Проблемы топлива и энергетики - Экономическая эффективность энерготехнологических методов

Глава ПI
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Оценка целесообразности широкого внедрения энерготехнологических методов производства в народное хозяйство основывается главным образом на показателях того экономического эффекта, который может быть получен в результате применения этой новой техники.
Выше (при анализе утилизационных схем) мы показали, что экономия топлива сама по себе не является еще основанием, достаточным для вывода об экономической эффективности производства. Только в том случае, когда новый метод позволяет снизить и себестоимость (издержки производства), в которой топливная составляющая имеет обычно решающее значение, а также удельные капиталовложения, — только тогда можно, не утруждая себя дополнительными расчетами, утверждать, что новый метод будет экономически эффективнее старого*.
Результаты экономических анализов и расчетов в данном случае должны показать степень экономической эффективности каждой конкретной установки, каждого энерготехнологического комбината.
Мы не имеем возможности изложить даже кратко содержание всех работ, посвященных изучению экономической эффективности энерготехнологических методов производства, выполненных различными организациями, и ограничимся лишь рассмотрением основных выводов и показателей, полученных в этих работах.
Рассмотрим вначале результаты работ по исследованию экономической эффективности энерготехнологического использования топлив по простейшим схемам, уже получающим применение в промышленности.
Одним из важнейших является вопрос о потребности народного хозяйства в продуктах производства энерготехнологических комбинатов — электростанций и в первую очередь потребности в высококалорийном газе, сжиженном газе, синтетическом газе, бензоле, толуоле, нафталине, феноле-карболовой кислоте, различных других фенолах, уксусной кислоте, формальдегиде, этилене, пропилене, ацетилене и т. п.

*При одинаковом влиянии фактора времени строительства сравниваемых предприятии.

Существует неверное представление о том, что потребности в сырье (топливе) для производства указанных химических полуфабрикатов невелики и что незначительной части добываемой нефти будет достаточно для того, чтобы практически полностью удовлетворить все потребности народного хозяйства в пластмассах, новых полимерных материалах, удобрениях и других видах химической продукции*. Мы уже указывали на то, что многие виды химического сырья (фенолы, кислоты и т. п.) достаточно трудно производить из нефти**; выходы других видов продукции на единицу исходного сырья (бензол, нафталин, ацетилен и т. п.) вообще невелики. В связи с этим в производственных условиях суммарный выход конечной чистой продукции из исходных топлив в среднем не будет превышать 2—10% исходных сырой нефти, угля или природного газа, остальная часть которых уходит на производство моторных топлив, топочного мазута, газа, кокса, электроэнергии, тепла и т. д.
Между тем перед химической промышленностью стоит весьма ответственная задача — обеспечить в течение ближайших 12—15 лет производство новых материалов в масштабах, близких к масштабам производства металла. Это означает, что за этот период необходимо достичь ежегодного производства полимеров и пластиков в размерах порядка 10—12 млн. т, что, естественно, потребует ежегодной переработки примерно 120 млн. т топлив, а по всей химической промышленности более 160—200 млн. т. В частности, переработка нефти должна будет комбинироваться с производством моторных топлив, однако, как показывает изучение энерготехнологии, чисто технологическое производство в этом случае, как и в большинстве других, сопровождается большими непродуктивными общими расходами топлива, т. е. низ ким энергетическим к. п. д. процессов. Для иллюстрации можно указать, что современный нефтеперерабатывающий завод, поданным Л. А. Мелентьева, расходует на все собственные нужды — 25% перерабатываемого нефтетоплива, причем только половина этого расхода покрывается за счет использования вторичных энергоресурсов завода.
В условиях энерготехнологического использования мазута, углей и природного газа, как мы показали, расход топлива на собственные нужды значительно сокращается, и поэтому очевидно, что наиболее эффективными методами производства химического сырья в перспективе следующей семилетки, как правило, должны быть не нефтеперерабатывающие заводы, а энерготехнологические комбинаты. Тем не менее, в связи с большими потребностями в бензоле, фенолах, этилене и других полуфабрикатах в течение длительного периода времени, химическая продукция будет производиться и на нефтеперерабатывающих заводах и на коксохимических предприятиях и на энерготехнологических комбинатах (в дальнейшем, для краткости, именуемых ЭК).
Таким образом, практически все виды химического сырья, которые могут давать ЭК, будут требоваться народному хозяйству в неограниченных количествах при условии экономически рентабельного их производства по сравнению с другими существующими способами. Фактически столь же неограниченные потребности имеются на сжиженный газ, являющийся прекрасным бытовым и моторным топливом, а также хорошим технологическим сырьем. Полные потребности страны в высококалорийном газе также практически сейчас неограничены, если, конечно, его производство будет экономически выгодным по сравнению с природным газом, а использование экономически более эффективным, чем любого другого имеющегося в данном районе топлива.
* Это представление является верным, если исходить из весового количества полуфабрикатов.
** Для этой цели приходится прибегать или к сложному органическому синтезу или к окислительному пиролизу, для которого пока характерны малые выходы продукта, сложность технологии и аппаратуры.

Haш краткий анализ свидетельствует о том, что кроме высококалорийного газа, все остальные виды продукции ЭК принципиально будут иметь в ближайшие годы неограниченный круг потребителей, хотя практически производство каждого вида продукции в каждом районе должно быть конкретно связано с планом развития   химической промышленности и размещением ее предприятий.
Энерготехнологическое использование большинства топлив, безусловно, является весьма рациональным, но особенно экономически важным оно будет в случае применения дорогих топлив, использование которых по чисто энергетической схеме может оказаться вообще экономически нецелесообразным. К таким топливам в известной мере относятся торф, сланцы, мазут и некоторые угли.
Наиболее подробно рассчитана в настоящее время экономика ЭК, работающих по простейшей схеме на фрезерном торфе. Первая работа в этом направлении была выполнена в Московском инженерно-экономическом институте в 1952 г. На основании результатов испытаний установки и материалов проектной разработки ОПУ, в ЭНИН в 1953 г. был проведен технико-экономический анализ работы ЭК на различных режимах. В 1956 г. в результате разработки проектного задания теплоэлектроцентрали — ЭК Уральским отделением Теплоэлектропроекта были выполнены экономические расчеты эффективности энерготехнологического производства газа, электроэнергии, тепла и легкой смолы (бензиновой фракции) на ЭК энергетической мощностью в 100 и 200 тыс. кВт. Основные выводы почти всех выполненных работ близки, однако эти расчеты ограничивались, как обычно, определением удельных капиталовложений и себестоимости продукции.
Ниже мы приводим сокращенный расчет по типовой методике Академии наук с ориентировочным определением приведенной стоимости продукции и ее сопоставление для условий Урала со стоимостью природного газа и другой продукции, получаемой из нефти.

Сводная таблица экономических показателей работы энерготехнологического комбината энергетической мощностью в 200 Мвт

Дополнительный доход ЭК составит в рассматриваемом случае 25,3 · 10; руб.
Как видно из таблицы, даже при Р = 0,15 (сроке «окупаемости» капиталовложений 6,7 года) приведенная стоимость всей продукции будет ниже на 8%, чем при раздельной выработке электроэнергии 1 (из торфа) и химической продукции (из нефти) и при снабжении природным газом из Газли.
Из данного приближенного расчета (выполненного с большим запасом) следует, что вся продукция на ЭК, включая производимую электроэнергию, будет примерно на 8% дешевле, чем при оптимальных условиях раздельного производства всех видов продукции ^{1 2}.
Если всю продукцию, кроме высококалорийного газа, реализовать по нормальной стоимости, то 400 млн. м³ газа будет получено всего по 3 коп. за 1 нм³. Этого количества газа достаточно для удовлетворения первоочередных потребностей в газе одного из крупных городов. Полученный газ будет стоить дешевле природного газа на месте добычи, если себестоимость фрезерного торфа составит не более 72 руб. (приведенная стоимость 146 руб.) за 1 т усл. топл.

 Пример, приведенный в расчете, показывает, что энерготехнологическое использование торфа будет экономически особенно эффективно в БССР и в некоторых других районах Европейской части Советского Союза, где имеется относительно дешевый торф. При невысокой стоимости торфа в районах Западной Сибири (50—80 руб. за 1 т усл. топл. на комбинате) это топливо вполне сможет конкурировать с углями Канско-Ачинского и Кузнецкого бассейнов, не говоря уже о нефти и природном газе. Энерготехнологическое использование дешевого торфа в районах, близких к Уралу, будет в ближайшие годы иметь большое значение и для снабжения наиболее дешевым в этом районе транспортабельным топливом.

¹         Если котел будет разработан специально для ЭК, все показатели будут еще улучшены, так как капиталовложения при этом снизятся.

²         Расчет по приведенной стоимости со сроком окупаемости в 10 лет дает аналогичные результаты, так же как и расчет по себестоимости. Последний расчет приведен для торфа и углей; ниже приводятся основные результаты такого расчета для канско-ачинских углей. Уточнение показателей будет возможно после испытания ОПУ в условиях Урала, причем расчетные показатели, безусловно, будут улучшены, так как станет возможным внести коррективы в соответствии с показателями, полученными при наименее выгодных условиях работы ЭК.

Из расчетов очевидно так же, что чисто энергетическое использование торфа выгодно только в некоторых районах, в то время как в других экономически почти нерентабельно, а при небольшом удорожании торфа вообще невыгодно, в то время как такое же удорожание не исключает возможности эффективного использования торфа на ЭК во многих районах страны.
Аналогичные расчеты, проведенные и для других топлив, показали высокую экономическую эффективность энерготехнологических методов использования большинства сортов энергетических топлив.
Для прибалтийских сланцев открытой добычи были выполнены расчет нормальной высокоэффективной схемы, а также экономические расчеты их использования по «разорванной» схеме, о которой говорилось выше. При нормальной энерготехнологической схеме, т. е. при получении из органического вещества сланца многих продуктов — газа, легких фракций смолы, фенолов, этилена, газового бензина и сжиженного газа, а из минеральной части — цементного клинкера, использование сланцев на месте добычи оказывается значительно экономичнее, чем привозной нефти и природного газа.
Почти весь район Северо-Запада страны (Ленинградская область, Эстонская ССР) может в ближайшие годы существенную часть своих потребностей в энергетическом топливе удовлетворять с высокой экономической эффективностью за счет форсированного энерготехнологического использования сланцев открытой добычи.
Технико-экономические исследования ЭНИН АН СССР показали, что даже в случае применения так называемой «разорванной» энерготехнологической схемы использования сланцев, когда получаемая при в. с. т. переработке тяжелая смола целиком используется в качестве энергетического топлива электростанций, результаты получаются положительные. Высококалорийный газ, электроэнергия и химическое сырье (этилен, фенолы и т. п.). производимые при переработке сланца по этой схеме, оказываются в состоянии экономически конкурировать в районе Ленинграда, а также в Эстонской ССР с природным газом и продуктами переработки нефти.
Существенные исследования различных вариантов энерготехнологического использования сланцев выполнены также в Эстонской ССР и в Ленинграде.
На основании анализа этих работ, а также теоретических и экспериментальных исследований в. с. т. переработки сланцев, можно сделать весьма важный общий вывод о том, что ни в коем случае не следует стремиться к получению максимального общего выхода сланцевой смолы¹, а следует получать наибольшее количество ценных заданных жидких и газообразных компонентов, предельно снижая при этом общий выход неценных компонентов товарной смолы, чтобы повысить концентрацию требующихся компонентов или одного компонента (бензола, фенола и т. д.).
 Вероятно, наиболее рациональное количество органических жидких продуктов, которые следует получать при энерготехнологическом использовании сланцев, окажется порядка 15—25% от органической массы сланца. В этом случае могут быть получены наиболее ценные концентрированные жидкие продукты и в достаточной мере может быть обеспечена топливом энергетическая топочная часть установки для производства (при высоких температурах процесса в топке) пара и цементного клинкера.

¹ На первый взгляд может показаться противоречивым тот факт, что ценность топлива как энерготехнологического сырья мы определяем по общему выходу смолы и газа, заявляя в то же время, что практически не следует стремиться к получению максимального выхода смолы; в действительности же здесь нет никакого противоречия, потому что чем больше возможный суммарный выход смолы из топлива, тем, как правило, легче из него получить и максимальный выход заданного ценного компонента высокой концентрации, хотя и за счет снижения при этом общего выхода смолы.

Ряд технико-экономических исследований выполнен и в области энерготехнологического использования различных углей. В ЭНИН АН СССР рассматривался вопрос об энерготехнологическом использовании подмосковных углей. При этом, как показали расчеты, будет повышена их эффективность, однако в связи с высокой начальной стоимостью продукция все же останется дорогой. Гак как добыча подмосковных углей (для выработки уже заложенных шахт) должна продолжаться, то их энерготехнологическое использование (особенно минеральной части и редких элементов) в некоторых случаях* окажется безусловно целесообразным. Следует подчеркнуть. что рентабельное использование подмосковного угля (а, следовательно, и его добыча в достаточно больших масштабах), очевидно, возможно в дальнейшем только на основе энерготехнологических методов.
Сотрудники Института теплоэнергетики АН УССР провели подробные технико-экономические исследования энерготехнологического использования украинских бурых углей Приднепровья и донецких газовых углей с учетом переработки смолы и пришли к тем же выводам о том, что их использование так же высоко эффективно, как и других видов топлив.
СОПС АН СССР при участии ЭНИН АН СССР выполнил экономическое исследование эффективности энерготехнологического использования бурых углей Канско-Ачинского бассейна применительно к конкретным условиям газоснабжения районов, прилегающих к ЭК-электростанциям, которые предполагается построить в районе бассейна. В результате проведенных расчетов. учитывающих производство электроэнергии, газа, смолы и фенолов, получены следующие основные экономические характеристики работы ЭК на бурых канско-ачинских углях**. При отпускной цене 1 м³ стандартного газа в 12 коп. себестоимость электроэнергии на комбинате снижается в два раза по сравнению с обычной электростанцией (без энерготехнологии).
Если считать, что себестоимость электроэнергии останется неизменной, то газ можно будет отпускать по цене 3 коп. за 1 м³. Экономия на капиталовложениях в производство 5 млрд. м³ газа составляет 1266 млн. руб.*** Совершенно очевидно большое значение производства такого дешевого газа в условиях Сибири. Для сравнения можно указать, что приведенная стоимость природного газа (в пересчете на стандартный газ) на месте добычи составляет в среднем также 3—6 коп. за 1 нм³, т. е. равна стоимости искусственного газа энерготехнологических установок, работающих на канско-ачинских углях Сибири.
Следует отметить, что расчеты зарубежных специалистов (ФРГ, США) также показывают высокую экономическую эффективность энерготехнологических комбинатов. В частности, по данным Южного научно-исследовательского института США, только за счет реализации дегтя при работе на битуминозных углях топливная составляющая стоимости электроэнергии (Алабамская электрическая компания) снизится на 20—25%.

*Особенно при снижении стоимости добычи подмосковных углей при открытой разработке и выемке углей с повышенным содержанием багхедов.
**Принятые в расчетах цены на фенолы и деготь занижены примерно в два раза, учиты вая, что фенолы будут содержать 50% карболовой кислоты, а деготь-бензин 70—80% ароматических углеводородов.
***По сравнению с производством газа на газовом заводе с газогенераторами под давлением на парокислородном дутье

Энерготехнологическое использование мазута и природного газа, как мы отмечали, также высокоэкономично и эффективно. Для получения достаточно точных показателей в этом случае еще требуются надежные сведения о работе соответствующих ОПУ, но и имеющиеся данные свидетельствуют о том, что экономический эффект широкого внедрения энерготехнологического использования мазута и природных газов исчисляется многими миллиардами рублей*.
Еще большее экономическое значение для народного хозяйства страны имеет энергометаллургия и энерготехнологические методы организации высокотемпературных промышленных процессов. Достаточно указать, что при энерготехнологическом производстве 20 млн. т стали экономия капиталовложений превысит 15 млрд. руб., а ежегодная экономия только на топливной составляющей достигнет при этом более 2,5 млрд. руб.
Сейчас еще не представляется возможным полностью оценить все преимущества энерготехнологических методов производства различных видов промышленной продукции и электроэнергии, однако можно с уверенностью утверждать, что эти методы, являясь основным путем развития энергетики, имеют революционизирующее значение для развития народного хозяйства, так как они позволят экономить большие средства, широко внедрять новую технику, повышающую производительность общественного труда, и более эффективно использовать средства производства и природные богатства нашей родины.
Основные выводы по вопросам разработки путей развития топливной промышленности и тепловых электростанций вкратце сводятся к следующему.

1. Значение топлива в энергетике и промышленности СССР будет увеличиваться, в связи с чем будет все более необходимо заботиться об экономии топлива, его удешевлении и повышении эффективности использования.
2. Анализ экономических характеристик показывает, что в настоящее время все виды топлив имеют сравнительно высокую общественную себестоимость, в связи с чем топливная составляющая в производственной и общественной себестоимости энергии и промышленной продукции весьма высока. Наиболее эффективными в экономическом отношении топливами являются сейчас угли открытой добычи (Канско-Ачинского, Кузнецкого и некоторых других бассейнов и месторождений), а также природный газ; наиболее дорогими — кусковой торф, угли шахтной добычи и нефти. Добычу некоторых наиболее дорогих видов топлива сейчас увеличивать нецелесообразно.
3. Данные исследований физико-химических, химических и экономических характеристик различных топлив убедительно свидетельствуют о безусловной необходимости и целесообразности комплексного использования топлив. Материалы изучения механизма и кинетики основных процессов топливоиспользования и, в частности, процессов горения, газификации и термической переработки позволяют сделать вывод о высокой эффективности энерготехнологических комплексных методов, в которых органически увязываются энергетические и промышленные процессы. Теория энерготехнологии, изучающая закономерности эффективного комбинирования такого рода показывает, что энерготехнологические методы позволяют при высоком энергетическом к. и. д. использования потенциального тепла исходных топлив обеспечить высокую интенсивность процессов и комплексность использования различных составных частей топлива для производства энергии и ценной промышленной продукции.

1. Анализ экономических и физико-химических характеристик топлив показывает, что изменение структуры топливного баланса, направленное на резкое повышение его эффективности, практически приводит к увеличению экономического и народнохозяйственного значения энерготехнологических методов производства на базе всех твердых, жидких и газообразных топлив.
*Следует подчеркнуть, что техническая проблема использования многосернистых мазу тон на электростанциях вообще разрешима сейчас с необходимыми экономическими показателями только путем энерготехнологического использования мазута.

1. Энерготехнология позволяет наряду с повышением эффективности использования топлив разработать новые методы решения важных технических задач, неразрешимых другими существующими способами. К таким задачам относится высокоэффективное использование многосернистых мазутов на мощных электростанциях, внедоменное производство чугуна и стали на базе дешевых энергетических углей, природного газа и жидких топлив. производство плавленного цементною клинкера и т. п.

Энерготехнологические методы значительно упрощают производственную цепочку и повышают экономическую эффективность производства большинства топливоемких промышленных видов продукции.

1. Энерготехнологическое использование твердых топлив (угля, торфа и сланцев), мазута, нефти и природных газов позволяет в принципе при радикальном снижении расхода топлив обеспечить на электростанциях —  энерготехнологических комбинатах экономически выгодное производство дешевых видов химического сырья, необходимого для промышленности пластмасс, новых материалов, удобрений и другой важной продукции.
2. Разработка новых комплексных методов производства неразрывно связана с развитием энерготехнологии — новой науки, базирующейся на глубоких исследованиях строения топлив, процессов массо- и теплообмена в реагирующих системах, процессов горения, газификации, термического разложения, восстановления руд и т. п. Выполненные советскими учеными исследования значительно продвинули разработку теоретических вопросов, определяющих развитие энерготехнологии и создание новых высокоэффективных комплексных методов производства, использующих дешевые и недефицитные виды топлив.
3. Данные проверки теоретических и лабораторных исследований на полупромышленных и опытно-промышленных установках (ОПУ) полностью подтверждают выводы о высокой эффективности разработанных в СССР энерготехнологических схем. Наибольшее развитие в этом направлении получили работы по так называемой «простейшей схеме» использования твердых топлив и, в частности, эстонских сланцев, бурых углей и торфа. Испытания ОПУ показали техническую осуществимость и большие перспективы новых методов. Работы эти, к сожалению, продвигаются весьма медленно, что задерживает их широкое внедрение.

Ученые Советского Союза создали новую науку — энерготехнологию, и сейчас находятся в этой области впереди зарубежных специалистов. Следует, однако, отметить, что в последние годы за рубежом также проводятся многочисленные работы по изысканию энерготехнологических методов производства.

1. Изучение экономической эффективности использования топлив показывает, что одним из основных путей удешевления энергии и топливоемкой продукции является создание новых промышленных центров на крупнейших месторождениях топлива и, в первую очередь, в Канско-Ачинском бассейне и на крупных месторождениях природного газа в Краснодарском крае и в Средней Азии. Создание таких новых центров с мощной энергетической базой (в 10—15 млн. кВт) позволит решить задачу значительного ускорения развития советской энергетики и обеспечения производства различных видов дешевой необходимой стране продукции.