Уголь восточных регионов России в топливоснабжении электростанций

Людмила ТАКАЙШВИЛИ
Старший научный сотрудник, к. т. н., Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН
е-mail: luci@isem.irk.ru

К восточным регионам России относятся субъекты Российской Федерации в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Уголь восточных регионов поставляется на внутренний и на международный рынок, при росте поставок на международный рынок. Поставки угля из восточных регионов на внутренний и на международный рынок угля вносят вклад в развитие экономики и обеспечение энергетической безопасности как восточных регионов России, так и страны в целом. Основными потребителями угля восточных регионов на внутреннем рынке являются электростанции, на долю которых в поставках приходится около 70 % от объемов поставок [1,2]. Для восточных регионов угольные электростанции всегда играли важную роль, снабжая электроэнергией и теплом население и промышленность. По данным Росстата, в расходе топлива на производство электроэнергии и тепловой энергии в Дальневосточном федеральном округе доля угля в 2021 г. составила 72 %, а в Сибирском федеральном округе – 59 %. В последние годы существует тенденция сокращения поставок угля на электростанции и доли угольной генерации в России.
В восточных регионах сосредоточены значительные запасы угля – 45 % от балансовых запасов России [3]. Это является основой для наращивания добычи угля, в том числе для производства теплоэнергии и электроэнергии. Доля восточных регионов в объёмах добычи и поставок угля в России имеет тенденцию к росту. В 2021 г. она составила 38 % от объемов добычи по России и 51,9 % от объемов поставок. В восточных регионах действуют многочисленные угледобывающие предприятия, играющие градообразующую роль в некоторых субъектах РФ. При сокращении добычи угля, обусловленной в том числе и курсом на декарбонизацию экономики [4], неизбежны социальные и экономические проблемы, в первую очередь в моногородах. Исследование ретроспективы и существующего состояния поставок позволит выявить факторы, благоприятные для поддержания и развития поставок угля восточных регионов на электростанции и факторы, способствующие сокращению поставок.

Поставки угля восточных регионов на электростанции

Анализ ретроспективы поставок угля (таблица 1) с 2010 по 2020 гг. показывает, что основными потребителями угля в России и угля восточных регионов, в особенности, являются электростанции. При этом существует устойчивая тенденция сокращения (таблица 1) поставок угля на электростанции в целом по России. Это связано с переводом на газ электростанций в европейской части, на Урале и частично на Дальнем Востоке. При реализации угля восточных регионов на электростанциях выявляется, скорее, тенденция колебания поставок, чем тенденция к их сокращению. За период с 2010 до 2020 гг. поставки угля на электростанции в целом по стране сократились на 22,3 млн т (–23 % от объемов поставок 2010 г.), а из восточных регионов на 5 млн т (– 8 % соответственно). Доля углей восточных регионов в объемах поставок на электростанции выросла с 67 до 81 %.

Угольные электростанции восточных регионов, действующие в энергосистеме совместно с гидроэлектростанциями, покрывают потребность в электроэнергии при сокращении выработки на ГЭС, связанной с колебанием водности рек. Поставки угля на электростанции подвержены значительным колебаниям из-за:
большого влияния климатических условий (холодная или теплая зима), так как электростанции работают в режиме когенерации, вырабатывая также и теплоэнергию;
гидрологических условий (водность рек и водохранилищ – наиболее крупные ГЭС России мощностью свыше 1000 МВт находятся в восточных регионах);
наличия остатков угля на складах на конец года.
Наблюдалось как сокращение, так и рост поставок из отдельных субъектов РФ по сравнению с 2010 г. Диапазон изменения поставок на электростанции составил от - 8,9 млн т до + 4,4 млн т по отношению к предыдущему году. Выросли поставки более качественного угля при сокращении поставок менее качественного, в основном, бурого угля. Сократились поставки на электростанции углей Приморского края и (–42 %) и Сахалинской области (–78 %), Красноярского края (–18 %) и Иркутской области (–22 %). Причины сокращения разные: перевод на газ отдельных котлоагрегатов электростанций и ввод в эксплуатацию мини-­ТЭЦ на газе (Сахалинская область и Приморский край), сокращение промышленного производства предприятиями потребителями электроэнергии, необходимость вывода из эксплуатации устаревшего оборудования на ТЭЦ, уменьшение медленное, но постоянное удельного расхода условного топлива на выработку электроэнергии, за счет модернизации оборудования, климатические условия (холодная-­теплая зима и водность рек). Выросли поставки на электростанции хакасских и тугнуйских углей, которые частично заменили менее качественные красноярские. Произошла постепенная замена на Дальнем Востоке привозного угля из Восточной Сибири на местные угли Хабаровского края и Амурской области. В 2020 г. введена в эксплуатацию новая угольная ТЭЦ в г. Советская Гавань в Хабаровском крае.
От общего объема поставок на электростанции угля восточных регионов от 16 до 19 % отгружено в разные годы за их пределы, в основном, в Кемеровскую и Новосибирскую области, в Алтайский край и, незначительные объемы, в европейскую часть России (около 10 % от суммарных поставок вне восточных регионов). Доля угля восточных регионов от поставок для некоторых электростанций в названных регионах составляет от 29 до 100 %.
На электростанции восточных регионов, кроме своего угля, поставляется также кузнецкий, но его доля в поставках незначительна, и составляет около 2 %.

Факторы поддержания и роста поставок угля восточных регионов на электростанции

К факторам, способствующим поддержанию и развитию потребления угля электростанциями восточных регионов относятся:
наличие стабильно действующих угледобывающих предприятий;
отлаженная логистика поставок угля;
обеспеченность угольных ТЭЦ отечественным оборудованием;
наличие ресурсов и балансовых запасов энергетического угля;
широкий спектр качественных характеристик угля;
наличие благоприятных условий отработки месторождений;
геополитические условия: импортозависимость газовой энергетики для электростанций больших мощностей.
Действующие угледобывающие предприятия, поставляющие уголь на электростанции, имеются практически во всех восточных регионах. При этом большинство из них использует производственные мощности ниже проектных значений. Поддержанию добычи на этих предприятиях способствует сложившаяся инфраструктура регионов и наличие электростанций, ориентированных на использование в качестве проектного топлива угля восточных регионов для снабжения электроэнергией и теплоэнергией многочисленных потребителей.
Логистика поставок угля включает отработанные схемы транспортировки угля, главным образом, железнодорожным транспортом [5]. Цена угля у потребителя зависит от железнодорожного тарифа на перевозку угля. Поскольку уголь восточных регионов потребляется, в основном, в регионах угледобычи или ближайших к ним, транспортное плечо для поставок минимально, соответственно и транспортная составляющая в цене угля незначительна.
Обеспеченность угольных ТЭЦ отечественным оборудованием создает отсутствие импортозависимости. В России действуют предприятия, производящие оборудование для угольных электростанций, имеющие международный опыт и компетенцию в области проектирования, изготовления и комплектной поставки оборудования. К ним относятся группы предприятий «ТЯЖМАШ» и «Силовые машины».
Группа предприятий «ТЯЖМАШ» выпускает оборудование для гидро-, тепло-, атомных и угольных электростанций, востребованное в России и поставляемое на экспорт. Оборудование для новых угольных электростанций поставлялось в страны Юго-­Восточной Азии, Восточной Европы и Германию [6].
Группа предприятий «Силовые машины», являясь одной из ведущих мировых энергомашиностроительных компаний, производит оборудование не только для гидро-, тепловых, атомных и угольных электростанций, но и для других отраслей промышленности [7]. Оборудование, произведенное на предприятиях группы «Силовые машины» работает в 57 странах мира. Показатели экологичности угольной энергетики имеют тенденцию к постоянному улучшению, благодаря новейшим конструкциям котлов (парогенераторов), оснащенных высокоэффективным пылегазоулавливающим оборудованием. В области угольной энергетики Россия добилась практически мирового лидерства, причем именно эта сфера является наиболее импортозащищенной по обеспечению оборудованием угольных ТЭЦ.
Наличие ресурсов и балансовых запасов энергетического угля достаточно высокого качества является надежной базой снабжения топливом действующих и новых электростанций на длительную перспективу. К ресурсам угля для энергетики относятся также низкокачественные продукты переработки угля на обогатительных фабриках, так называемый промпродукт. Высококачественные продукты переработки коксующегося и энергетического углей (концентраты) предназначены для поставок на экспорт. В последние годы существует устойчивая тенденция роста переработки угля и поставок на экспорт. Соответственно растут объемы производства промпродукта, который поставляется на электростанции, заменяя низкокачественный бурый уголь.
В балансовых запасах угля восточных регионов преобладает энергетический уголь: 79,1 млрд т из 88 млрд т категорий A+B+C1 [3] или 90 % от объемов запасов. При уровнях добычи 2021 г. в восточных регионах 153,6 млн т, обеспеченность запасами категорий А+В+С1 энергетического и коксующегося углей в совокупности (отношение балансовых запасов к добыче) составляет более 550 лет. Обеспеченность запасами только энергетического угля при уровнях добычи 2021 г., без учета производства промпродукта составляет порядка 900 лет. Расчет обеспеченности приблизительный, без учета постановки на баланс перспективных месторождений и возможного выпуска промпродукта.
На балансе действующих предприятий насчитывается 8,35 млрд т промышленных запасов. «Промышленные запасы угля (сланца) рассчитываются на основе балансовых запасов категорий А + В + С1, учтенных в границах горных отводов шахт и разрезов государственным балансом полезных ископаемых Российской Федерации» [8]. Обеспеченность предприятий восточных регионов промышленными запасами угля составляет 55 лет. Для сравнения, обеспеченность запасами газа (без выделения промышленных запасов газа предприятий) в России по данным BP статистики равна 58,6 лет, а угля 407 лет (коксующегося и энергетического в совокупности) [9]. Доля промышленных запасов в балансовых запасах составляет около 10 %. Промышленные запасы фонда действующих и новых предприятий постоянно пополняются при переводе нераспределенного фонда балансовых запасов, который достаточно велик, в распределенный.
Степень изученности балансовых запасов (отношение запасов категорий А+В+С1 к прогнозным ресурсам [10] низкая, в среднем 10 %. Для разных территорий региона степень изученности колеблется от 0 до 50 % и более. Наращивания балансовых запасов угля возможно при выполнении соответствующих геологоразведочных работ и постановке прогнозных ресурсов угля на баланс.
Широкий спектр качественных характеристик угля восточных регионов определяет его пригодность не только для нужд энергетики, но и экспорта, коксохимического производства и углехимии и создает предпосылки для комплексного их использования. Балансовые запасы угля восточных регионов уникальны и включают все существующие марки угля. Уголь является мощным сорбентом, и уголь некоторых месторождений восточных регионов содержит в своем составе редкие металлы и редкоземельные элементы, востребованные на мировом и российском рынке. Отмечено содержание в промышленно значимых концентрациях таких компонентов как германий, ванадий, хром, золото, платина, серебро, титан [11–16]. Это создает предпосылки для комплексного, безотходного использования угля и получения продуктов с высокой добавленной стоимостью.
Уголь восточных регионов обладает, по большей части, хорошим качеством, по содержанию серы, золы и хорошей теплоте сгорания (таблица 2). В каждом регионе имеется несколько месторождений угля, сильно отличающихся по качественным характеристикам. В таблице 2 представлены диапазоны характеристик месторождений угля некоторых регионов, в которых запасы каменного либо бурого угля превышают 1 млрд т. Для нужд энергетики предпочтительное содержание серы составляет менее 1 %, золы – менее 20 %. Запасы угля с содержанием серы 1 % и выше составляют менее 8 % от объемов запасов. На уголь с высоким содержанием золы приходится менее 10 % от объемов запасов угля, это, в основном, каменный уголь.

Высокая влажность характерна для бурого угля, доля которого в запасах категорий A+B+C1 составляет 77 % от объемов запасов энергетического угля. Для такого угля существуют сложности транспортировки, зимой из-за смерзания, в теплое время из-за склонности к самовозгоранию, поэтому его использование рационально на электростанциях, расположенных в регионах добычи. В большинстве углей отсутствуют или содержатся в допустимых концентрациях токсичные примеси: фосфор, мышьяк, фтор, свинец, ртуть и т. п. [11–13], что очень важно с позиций безопасности их использования для целей энергетики. Энергетический уголь восточных регионов востребован на международном рынке угля благодаря хорошему качеству. По экспорту Россия уступает первенство только Австралии и Индонезии [9], при этом около 90 % в объемах экспорта составляет энергетический уголь, в том числе и бурый [19].
Наличие благоприятных условий отработки для большинства месторождений способствует также развитию добычи угля восточных регионов.
Геополитические условия: импортозависимость газовой энергетики для электростанций больших мощностей способствуют поддержанию позиций угольной энергетики. Импортозависимость газовой энергетики непосредственно связана с геополитическими условиями, ограничивающими возможности импорта оборудования и комплектующих. По данным ГК «РосБизнесКонсалтинг» (РБК) по состоянию на 2019–2020 гг. Россия критически зависима от импорта газовых турбин и компонентов [20]. Более 75 % импорта шло из стран, наложивших санкции на Россию: Чехии, Канады, США, Франции, Великобритании, Швеции, Японии, а также и Украины. Доля импорта в использовании газовых турбин большой мощности (более 100 МВт) и лопаток газовых турбин составляет 100 % [21]. Существует проблема обслуживания действующих в России импортных турбин и большая вероятность не реализации планов ввода новых газовых электростанций и перевода на газ блоков существующих.
Возникла необходимость поиска замены поставок оборудования из ЕС и США и организации производства для импортозамещения. Доля импорта всего востребованного оборудования и комплектующих из Китая, не требующая импортозамещения, составляет менее 10 % [21].
Российские предприятия, выпускающие оборудование для электростанций, могут в перспективе освоить выпуск газовых турбин, но на это требуется время. «Силовые машины» планируют предложить рынку две полностью российские газовые турбины малой мощности: 170 МВт и 65 МВт, опытные образцы которых предполагается создать в ближайшие годы.

Факторы, сдерживающие развитие поставок угля восточных регионов на электростанции

Основные риски и угрозы снижения потребления угля электростанциями обусловлены следующими факторами:
геополитические условия: импортозависимость угольной отрасли;
курс на декарбонизацию экономики России [4];
проблемы транспортировки угля;
проблемы моногородов.
Геополитические условия отражаются на всех факторах, способствующих или сокращающих потребность в поставках угля на электростанции.
Импортозависимость угольной отрасли от использования зарубежного технологического оборудования, может привести к сокращению объемов добычи. В угольной промышленности России существует негативная тенденция, связанная с ростом использования импортного оборудования, машин и механизмов [22–24]. По основным процессам производства соотношения используемого отечественного и импортного горно-­шахтного оборудования характеризуется высокой (критической) импортозависимостью (от 60 до почти 100 %), в особенности для открытого способа добычи. Умеренная импортозависимость (от 40 до 60 %) может быть снижена за счет увеличения загрузки мощностей российских машиностроительных заводов и увеличения коэффициента использования имеющегося оборудования [7]. Ведущие страны – импортеры оборудования, используемого в производственных процессах: Великобритания, Украина, Польша, Германия, США [19, 22–24]. Анализ импортозависимости выполнялся по данным 2012–2017 гг., при продолжении сложившейся тенденции ситуация с импортозависимостью угольной промышленности не претерпела существенных изменений [19]. Тем не менее импортозависимость угольной отрасли не настолько критична, как для газовой энергетики, поскольку почти по всем видам технологического оборудования и механизмов существуют российские производители [24], а значит и возможность импортозамещения за счет расширения собственного производства. Этому вопросу уделено достаточно много внимания в Программе развития угольной промышленности России на период до 2035 г.
Курс на декарбонизацию экономики, предусматривает перевод угольных электростанций на газ и, соответственно, сокращение потребления угля. Мероприятия по декарбонизации экономики могут существенно отодвигаться и даже оборачиваться вспять из-за импортозависимости газовой энергетики.
Цены на газ постоянно растут, в разных регионах России они отличаются значительно, к тому же в восьми из 16 субъектов РФ (восточных регионов) магистральный газопровод отсутствует, что влияет, соответственно на цену на газ. Согласно исследованиям, проведенным компанией Argus Media [21], стоимость производства электроэнергии зависит не только от цены на газ и уголь в регионе, но и от марки сжигаемого угля, КПД генерирующей установки на угле и на газе. Из результатов исследований, представленных компанией следует что использование газа для производства электроэнергии эффективно только в регионах, где цена на газ значительно ниже цены угля. Для большинства восточных регионов, с учетом отсутствия магистрального газопровода, предпочтительной является угольная энергетика по экономическим показателям, а не газовая.
Проблемы транспортировки угля связаны с изменившимися геополитическими условиями. Большая часть поставок угля (88 % от объемов добычи в 2020 г.) осуществляется железнодорожным транспортом [5]. Новая политика РЖД связана с изменением приоритетности грузов, обусловленной изменившимися геополитическими условиями. Уголь восточных регионов поставляется, в основном, на электростанции в регионах угледобычи и ближайших к ним. Проблемы транспортировки до электростанций существуют только при большом транспортном плече, т. е. для угля, поставляемого в европейские регионы. Его поставки составили в 2020 г. около 2,5 % от суммарных объемов поставок на электростанции.
Проблемы моногородов связаны с перспективой сокращения персонала из-за снижения объемов добычи или закрытия предприятий. Численность населения в 14 моногородах угледобывающих восточных регионов по данным 2019 г. составляет более 350 тыс. чел. [25]. При сокращении добычи угля неизбежны социальные и экономические проблемы, требующие решения.

Заключение

Уголь восточных регионов был в ретроспективе и останется в перспективе основным топливом для электростанций, в основном, восточных регионов.
Использование угля восточных регионов для нужд энергетики способствует устойчивости энергетического сектора региона:
к внешним и внутренним экономическим, техногенным и природным угрозам;
надежному топливо-, энерго- и теплообеспечению;
способности энергетического сектора минимизировать ущерб, вызванный проявлением различных дестабилизирующих факторов, таких как геополитическая ситуация, эпидемия ковида и т. п.
Основой для стабильного снабжения углем служит:
наличие запасов угля, обеспеченность которыми исчисляется сотнями лет, в отличие от запасов газа;
стабильная и налаженная работа угледобывающих предприятий и логистических схем доставки угля;
более низкий уровень импортозависимости для угольной энергетики;
климатические условия, диктующие необходимость стабильного снабжения электро- и теплоэнергией;
рост цен на газ и импортозависимость газовой энергетики;
возможность и перспективность совершенствования процессов добычи и использования угля, в том числе за счет создания промышленных кластеров на базе месторождений угля.
Для стабильного функционирования угледобывающих предприятий необходимо развитие машиностроительной промышленности, направленное на импортозамещение оборудования.
Создание угольных кластеров и увеличение доли продукции с высокой добавленной стоимостью может способствовать сокращению социальных и экономических проблем в моногородах.
Перспективы повышения конкурентоспособности угольной энергетики создают новейшие разработки по модернизации оборудования для угольных электростанций, направленные на повышение КПД и экологичности угольной генерации и внедрение технологий, направленных на комплексное использование угля [14, 15, 26, 27].

Работа выполнена в рамках проекта государственного задания (№ FWEU‑2021-0004).