Энергетическая инфраструктура арктического города Воркута: проблемы, направления развития

Принадлежность муниципального образования городского округа (МО ГО) «Воркута» к Арктической зоне Российской Федерации предполагает комплексное социально-экономическое развитие, обеспечивающее улучшение качества жизни населения, социальных условий хозяйственной деятельности, развитие ресурсной базы на основе перспективных технологий, устойчивое инфраструктурное обеспечение. Важным элементом инфраструктурного обеспечения МО ГО «Воркута» является энергетическая инфраструктура.

Электро- и теплоснабжение города осуществляется от Воркутинских ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 (ТЭЦ - теплоэлектроцентраль) и Центральной водогрейной котельной (ЦВК). Система имеет неэффективный топливный баланс из-за высокой доли мазута. Соотношение долей объемов угля и мазута 56:44%%, а в стоимостном выражении это же соотношение 28:72. Из трех источников электро- и теплоснабжения наиболее технически совершенным является ТЭЦ-2, предусматривающая теплофикационную выработку энергии, но работающая практически в кон- денсационном экономически неоправданном режиме. Кроме основных источников электро- и теплоснабжения МО ГО «Воркута» имеет еще четыре локальные зоны теплоснабжения в изолированных от города районах: пос. Заполярный, микрорайон Советский, пос. Сивомаскинский, пос. Елецкий. Еще в 2010 г. МО ГО «Воркута» вошло в число пяти российских городов, где был проведен аудит энергетической инфраструктуры всего городского хозяйства и перспектив развития инженерной инфраструктуры [1], который выявил основные проблемы МО ГО:

• -    установленные мощности энергетической инфраструктуры, ранее рассчитанные на обеспечение города в 300 тыс. чел., превосходят современные потребности города с населением 62 тыс. чел. в результате: закрытия 78% нерентабельных и малоэффективных шахт, высвобождения значительного количества работающих и их переселения в южные районы Республики Коми и за ее пределы;

• -    отсутствие длительного времени качественных улучшений во всех звеньях энергетической инфраструктуры (генерации, распределении, потреблении) ведет к общей деградации системы жизнеобеспечения города;

• -    низкий уровень учета потребления населением электрической и тепловой энергии (отсутствие общедомовых и даже квартирных счетчиков) не способствует росту энергосбережения в жилищнокоммунальном хозяйстве (ЖКХ);

• -    высокая коммунальная нагрузка на население (отопление пустующего жилья в многоквартирных домах (МКД) при затягивании процесса переселения из ветхого и аварийного жилья и закрываемых поселков).

Обеспечение эффективной и комфортной жизни людей в суровых климатических условиях Арктики требует новых подходов в организации энергетической инфраструктуры. В этом отношении у Воркуты имеются серьезные проблемы, но и обнадеживающие инициативы, связанные с реализацией инвестиционного проекта по модернизации системы энергоснабжения.

Инвестиционный проект «Выбор оптимального варианта энергоснабжения МО ГО “Воркута” в условиях убывающего населения города»

Цель проекта – оценить возможные варианты энерго- и топливоснабжения МО ГО «Воркута», исходя из действующих источников производства электро- и теплоэнергии с учетом их модернизации, снижения до минимума в системе теплоснабжения дорогого топлива (мазута) и вовлечения возобновляемых источников энергии региона.

Содержание. Рассматриваются возможные варианты электро- и теплоснабжения МО ГО «Воркута»: два из них (№I и №II) – угольно-мазутные, предложенные в работе ГипроКоммунЭнерго [2, 3].

Вариант I – максимальное сокращение мазута, модернизация ТЭЦ-1 за счет водогрейных котлов на угле, перевод ЦВК в пиковый режим (мазут) и строительство перемычки между этими источниками, реконструкция ТЭЦ-2, но без теплоснабжения от нее города. Вариант максимально приближен к существующей энергетической инфраструктуре, наиболее экономичный (инвестиции 160 млн. руб.), однако он не решает проблемы эффективного использования мощностей ТЭЦ-2 с сохранением высокого удельного расхода топлива на производство электроэнергии (450–500 гр/кВт.ч).

Вариант II – реконструкция ТЭЦ-2 и строительство от нее теплотрассы до ЦВК, закрытие ТЭЦ-1, пиковый режим работы ЦВК (мазут). Использование ТЭЦ-2 в наиболее экономичном теплофикационном режиме, т.е. она становится основным производителем электро- и теплоэнергии в МО ГО «Воркута». Строительство теплотрассы от ТЭЦ-2 до города обойдется в 2,0 млрд. руб. [3], но при этом на 30% сократится расход топлива (экономия угля – 216,5 тыс. т в год). Из расчета средней цены продаж энергетического воркутинского угля в 33 дол. за 1 т (в ценах 2014 г.) экономия только за его счет составит 402 млн. руб. в год, т.е. затраты на теплотрассу окупятся в течение пяти лет. Из двух вариантов ГипроКоммунЭнерго предложен к реализации второй вариант, как наиболее технически совершенный, предлагающий стратегическое решение проблемы.

Однако из-за существенных капиталовложений вариант требует дополнительной проработки.

Вариант III – основной источник теплоснабжения Воркуты – ЦВК на газе, благодаря договоренности Коми филиала ПАО «Т Плюс» с ПАО «Газпром» о выделении ямальского газа для газоснабжения Воркуты и строительства отвода от магистрального газопровода «Ямал-Европа» до ЦВК. Как недостаток III варианта следует отметить, что использование газа для прямого сжигания на ЦВК не эффективно. При этом ТЭЦ-2 по-прежнему будет работать в конденсационном режиме. Этот вариант, как и II, требует также дополнительной проработки – технико-экономического сравнения строительства теплотрассы от ТЭЦ-2 до города с учетом повышения эффективности работы ТЭЦ-2 в теплофикационном режиме со строительством газопровода отвода до ЦВК с оценкой упущенного эффекта от неэффективного использования газа на ЦВК по сравнению с парогазовыми установками.

Вариант IV – предлагаемый нами к рассмотрению, который по действующим энергоисточникам соответствует II варианту, но предусматривает активное использование потенциала возобновляемых местных топливно-энергетических ресурсов – шахтного метана (2 трлн. м³[4]) и отходов обогащения угля (8 млн. т [5]). Этот вариант отвечает решению задачи не только снижения себестоимости угля за счет использования более дешевой энергии, но и платы за вредные выбросы.

Три варианта (I, II, III) в разной степени детальности представлены в различных документах. Вариант IV публично не рассматривался, но начало ему уже положено на шахте «Северная»: в 2014 г. введена в эксплуатацию газопоршневая мини-ТЭЦ на шахтном метане. Это первая мини-ТЭЦ в России на метане «значительной» мощности – 18 МВт. В 2015 г. она покрывала потребности шахты в электроэнергии на 80% и до 50% в тепле, а также сни- зила выбросы в атмосферу парниковых газов до 4%. Общая стоимость проекта составила 1 млрд. руб., экономический эффект – 281 млн.руб. в год, срок окупаемости – всего 3,6 года. Опыт эксплуатации газопоршневой станции на шахте «Северная» позволит применить его на других действующих шахтах, но ПАО «Северсталь» пока такого решения не приняло.

Если на всех шахтах установить газопоршневые мини-ТЭЦ различной мощности, то получим возможность обеспечить их, хотя и частично, своей тепловой и электрической энергией. В дальнейшем по мере выбытия шахт система электро- и теплоснабжения на шахтном метане сможет продолжить работу в общей системе с ТЭЦ-2.

Важным условием комплексного использования угольных ресурсов Воркутинского района является переработка отходов углеобогащения. Метод брикетирования отходов обогащения угля без использования связующего был разработан ООО «Брикетные технологии» [6]. Брикетированием угольных шламов марки Ж по данной технологии в Воркуте занимается ООО «Инновационные технологии “Северная Русь”», запустившая в августе 2014 г. производственную линию мощностью до 15 тыс.т угольных брикетов в год. Они предназначены для типовых топочных устройств. При замене угля на брикетное топливо можно снизить: выбросы в атмосферу твердых частиц в 2,5–3 раза, оксидов азота — в 1,5–2, а оксидов серы — в 2–2,5 раза, а также тарифы на отопление для потребителей. При этом переделки котельного оборудования не требуется. Полнота сгорания брикетов не ниже 80%, а длительность горения тонны брикетов на 25–30% превышает время горения тонны угля. В связи с повышенным спросом на продукцию, планируется расширение производства с увеличением выпуска брикетов до 50 тыс. т в год. Себестоимость одной тонны брикетов более чем в два раза ниже себестоимости тонны добываемого угля. Преимущества брикетов по сравнению с обычным углем заключаются в удобстве хранения, транспортировки и использования, а также бездымности и равномерности горения.

Муниципальные котельные (микрорайон Советский, п.г.т. Заполярный, Елецкий и Сивомаскин-ский) подлежат модернизации, учитывая, что срок их эксплуатации 50–60 лет. Кроме того, две котельные Елецкая и Сивомаскинская работают на дальнепривозном хакасском угле крупной фракции, который не производится в Воркуте. В 2015 г. котельная в микрорайоне Советский переведена с дорогого мазутного топлива на уголь.

Все четыре муниципальные угольные котельные вполне реально перевести на более качественное брикетное топливо из угольных шламов при увеличении его производства до 50 тыс. т в год. Модернизация всех котельных со снижением избыточных мощностей и возможной обеспеченностью их угольными брикетами создаст более благоприятные экологические условия в зоне их действия.

Таким образом, использование шахтного метана для производства электрической и тепловой энергии на газопоршневой мини-ТЭЦ и переработка угольных шламов в качественное топливо позволяют сделать вывод, что в Печорском угольном бассейне положено начало реализации техноэколо-гической модернизации. Успехи ее в дальнейшем во многом зависят от решения ряда проблем: совершенствования технологии дегазации угольных пластов для действующих шахт; возможного расширения направлений использования шахтного метана для других потребностей МО ГО «Воркута».

Важным условием IV варианта энергоснабжения МО ГО «Воркута» является тот факт, что он учитывает возможности по обеспечению энергетики топливом, исходя из собственных ресурсов, что отвечает главной задаче развития российской энергетики – комплексному подходу в использовании невозобновляемых и возобновляемых топливно-энергетических ресурсов, особенно в районах их добычи.

Рассмотренные варианты реорганизации системы энергоснабжения МО ГО «Воркута» предусматривают качественные изменения внутри энергетики. Однако большая часть проблем энергоэффективности города связана со снижением непроизводительного потребления тепловой и электрической энергии за счет:

• -    максимальной обеспеченности коллективных потребителей приборами учета;

• -    внедрения организационно-технических мероприятий по экономии тепла;

• -    завершения переселения граждан из ветхого и аварийного жилья и закрываемых поселков;

• -    реконструкции МКД с проведением мероприятий по теплоизоляции наружных сооружений, промывке и частичной модернизации общедомовой инфраструктуры, что позволит сократить потери тепла в каждом доме на 15–20%;

• -    внедрения в системе учета теплоснабжения Smart Metering («умный учет» и система регулирования) с дистанционным снятием показаний приборов учета и возможностью дистанционного регулирования объемов тепла, подаваемого в дом: только за счет такого учета можно получить от 10 до 15% экономии энергоресурсов [2].

В качестве финансового ресурса для проведения активной политики энергосбережения в МО ГО «Воркута» может быть использована инициатива Правительства России для моногородов – восполнение до 60% расходов на модернизацию коммунальной и энергетической инфраструктуры из средств Фонда содействия реформированию ЖКХ [7].

Развитие экономики МО ГО «Воркута» как сегодня, так и в перспективе будет определять угольная отрасль. Основное направление ее развития – обеспечение коксующимися углями особо ценных марок российского и внешнего рынков. Решение этой задачи связано в перспективе с ростом добычи коксующихся углей за счет освоения:

• -    Нижнесыръягинского месторождения открытым способом добычи (АО «Воркутауголь»);

• -    Усинского месторождения (АО «Воркутауголь», Новолипецкий металлургический комбинат) в зависимости от планов владельцев лицензий на его разработку.

Поскольку Нижнесыръягинское месторождение находится в непосредственной близости от ТЭЦ-2, то его обеспечение электроэнергией будет увязываться с действующей системой энергоснабжения в этой зоне.

Обеспечение энергоснабжения шахт Усин-ского месторождения, на наш взгляд, следует построить на основе возобновляемого собственного ресурса шахтного метана и брикетного топлива, получаемого из отходов обогащения угля без использования связующего. При дополнительной потребности шахт в электроэнергии ее источником будет линия электропередачи 220 кВ Печора-Воркута, проходящая в непосредственной близости от усинских шахт.

В целом же такая система энергоснабжения усинских шахт позволит изначально повысить уровень безопасности шахтерского труда, обеспечить решение экологических проблем, организовать безотходное угольное производство, уменьшить объемы энергоснабжения, необходимые в районе строительства этих шахт. Надеемся, что существующая несовершенная нормативно-законодательная база, необходимая для дегазации и утилизации шахтного метана [8], а также использования отходов углеобогащения, ко времени начала строительства усинских шахт будет доработана и обяжет владельцев шахт решать комплексно проблемы энергетической инфраструктуры, учитывая, что это позволит существенно снизить себестоимость добычи угля.

Таким образом, принимая решение о модернизации энергетической инфраструктуры МО ГО «Воркута» в настоящее время следует исходить из стратегических решений, что данный моногород сохранит угольный профиль в Арктической зоне России, предусматривающей необходимость комплексного развития ресурсной базы на основе перспективных технологий.