Игорь Зеньков
Ещё в начале XXI века в мировом научном и промышленном сообществе развернулась дискуссия о переходе к «зелёной» энергетике. Одним из лидеров во внедрении изменений по данному направлению стала Австралия: в стране активно реализовывали инициативы «зелёных» партий по закрытию ТЭЦ с угольной генерацией. Последствия этого негативно сказались на одной из главных промышленных отраслей Австралии — горно-металлургической.
Промышленный кластер юго-востока Австралии
Те, кто внимательно следит за международной информационной повесткой в горном секторе, могли заметить, как в последние годы участились сообщения в новостных изданиях о проблемах в области электроснабжения, с которыми сталкиваются предприятия горно-металлургического комплекса юга-востока Австралии. Это, в частности, систематические аварии, причиной которых является нехватка генерирующих мощностей. Рассмотрим подробнее указанные сложности на примере реально действующих австралийских предприятий.
Итак, на рис. 1 представлен юго-восток Австралии, а именно территории соседствующих штатов (Южная Австралия и Виктория), где ведут работу три крупных по мировым меркам горнодобывающих предприятия, три металлургических завода и как минимум пять морских портов. В частности, на западе от залива Спенсер (3) расположены карьеры по добыче железных руд на месторождении Мидлбек-Рейндж. Добытая руда после предварительного обогащения отправляется в железнодорожных составах на металлургический завод в городе Уайалла (1). После металлургического передела продукцию загружают в морском порту в балкеры для доставки внешним потребителям.
В 240 км на северо-запад от залива Спенсер рядом с индустриальным посёлком Роксби Даунс (4) работает карьер на одном из крупнейших в мире полиметаллических месторождений Олимпик Дам. На промплощадке месторождения проводится добыча, а также разделение и обогащение руды.
В 230 км на север от залива Спенсер находятся два отработанных карьера по добыче угля (5). Добытый уголь в железнодорожных составах доставляли на две тепловые электростанции на восточном побережье залива Спенсер рядом с городом Порт-Огаста (6).
В 342 км на восток от залива Спенсер находится город горняков Брокен-Хилл (7), расположенный рядом с одноимённым месторождением комплексных руд, которое содержит запасы свинца, цинка и серебра. После предварительного обогащения концентрат доставляют на металлургический завод в городе Порт-Пири (8), откуда после металлургического передела продукцию при помощи морских балкеров доставляют внешним потребителям. Кроме того, на морском побережье в окрестностях г. Портленд (11) работает алюминиевый завод с годовой мощностью по выпуску алюминия не менее 345 тыс. т. Сюда бокситовый концентрат на металлургический передел доставляют морскими балкерами с западного побережья Австралии в морской порт г. Портленда.
В 90 км на восток от г. Мельбурна находятся в эксплуатации пять объектов ТЭК. Здесь в двух карьерах разрабатывают мощные угольные пласты (мощность пластов до 80 м) с подачей ископаемого топлива на три мощные электростанции.
Динамика изменений на основе дистанционного зондирования
Первое упоминание о трудностях австралийской промышленности датируется 2017 годом: в интернет-издании «Металлоснабжение и сбыт» (www.metalinfo.ru/ru/news/112698) появилась информация о том, что в электролизёрах завода Portland (штат Виктория) застыл выплавляемый алюминий. И с этого момента сообщения о проблемах, связанных с нехваткой генерирующих мощностей по крайней мере на юго-востоке Австралии, стали регулярно появляться в мировых новостях.
Для проверки достоверности этих сообщений наш коллектив использовал авторскую методику дистанционного зондирования Земли из космоса, основанную на всестороннем анализе информации, представленной на спутниковых снимках в период с 1984 по 2021 г. А также мы внимательно ознакомились с историей исследуемых регионов: итак, в начале 1950-х гг. на северо-востоке залива Спенсер была построена первая тепловая электростанция, работающая на привозном угле. Уголь добывали в двух карьерах, расположенных в 233 и 235 км севернее г. Порт-Огаста. Уголь перевозили до тепловой электростанции по железной дороге. В начале 1970-х гг. запасы угля в карьерах были отработаны, и открытые горные работы были перенесены на участок, находящийся южнее закрытых карьеров. К началу ввода мощностей по добыче угля на этом объекте промплощадка действующей ТЭС (обозначим ее как ТЭС-1) была расширена в связи с началом строительства ещё одной электростанции (ТЭС-2). Установленная мощность турбин ТЭС-2, по нашей оценке, составляла 250 мВт.
С началом ввода новой станции ТЭС-2 в эксплуатацию в середине 1970-х гг. ТЭС-1 была остановлена. В начале 2000-х гг. в 600 м юго-восточнее ТЭС-2 было начато строительство ещё одной электростанции мощностью 300 мВт (ТЭС-3), которая вышла на полную мощность в 2004 г. (рис. 2). Для обеспечения электростанций углем был вовлечён в открытую разработку третий участок месторождения в 235 км от г. Порт-Огаста. По данным спутниковой съёмки, на угленасыщенном участке месторождения бурых углей на выходах пластов под наносы построены два карьера, каждый с собственной сетью вскрывающих выработок. Горно-геологическое строение этого участка отличали экономически благоприятные показатели.
Расстояние транспортировки угля от прикарьерного склада до расходного на промышленной площадке тепловых электростанций составляло 260 км. Географическая высота разработки месторождения угля — +200 м над уровнем моря, а тепловые электростанции находились на берегу залива на отметке +6 м. При таком взаиморасположении предприятий ТЭК поезда, гружённые углем, двигались под уклон.
По результатам дистанционного мониторинга Земли из космоса выявлено, что в период с 2017 по 2018 г. были закрыты три предприятия ТЭК — один карьер по добыче угля (5) и две электростанции (6) с суммарной мощностью турбогенераторов 550 мВт.
В юго-восточной части Австралии, в 90 км на восток от г. Мельбурна, расположено одно из крупнейших месторождений бурого угля в мире. Основу МСБ для развития австралийского ТЭК в 1960-е гг. (рис. 3) составили расположенные в штате Виктория угольные пласты мощностью до 80 м, залегающие на глубине 30–50 м. Для нужд быстро развивающегося Мельбурна с каждым годом требовалось всё больше электроэнергии. Поэтому именно здесь было положено начало строительству мощных карьеров по добыче угля и крупных тепловых станций с угольной генерацией электроэнергии.
Вернёмся в наше время. Сейчас в ТЭК штата Виктория действуют два карьера по добыче угля и три тепловые электростанции (рис. 3). В карьере «Йолорн-Север» (1) развитие горных работ, обозначенное стрелкой в левом секторе рисунка 3, производится в юго-восточном направлении. Отметим, что технология производства добычных работ в этом карьере существенно отличается от технологий, применяемых в карьерах по добыче угля на Австралийском континенте. Пласт угля мощностью 50 м разделён по вертикали на два слоя — уступа.
Причём значения угла откоса добычных уступов отличаются в меньшую сторону от классических уступов, отрабатываемых карьерными экскаваторами. По нашим расчётам, угол откосов добычных уступов находится в диапазоне 6–8о. С позиции технологии открытых горных работ откос уступа превращается в наклонную выемочную панель в границах, в которых уголь тонкими выемочными слоями бульдозерами извлекается из недр. В нижней части каждой панели (на нижней площадке уступа) установлен забойный конвейер. Уголь толкают «сверху вниз» к самоходным погрузочным устройствам, передвигающимся вдоль забойного конвейера. На выемке угля работают шесть мощных бульдозеров типа Caterpillar D11 или Komatsu D575A. Уголь через погрузочные устройства подаётся на конвейер. Длина траектории набора призмы волочения бульдозером находится в диапазоне 120–200 м. Выемка ведётся в двух панелях шириной 180–200 м и протяжённостью 1240–1530 м каждая.
К настоящему времени длительность пути транспортировки угля до электростанции составляет 6,4 км. Отметим, что на участках вскрытого угля, где не проводятся добычные работы, осуществляют орошение поверхности пласта с целью исключения возгорания.
Развитие горных работ в карьере по добыче угля «Траралгон-Восток» (3) производится в северо-восточном направлении. Это направление обозначено в правом секторе рисунка 3 стрелкой. Площадь вскрытого угля находится на уровне 260 га. Угольный пласт мощностью 60–70 м отрабатывают пятью уступами. К настоящему времени дальность транспортировки угля до двух электростанций (точки 4 и 5 на рис. 3) составляет 6,7 км. Отметим, что в карьере масштабно используют водное орошение открытых поверхностей угольных пластов. Суммарная мощность по добыче угля двух карьеров составляет 32 млн т угля в год. Весь уголь сжигается на месте. В настоящее время на трёх электростанциях (точки 2, 4, 5) работают 12 энергоблоков. Суммарная установленная мощность энергоблоков составляет, по нашей оценке, 4 700 МВт.
По данным дистанционного мониторинга Земли из космоса, выявлено закрытие трёх предприятий ТЭК. В период с 2017 по 2018 г. были остановлены горные работы в карьере по добыче угля «Моруэлл» (6), а также демонтированы основные и вспомогательные производственные здания и сооружения двух тепловых электростанций (7 и 8) с суммарной мощностью турбогенераторов 3 600 МВт.
Проблема — нехватка мощностей
Проведённое исследование сектора австралийского ТЭК в штате Виктория демонстрирует сокращение открытой угледобычи и вывод значительных производственных мощностей по выработке электроэнергии на основе сжигания угля. В исследуемом секторе объём добычи угля сократился с 54 до 32 млн т в год. Вместе с тем экономически благоприятные условия залегания угольных пластов, их горно-геологические характеристики, возможность организации водохранилищ для выработки пара на тепловых станциях позволили в условиях юго-востока Австралии предлагать самые низкие тарифы на материке, используя при этом давно известный в мировой экономике эффект от масштаба производства.
Вместе с тем в период с 2016 по 2018 г. на исследуемой территории, по данным спутниковой съёмки, было введено 615 ветрогенераторов и три поля с солнечными батареями. Все объекты привязаны к существующим линиям электропередачи. Суммарная установленная мощность генерирующих мощностей «зелёной» энергетики составляет, по нашей оценке, 2 600 МВт для ветрогенераторных установок и 180 МВт — для солнечных батарей. К настоящему времени во всём мире накоплен значительный опыт эксплуатации таких энергетических устройств на разных континентах. Принимая в расчётах лучшие показатели их использования на уровне 47 % и 35 % соответственно для ветрогенераторов и солнечных батарей, получим снижение генерирующих мощностей до значений 1 222 МВт и 63 МВт соответственно.
При простом сопоставлении выведенных генерирующих мощностей четырёх тепловых электростанций в районе залива Спенсер и восточнее города Мельбурна на уровне 4 150 МВт и введённых генерирующих мощностей взамен выбывших и в реальных условиях способных выдавать в лучшем случае 1 285 МВт, получим дефицит мощностей в размере 2 865 МВт.
В заключение отметим, что при принятии решений о сносе тепловых электростанций и закрытии угольных карьеров на государственном уровне с большой вероятностью можно утверждать, что такие решения принимались на низком профессиональном уровне без учёта как краткосрочных, так и долгосрочных последствий. По нашему мнению, при рассмотрении вариантов перехода на «зелёную» энергетику обязательно следовало принять во внимание следующие факторы:
• увеличение количества населения;
• рост энергозатрат на добычу угля ввиду того, что горные работы в карьерах и в шахтах уходят на более глубокие горизонты.
Своё влияние оказали и климатические изменения. Это, например, повышение температуры воздуха и рост количества дней без ветра — такие факторы с большой степенью вероятности снизят эффективность работы генерации «зелёной» энергетики.
Как исправлять ситуацию? Если продолжать курс на «зелёную» энергетику — необходимо увеличивать количество ветрогенераторов и солнечных батарей, чтобы компенсировать разницу генерирующих мощностей. При этом нужно учесть, что на исследуемой территории работают энергоёмкие горно-металлургические предприятия, потребление электрической энергии в ближайшие годы будет систематически увеличиваться.
А странам, которые только приступают к переходу на «зелёную» генерацию, необходимо тщательно подходить к анализу ситуации, прогнозировать энергопотребление и уже после этого принимать системообразующие решения.
