Сравнительный анализ перспективных технологий снижения выбросов метана на угольных шахтах

Илья НАГАЙЦЕВ
Сибирский государственный индустриальный университет
Е-mail: ia.nagaitzev@yandex.ru

Татьяна ПЕТРОВА
Сибирский государственный индустриальный университет
Е-mail: ia.nagaitzev@yandex.ru

Введение

В настоящее время изменение климата стало одной из актуальных проблем в общемировой повестке. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) в шестом оценочном докладе подтвердила факт, что деятельность человека, результатом которой являются антропогенные выбросы парниковых газов (далее ПГ), однозначно вызвала негативные процессы, связанные с изменением климата .
Парниковые газы – газообразные вещества природного или антропогенного происхождения, которые поглощают и переизлучают инфракрасное излучение. Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере способствует росту температуры, что влечет за собой глобальные климатические изменения. Для стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который бы не допускал опасного антропогенного воздействия на климатическую систему, была принята Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций (ООН) об изменении климата (заключена в г. Нью-­Йорке 9 мая 1992 г.) , которая в настоящее время является правовой основой международного взаимодействия по вопросам изменения климата. Далее был принят Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата , который обязывает подписавшие его стороны сокращать выбросы парниковых газов и содержит рыночные механизмы для снижения неблагоприятных последствий изменения климата и воздействия на международную торговлю, социальные, экологические и экономические сферы жизнедеятельности человека. В целях активизации международных усилий по достижению конечной цели Рамочной конвенции на Парижской конференции по климату (COP21) в декабре 2015 г. принято Парижское соглашение по борьбе с климатическими изменениями .
Для реализации Парижского соглашения в России утверждена Стратегия социально-­экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 г., в развитие которой в октябре 2023 г. принята Климатическая доктрина Российской Федерации. Она представляет собой систему взглядов на цели, основные принципы, задачи и механизмы реализации единой государственной политики Российской Федерации по вопросам, связанным с изменением климата и его последствиями. Документ является основой для выработки и реализации климатической политики . В настоящее время в стране проводится активная работа по формированию условий для перехода к низкоуглеродной экономике. В рамках долгосрочного социально-­экономического развития Российской Федерации предполагается достижение с учетом национальных интересов и приоритетов развития не позднее 2060 г. баланса между антропогенными выбросами парниковых газов и их поглощением (достижение углеродной нейтральности).

Для достижения целей в стране уже реализуется ряд мероприятий. Одно из них – это обязательная отчетность для компаний, чьи выбросы парниковых газов превышают 150 тыс. т/г. СО2‑экв. в рамках Федерального закона «Об ограничении выбросов парниковых газов» . Кроме того создана система обращения углеродных единиц, в рамках которой в реестре углеродных единиц  уже зарегистрировано семь климатических проектов , выпущено 84,4 тыс. углеродных единиц, еще 2,4 млн углеродных единиц планируется к выпуску. Одновременно проводится эксперимент по квотированию выбросов парниковых газов на Сахалине , где в сентябре 2023 г. для компаний региона были установлены квоты на выбросы парниковых газов.
Наибольшие выбросы парниковых газов связаны с энергетикой (34%), промышленностью (24%), сельским хозяйством (22%), транспортом (15%) и эксплуатацией зданий (6%). В России выбросы ПГ от энергетического сектора, возникают при сжигании ископаемых видов топлива (86%), потерь и технологических выбросов топливных продуктов атмосферу (14%) от деятельности по добыче углеводородов , в том числе угля.
Добыча угля подземным способом сопровождается значительной эмиссией метана (СН4) – парникового газа, который влияет на ускорение процессов изменения климата в большей степени, чем углекислый газ (СО2), с потенциалом глобального потепления превышающим СО2 в 25 раз . Метан – взрыво- и пожароопасный газ, выделяющийся из угольных пластов при добыче полезного ископаемого. Технология отработки на угольных шахтах предусматривает применение различных схем проветривания горных выработок и средств дегазации, что позволяет снижать концентрацию метана до предельно-­допустимой и выбрасывать метановоздушную смесь на поверхность. В руководящих принципах национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК  определены источники выбросов парниковых газов на угольных шахтах: выбросы метана из вентиляционных струй с низкой концентрацией метана (менее 0,75%) и выбросы метана из систем дегазации с высокой концентрацией метана (более 25%). К учету принимаются выбросы метана при и после добычи. В руководящих принципах приведены расчетные формулы и коэффициенты для определения объема выбросов парниковых газов угольными шахтами.
Для достижения к 2060 г. баланса между антропогенными выбросами парниковых газов и их поглощением угледобывающим предприятиям необходимо наращивать компетенции по учету и анализу выбросов парниковых газов и возможности управлять своими выбросами. Одним из наиболее эффективных инструментов на сегодняшний день является внедрение технологий снижения выбросов парниковых газов (метана).
Угледобывающие предприятия по всему миру разрабатывают и внедряют различные технологи снижения выбросов метана, такие как: генерация электроэнергии, выработка тепла, комбинированная генерация тепло- и электроэнергии, утилизация метана на факельных установках, регенеративное термическое окисление МВС. В России в настоящее время реализовано несколько проектов снижения выбросов метана шахтами.
С целью научного обоснования эффективности использования технологий снижения выбросов парниковых газов (метана) проведен ряд исследований, результаты которых изложены в научных работах.
В работе научных сотрудников Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН [1] представлены основные категории выбросов парниковых газов при угледобыче, отмечено, что большие объемы этой эмиссии приходятся на шахтный метан. Представлена структура и основные компоненты цифровой платформы оценки фугитивных выбросов при добыче угля и предложено использование платформы для обоснования рациональных технологий переработки шахтного метана.
В статье исследователей состояния мировых выбросов и использования шахтного метана из США, проведен анализ выбросов метана угольными шахтами [2], сделаны выводы, что часть выбрасываемого метана идет на производство тепла и электроэнергии, а оставшаяся часть выбрасывается в атмосферу. Извлечение и использование шахтного метана представляет собой экономически целесообразный процесс, с одновременным повышением безопасности шахт и улучшением экономических показателей производства за счет использования ранее выбрасываемого метана.
В монографии «Зарубежный и отечественный опыт освоения ресурсов метана угольных пластов» [3] рассмотрено состояние и перспективы развития добычи шахтного метана, представлен обзор опыта его использования для нужд предприятия, выявлены основные экономические и организационные проблемы применения технологий утилизации метана.
Научными сотрудниками из США в своей работе представлен прогноз выбросов метана при добыче угля при различных сценариях добычи, в том числе с увеличением глубины разработки до 2100 г. [4]. Отмечено, что шахтный метан является ценным энергетическим ресурсом, и более точные прогнозы будущих выбросов метана в атмосферу могут дать лучшее понимание экономического потенциала этого энергетического ресурса. В работе сделан еще один важный вывод – количество заброшенных угольных шахт увеличивается с каждым годом и открывает возможности для реализации проектов по полезному использованию метана, не связанных с добычей угля.

Другой группой исследователей из США произведен обзор методов улавливания и использования для повышения безопасности ведения горных работ и сокращения выбросов парниковых газов [5]. В работе рассмотрены технические аспекты вентиляции и дегазации горных выработок, а также преимущества производства энергии из шахтного метана при снижении выбросов парниковых газов в атмосферу с получением экономического эффекта.
В работе «Воздействие выбросов шахтного метана на окружающую среду и стратегии реагирования в Китае» рассматривается влияние выбросов метана из угольных шахт на глобальное изменение климата [6]. В статье проанализированы данные о выбросах метана из угольных шахт Китая, сделаны выводы, что выбросы метана при добыче угля составляют лишь небольшую долю в общем объеме выбросов парниковых газов по сравнению с выбросами углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива.
В статье «Экономическая целесообразность промышленной добычи метана Карагандинского угольного бассейна» рассмотрен мировой опыт добычи шахтного метана [7]. Отмечено, что Казахстан обладает значительными запасами шахтного метана, а технология его добычи позволит осуществлять заблаговременную дегазацию угольных пластов, снизить экологическую составляющую и использовать метан в отраслях экономики, благодаря его высокой теплотворной способности.
В работе научных сотрудников Московского государственного горного университета, сотрудников ОАО «Воркутауголь» и угольного департамента АО «Миттал Стил Темиртау» определены концептуальные подходы и основные мероприятия по комплексному решению проблемы обеспечения метанобезопасности угольных шахт России и СНГ [8]. Разработана концепция, включающая запрет разработки угольных пластов с газоносностью более 9 м3/т без заблаговременной дегазации. Эффект от мероприятия – внедрение технологий обеспечения метанобезопасности подземной добычи угля, повышение прибыльности угольных шахт за счет увеличения производительности по добыче угля и использования угольного метана, а также сокращение выбросов парниковых газов.
В статье «Метан из угольных пластов: от опасности к ресурсу» указано [9], что ранее большая часть исследований в области шахтного метана была направлена на прогнозирование и предотвращение опасностей, связанных с внезапными выбросами и увеличением концентрации в горных выработках. Однако «Энергетический кризис» 1970‑х гг. обусловил исследования возможности добычи газа для коммерческого использования. С 1970‑х гг. научные исследования причин и последствий выбросов метана на угольных шахтах привели к значительным достижениям в области извлечения и разработки метана из угольных пластов для коммерческого использования. В настоящее время основные направления исследований в отношении метана угольных пластов – обеспечение безопасной добычи полезных ископаемых, использование метана в качестве нетрадиционного источника энергии и его воздействие на окружающую среду.
В статье исследователей из Китая отмечено [10], что за последние десятилетия страна изменила подход к обращению с шахтным метаном: от снижения его опасности в горнодобывающей промышленности к развитию его потенциала как нетрадиционного энергетического ресурса.
Еще одно исследование китайских ученых направлено на изучение влияния макроэкономической ситуации в стране на прибыль от добычи угля [11]. Угольные шахты вынуждены увеличивать инвестиции в борьбу с метаном для обеспечения безопасности производства, поскольку катастрофы, связанные с шахтным метаном, становятся все более серьезными. Угольным шахтам необходимо производить расчет стоимости контроля за выбросами метана и внедрения технологий по управлению выбросами в атмосферу, с получением дополнительной выгоды за счет генерации тепло- и электроэнергии.
В совместной работе кузбасских и китайских ученых, приведена концепция «Уголь – Энергия – информация» [12], которая подразумевает, как строительство центров обработки данных на промышленных площадках угольных шахт, так и использование шахтного метана. Шахтный метан может использоваться в качестве основного источника энергии для энергоснабжения потребителей центров обработки данных, а также потребителей угольных шахт необходимыми энергетическими ресурсами (электроэнергией, теплом и охлаждением). В рамках предлагаемой концепции рассматриваются несколько вариантов утилизации шахтного метана.
В статье китайских ученых приведен обзор технологий снижения выбросов парниковых газов [13]. Сделаны выводы, что большая часть шахтного метана низкой концентрации (менее 30%) не утилизируется и выбрасывается непосредственно в атмосферу, производя примерно до 28 млрд м3 выбросов CH4 в год. Это вызывает серьезный парниковый эффект и энергетические потери. Отмечено, что использование шахтного метана имеет жизненно важное значение для достижения энергетического перехода и углеродной нейтральности.
В работе исследователей из Австралии проведен обзор и оценка 30 китайских проектов по добыче шахтного метана [14], проекты были распределены по следующим критериям: безопасность, использование энергии и технологичность. Сделаны выводы о наиболее экологически эффективных проектах.
В статье исследователей Байкальского государственного университета метан угольных пластов описан как новый чистый и нетрадиционный источник энергии, а его разработка открывает широкие перспективы [15]. Приведен опыт Китая по реализации перспективных и эффективных методов добычи метана. Определены и оценены, том числе с точки зрения экономической целесообразности, существующие технологии добычи метана из угольных пластов.
Исследователи из США в своей работе рассматривают технические аспекты улавливания шахтного метана из угольных шахт [16]. Приведены различные методы улавливания метана и удаления его из действующих и заброшенных шахт. Отмечено, что улавливание метана позволяет повысить уровень безопасности на предприятиях и вырабатывать энергию за счет внедрения технологий снижения выбросов парниковых газов.

В работе австралийских исследователей приведена эффективная и экономичная технология снижения выбросов и утилизации метана в вентиляционном воздухе шахт [17]. В основу этой технологии взято термическое окисление метана с низкой концентрацией (менее 1%). Предлагается использовать реактор с монолитным слоем катализатора, который обладает лучшими характеристиками для выработки электроэнергии, чем реакторы с неподвижным слоем. В статье рассматриваются основы каталитического сжигания метана и представлены экспериментальные результаты моделирования характеристик каталитического сжигания метана в вентиляционном воздухе (VAM), в том числе с применением инновационной технологии.
В статье китайских исследователей приведены нормативно-­правовые акты Китая в области улавливания и утилизации шахтного метана и спрогнозированы последствия для снижения выбросов шахтного метана [18]. Отмечено, что на момент исследования существовала разница между оценкой выбросов метана, произведенной в данной работе, и в более ранних исследованиях. Сделаны выводы, что правительству необходимо разработать дополнительную программу по улучшению качества данных на уровне предприятий не только по действующим, но и по заброшенным угольным шахтам, поскольку большое количество угольных шахт будет закрыто или заброшено в ближайшие десятилетия из-за стремления к углеродной нейтральности.

Действия России и Китая по снижению выбросов парниковых газов (метана)

Согласно расчетам независимого энергетического аналитического центра Ember (Великобритания), который ведет работу по сбору, обработке и анализу данных о мировом энергетическом секторе и его влиянии на климат, выбросы парниковых газов Китая, России, Индонезии и Индии составляют 76% всех мировых выбросов метана из угольных шахт . В своей работе по исследованию влияния угольной отрасли на климат, аналитики отмечают, что сокращение выбросов метана в угольной промышленности будет способствовать замедлению процессов изменения климата. Для снижения выбросов парниковых газов специалисты рассматривают сокращение объемов производства энергии на ТЭС, закрытие шахт с наибольшими утечками метана и применение технологий снижения выбросов ПГ (метана).
Китай является страной с самыми большими антропогенными выбросами парниковых газов, реализующей климатическую повестку с целью достижения к 2060 г. углеродной нейтральности. Энергетическому сектору страны, осуществляющему выбросы при добыче и сжигании всех видов ископаемого топлива, уделяется особое внимание. Одним из ключевых направлений по снижению антропогенных выбросов парниковых газов является снижение выбросов метана от процессов добычи. С целью контроля эмиссии парниковых газов в стране принят стандарт выбросов угольного метана (шахтного газа), который запрещает выбросы высококонцентрированного газа с концентрацией более 30%. Одновременно предприняты меры для его утилизации с полезным использованием. Стандарт предусматривает автоматический контроль выбросов метана и основных параметров смеси с возможностью передачи данных в центр мониторинга отдела охраны окружающей среды [19]. Ключевые мероприятия по снижению выбросов метана приведены в таблице 1.

Большое количество государственных инициатив по снижению выбросов метана и его полезного использования показывает заинтересованность Китая в снижении объемов антропогенных выбросов парниковых газов энергетического сектора и реализации климатической повестки с достижением углеродной нейтральности.
В России метан является загрязняющим веществом, за выбросы которого предусмотрена плата в соответствии с законодательством. Для ведения производственной деятельности предприятиям необходимо ежегодно получать в установленном порядке разрешительную природоохранную документацию, в том числе проекты предельно-­допустимых выбросов (ПДВ), в которых фиксируется допустимый объем выбросов загрязняющих веществ (далее ЗВ). При превышении допустимого объема выбросов предприятиями предусматривается плата с применением повышающего коэффициента [21].
Снижение выбросов метана и контроль за их выбросами является одним из перспективных направлений для угледобывающих компаний в России. На сегодняшний день реализовано несколько проектов с применением технологий снижения выбросов метана в России в угольной отрасли, информация о проектах представлена в таблице 2.

Опыт реализации проектов снижения выбросов метана угледобывающими предприятиями России до введения углеродного регулирования показывает заинтересованность в снижении его выбросов. Точечное внедрение технологий снижения выбросов метана за счет утилизации на факеле, выработки тепло- и электроэнергии создают условия для масштабирования проектов по всей стране и снижения будущих рисков при введении углеродного регулирования. Основными сложностями являются большие капитальные затраты на проекты и отсутствие государственного субсидирования.

Технологии снижения выбросов метана

В настоящее время в мире реализовано и запланировано к реализации более 300 проектов по утилизации шахтного метана различными технологиями . Распределение проектов по утилизации метана представлено на рис. 1.

В мире наибольшее распространение получили проекты когенерации тепло- и электроэнергии (101 проект), генерации электроэнергии (70 проектов), сжигания метана на факельных установках (39 проектов), подачи газа в трубопровод (37 проектов), выработки тепла (31 проект) и проекты регенеративного термического окисления метана (21 проект).
Наибольшая часть реализованных и запланированных к реализации проектов приходится на Китай (80 проектов), США (59 проектов) и Германию (57 проектов). Распределение проектов по странам представлено на рис. 2.

Наибольшее количество проектов снижения выбросов парниковых газов реализовано в Китае за счет принятых в стране мер по снижению выбросов метана от топливно-­энергетической отрасли, включая меры поддержки и регулирования. Самое большое количество проектов утилизации шахтного метана реализовано с 2003 по 2008 гг. – 179 проектов. Распределение проектов по годам показано на рис. 3.

Как видно из рисунка, по 2008 г. наблюдался интенсивный прирост количества проектов, а после 2008 г. – интенсивный спад, инвестиции в подобные проекты возобновились в 2015 г., однако их рост был остановлен мировым финансовым кризисом, который привел к резкому падению цен на нефть, колебанию курса валют, нестабильной геополитической обстановки в мире.
Далее представлены распространенные технологии снижения выбросов метана. Описание технологий, капитальные затраты, средний срок эксплуатации и эффективность работы установок приняты на основании анализа информации Global Methane Initiative, IEA, сайтов компаний-­производителей оборудования утилизации метана и других открытых источников сети интернет. Ежегодные затраты на эксплуатацию и обслуживание, приняты в размере 15% от капитальных затрат.

1. Генерация электроэнергии. Технология применима к выбросам метана с концентрацией не менее 25%. Газ утилизируется посредством газопоршневых установок, позволяющих использовать метановоздушную смесь, откачиваемую на поверхность средствами дегазации. Наибольшее распространение проектов приходится на Китай (31 проект), Великобританию (19 проектов), Австралию (8 проектов). Установленная мощность всех реализованных проектов генерации электроэнергии оставляет 690 МВт. Капитальные затраты на внедрение технологии в России составляют 80 млн руб., ежегодные затраты на эксплуатацию и обслуживание установки – 12 млн руб./год. Гарантийный период эксплуатации установки 15 лет.
2. Выработка тепла. Технология применима к выбросам метана с концентрацией не менее 30%. Выработка тепла за счет утилизации метана возможна после модернизации уже эксплуатирующегося котельного оборудования.
   В работе «Переработка дегазационного метана в энергетических установках на угледобывающих предприятиях» описан опыт переработки дегазационного метана в блочно-­модульной котельной и теплоэлектростанции на шахтах Кузбасса для выработки тепловой энергии. Отмечено, что применение энергетических установок на угледобывающих предприятиях способствует улучшению экономических показателей за счет выработки дополнительной тепло- и электроэнергии, уменьшения потребления угля на собственные нужды, снижения платы за выбросы метана [22]. В работе приведены экономические показатели реализованных проектов.
   Наибольшее распространение получили проекты, реализованные в России (8 проектов) и Польше (8 проектов). Проектами, реализованными в России достигнута выработка 9,7 МВт тепловой энергии. Капитальные затраты на внедрение технологии составляют 21,8 млн руб., ежегодные затраты на эксплуатацию и обслуживание установки – 3,27 млн руб./год. Гарантийный период эксплуатации установки – 20 лет.
3. Комбинированная генерация тепло- и электроэнергии. Технология применима к выбросам метана с концентрацией более 25%. Когенерационные установки позволяют утилизировать высоко центрированную метановоздушную смесь (далее МВС), откачиваемую на поверхность средствами дегазации. Генерация электроэнергии и тепла производится газопоршневой установкой. Наибольшее распространение технология получила в Германии, где с 2001 по 2011 гг. реализовано 54 проекта установленной мощностью около 206 МВт. Меньшее количество проектов у Чехии (19 проектов) и Китая (12 проектов), с генерацией 23 МВт и 106 МВт соответственно. Капитальные затраты на внедрение технологии составляют 120 млн руб., ежегодные затраты на эксплуатацию и обслуживание установки – 18 млн руб./год. Гарантийный период эксплуатации установки – 15 лет.
4. Регенеративное термическое окисление МВС. Технология регенеративного термического окисления (РТО) метана в метановоздушной струе применима к выбросам с концентрацией метана от 0,3 до 1,2%. Технология менее распространена в мире за счет высоких капитальных затрат и низкого КПД проектов. Вентиляционные выбросы с низким содержанием метана подаются непосредственно в систему окисления РТО, далее происходит беспламенное окисление в неподвижном слое катализатора, с выделением тепла химической реакции. Полученное тепло возможно использовать для генерации электроэнергии и выработки тепла при установке дополнительного оборудования.
   Опыт эксплуатации установок РТО описывает канадский производитель установок Biothermica , который в 2009 г. внедрил свою первую установку на угольной шахте № 4 Walter Energy в Бруквуде, штат Алабама, США. За четыре года эксплуатации установка снизила объем выбросов шахты на 80,7 тыс. т СО2 -экв. В 2013 г. было принято решение о приостановке проекта из-за снижения концентрации метана.
   Еще один проект РТО реализован в Китае компанией Anguil . Крупная угледобывающая компания в провинции Шаньси, Китай, внедрила технологию РТО. Все избыточное тепло, выделяющееся в процессе окисления, направляется от перепускных заслонок горячего газа в котельную систему для выработки достаточного количества пара, который подается в паровую турбину для получения электроэнергии. В отличие от традиционных методов выработки электроэнергии путем сжигания угля или газа, использование избыточного тепла от РТО не приводит к образованию оксида азота и может поддерживать стабильную температуру потока горячего воздуха, что очень важно для последующего производства электроэнергии. Пара достаточно для обогрева здания зимой и охлаждения воздуха в шахте летом. Реализованный проект состоит из шести модулей с объемом утилизируемой МВС 540000 Нм3/ч, при средней концентрации метана 1,2%. Установка генерирует 15 МВт электроэнергии, которую возвращает в сеть общего пользования. Эффективность утилизации метана 99,5%.
   Наибольшее распространение проекты РТО получили в Китае (14 проектов), Австралии (3 проекта), США (2 проекта). Капитальные затраты на внедрение технологии составляют 150 млн руб., ежегодные затраты на эксплуатацию и обслуживание установки – 22,5 млн руб./год. Гарантийный период эксплуатации установки – 20 лет.
5. Утилизация метана факельными установками. Данная технология относится к наиболее простым в исполнении технологиям снижения выбросов парниковых газов. К недостаткам технологии в работе «Направления утилизации шахтного метана» научные сотрудники Кузбасских институтов относят отсутствие полезного использования метана [23]. В качестве примера применения технологии приводится факельная установка КГУУ‑8 на шахте «Комсомолец», предназначенная для снижения выбросов метана путем деструкции метановоздушной смеси в камере сгорания при температура 1000–1200 ºС.
   Технология применима к выбросам метана с концентрацией не менее 25%, установки позволяют утилизировать метановоздушную смесь, откачиваемую на поверхность средствами дегазации. Технология наиболее распространена в США (20 проектов) и Австралии (8 проектов). Ключевым недостатком технологии является отсутствие полезного использования метана для нужд предприятия. Капитальные затраты на внедрение технологии составляют 50 млн руб., ежегодные затраты на эксплуатацию и обслуживание установки 7,5 млн руб./год. Гарантийный период эксплуатации установки 15 лет.
   Для принятия решений по реализации проектов, связанных со снижением выбросов парниковых газов, используют показатель оценки затрат на снижение выбросов парниковых газов – Abatement costs. Описание показателя и руководство к применению опубликовано рядом авторитетных изданий.
   Международным энергетическим агентством (МЭА) в докладе Sustainable Recovery приведены затраты на борьбу с выбросами парниковых газов . В работе обозначено, что затраты на борьбу с выбросами парниковых газов демонстрируют эффективность технологий, связанных с сокращением выбросов парниковых газов (ПГ). Abatement costs зависит от затрат на внедрение технологии и ее эксплуатации в течение всего срока службы и снижения выбросов парниковых газов в этом периоде. Диаграмма затрат на борьбу с выбросами парниковых газов представлена на рис. 4. Затраты с положительным значением на борьбу с выбросами означают, что технология потребует финансовых затрат на сокращение выбросов, в то время как затраты с отрицательным значением на борьбу с выбросами ПГ приведут к сокращению выбросов при одновременной экономии средств.
   Из диаграммы следует, что технологии повышения энергоэффективности, выпуск гибридных автомобилей и электромобилей позволяют снизить выбросы ПГ при одновременной экономии средств бюджета предприятия – пользователя автомобилей. Технологии производства биотоплива, улавливания и хранения углерода в настоящее время несут только затраты для компаний.
   В работе исследователей из Йеля и Гарварда рассматриваются затраты на различные технологии и действия, направленные на сокращение выбросов парниковых газов [24]. В своей работе они приводят кривую затрат на снижение выбросов парниковых газов и получения выгод от реализации проектов по снижению выбросов ПГ, разработанную McKinsey. Кривая затрат представлена на рис. 5. По вертикали – затраты, по горизонтали – снижение выбросов парниковых газов в год.
   Предлагаемый методический подход к оценке проектов для перспективного использования в угольной отрасли России

Для выполнения работы автором применен метод сравнительного анализа технологий снижения выбросов ПГ (метана) в угольной отрасли. Максимальная оценка, определяющая наилучшее значение показателя критерия, – 2; среднее значение – 1; худшее значение – 0.
Сравнение проектов осуществлялось по следующим критериям:

1. Затраты на снижение выбросов парниковых газов на одну тонну.
   Затраты на снижение выбросов парниковых газов на одну тонну предлагается оценивать на основе показателя оценки затрат на снижение выбросов парниковых газов – Abatement costs. Стоимость снижения тонны выбросов парниковых газов для оцениваемой технологии – это отношение совокупности затрат (капитальных и операционных) на реализацию и эксплуатацию проекта по снижению выбросов парниковых газов к объему снижения выбросов парниковых газов за весь период эксплуатации. Затраты на снижение выбросов парниковых газов на одну тонну определяются по формуле:

где:
– затраты на снижение выбросов парниковых газов на одну тонну, руб.;
– капитальные затраты на установку, руб.;
– затраты на эксплуатацию и обслуживание установки, руб./год;
– гарантийный период эксплуатации установки, год;
– снижение выбросов парниковых газов установкой, т/год.

2. Распространенность.
   Количество реализованных проектов в мире. Этот критерий позволяет определить наиболее популярную технологию снижения выбросов парниковых газов, применяемую в мире.
3. Универсальность.
   Отсутствие дополнительных внешних факторов (географических, ресурсных, инфраструктурных и т. д.), необходимых для эффективного функционирования технологии.
4. Технологическая эффективность.
   Технология, достигающая наибольшего сокращения выбросов парниковых газов.

Предварительная оценка технологий снижения выбросов парниковых газов

Оценка технологий снижения выбросов парниковых газов (метана) на угольных шахтах приведена в таблице 3.

Предварительная оценка технологий снижения выбросов метана на угольных шахтах дает необходимое представление о возможности использования ее в угольной отрасли России с учетом распространенности, затрат на снижение выбросов парниковых газов, универсальности и экологического эффекта в виде снижения выбросов парниковых газов.
Сравнение значений критериев оценки технологий снижения выбросов парниковых газов (метана) в угольной отрасли автором приведено в таблице 4.

Далее для визуализации и интерпретации данных таблицы сравнения значений критериев оценки технологий снижения выбросов метана в угольной отрасли использован график типа «Лепестковая диаграмма». Обычная лепестковая диаграмма – аналог графика в полярной системе координат [25]. В лепестковой диаграмме отдельная ось определена для каждой категории. Оси направлены наружу от центра диаграммы. Значение каждой точки данных отмечается на соответствующей оси. Диаграмма отображает значения относительно центральной точки с маркерами для отдельных точек данных или без них. Визуализация предварительной оценки технологий снижения выбросов парниковых газов (метана) в угольной отрасли представлена на рис. 6.

Наиболее релевантные технологии: выработка тепла с максимальными оценками критериев снижения затрат на выбросы парниковых газов и технологической эффективности; комбинированная генерация тепло- и электроэнергии с максимальной оценкой распространенности; генерация электроэнергии с максимальной оценкой универсальности. Дополнительным плюсом от реализации этих технологий станет получение тепла и электроэнергии для нужд предприятия. Наименее привлекательным вариантом снижения выбросов парниковых газов является сокращение выбросов метана за счет применения технологии регенеративного термического окисления с наибольшими затратами на снижение выбросов ПГ, наименьшей распространенностью, универсальностью и низкой технологической эффективностью.

Заключение

Снижение выбросов метана на угольных шахтах является одной из действенных мер по сокращению общих выбросов парниковых газов, большое скопление которых в атмосфере Земли вызывает климатические изменения. Китай, являясь страной с наибольшими выбросами парниковых газов, уже реализовывает ряд мероприятий для снижения выбросов метана в топливно-­энергетическом секторе. Эти меры направлены на регулирование выбросов метана и государственную поддержку реализации проектов по снижению выбросов парниковых газов. Наибольшее число реализуемых проектов по снижению выбросов метана приходится на Китай. В свою очередь для России реализация проектов по снижению выбросов метана – одно из перспективных направлений для угледобывающих компаний. Для снижения выбросов метана в мире реализуются и планируются к реализации проекты, с применением различных технологий, среди которых наиболее популярными являются: генерация электроэнергии, выработка тепла, комбинированная генерация тепло- и электроэнергии, утилизация метана на факельных установках, регенеративное термическое окисление МВС.
Для принятия решений по реализации проектов в общемировой практике используется показатель оценки затрат на снижение выбросов парниковых газов – Abatement costs, который раскрывает только экономическую составляющую проектов. Для принятия решений по перспективному использованию в угольной отрасли России технологий снижения выбросов метана предложен методический подход к оценке проектов, основанный на сравнительном анализе. Методический подход предусматривает использование четырех критериев оценки: затраты на снижение выбросов парниковых газов, распространенность, универсальность, технологическая эффективность, с использованием вышеописанного методического подхода.
Сделаны выводы о наиболее релевантных технологиях снижения выбросов метана для угледобывающих предприятий, таких как: выработка тепла, когенерации тепло- и электроэнергии, выработка электроэнергии. Названные технологии имеют наибольший технологический эффект, наименьшие затраты на снижение выбросов парниковых газов и наиболее универсальны по сравнению с другими рассматриваемыми технологиями. Еще одним аргументом в пользу реализации технологий снижения выбросов метана – выработка тепло- и электроэнергии для нужд предприятия. Менее привлекательная технология снижения выбросов метана – снижение эмиссии за счет применения технологии регенеративного термического окисления с самыми низкими оценками критериев, среди рассматриваемых технологий.