Энергетика сегодня и завтра

Сохранить для будущих поколений

Как обеспечить необходимую добычу энергоресурсов?

Какие проблемы при этом возникают? Как лучше преобразовать первичные виды энергии во вторичные, используемые в народном хозяйстве?

Эти и еще десятки вопросов возникают при чтении разделов Энергетической программы. Как и кем они должны решаться? И даже… как добиться дальнейшего роста сегодня, когда, казалось бы, уже и так все сделано? Все ли? Давайте посмотрим.

Конечно, в центре внимания оказывается нефть.

Сегодня около двух третей всей производимой энергии мы получаем благодаря сгоранию углеводородного топлива. Поэтому от его запасов зависит будущее энергетики.

При теперешнем ежегодном мировом потреблении нефти, равном трем миллиардам тонн, ее с учетом разведанных запасов вроде бы должно хватить на несколько десятилетий. Достаточно ли обоснована столь пессимистическая оценка?

Разведка на нефть и газ — дело дорогое. На нее иногда уходит до 30–50 процентов общих затрат на разработку месторождения. Обычно разведывательное бурение проводится непосредственно перед эксплуатацией залежи. В результате нефтяные ресурсы в основном оцениваются не с помощью разведки скважинами, а на основании обобщенных геологических данных. Многие специалисты полагают, что нефти в подземных кладовых значительно больше, чем разведано сейчас.

На 27-м Всемирном геологическом конгрессе, прошедшем в 1984 году в Москве, большинство специалистов высказалось весьма оптимистично: в будущем будет разведано жидкого углеводородного топлива в мире по крайней мере столько же, сколько известно сегодня.

По запасы запасам рознь. Один из важных показателей — продуктивность скважин. В США для добычи 500 миллионов тонн нефти в год нужно пробурить 500 тысяч скважин, в Иране — 600, а в Кувейте — всего 100.

По-видимому, эпоха месторождений-гигантов кончается, и вновь открываемые залежи будут преимущественно некрупными по запасам, трудными для разведки и сложными по технологии извлечения ископаемого углеводородного сырья. Соответственно резко возрастают расходы ял его поиск и добычу.

Геологи все надежнее предсказывают районы и глубины поиска. Так, в США вдоль Скалистых гор протянулось обширное «кладбище скважин на нефть».

500 скважин пробурено впустую! Геологи посоветовали пробиваться в более глубокие пласты. И удача пришла.

Благодаря подсказкам геологов в последнее десятилетие было открыто несколько гигантских месторождений на шельфах, в том числе в Северном море и у Ньюфаундленда. Судя по всему, новые нефтегазовые месторождения могут быть разведаны в арктической зоне.

Возможно, значительные залежи скрыты под более чем двухсотметровой водной толщей. В подобные кладовые с надводных платформ уже не проникнуть. Поэтому нефтедобывающее и даже нефтеперерабатывающее оборудование предлагается разместить на дне моря в герметичных отсеках цилиндрической формы. Там же предлагается поселить эксплуатационные и ремонтные бригады. Конечно, непросто решить множество проблем по созданию бетонных и многослойных металлических корпусов, отработать технику погружения герметических модулей. Одно несомненно — стоимость добычи нефти из-под морского дна будет только возрастать.

Перспективнее всего пока что увеличивать отдачу обычных неглубоких нефтеносных пластов. Ведь в среднем в мире из нефтяных месторождений извлекаются всего 25–35 процентов запасов, у нас — до 40–45 процентов. Чтобы повысить нефтедобычу, месторождение заводняют. Через часть скважин в пласт закачивается вода.

Она как поршень выталкивает более легкую нефть из пористого нефтеносного слоя в эксплуатационные скважины. Увы, очень часто вода прорывается непосредственно к скважинам, и насосы начинают качать наверх нефть, «разбавленную» водой.

Многие месторождения содержат очень густую, вязкую нефть. Ее трудно поднять на поверхность с помощью обычных методов, так что с глубин извлекаются всего 6–8 процентов общих запасов сырья. Но достаточно подогреть нефть до 100 °C, и она становится текучей, как вода. Как это сделать? Проще всего поджечь нефть под землей и непрерывно подавать воздух для горения.

Но тогда не избежать закоксования пласта, взрывоопасности и потери сжигаемой нефти. Привлекательнее закачивать с поверхности в скважину горячую воду или пар. Нефть разогревается и становится менее вязкой, легче поднимается на поверхность. Пар же можно получать в котлах, сжигая газ или уголь или используя ядерный реактор.

Недавно советские ученые предложили новый способ почти полного извлечения жидкого топлива после заводнения месторождения. В этом методе сочетается тепловое воздействие с насыщением нефти газом. А для того, чтобы ускорить всплытие нефти и ее сбор в подземных; куполах, в пласте с помощью специальных виброустановок создаются мощные сейсмические колебания.

Виброустановка с усилием до 2000 килоньютонов эффективны для глубин 200–300 метров, а в сто раз более мощные источники сотрясения земной толщи позволяют воздействовать на месторождения, лежащие на глубинах до полутора километров.

Если бы удалось добиться почти 100-процентной степени извлечения нефти из пластов, то, пожалуй, нефтяная проблема на какое-то время потеряла бы свою остроту. Однако резкое удорожание разведки и добычи нефти не оставляет места для благодушия.

Рассмотрим положение с запасами и добычей нефти в нашей стране. Наиболее перспективный нефтегазовый район — Западная Сибирь. Кроме того месторождения могут быть открыты также на континентальном шельфе, площадь которого в нашей стране составляет около С миллионов квадратных километров.

В то же время средняя глубина нефтяных скважин увеличилась в стране с 1350 метров в 1950 году до почти 3000 метров ныне. Кое-где уже разведываются и эксплуатируются нефтегазовые горизонты на глубинах 4–6 километров. И если в 1960 году почти всю нефть давали залежи в европейской части СССР, то теперь две трети ее добывается в Западной Сибири, в том числе в труднодоступных, малоосвоенных районах.

Поддерживать высокий уровень нефтедобычи в Тюменской области стало очень тяжело. Продуктивность действующих скважин упала почти вдвое. Новые скважины дают вдвое меньше, чем старые. Естественно, увеличивается объем бурения, растут капитальные затраты. Еще сильнее упала добыча в других месторождениях страны. В последние годы тюменские нефтяники каждый год выкачивали из-под земли на 17 миллионов тонн топлива больше, но из них 14 миллионов покрывали падение продуктивности других месторождений. Нефтяникам приходится вслед за газовщиками идти на север Западной Сибири, интенсивнее осваивать нефтеносные пласты Казахстана, Восточной Сибири и морских мелководий.

Вот некоторые данные из книги «Энергетический комплекс СССР», изданной под редакцией известных советских энергетиков Л. Мелентгева и А. Макарова, активных участников разработки Энергетической программы СССР, показывающие изменение условий нефтедобычи.

Оказывается, за 20 лет средняя длина трубопровода возросла с 350 до 2000 километров, а капиталовложения, необходимые для обеспечения прироста добычи нефти на одну тонну в год, выросли со 100 до 300 рублей. Сейчас нефть обходится почти в два раза дороже газа.

Таким образом, независимо от того, много или мало нефти осталось в земле, затраты труда, материалов и энергии на ее добычу существенно выросли. И продолжают расти дальше. А месторождения между тем истощаются. Где же выход? Не перейти ли на другие источники энергии? Ведь, ко всему прочему, нефть недаром называют «черное золото». Она сама по себе ценнейшее углеводородное сырье, чудесный дар природы.

Пока не до конца ясно, как природа выпестовала это свое сокровище. Первобытная органическая материя, слепленная всего из атомов водорода и углерода, а сколько разнообразных и полезных свойств! На долю кислорода, азота и серы, также присутствующих в нефти, приходится не более 2–6 процентов состава нефти.

Соединены углерод и водород в различные большие молекулы — углеводороды — с молекулярным весом до 250–300. Такое разнообразие углеводородов и определяет многочисленные полезные качества нефти.

Так, из нее вырабатывают различные дезинфицирующие, болеутоляющие и рассасывающие средства.

Способность «черного золота» задерживать разложение и гниение используют для защиты деревянных конструкций, бальзамирования, обеззараживания различных очагов инфекции. Резкий своеобразный запах отпугивает насекомых — вредителей сельского хозяйства.

Очень поучительная история использования нефти в качестве топлива. Трудно себе представить, но были времена, когда человек не умел ее сжигать в обычных топках. Она потреблялась главным образом для разжигания твердого топлива. В древности горючесть нефти использовалась только на создание оружия типа горящих стрел и сосудов со вспыхивающей жидкостью, забрасываемых метательными машинами в осажденные города.

Даже в начале нашего века не знали, что делать с бензином. А эта фракция нефти, получаемая при ее атмосферной перегонке, горит с большой скоростью, легко испаряется и очень пожароопасна. Нефтепромышленники в Баку не знали, куда девать бензин, и избавлялись от него самыми различными способами, например сливали его в море, но тайком, потому что знали — из-за бензина гибнет рыба и могут быть протесты. Рыли также специальные ямы для сжигания бензина. Сотни тысяч тонн его в начале нашего века пропадали впустую.

Были объявлены конкурсы на лучший метод уничтожения самой горючей фракции нефти. Только изобретение двигателя внутреннего сгорания прекратило это энергетическое кощунство.

Долгое время примерно так же обстояло дело и с мазутом. Если бензин выделяется при температуре 50- 200 °C, то затем при повышении температуры последовательно выкипают лигроин, керосин, дизельные топлива.

Остается мазут. Продолжая процесс атмосферной перегонки, из мазута получают далее различные масла, вазелин, парафин. Остается гудрон, но и из него можно выделить смазочные масла, а потом битум, нефтяной кокс. Кстати, на одном из совещаний с удивлением узнал, что до сих пор нефтепереработчики планируют производство нефтяного кокса. Конечно, нефтяной кокс неплохое сырье для получения высококачественных электродов, однако не выгоднее ли добиваться их изготовления другим путем, не расходуя такой ценный исходный продукт, как нефть.

Выдающиеся отечественные ученые понимали ценность «черного золота», искали пути наиболее рационального и полного его использования. Много сделал в этом направлении известный инженер В. Шухов, про славившийся сооружением изящной Шуховской башни на Шаболовке в Москве. В 1887 году он, например, разработал устройство, в котором струя распыленного мазута смешивается с необходимым для горения воздухом.

Идея форсунок Шухова лежит в основе всех современных горелок, предназначенных для жидкого, газообразного или пылевидно-угольного топлива.

В. Шухов создал также первый нефтепровод. Он предложил новую схему процесса расщепления нефти и сконструировал соответствующую аппаратуру. Ему удалось существенно усовершенствовать и конструкцию глубинного насоса.

Важная и до сих пор не решенная до конца проблема, которой небезуспешно занимался наш знаменитый ученый-конструктор, — утилизация попутного газа. Ведь нефтяные залежи обычно сопровождаются газоносными пластами/ В. Шухов долгое время работал в Баку, где с давних времен вокруг загорающихся газов, просачивающихся из земных недр, воздвигались храмы огнепоклонников. Остатки одного из таких храмов с естественным «вечным огнем» сохранились неподалеку от Баку в селении Сураханы — там сейчас создан музей.

И вот В. Шухов в 1880 году предложил использовать попутный газ, выходящий из нефтяных скважин, для интенсификации добычи нефти — газ собирают и компрессором закачивают обратно в скважину. Он пробулькивает через нефть, увлекая ее за собой. В результате она поднимается из скважины с гораздо большей скоростью.

Таков принцип газлифта, который через столетие после открытия В. Шухова все еще недостаточно активно внедряется в практику нефтедобычи.

Если же закачивать в скважину воздух, то может образоваться гремучая смесь, нефть окисляется, происходит осмоление.

К сожалению, у нас много попутного газа идет на ветер, сжигается в факелах. А по своему составу он намного ценнее природного газа. И почему бы не переработать его целиком или хотя бы направлять обратно в нефтеносные пласты?

В некоторых странах законодательно запрещено разрабатывать нефтяные месторождения, если не обеспечивается утилизация попутного газа. У нас поставлена задача покончить с расточительством ценнейшего продукта к 1990 году.

Однако на многих месторождениях в ряде районов мира газ продолжают сжигать. Так, в алжирской части Сахары на нефтяных вышках чуть ли не через каждые пять километров круглые сутки горят яркие факелы. Белые аисты из наших краев прилетают здесь на свои африканские зимовки по ночам, когда пламя хорошо видно.

Восходящие потоки нагретого воздуха облегчают перелет.

Редкий случай, когда бесхозяйственность идет на пользу животному миру!

Незаменима нефть для химических предприятий. При нагревании под давлением в присутствии катализаторов из нее получают этилен, пропилен, ацетилен, бензол, фенол, а из них, в свою очередь, синтетические волокна, пластмассы, каучук, капролактам, фармацевтические препараты, моющие средства, синтетические жиры, синтетические белки, парфюмерные изделия и многое другое.

Легкие фракции идут на производство растворителей для пищевой и лакокрасочной промышленности.

В принципе эти продукты можно синтезировать из углерода, водорода и кислорода, но обойдется такой синтез гораздо дороже. Нефть как исходное сырье еще долго будет оставаться вне конкуренции.

Ископаемое углеводородное сокровище необходимо всем — химикам, медикам, пищевикам. Его требуется все больше и больше для многих отраслей народного хозяйства. А больше остальных его используют ныне энергетики. На всех нефти уже явно не хватает, к тому же все чаще нефтяные залежи консервируются в сберкассе природы для будущих поколений, которые распорядятся богатством разумнее и выгоднее, чем мы. И энергетики должны волей-неволей не делать ставку только на жидкое топливо. Поэтому взоры их обратились на «голубое золото» — природный газ.

Газ вместо нефти

Разведанных запасов газа в мире хватит на 40–50 лет при его ежегодной добыче около 1500 кубических километров. Этого достаточно для того, чтобы в ближайшие годы отчасти решить первую и важнейшую проблему энергетики замещение нефти другими видами топлива. Возможно, на больших глубинах в недрах земли скрыто очень много «голубого топлива». В последние годы это предположение получило практическое подтверждение. Так, при глубоководном бурении из подводных скважин иногда извлекается метановый гидрат. Это вещество, имеющее консистенцию льда, состоит из молекул метана, заключенных в трехмерной решетке молекул воды. Для образования гидратов необходимы достаточно высокие давления и температуры лишь в несколько градусов выше нуля. Как правило, подобные условия встречаются на морском дне на более чем километровой глубине. Однако запасы метанового гидрата трудно поднять на поверхность из-под морского дна и заманчивее добраться до лежащего под ними газообразного метана. Согласно некоторым оценкам метановые залежи содержат около миллиарда кубических километров газа! Весь вопрос в том, что, даже если метановые месторождения под морским дном действительно существуют, их эксплуатация обойдется весьма недешево.

Есть еще одна кладовая метана, и довольно неожиданная — в угольных месторождениях. По мнению некоторых специалистов, здесь «голубого топлива» больше, чем в чисто газовых залежах. Для горняков метан — самый опасный враг, от подземных взрывов уже погибло несколько десятков тысяч шахтеров. Чтобы поскорее избавиться от нежелательного летучего спутника угля, горняки применяют систему дегазации: в угольном пласте бурят специальные скважины, через которые газ выводят на поверхность. Вероятно, только в Донецком и Карагандинском бассейнах запасы метана достигают 80 кубических километров. Однако всего в стране из угольных пластов добывается только около 2 кубических километров газа.

Основная причина недостаточного использования газа угольных месторождений — очень неравномерная его подача. Чтобы ее выровнять, предлагается закольцевать газопроводами шахты, подмешивать к угольному газу настоящий природный. Но пока достаточно экономичного способа извлечения угольного метана не найдено.

У нас есть значительные запасы газа. Только в Западной Сибири подготовлены к освоению Уренгойское, Ямбургское, Заполярное, Медвежье и другие месторождения, запасы которых превышают 27 000 кубических километров.

Естественно, что такие большие запасы сказываются и на стоимости добычи, которая минимум в два раза меньше, чем извлечение эквивалентного количества нефти. Но успокаиваться нельзя. Мы уже подошли к рубежу, когда величина разведанных запасов становится сравнимой по порядку величины с добычей. В 1985 году мы добывали около 650 кубических километров газа и в соответствии с Основными направлениями экономического и социального развития на 1986–1990 годы и на период до 2000 года уже к 2000 году будем извлекать из западносибирских подземных кладовых до 1000 кубических километров «голубого топлива» в год. Следовательно, надо не расточительствовать с расходованием «голубого золота». Ведь газ, как и нефть, ценнейшее химическое сырье, наше национальное богатство.

Кроме того, стоимость добычи газа в последние пятилетки возросла в несколько раз и продолжает увеличиваться. Если в 1965 году для обеспечения годового прироста добычи в тысячу кубических метров требовалось капиталовложений 47 рублей, то в 1970 году они достигли 100 рублей, а к 1980 году — 165 рублей.

Причины роста затрат те же, что и в нефтяной промышленности увеличение глубины добычи и удаленность от обжитых районов. Очень дорого, например, обходится транспортировка природного газа по газопроводам с западносибирского Севера в европейскую часть страны. Развивая добычу газа, уже сейчас нужно принимать меры по его экономии и спланировать оптимальную стратегию добычи.

Газовиками накоплен богатый опыт, позволяющий определить оптимальные темпы наращивания и масштабы производства. Начало нашей газовой промышленности — 30-е годы. Тогда были открыты первые крупные месторождения в Среднем Поволжье. Затем началась разработка украинских, северокавказских и среднеазиатских месторождений. И наконец, подошла очередь главных кладовых страны — северных районов Западной Сибири.

Энергетической программой СССР предусмотрено опережающее развитие газопромыслового хозяйства. В одиннадцатой пятилетке, с 1981 по 1985 год, построено 44 тысячи километров газовых магистралей. С севера Тюменской области в центр страны протянуты шесть магистральных газопроводов. В их числе известный всему миру газопровод Уренгой — Помары — Ужгород длиной почти 4,5 тысячи километров. Он был построен двадцатитысячным отрядом строителей за год — почти втрое быстрее нормативного срока. В сходных климатических условиях американские фирмы смогли построить трансаляскинский нефтепровод длиной всего 1280 километров только за три года.

Казалось, строительство сложнейшего газопровода Уренгой — Помары Ужгород — это предел человеческих и технических возможностей. Но масштабы добычи газа должны расти. Нужно двигаться дальше.

17 августа 1969 года нефтегазоразведочная экспедиция обнаружила мощные газоконденсатные месторождения в Ямбурге. В январе 1982 года в устье речки с труднозапоминающимся названием Нюдя-Монготоепока прибыл первый автотракторный поезд. Из-за штормов, резких отливов и приливов, мелей благоприятный период навигации длится чуть более месяца. Поэтому там нелегко организовать морские перевозки. Ямбург — одно из таких самых северных и трудных месторождений страны.

Конечно, понятие суровости климата относительно.

«Вся описанная страна, — сообщал великий греческий историк Геродот (V век до н. э.), — отличается столь суровым климатом, что в продолжение восьми месяцев там стоят нестерпимые холода. В это время не сделаешь грязи, пролив воды на землю, разве если разведешь огонь; море и весь Боспор Киммерийский замерзают».

Между тем речь шла о северных берегах Черного моря — Керченском проливе. Что же говорить о нашем Севере и Сибири?

Такое место — Ямбург. Труднопереносимая и длительная зима, короткое лето. Абсолютный температурный минимум — минус 60 градусов. Среднедневная температура июля — всего плюс 13 градусов. К тому же резкие и неожиданные перепады погоды, пронзительные ветры, метели сопровождаются высокой влажностью воздуха. Местность болотистая, озера занимают четверть территории, а в отдельных районах — до 40 процентов.

И тем не менее зимой негде взять воду, необходимую для работы буровых и газопромысловых установок, потому что озера промерзают до дна. Короче, в Ямбурге действительно экстремальные условия.

Необходимость преодолевать трудности обычно стимулирует технический прогресс. И на Ямбурге родилось много нового. Основное технологическое оборудование промыслов монтируется из крупных блоков заводского изготовления. Но как их транспортировать? По воде доставить довольно легко. А далее нужно перевезти их по суше на расстояние до 90 километров. Здесь бы пригодился транспорт на воздушной подушке, но машиностроительные министерства не позаботились освоить его производство. И экспериментальное строительно-монтажное управление Сибкомплектмонтаж само взялось за проектирование и изготовление новой транспортной техники под тяжелые грузы.

Другое рационализаторское предложение, которое можно назвать новинкой лишь условно, связано с обеспечением промыслов дешевым горючим. Как известно, доставка из центральных районов страны для снабжения автотранспорта и котельных обходится в 200–300 рублей за тонну. А топливо в Уренгое или Ямбурге лежит буквально под ногами.

Газ обычно соседствует с нефтью, и часто встречаются газоконденсатные месторождения, в которых на 100 кубических метрах содержится от 3 до 50 килограммов нефти. Самые примитивные ректификационные установки вполне способны обеспечить топливом северные промыслы.

Например, простейший, с плохоньким КПД нефтеперерабатывающий мини-завод задолго до освоения Уренгоя был построен по проекту Бакинского проектного института газа в Якутии. Его главная часть — большая стальная бочка со змеевиком, через который проходит пар. Температура достаточна, чтобы отогнать легкие фракции конденсата и получить бензин А-76 себестоимостью в 30 рублей за тонну. Такой бензин оказывается в 7-10 раз дешевле привозного. В результате экономится топливо, которое иначе пришлось бы затратить на доставку бензина с нефтеперерабатывающих заводов центра.

А вот новшество на перспективу. Прежде всего в одном кусте предлагается бурить сразу 8–9 скважин. Это почти вдвое больше, чем на Уренгое. Уменьшается занятая промысловиками территория, сокращаются затраты на освоение, лучше сохраняется природа. Дороги предлагается застелить нетканым синтетическим полотном, чтобы нанести меньше экологических ран. Газ из месторождения перед подачей в газопроводы будет охлаждаться, что позволит предотвратить таяние вечномерзлых грунтов. Охлаждение газа позволит решить и другую проблему — увеличить пропускную способность газопроводов, снизить мощности на прокачку. Сокращать обслуживающий персонал предполагается путем комплексной автоматизации, отказа от традиционных электроводогрейных котельных, перехода на огневые подогреватели.

В 1987 году страна получит газ из Ямбурга. Основной прирост добычи газа в двенадцатой пятилетке даст это месторождение. Нужно прокладывать новые газовые магистрали, а это дело очень дорогостоящее. На сооружение газопровода диаметром 1420 миллиметров, длиной в тысячу километров расходуется полмиллиона тонн металла и полтора миллиона тонн железобетона, а стоит он свыше миллиарда рублей. Зато по нему перекачивается за год 30 кубических километров. Каким же путем идти дальше по увеличению транспортировки газа?

Во-первых, можно проложить еще ряд газопроводов.

Но это будет стоить очень дорого.

Во-вторых, можно увеличить диаметр труб. Это потребовало бы смены почти всей строительно-монтажной техники, колоссальных расходов.

Дешевле всего третий способ — увеличить давление газа до 120 атмосфер (сейчас — 75 атмосфер) и понизить его температуру в магистрали до 20 °C. Тогда по газопроводу того же диаметра будет перекачано в два раза больше топлива.

При таком высоком давлении на передний план выдвигается проблема надежности газопроводов, которая весьма заботит и сейчас. Например, нельзя выявить дефект трубы, зарытой в землю. Между тем незначительный изъян в стенке трубы или в соединительном шве порождает трещину, которая может, распространяясь по трубе со скоростью звука, разорвать газопровод на протяжении сотен и тысяч метров. Переход на давление в 120 атмосфер потребует увеличения толщины трубы до 36 миллиметров. В итоге трубы значительно утяжелятся, существенно больше израсходуется дорогой стали, понадобятся новые формовочные прессы-гиганты.

Принципиально новое решение нашли в Институте электросварки Академии наук СССР. Труба делается не монолитной из толстого листа, а многослойной яз тонкой рулонной стали. Увеличивается прочность и вязкость стенок, многослойным трубам не страшно лавинное хрупкое разрушение.

Еще не освоен Ямбург, а уже планируется продвижение дальше на север, на Ямал. Подсчитано, что для получения одной тонны топлива с Ямала туда нужно завезти 16 тонн грузов! Поэтому целесообразно применять новую, облегченную технику. Разработчики обещают снизить ее металлоемкость в 2–3 раза.

Быстрый рост производства «голубого золота» продолжается. В 1984 году добыча газа в СССР превысила его производство в США. В 1985 году в нашей стране было извлечено из недр столько же газа, сколько и нефти, а сейчас газ вышел вперед. Доля его среди всех видов топлива поднялась с двух процентов почти до одной трети в 1986 году.

Применение природного газа в промышленности и быту наталкивается на одну серьезную трудность. Газодобытчикам выгодно получать и транспортировать его равномерно во времени: летом и зимой, ночью и днем. Потребителям же в холодную погоду и днем топлива нужно больше, а летом и ночью — меньше.

Чтобы выйти из положения, создаются специальные сезонные подземные хранилища газа. Когда же емкостей хранилищ не хватает, часть избыточного газа передают для сжигания на электростанции.

В нашей стране согласно Энергетической программе продолжается создание единой газоснабжающей системы.

В нее входят несколько сот месторождений, около 150 тысяч километров магистральных и 250 тысяч распределительных газопроводов, а также несколько десятков подземных газохранилищ.

Такая разветвленная система позволит маневрировать потоками газа и обеспечить качественное снабжение потребителей.

Однако запасы «голубого золота» не беспредельны.

Необходимо искать новые и лучше использовать старые ископаемые источники энергии. Своего последнего слова еще не сказала и столь традиционная отрасль энергетики, как угольная.

Наступит ли угольный ренессанс?

На нашей планете открыто семь угольных месторождений-гигантов, и в каждом запасы угля составляют около 500 миллиардов тонн и даже более. Пять из них — в СССР. Почти нетронутыми лежат грандиозные месторождения: Тунгусское, Ленское, Таймырское.

Пока крупнейший по добыче и старейший угленосный бассейн — Донбасс. Его производительность — 200 миллионов тонн угля в год. Вторая по мощности угольная база — Кузбасс. Там добывается 150 миллионов тонн. Третий центр Караганда и Экибастуз. Их вклад — 130 миллионов тонн. Развивается и Канско-Ачинскии комплекс. Уже в 1985 году оттуда на нужды народного хозяйства поступило 40 миллионов тонн топлива.

А ведь у нас имеются десятки других месторождений.

Среди них и такие старые, как Подмосковный и Печорский, и совсем новый — Нерюнгринский, расположенный вблизи БАМа и славящийся отличными коксующимися углями.

Угольная промышленность снабжает коксующимися углями черную металлургию и энергетическими углями — электростанции и котельные страны. Дефицитный уголь для металлургии добывают в Печорском и Нерюнгринском бассейнах, но основными поставщиками остаются Донбасс и Кузбасс.

Ранее металлургия европейской части СССР обходилась только коксующимися углями Донбасса, но в последние годы их стало не хватать. В черной металлургии начались перебои. Шахтерам Донбасса приходится вырабатывать нижние пласты, и уже сейчас средняя глубина забоев достигла там 600 метров. Значит, ставку нужно делать на Кузбасс? Необязательно. Хотя кузбасский уголь содержит почти в четыре раза меньше вредной для качества металла серы, чем донбасский, все же можно было избежать достаточно дорогостоящих перевозок угля из Кузбасса, если бы вовремя удалось внедрить предложенный более четверти века назад способ получения так называемого формовочного кокса нужной прочности из слабо спекающихся донецких углей. Еще двадцать лет назад в Харькове была пущена опытно-промышленная установка. Подтвердилась высокая эффективность новой технологии. Но дальше дело не пошло.

Можно только догадываться почему. Слишком вольготно без дум об экономии энергии жила отрасль! Министерство черной металлургии не спешило с организацией производства формованного кокса, перекладывало возникшие трудности на угольщиков. Мол, пусть они любой ценой добывают жирный коксующийся уголь, тратят энергию — ведь простаивают домны! Конечно, такую ведомственную позицию, наносящую ущерб всему народному хозяйству, терпеть было нельзя. Но потерянного времени не вернешь.

Итак, все же Кузбасс? Да, тамошние коксующиеся угли способны выручить металлургов. Вне конкуренции кузнецкие энергетические угли. Высокая калорийность, низкая зольность оправдывают их транспортировку в европейскую часть СССР, Характер месторождений позволяет добывать в Кузбассе больше у!ля, чем его добывается ныне!

Однако с 1979 года угледобыча в Кузбассе не растет по ряду причин. Энергетическая программа СССР предусматривает их преодоление. Прежде всего после более чем двадцатилетнего перерыва начнется строительство новых горнодобывающих предприятий.

Сейчас открытую добычу угля ведут в Кузбассе около 600 экскаваторов и 1000 автомашин грузоподъемностью до 120 тонн. Выработка на рабочего достигает 250 тонн в месяц, то есть в два-три раза выше, чем на шахтах. Если использовать гидравлический метод, когда угольный пласт разрушается струей воды и уголь транспортируется этой же водой, то производительность можно поднять еще в два раза. Угольные шахты Кузбасса по уровню комплексно-механизированной добычи занимают ведущее место в мире.

Поучителен как позитивный, так и негативный опыт кузбассцев. Так, для форсирования вскрытия и добычи угля на разрезах вместо того, чтобы транспортировать пустую породу на внешние отвалы, ее годами складывали на рабочих бортах. Сейчас там всего скопилось свыше 300 миллионов кубометров терриконов. Пустую породу надо убирать, без этого нельзя продолжать эксплуатацию разрезов. А для уборки необходимы многие месяцы и большое количество экскаваторов, транспортной техники, затрат горючего.

Плохо в Кузбассе и с использованием техники. Мелкие грузы перевозят тяжелые самосвалы, потому что нет автомашин средней и малой грузоподъемности. Много оборудования простаивает — нет запасных частей. Необходимо строительство новых ремонтно-механических заводов. Хотя добыча угля все более перемещается в Сибирь, горное машиностроение сосредоточено в основном в европейской части страны. На перевозки горной техники за Урал ежегодно тратятся десятки миллионов рублей.

Нет пока удовлетворительного решения еще одной проблемы. Как известно, на обогатительных фабриках не только уменьшается содержание пустой породы, но и производится сортировка угля по степени крупности. Мелочь отправляется на крупные электростанции, где уголь сжигается в виде пыли, а более крупные куски направляются в средние и мелкие котельные. Однако вместе с кусковым углем в котельные попадает и много пыли. В печах она не успевает сгорать и уносится потоками воздуха. Потери составляют до 30 процентов, КПД — не выше 50 процентов. Некоторые специалисты считают, что сами по себе обогатительные фабрики не в силах выправить положение, так как к большим потерям пыли приводят перегрузки и перевозки угля. Наиболее разумный выход — делать из мелочи и пыли угольные брикеты. Нужно только оснастить обогатительные фабрики необходимым оборудованием.

Другое решение предлагают специалисты Института горючих ископаемых. Суть его в том, чтобы гранулировать угольную мелочь и сжигать в печах гранулы, обладающие более высокой механической прочностью, чем брикеты. Гранулы позволяют поднять КПД котельных почти до 75 процентов. Связующим веществом для гранулированного угля может быть сульфитно-дрожжевая бражка и другие отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Знакомство с состоянием дел в угольной промышленности (да и не только в угольной) еще раз подтверждает правоту оптимистов, считающих, что неразрешимых проблем нет.

Угольные сокровища Красноярского края — хороший тому пример. Крупнейшее месторождение угля с геологическими запасами 400 миллиардов тонн и промышленными — 100 миллиардов открыто здесь русскими инженерами еще в период изыскательских работ по трассе Транссибирской железнодорожной магистрали. По обе стороны железной дороги располагаются Ирша-Бородинское, Итатское, Березовское, Назаровское и еще около двадцати подземных угольных кладовых, входящих в Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс (КАТЭК).

Об этом районе сейчас говорится повсюду. Он действительно уникален. Угли в бассейне залегают на глубине всего от 10 до 60 метров! Чтобы добыть его открытым способом, нужно произвести вскрышные работы с помощью, например, мощной экскаваторной техники производительностью 5-10 тысяч кубических метров пустой породы в час. При открытых разработках важен коэффициент вскрытия — количество бесполезной породы, которую нужно убрать, чтобы добыть одну тонну топлива.

Эта величина для месторождений КАТЭКа очень маленькая — от 1 до 3 кубических метров. В пересчете на тонну условного топлива она удвоится, так как калорийность канско-ачинских углей мала — всего 3200–3500 ккал/кг.

В ФРГ сейчас считается рентабельной добыча угля даже при коэффициенте вскрытия в десять-двадцать раз больше — до 50 кубических метров на тонну условного топлива. Следовательно, угли КАТЭКа дешевы.

Но у них, к сожалению, много недостатков. О низкой калорийности мы уже упомянули. Кроме того, угли КАТЭКа очень влажные (до 40 процентов влажности), сыпучие и самовозгорающиеся.

Такое топливо трудно транспортировать. Зимой канско-ачинские угли из-за большой влажности смерзаются, что чрезвычайно затрудняет их перегрузку, а летом много угля пропадает из-за пыления. Низкокалорийное сырье вообще нерентабельно перевозить по железной дороге. К тому же в пути возможно самовозгорание угольной пыли. Но ведь уголь перевозить нужно! Если не в европейскую часть, то в близлежащие районы! Как же быть?

Возьмем потери из-за пыления. По подсчетам, они достигают в год несколько миллионов тонн. Особенно пылят перегруженные вагоны — с угольными «шапками». Простейший способ борьбы с пылением — утрамбовывать уже погруженный уголь катками. Еще более эффективный способ — обработать поверхность специальной эмульсией и тем самым создать защитную пленку.

Можно бороться и с зимним смерзанием влажного угля. Так, в США при перевозках зимой в угольную массу добавляется специальная жидкость, благодаря которой образующийся хлопьевидный лед в четыре раза уступает по прочности обычному льду.

Что касается самовозгорания, то оно происходит примерно через четверо-пятеро суток после того, как уголь поднят на-гора. При средней скорости железнодорожного состава, равной 20–30 километрам в час, даже за сутки можно перевезти уголь на расстояние свыше 700 километров. Задерживает возгорание утрамбовывание угольной массы с помощью катков, потому что благодаря уплотнению образуется меньше пыли и сокращается доступ кислорода. Еще надежнее предотвращается разогрев угля, если набрызгать на его поверхность защитную пленку.

Труднее добиться рентабельности железнодорожных перевозок канско-ачинских углей. Уже сейчас транспортировкой топлива занято около половины железнодорожных составов. В будущем в европейскую часть страны придется дополнительно доставлять сотни миллионов тонн угля. По железной дороге при средней напряженности перевозок обычно в год пропускается 20 миллионов тонн груза. Можно увеличить грузопоток в 4–5 раз — до 100–150 миллионов тонн, — и тогда составы весом в 4 тысячи тонн должны будут следовать по такой специализированной «угольной» трассе с интервалом 15 минут.

Но 100–150 миллионов тонн канско-ачинского угля эквивалентно 50–70 миллионам тонн условного топлива, так что сверхперегруженная железная дорога из Сибири в европейскую часть СССР длиной в несколько тысяч километров вряд ли оправдает надежды.

Некоторые специалисты предлагают перекачивать водно-угольную смесь по трубопроводу. Чем больше угля в смеси, тем выгоднее перекачка, но возрастают потери на трение, и надо увеличивать мощность насосов. Поэтому предлагается вместо воды использовать метанол — органическую жидкость, которую сейчас получают из природного газа, но и в принципе можно изготовлять и из угля. Метанол и сам по себе ценен для различных химических производств, в том числе для получения белков, и на нем даже могут работать двигатели внутреннего сгорания. Однако, к сожалению, пока не найден дешевый способ производства метанола из угольной массы.

Предлагается также перекачивать уголь с жидкой углекислотой. У нее меньше вязкость, чем у воды, и можно поставить менее мощные насосы. Из нее легче, чем из воды, выделять угольные частички, и потом не надо их сушить. На приемном конце трубопроводной магистрали угольный порошок выделяется из смеси с помощью специальных фильтров, а угольная кислота или возвращается в цикл, или продается. По оценкам американских фирм, эксплуатационные расходы при такой транспортировке снижаются на 30–50 процентов. Сказанного достаточно, чтобы прийти к выводу: у углепроводов многообещающее будущее.

У нас в стране по трубопроводам с помощью воды ежегодно транспортируется 150 миллионов кубометров различных твердых материалов. На тепловые электростанции подается уголь, в отвалы — зола и шлак, на металлургические комбинаты — железная руда, на заводы строительных материалов — мел, песок, гравий. А нельзя ли уголь с Канско-Ачинского месторождения доставлять в центр страны тоже по трубопроводу?

Путь немалый — 4500 километров. Если взять трубы диаметром 1,5–1,8 метра и подавать водно-угольную смесь со скоростью 2,5 метра в секунду, то такая транспортировка, судя по всему, обойдется в полтора раза дешевле железнодорожной. Однако предстоит еще решить множество технических проблем.

Сейчас ведется строительство 250-километрового опытно-промышленного углепровода Бедово — Новосибирск. С 1966 года в Кузбассе действуют два трубопровода, транспортирующих водно-угольную смесь с гидрошахт «Инская» и «Юбилейная». Увы, в них на одну часть угля приходится семь-двенадцать частей воды. Вот когда содержание угля повысится до 60–70 процентов, а перекачивать его будут в виде мелкодисперсной (не более 0,2 миллиметра) пыли, которую можно сжигать без предварительной механической обработки, лишь тогда протяженные водно-угольные магистрали оправдают себя.

У канско-ачинских углей много недостатков, но каждая возникающая проблема, как видим, поддается творческому решению.

Например, казалось бы, выгодно построить на КАТЭКе ряд крупных теплоэлектростанций и подавать в другие районы страны электроэнергию. Но сжигать катэкское топливо чрезвычайно затруднительно из-за уникально-неприятных свойств образующейся золы.

Сейчас строится первая местная электростанция на канско-ачинских углях — Березовская ГРЭС. Восемь ее блоков по 800 тысяч киловатт каждый отличаются громадными котлами, которые раза в полтора больше, чем на обычных угольных станциях. Но гигантизм этот, из-за которого возрастает и расход металла, и объем строительных работ, вынужденный, связанный с неприятной особенностью получающейся золы зашлаковывать поверхности нагрева. Можно обдувать их поверхности паром или воздухом, очищать их вибрацией или обмывать водой.

Ни один из этих способов не дает удовлетворительного результата. На Березовской ГРЭС применяются пароперегреватели с разреженными пучками труб, что и влечет увеличение размеров котлов.

Но у березовской золы еще одна неприятнейшая особенность — повышенное содержание окиси кальция.

От этого зависит плавкость шлаков. Если его зольность меняется только на 1 процент, то на 100 градусов может повыситься температура плавления окиси кальция. Поскольку же зольность варьируется более чем на 1 процент даже в пределах одного месторождения, то при высоком содержании окиси кальция трудно выбрать оптимальное топочное устройство для удаления из него шлаков в жидкой или твердой форме.

Высокая зольность угля создает проблемы и на других месторождениях. Снижается калорийность топлива, и теряется энергия, а из-за неустойчивости горения приходится добавлять мазут, что ведет к преждевременному изнашиванию оборудования. Однако, подсчитали ученые, фактическая зольность отгружаемых углей растет со временем быстрее, чем природная их зольность. Как будто бы к добываемому топливу специально подмешивают пустую породу. Действительно, подмешивают. Правда, не специально. Если пласт тонкий, а ширина захвата угледобывающего комбайна больше толщины угольной жилы, то неизбежно засорение извлекаемого сырья. Еще одна причина — организация учета добычи по горной массе, а не по углю, позволяющая вполне законным образом включать в нее 10–12 процентов пустой породы, включать и отправлять потребителям. Разбирайтесь-де сами. Вот и ломают себе голову энергетики, но тоже по-разному.

Проще всего в высокозольный уголь добавлять мазут.

А вот на Ворошиловградской ГРЭС получаемое некачественное горючее, чтобы оно хорошо горело, превращают в очень тонкую пыль. Для этого поступающий уголь подсушивают в специальной печи и только затем направляют на угольную мельницу, где обеспечивается нужная степень помола. Образующаяся угольная пыль не забивает трубопроводы в котлах, и, главное, станции не нужен дополнительный мазут. В конечном итоге ворошиловградцы экономят каждый месяц по 50 (!) железнодорожных цистерн мазута.

Иногда под предлогом «оскудения недр» оправдывается повышение зольности углей, снижение показателей добычи, выработки энергии, производительности труда.

Но вот статистические данные по Донбассу: с 1975 года толщина пласта практически оставалась на уровне 1,15 метра, глубина добычи угля с того года практически не повышалась, а в последние годы даже уменьшилась с 327 метров в 1980 году до 325 метров в 1983 году. Происходит это из-за расширения добычи открытым способом, обозначенным в Энергетической программе СССР как главный. Первенство здесь держит еще один гигантский угольный комплекс на востоке страны — Экибастуз.

В изданной в начале века «Настольной и дорожной книге» для путешествующих говорится: «Плавание по Иртышу от Омска до Семипалатинска не обещает ничего интересного. На расстоянии тысячи верст здесь расположен всего один небольшой уездный город и два десятка незначительных селений». Так выглядел ранее район Экибастузского и Майкубенского бассейнов, открытых в 1867 году. Однако уже в разделе плана ГОЭЛРО «Электростанции Западной Сибири» есть такие строки:

«Из других месторождений наибольшее значение имеют Экибастузские копи вблизи Павлодара». В 1922 году после изгнания колчаковцев ВСНХ выделил специальные средства на восстановительные работы в Экибастузских копях.

Угли Экибастуза по качеству уступают кузнецким и менее удобны для перевозки, поэтому их энергию предпочтительнее передавать по линиям электропередачи.

Конечно, для передачи значительной мощности на большое расстояние в центр европейской части мало даже напряжение в 500 или 750 тысяч вольт, которое уже освоено энергетиками: нужно напряжение в 1000–1500 тысяч вольт. Кроме того, будут велики потери энергии и затраты цветных металлов и стали.

Исследования показали, что наиболее экономична линия не переменного, а постоянного тока, позволяющая в случае необходимости менять направление передачи энергии (например, передавая из Центра избыточную ночную энергию). По такой линии с напряжением 1500 тысяч вольт можно пропустить в год 40 миллиардов киловатт-часов электроэнергии, что эквивалентно перевозке 13 миллионов тонн условного топлива. Капитальные затраты на нее примерно равны стоимости перевозки такого количества угля по железной дороге. Строительство электрической линии Экибастуз — Центр уже началось, и вскоре энергия углей, добываемых на «Богатыре», вольется в Единую электроэнергетическую систему.

Ныне же этот промышленный район вырабатывает до 50 процентов всей электроэнергии Казахстана. Запасы энергетических углей здесь — около 14 миллиардов тонн. Крупнейший в мире угольный разрез «Богатырь» дает до 500 миллионов тонн твердого топлива в год — около одной тридцатой доли всего угля, добываемого в стране.

Длина разреза «Богатырь» — около шести километров, ширина — почти два, глубина — 220 метров. В подобной глубокой выемке скапливается смог, приходится предусматривать проветривание, не допускать оползней и т. д.

Для карьера-гиганта требуется и соответствующая техника. Здесь работает более 100 экскаваторов с ковшами до 100 кубометров и впервые в мире в больших масштабах используются роторные экскаваторы, применявшиеся ранее только на мягких породах.

Без современной могучей техники много угля не взять ни в Экибастузе, ни в Кузбассе, ни в Донбассе. Наступит ли угольный ренессанс — в большой степени зависит от успехов машиностроения. И вообще, развитие машиностроения будет определять развитие всей энергетики. А у машиностроителей сейчас трудностей немало.

Однако советское машиностроение обладает гигантскими ресурсами, которые позволяют оптимистично оценивать его перспективы. Например, в нем занято 40 процентов всех рабочих промышленности, а с учетом персонала механических цехов немашиностроительных отраслей — 55–60 процентов. Кроме того, наш парк металлообрабатывающего оборудования превышает количество станков США, Японии и ФРГ, вместе взятых! Нужно только по-хозяйски распорядиться имеющимся потенциалом.

Возьмем тот же Донбасс. Если создать и внедрить более совершенные угледобывающие комбайны для тонких пластов и открытых разработок, то этот старейший поставщик твердого топлива еще долгое время может давать по 200 миллионов тонн угля в год, что составляет 40 процентов всего угля, добываемого ныне в стране. Однако мнения специалистов расходятся.

— Да, Донбасс многое дает, — говорят одни, — но ведь верно и другое. Если бы средства, используемые для поддержания угледобывающих мощностей в Донбассе, направить, скажем, на аналогичные цели в Кузбассе, то прирост угледобычи увеличился бы в 2–3 раза.

— Посмотрим не с ведомственной, а с государственной точки зрения, предлагают другие. — Если прекратить капиталовложения в угольную промышленность Донбасса, то что делать со сложившейся здесь промышленной инфраструктурой? Как быть с квалифицированными специалистами, рабочими этого региона? Энергетическая программа СССР отличается от программ в капиталистических странах тем, что ее конечная цель — не корыстный интерес тех пли иных социальных групп, а обеспечение благосостояния всего народа. Поэтому проблемы, подобные донбасской, будут решаться только на этой основе.

Так скудеют ли наши недра энергетическим сырьем?

Раз мы сжигаем больше, чем природа успевает произвести, значит, подземные кладовые топлива скудеют!

Однако угля у нас много. При нынешнем уровне производства энергии его хватит на многие десятилетия вперед. «Углю, — пишет М. Щадов в книге „Уголь: топливо или сырье?“, — еще долго придется играть роль „буферного“ топлива, несущего на себе значительную долю энергоснабжения на тот период, пока не удастся в полной мере освоить новые источники энергии». С другой стороны, ускоряющийся научно-технический прогресс, достижения машиностроения позволяют открывать все новые и новые, хотя и более труднодоступные месторождения нефти, газа и угля, рачительнее и эффективнее хозяйствовать как в новых, так и в старых кладовых.