Горнорудные и угледобывающие предприятия отличаются высокой энергоемкостью производства и негативным влиянием на окружающую среду.

Анализ реальных условий развития топливно-энергетического комплекса России и средств транспорта энергоресурсов в перспективе показывает, что тенденция опережающего роста затрат на добычу и транспортировку топлива сохранится.

Следует также учитывать постоянный рост затрат на охрану окружающей среды в горнорудной и угольной промышленности в сфере производства и потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

На огромных российских просторах железнодорожная транспортировка угля может удвоить его стоимость. Все элементы транспортировки угля и отраслевой логистики нуждаются в совершенствовании в связи с неразвитостью локальной транспортной сети вокруг шахт и электростанций, а также нехваткой подвижного состава. Это вынуждает искать иные пути транспортировки энергии.

Строительство и эксплуатация горнорудных, угледобывающих и перерабатывающих предприятий сопровождаются многосторонним негативным воздействием на окружающую природную среду. В экологическом отношении это проявляется в загрязнении вредными веществами и отходами производства естественных водоемов, воздушного бассейна, изъятии из сельскохозяйственного оборота земель за счет образования неблагоприятных форм техногенного рельефа, снижения продуктивности земельных угодий, ухудшения гидрологических и гидрогеологических режимов, изменений тепловых, магнитных, электрических и силовых полей в массиве разрабатываемых площадей, создании тепловых и газовых вертикальных инверсий в атмосфере. Особую экологическую опасность создает суммарное воздействие отходов предприятий угольной промышленности на окружающую среду.

Анализ состояния природоохранных мероприятий по регионам добычи и переработки угля показывает, что в настоящее время основная масса технических решений и мероприятий направлена на нейтрализацию и устранение последствий деятельности производств, а не на исключение первопричин и их источников.

Применяемые на практике технологии очистки воды и воздуха, водоочистные сооружения и пылегазоулавливающие установки несовершенны и малоэффективны. Поскольку нет комплексных технологий очистки, в очистных сооружениях улавливаются из нескольких десятков вредных веществ единицы, а остальные вновь поступают в природу.

Данные меры малоэффективны, т.к. они не ликвидируют причины, порождающие негативные явления, а только частично ликвидируют последствия, что привело к резкому ухудшению экологической обстановки в регионах и большим экономическим затратам.

Для решения проблемы рекомендуется в качестве основного направления работ по эффективному снижению отрицательного воздействия на природную среду развивать малоотходные производства на базе комплексного использования попутных минеральных и энергетических ресурсов шахт, разрезов и других предприятий угольной отрасли, создав эколого-технологические процессы, взаимосвязанные не только с основной технологией добычи угля, но и с получением конечного продукта — электрической и тепловой энергии, строительных материалов.

Добыча и обогащение угля являются составными частями производства тепловой и электрической энергии, поэтому и угольное предприятие должно входить в состав энергетического предприятия, при этом конечным продуктом становится электрическая и тепловая энергия. Самым рациональным способом совместить интересы партнеров является создание межотраслевых холдингов, где все цепочки – от добычи угля до производства металла и электроэнергии  координируются в одной управленческой системе. Уже сегодня обеспокоенность существующими проблемами надежной поставки электроэнергии и ценовыми изменениями на нее заставляет крупных потребителей электроэнергии развивать собственную генерацию. Угроза конкуренции со стороны крупных потребителей электроэнергии оценивается менеджментом энергетических компаний, как высокая.

При сложившемся соотношении цен на энергоносители экономически целесообразно ориентироваться на собственные источники электроэнергии.

Проблему повышения энергоэффективности и охраны окружающей среды следует рассматривать в рамках угольно-энергетического предприятия комплексно по всем звеньям технологической цепи: добыча и переработка топлива — производство энергии и ее потребление.

Технологические процессы угольно-энергетического предприятия, дополняя друг друга, позволят эффективно использовать природные ресурсы, создавать и применять безотходные и энергосберегающие технологии с учетом преимуществ сквозного производственного цикла. [1]

Органичная связка ТЭС — угольное предприятие даст возможность значительно снизить потери в сетях энергоснабжения источника топлива, с максимальной отдачей использовать утилизированную энергию отходов добычи угля (метан, низкотемпературные шахтные воды, вентиляционная струя, дымовые газы, оборотная вода и т.д.). Кроме того, использовать в качестве топлива отходы обогащения угля. Поскольку твердых отходов от сжигания угля на ТЭС гораздо больше, чем в шахтной котельной, имеет смысл использовать их для закладки выработанного пространства в шахте, что позволит не изымать для складирования отходов дополнительные земельные угодья и исключить неизбежные при этом рекультивационные работы. Эффективность такого комплексного подхода нами в свое время была доказана в технико-экономическом обосновании создания ТЭС на промплощадке шахты «Обуховская» ОAO «Ростовуголь» [4].

Угольная промышленность характеризуется одновременно наличием возобновляемых источников энергии, к которым относится теплота шахтных вод, вентиляционных выбросов, хозяйственно-бытовых стоков и породных отвалов. Использование этих возобновляемых источников энергии, утилизация низкопотенциального тепла одновременно с использованием попутного шахтного метана для теплоснабжения и  горячего водоснабжения потребителей шахты является весьма актуальной задачей.

К источникам таких  ВЭР относятся дымовые газы котельных, оборотная вода компрессорных установок, тепловентиляционной струи, шахтных вод. Кроме того, могут быть использованы кинетическая энергия  шахтной вентиляционной струи и химическая энергия шахтного метана. Для получения высокоэффективного топлива необходимо предусматривать объекты обогащения угля, т.е. его обогащения, брикетирования, а также создания водоугольного топлива.

Для получения дополнительной энергии необходимо предусматривать утилизацию всех имеющихся вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), обладающих определенным тепловым потенциалом, а также использование попутного газа метана. По оценкам «Газпрома», запасы метана только в Кузбассе составляют примерно 13 трлн куб.м.

Реализация этих принципов обеспечит большой экономический результат, поскольку эффективное использование топливно-энергетических ресурсов, в том числе вторичных ресурсов, и минимизация  экологических платежей за счет внедрения природоохранных технологий значительно снизят издержки основного производства на природоохранную деятельность, сделают его прибыльным. С оптимизацией всех технологических звеньев топливно-энергетического процесса, конечной продукцией которого является электрическая и тепловая энергии, выполняется и другая цель — создание интенсивного горного производства с получением дополнительной  (и дешевой) энергии.

Экологизация угольного предприятия зависит от организации технологических процессов добычи и переработки угля, обеспечивающих рациональное использование и охрану недр, комплексное использование отходов с получением товарной продукции, полное исключение или уменьшение до санитарных норм загрязнения окружающей среды отходами добычи и переработки угля, исключение нарушения земельных угодий, замкнутые водооборотные циклы и замкнутые топливно-энергетические структуры. Требования представляют собой систему ограничений (экологических и экономических), целесообразных технологических направлений и возможных технических решений добычи и переработки угля, обеспечивающих рациональное природопользование и охрану окружающей среды.

Кроме того, методологические направления экологизации следует различать по сферам воздействия угольного производства на окружающую среду. Так, для уменьшения вредного воздействия на водные и земельные природные ресурсы базовым направлением следует считать применение безотходных технологий добычи угля, а для снижения загрязнения биосферы основное направление — переход к безотходному производству или к безотходным технологиям, а также применение энергосберегающих технологий и технологий очистки и пылегазоулавливания. Основные принципы экологизации непосредственно добычи угля заключаются в размещении пород вскрыши, а также пород от проведения и ремонта горных выработок и от обогащения в выработанных пространствах разрезов и шахт, исключая складирование их на поверхности; максимальном ограничении техническими и технологическими приемами притоков воды в горные выработки, исключении дренажных вод из процесса смешения с технологическими и их загрязнения; очистке загрязненных шахтных и карьерных вод непосредственно в шахте или разрезе, позволяющей использовать их для технологического водоснабжения; минимальном отчуждении земель для застройки путем размещения инженерных объектов в заглубленных и полузаглубленных полостях; сохранении подрабатываемого массива с применением закладки и других способов поддержания массива пород выработанного пространства.

По нашему мнению, предприятия угольной промышленности должны рассматриваться в составе комплекса производств, расположенных на одной промплощадке и выпускающих конечную продукцию в виде товарного угля, стройматериалов, электрической и тепловой энергии и др.

Создание такого комплекса производств обеспечит минимальное отчуждение земли, возможность размещения в горных выработках невостребованных отходов всех производств комплекса, использование очищенных сточных вод для технологического водоснабжения, покрытие нужд тепла и электроэнергии за счет собственных источников, сокращение перевозок, совмещение ряда служб и вспомогательных объектов. Снижение вредного воздействия на окружающую среду обеспечивается как на уровне отдельных производств, так и всего комплекса в целом.

В Горном институте  УрО РАН ведутся работы, направленные на исследование энергетических и экологических проблем развития угольной, горнорудной промышленности, энергетики и промышленных предприятий, направленных на снижение энергоемкости и экологизации производства, повышение энергетической эффективности и энергосбережения, внедрение возобновляемых и вторичных источников энергии. При этом в качестве методологической основы был принят системный и инновационный подход

Снижение энергозатрат и максимализация экономического эффекта возможны только при системном комплексном инновационном подходе к реализации решений технических и экологических задач на основе  применения  системного  анализа,  исследования  динамики  и оптимизации энергетических балансов, математического моделирования энергопотребления. Использование системного инновационного подхода как методологической основы предполагает рассмотрение  изучаемых  объектов  поэтапно  как  элементов  иерархической структуры с их существенными и устойчивыми связями. При системном подходе любой производственный объект, объединяющий множество отдельно взаимодействующих элементов в единое целое, рассматривается как система. Этот же объект в зависимости от конкретной  цели  управления  может  быть  представлен  в  виде  элемента (подсистемы) системы более высокого уровня.

На основании методологических подходов к решению локальной экологической и энергетической оптимизации, была разработана обобщенная модель рациональной экологизации технологических объектов на примере угольного предприятия, на базе энергосберегающих природоохранных и безотходных технологий, разработана модель управления природоохранной  деятельностью  промышленного  предприятия.

Для повышения энергетической эффективности и экологизации горно-рудных и угольных предприятий необходимо создать предприятия по добыче и комплексному использованию  тепловой и электрической энергии, строительных материалов.

 

Закиров Д.Г.,

д.т.н., профессор.

Главный научный

сотрудник ГИ УрО РАН,

генеральный директор

Ассоциации энергетиков Западного Урала

Мухамедшин М.А.

Ведущий инженер

лаборатории геотехнологических

процессов и рудничной

газодинамики ГИ УрО РАН

Литература.

  1. Закиров Д.Г. Инновационные решения в повышении энергетической эффективности и экологичности угольной промышленности. Уголь, №4-2011, с.73-75
  2. Закиров Д.Г. Разработка научно-методических основ повышения энергетической эффективности в угольной промышленности. Уголь, №10, 2011,с.43-45
  3. Закиров Д.Г., Закиров Д.Д., Мухамедшин М.А. Научно-методические основы разработки программ повышения энергоэффективности и энергосбережения угольных предприятий на базе энергетических обследований. Уголь, №3, 2010, с.66-68
  4. Концепция Энергетической стратегии России на период до 2030 г. Приложение к журналу «Энергетическая политика»: М.: ГУИЭС.2007, 116 с.