в открытом уран-плутониевом топливном цикле, в условиях временного хранения возрастающих объемов ядерных материалов, при низкой эффективности использования природного урана – менее 1%. Эта схема не является прогрессивной и безопасной. Здесь хорошо видно, что на «входе» – 5000 т природного урана в год. Далее - конверсия и обогащение, при которых ежегодно 4100 т отвального урана пополняют отвалы обогатительного производства (75 тыс. т). Далее – изготовление топлива и его поставки на АЭС. Более 800 т ОЯТ в год поступают во временные хранилища, в которых в 2010 г. уже имеется 19000 т. ОЯТ транспортных и исследовательских реакторов и реакторов БН600 и ВВЭР-440 поступают на завод РТ-1 («Маяк») на переработку. Полученные радиоактивные отходы (3 т/год) поступают на временное хранение РАО (есть 75 т), а полученный плутоний (1 т) – на склад выделенного плутония (РТ-1, есть 40 т).
В. Асмоловым, А. Зродниковым и М. Солонинным предложена принципиальная схема будущей инновационной ядерной энергетики России, установленной мощностью 100 ГВт (э). Она основана на замкнутом топливно-ядерном цикле и кардинально отличается от действующей схемы. На рис. 18 .хорошо видны эти отличия.

Рисунок 18 - Принципиальная схема крупномасштабной ядерной энергетики установленной мощностью 100 ГВт(э) (пример)

Здесь показана не только последовательность операций цикла, но и место предприятий внутри концерна «Энергоатом». На «входе» - не 5000 т, а лишь 100 т/год природного урана, отвального урана обогатительного производства (или природного тория). Они поступают на заводы по изготовлению топлива для тепловых и для быстрых реакторов, куда также поступают соответственно уран 233+уран 238 и уран, плутоний, минорактиниды. ОЯТ со всех реакторов поступает на завод по переработке, который кроме топливных материалов получает 100 т радиоактивных отходов (РАО) в год. РАО направляются для окончательной изоляции в подземное сооружение.
Возможная структура ядерной энергетики, предложенная сотрудниками Курчатовского института на период до 2100 г. приведена на рис. 19.

Рисунок 19 - Возможная структура ядерной энергетики России (на период до 2100г.)

Для реализации этой схемы требуется проведение глубоких фундаментальных и экспериментальных опытных работ, в условиях международного сотрудничества.
В соответствии с Международной инициативой по созданию реакторов IV поколения необходимо реализовать объединенную программу изучения и инженерных изысканий для разработки наиболее перспективных реакторов и технологий ядерных топливных циклов новых поколений, включая:
- быстрый реактор с натриевым охлаждением,
- легководный тепловой ядерный реактор,
- быстрые реакторы с тяжелым теплоносителем,
- высокотемпературный реактор с газовым охлаждением,
- реактор с солевым расплавом.
Стратегия развития ядерной энергетики на период 2000-2030 гг., одобренная Правительством России в 2000 г. приведена на рис. 20.

Рисунок 20 - Стратегия развития атомной энергетики – 2000-2030 гг. (одобрена Правительством России 25.05.2000 г.)

Стратегией предусматривается иметь в 2030 г. 60 ГВт (э) установленной мощности АЭС. Предлагаемый вариант развития реализуется не в полной мере, также не в полной мере выполнен план продления срока эксплуатации реакторов первого и второго поколения. Строительство второго БР на Белоярской АЭС идет успешно.

9. О ДИНАМИКЕ ВНУТРЕННЕГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПЛИВА И ЭНЕРГИИ В РОССИИ

Анализ тенденций внутреннего потребления энергетических ресурсов на фоне развития экономики России приведен в работах многих специалистов, в том числе и автора. В этих работах чаще всего сопоставляются тенденции в динамике валового внутреннего продукта, различных по уровню экономического развития стран, с уровнями потребления топливно-энергетических ресурсов и энергии в расчете на «душу» населения. Нужно отметить, что по этим показателям легко выделяются страны, различающиеся не только по уровням экономического и технологического развития, но и качеству жизни. При этом не отмечается прямых корреляций с климатическими условиями.
На рис. 21 отражена реальная динамика внутреннего потребления топлива и энергии в России за период с 2010 по 2020 гг., (также в % к 1990 г.) с выделением следующих показателей:
- валовой внутренний продукт;
- производство электрической энергии;
- расходы энергетических источников на теплоснабжение;
- потребление моторного топлива;
- первичные энергетические ресурсы.

Рисунок 21 - Динамика внутреннего потребления топлива и энергии, в % к 1990 г.

На диаграмме хорошо видна депрессионная зона российской экономики 90-х годов с резким падением производства валового внутреннего продукта (почти на 40%) и потребления моторного топлива (45%) при более мягком снижении потребления тепла, электроэнергии и первичных энергетических ресурсов (на 30-20%). Особенно важным является заметное увеличение темпов роста ВВП и потребления электроэнергии при низких темпах увеличения потребления тепловой энергии, моторного топлива и первичных энергетических ресурсов. В этом проявляется положительное влияние курса руководства страны на существенное снижение энергоемкости российской экономики. Динамика энергоемкости приведена на рис. 22.

Рисунок 22 - Энергоемкость российской экономики

Из него хорошо видна положительная тенденция решения этой весьма сложной и давней проблемы.
Необходимо подчеркнуть, что при реализации мер, связанных с ресурсосбережением, в первую очередь с экономией топливно-энергетических ресурсов имеется несколько направлений экономической политики.
На рис. 23 приведены динамические показатели потребности России в топливно-энергетических ресурсах в условиях различного подхода к развитию экономики страны.

Рисунок 23 - Динамика потребности в топливно-энергетических ресурсах

Из него хорошо видно, что при намеченных темпах экономического развития страны и сохранении энергоемкости ВВП на уровне 2010 г. за предстоящие 10 лет мы должны увеличить более чем на 1,0 млрд. т потребление топливно-энергетических ресурсов. При этом технологическое перевооружение (особенно ТЭС, работающих на природном газе) не может сыграть решающей роли.
Опыт многих стран, решивших удовлетворительно эту задачу, свидетельствует, что главный резерв в снижении потребления топливно-энергетических ресурсов «лежит» в структурной перестройке экономики, ориентированной на снижение энергоемкости ВВП. При этом мы должны иметь в виду, что к 2020 г., при планируемом значительном объеме экспорта топливно-энергетических ресурсов, медленном развороте структурной перестройки экономики страны и отставании геологоразведочных работ, контрольная цифра внутреннего потребления этих ресурсов на наш взгляд, может быть близкой к 2,0 млрд. т условного топлива в год.

10. НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Ярковыраженная неравномерность географического распределения запасов и добычи топливно-энергетических ресурсов в мире, являющихся невозобновляемыми, определяется особенностями геологической истории развития Земли и ни в коей мере не связана причинно с существующими границами государств. Именно поэтому любые прямые посягательства на обладание источниками энергетических ресурсов, расположенных за пределами собственных территорий, или акваторий, нарушающих Конвенцию ООН, обычно рассматриваются как агрессивные действия, грубо нарушающие основы международного права. Огромное геополитическое значение приобрела проблема владения топливно-энергетическими ресурсами и эта проблема относится к категории важнейших в международных отношениях. В международном праве ей уделяется большое внимание. Многие исследователи часто ссылаются при анализе причин конфликтов между странами и группами стран, на их стремление с помощью силовых и иных приемов овладеть не принадлежащими им энергетическими ресурсами.
Для исключения конфликтных ситуаций широко используются договорные отношения между государствами, вырабатываются международные принципы энергетической безопасности.
Международная деятельность и внешняя политика в области энергетики призваны обеспечить сохранение энергетической безопасности и независимости нашей страны. Для успешного решения этой главной задачи потребуется восстановить и укрепить экономические позиции России в ряде регионов за ее пределами, найти эффективные инструменты сотрудничества в рамках СНГ и мирового сообщества в целом. Нужно обеспечить условия для максимально эффективной реализации экспортных возможностей отечественного ТЭК, ускоренного решения проблем развития современного отечественного энергетического, электротехнического, нефтегазового и горного машиностроения и транспортных средств, организовать расширение их экспорта. Необходимо способствовать привлечению зарубежных инвестиций для ТЭК и смежных областей, существенно расширить международное сотрудничество в разработке научно-технологических проблем и подготовке научных и инженерных кадров, технического персонала и рабочих высокой квалификации.
Отношения со всеми зарубежными государствами, организациями и компаниями должны строиться исходя из приоритета национальных интересов России, на взаимовыгодных началах. При этом государством рекомендуются любые формы участия иностранного капитала в ТЭК России и симметричные формы участия национального капитала в энергетике других стран. Энергетические проблемы должны решаться на справедливой основе, путем переговоров, при отсутствии политического и силового давления на партнеров.
Основным принципом энергетической безопасности в нашей стране и в мире, которым должны руководствоваться производители и потребители энергетических ресурсов должен стать принцип их рационального потребления. Своевременная подготовка их запасов к освоению, возможность замены исчерпаемого ресурса и диверсификация видов топлива и энергии должны стать основной научно-технологической задачей, к решению которой должны привлекаться ученые и специалисты разных стран, наиболее успешные производственные объединения. Экологическая приемлемость крупномасштабного освоения новых источников энергии должна определяться международными организациями экспертов, с широким использованием опыта МАГАТЭ.
Международная доктрина энергетической безопасности и увязанные с ее основными положениями законы отдельных, (особенно развитых) стран в совокупности должны стать важными документами ООН, направленными на развитие и укрепление принципов мирового содружества, с отрицанием противостояния.
Учитывая весьма высокую сложность решения проблемы замены значительной доли традиционных невозобновляемых энергетических ресурсов новыми источниками энергии в XXI веке, представляется крайне важным объединение усилий ученых разных стран и выделение значительных ресурсов для ее разрешения.
В заключение выражаю сердечную благодарность моим коллегам, товарищам по работе, принимавшим участие в обсуждении затронутых вопросов, предоставлении отдельных материалов при подготовке доклада: академикам А.Н. Дмитриевскому, А.Э. Конторовичу, О.Н. Фаворскому; членам-корреспондентам РАН М.Д. Белонину и В.И. Величкину; докторам наук В.И. Богоявленскому, А.С. Некрасову, Ю.В. Синяку, А.Г. Коржубаеву и другим моим, в том числе зарубежным коллегам, активно участвовавшим в подготовке и проведении ежегодных энергетических форумов т семинаров по проблемам нефти, газа и атомной энергетики, проводимых в России, Европе и США.

Источник публикации + обсуждение: aftershock-2