Возможно ли развитие природного газа на основе угля?

Thread Content

Структура энергоснабжения нашей страны, основанная на собственных ресурсах и преимущественно на угле, в течение довольно долгого времени не изменится. По мере уменьшения запасов нефти и природного газа растет значение угля. Однако из-за естественных свойств угля традиционные методы его переработки сопряжены с большими затратами ресурсов и негативным воздействием на окружающую среду, к тому же требуют высокой транспортной пропускной способности. Для удовлетворения потребностей в энергии и содействия сокращению выбросов необходимо развивать производство природного газа из угля — это неизбежный путь к чистому использованию угля в будущем. В настоящее время технология производства природного газа из угля уже достаточно совершенна; во всем мире действует несколько промышленных установок для его производства, которые стабильно работают, при этом риски, связанные с этой технологией, минимальны. Поэтому развитие промышленности по производству природного газа из угля является эффективным способом компенсации недостатка нефти и природного газа в нашей стране, а также обеспечения энергетической безопасности. Это поможет снизить дисбаланс между спросом и предложением природного газа в стране и способствовать сбалансированному социально-экономическому развитию. Однако развитие отрасли производства газа из угля в Китае по-прежнему вызывает споры в профессиональных кругах. Некоторые предприниматели считают, что инвестиции в проекты по производству газа из угля являются чрезвычайно значительными — они составляют от ста до двухсот миллиардов. Кроме того, такие проекты требуют большого количества угля, воды и электроэнергии. Хотя природный газ и является чистым видом топлива, с точки зрения полного жизненного цикла продукта газ, получаемый из угля, по-видимому, не является экологически чистым. В настоящее время, **на фоне монополизации газопроводной сети и рынка крупными нефтяными компаниями**, возникает проблема с последующей реализацией газа, произведенного из угля. К тому же, с 2015 года началось снижение мировой экономики, цены на нефть на международном рынке резко упали, а цены на природный газ также снизились; темпы роста спроса постепенно замедлились. Все это приводит к неопределенности в отношении ожидаемой доходности инвестиций в проекты по производству газа из угля, что вызывает среди участников рынка выраженную осторожность. Это также одна из основных причин медленного продвижения проектов: утверждается много проектов, но строится мало. Проблемы, связанные с функционированием проекта: 1. Низкая экономическая эффективность. В структуре затрат на производство газа из угля доля угля составляет 60%. Колебания цен на уголь сильно влияют на затраты на производство газа, что повышает риски. Кроме того, судя по результатам работы пилотных проектов, фактическая себестоимость производства газа из угля очень высока; она немногим ниже, чем у импортного газа (импортный газ получает **субсидии**). Следовательно, у газа, произведенного из угля, практически нет преимуществ с точки зрения себестоимости производства. Что касается цен продажи, то в настоящее время цены на транспортировку по трубопроводам и производство СПГ путем сжижения, а также на газ, получаемый из угля, выше, чем цены на местных газовых станциях, что снижает их конкурентоспособность. 2. Существуют проблемы с выбором технологии газификации. В настоящее время в уже введенных в эксплуатацию проектах по производству газа из угля применяются две основные технологии газификации: технология газификации под давлением с использованием измельченного угля и технология газификации угольной суспензии. Среди них технология газификации угля под давлением наиболее широко используется; её доля составляет 89,48% ； Доля технологии газификации водно-угольной суспензии составляет 10,52%. У обоих методов есть свои преимущества и недостатки, но при их применении в той или иной степени возникали проблемы. Основными проблемами технологии газификации измельченного угля под давлением являются сложность обработки сточных вод и загрязнение окружающей среды; проблемой же технологии газификации водоугольной суспензии является то, что энергопотребление в процессе газификации не соответствует нормативам для демонстрационных проектов. Очевидно, что применение одной технологии газификации создает риски для эксплуатации проекта. 3. Проблемы водных ресурсов и сброса сточных вод. Проекты по производству газа из угля требуют огромного количества воды, однако в настоящее время большинство таких проектов расположены в регионах с ограниченными водными ресурсами, таких как Внутренняя Монголия и Синьцзян. Экосистемы в этих районах уязвимы, способность почвы к самоочищению низка; к тому же большинство из этих территорий представляют собой сильно опустыневшие пустоши и пустыни, где отсутствуют водоемы, способные принимать сточные воды. Поэтому они практически не имеют возможности принимать сточные воды, образующиеся в результате реализации проекта. В последние годы участились случаи загрязнения пустынь сточными водами предприятий, что привело к возникновению множества экологических проблем. Для предотвращения подобных инцидентов требуется, чтобы предприятия увеличили инвестиции в очистку сточных вод и добились нулевого сброса стоков. Однако нулевой сброс сточных вод является мировой проблемой; в настоящее время не существует готовых технологий для ее решения. Это основная проблема, которая ограничивает развитие проекта и влияет на его доходность. Анализ рынка природного газа на основе угля. Перспективы развития проектов по производству природного газа из угля можно оценить на основе общего баланса спроса и предложения на рынке природного газа. Согласно предыдущему анализу, соотношение общего объема потребления природного газа к общему объему его поставок с каждым годом растет; спрос превышает предложение. Поэтому у угольного природного газа, выступающего в качестве дополнения, есть весьма значительные перспективы для развития. В настоящее время мощности по производству природного газа из угля составляют примерно 4 миллиарда м³ в год. Эти мощности связаны с проектами по производству метана в результате совместной переработки угля, которые реализуются компаниями Датан в районе Кешкетен в Внутренней Монголии, Цинхуа в Синьцзяне, Хуэйнэн в Ордосе, Гуанхуэй в Синьцзяне, а также компанией Юньнань Цзехуа. По состоянию на декабрь 2014 года количество проектов, находящихся в стадии строительства или уже утвержденных, достигло 1162 (1215) млрд куб. м/год (согласно данным China Chemical Industry News). Ожидается, что после 2018 года они постепенно выйдут на рынок. На фоне сильного стремления всего общества к улучшению качества воздуха будет продолжаться расширение использования чистой энергии. Все больше городов и жителей будут использовать природный газ. В будущем он станет таким же распространенным, как электричество и вода. Это, безусловно, представляет собой огромный рынок. Анализ экономической эффективности производства природного газа из угля. В зависимости от используемых технологий в проектах по производству природного газа из угля инвестиции и экономическая эффективность различаются. В качестве примера рассчитаем проект с объемом производства природного газа 4 миллиарда м³ в год. Планируется строительство данного проекта в одном из районов Ордоса, Внутренняя Монголия. Для газификации предусмотрено использование технологии GSP для газификации угольной пыли, а также технологии (MK+Lurgi) ； Для преобразования используется технология сульфатостойкого преобразования с низким соотношением воды/пара ； Десульфуризация и декарбонизация осуществляются с использованием технологии низкотемпературной обработки метанолом ； Для метанизации используется современная зарубежная технология; общие инвестиции в строительство проекта составляют примерно 25,6 миллиарда юаней. Ежегодная производительность проекта: 4 млрд м³ природного газа, 80 тыс. т серы, 50 тыс. т жидкого аммиака, 45 тыс. т сырого фенола, 25 тыс. т сульфата аммония, 80 тыс. т нафты, 180 тыс. т дизельного топлива, 2 тыс. т гидроочищенного остаточного масла ； Годовое потребление угля: уголь с размером частиц 5–50 мм – 7,02 млн тонн; уголь с размером частиц 0–5 мм – 4 млн тонн; топливный уголь – 830 тыс. тонн ； Потребление воды — 19,7 млн т. 28 февраля 2015 года **Комиссия по развитию и реформам опубликовала уведомление о снижении максимальной цены на новый объем газа, предназначенного для внутренних некоммерческих целей, на 0,44 юаня/м³, а цена на уже имеющийся запас газа — на 0,04 юаня/м³; в результате была достигнута единая цена. Согласно уведомлению, цена на природный газ на распределительной станции в Ордосе составляет 2,04 юаня/м³, поэтому диапазон расчетных цен на природный газ установлен на уровне (1,8–2,1) юаня/м³. В данном диапазоне цен на газ определяется цена угля-сырья, при которой на заводах по производству природного газа достигается внутренняя норма доходности в 11%, причем другие параметры экономической оценки рассчитываются с учетом соответствующих правил. Можно рассчитать, каковы будут цены на газ и сырой уголь при достижении внутренней нормы доходности в 11% (см. рисунок 3). Как показано на рисунке 3, при неизменной цене на природный газ и цене на уголь, расположенной слева от прямой линии, внутренняя норма доходности проекта превышает базовую норму доходности отрасли; следовательно, проект является экономически жизнеспособным. Напротив, если внутренняя норма доходности проекта ниже отраслевого показателя, проект является экономически нерентабельным. Анализ преимуществ и недостатков природного газа, произведенного из угля 1. Преимущества природного газа, произведенного из угля Преимущества в области сокращения энергопотребления и выбросов Устойчивое развитие с низким уровнем выбросов стало новым фактором роста международной экономики и центром конкуренции; ключевым аспектом здесь является создание модели развития с высокой энергоэффективностью и низким уровнем выбросов. По сравнению с производством нефти и метанола из угля, производство природного газа из угля обладает наибольшими преимуществами с точки зрения сокращения выбросов углекислого газа. Поэтому развитие отрасли производства природного газа из угля является наиболее эффективным способом достижения целей по сокращению выбросов, что соответствует требованиям современного развития угольной химической промышленности. Преимущества высокой энергоэффективности при производстве природного газа из угля. Уголь как источник энергии может использоваться посредством таких методов, как прямое сжигание для производства электроэнергии, преобразование в нефть, производство природного газа, метанола и олефинов. Среди всех этих методов наиболее эффективным является производство природного газа из угля; теоретически эффективность этого процесса может превышать 60%. Следовательно, с точки зрения общей эффективности использования энергии, использование угля для преобразования в природный газ в качестве чистого источника энергии является наиболее эффективным способом экономии энергии. 2. Проблемы проектов по производству газа из угля. В настоящее время в Китае наблюдается чрезмерное и хаотичное развитие промышленности по производству природного газа из угля. В документе № 69 Агентства по энергетике «Руководящие принципы по регулированию деятельности по созданию пилотных проектов по производству топлива из угля» предлагается, чтобы на основе тщательной оценки опыта и проблем уже реализованных пилотных проектов осуществлялось комплексное планирование, научное планирование, строгий контроль за доступом к ресурсам, а также постепенное развитие индустрии производства топлива из угля. Основными задачами являются совершенствование энергоэффективности, защита окружающей среды, экономия воды, а также развитие отечественных технологий и оборудования. Требуется соблюдение принципа «сначала пилотные проекты, затем дальнейшее развитие». Однако на данный момент ещё не разработаны конкретные промышленные политики и стандарты, и ещё много проблем требует дальнейшего исследования. Вопрос выбора технологии газификации. Надежность технологии газификации напрямую влияет на безопасную и стабильную эксплуатацию проектов по производству природного газа из угля, а также на эффективность компании; газификация угля является ключевой технологией в этом процессе. У различных технологий газификации есть свои преимущества и недостатки; не существует универсальной технологии газификации. Выбор технологии газификации зависит от свойств сырой угольной смеси и требований к получаемой продукции. В таблице 3 приведены характеристики угля, используемого в проектах по производству природного газа из угля, которые находятся на стадии строительства или планируются к строительству, а также технологии газификации и основные проблемы, с которыми сталкиваются эти проекты. Технология газификации угля под давлением широко применяется на заводах по производству природного газа из угля. Ее преимущества заключаются в возможности использования различных видов угля, низкой стоимости инвестиций, высокой энергоэффективности, высоком содержании метана в получаемом газе, образовании побочных продуктов в виде фенолов и нефтепродуктов, а также в 100%-ной локализации производства. При производительности одной линии в 1 миллиард м³ в год уровень инвестиций является самым низким среди всех технологий газификации угля ； Недостатки заключаются в том, что в качестве сырья используется уголь кусковой формы с размером частиц от 5 до 50 мм; уголь в порошкообразном состоянии с размером частиц менее 5 мм не может быть использован. Кроме того, низкая степень разложения угля под действием пара, большой объем сточных вод, содержащих фенолы, высокие экологические требования, а также невысокая производительность одной печи. Проблема водных ресурсов. По сравнению с другими энергетическими и химическими продуктами, проекты по производству природного газа из угля обладают наивысшей эффективностью использования энергии и водных ресурсов. Однако из-за огромных масштабов таких проектов потребление воды также очень велико. Проект по производству природного газа из угля с годовым объемом производства 4 млрд м³ требует примерно 20 млн т воды в год. Для засушливых регионов запада, богатых угольными ресурсами, это представляет собой значительную сложность. Самым водоемким оборудованием в проектах по производству природного газа из угля является система циркуляционного охлаждающей воды; за ней следуют вода, используемая в производственных целях, вода, теряющаяся в результате протеканий и капель, вода, необходимая для лабораторных анализов, вода для бытовых нужд и вода, используемая для озеленения – всё это вода, которую невозможно восстановить. Следовательно, ключ к экономии воды на заводах по производству природного газа из угля заключается в сокращении расходов воды на циркуляционное охлаждение. Самой важной и эффективной мерой по экономии воды в системах циркуляционного охлаждения является использование замкнутой системы циркуляции воды, а также применение конденсаторов для охлаждения ； В то же время меры по экономии воды, такие как использование сточных вод из угольных шахт, городских сточных вод и рециркулированной воды, совершенствование проектов, оптимизация технологий и повышение уровня управления в предприятиях, стали тенденцией развития крупных современных промышленных отраслей. Проблемы промышленных парков. Между промышленными парками наблюдается соперничество в определении направлений развития промышленности; масштабы их деятельности не соответствуют реальным условиям. Определение направлений развития происходит без учета объективных факторов, связанных с концентрацией промышленности. Существует хаотичная конкуренция за привлечение инвестиций. Например, в одном из отечественных промышленных парков уже функционируют предприятия, занимающиеся производством нефти из угля, синтетического аммиака и мочевины, метанола, диметилэтера и этиленгликоля. В долгосрочных планах предусмотрено создание еще одного проекта по производству газа из угля с годовым объемом производства 12 миллиардов кубометров. При этом возникнет множество проблем, связанных с строительством и управлением транспортной инфраструктурой. В таблице 4 приведены лишь оценки тех возможностей транспортной инфраструктуры, которые необходимы для реализации проекта по производству газа из угля в объеме 12 миллиардов кубометров в год. Как видно из таблицы 4, при годовом потреблении угля в размере примерно 40 миллионов тонн для его транспортировки по железной дороге требуется 1,25 поезда в час (каждый поезд состоит из 67 вагонов). В этом случае годовой объем золы и отходов составляет примерно 4 миллиона тонн; их транспортировка осуществляется автомобилями. В настоящее время для перевозки таких отходов в основном используются автомобили. Если предположить, что каждый автомобиль может перевозить 20 тонн груза, то в час потребуется 25 автомобилей. Учитывая время на погрузку и разгрузку груза, а также транспортировку некоторых сырьевых материалов и побочных продуктов производства, формируется очень сложная транспортная сеть. Управление такой сетью, ее эксплуатация и строительство становятся серьезными проблемами. Если же производственный объект расположен рядом с шахтой, то транспортировка угля может осуществляться с помощью конвейеров. Однако объем золы и отходов, образующихся в процессе производства, в конечном итоге будет представлять препятствие для развития производства и всего комплекса. Поэтому территория парка должна быть разумно спланирована и организована в целом, с соблюдением принципов циклической экономики, для комплексной разработки и эффективного использования угольных ресурсов. Необходимо использовать преимущества масштаба производства, чтобы сделать проект более масштабным и эффективным, а также обеспечить прямую переработку угольных ресурсов на месте. Проблема экономической эффективности. Во-первых, развитие в нашей стране отрасли по производству природного газа из угля будет подвержено влиянию изменений в международной энергетической структуре, в частности долгосрочного удержания цен на нефть на низком уровне в будущем; в результате экономическая конкурентоспособность и эффективность этой отрасли значительно снизятся. Снижение цен на нефть косвенно приведет к тенденции снижения цен на природный газ в будущем. С июня 2014 года мировые цены на сырую нефть демонстрируют значительную тенденцию к снижению, и в будущем пространство для их падения ограничено. Помимо постепенного увеличения объемов импорта природного газа, это еще больше усугубит конкуренцию на рынке природного газа в нашей стране, что приведет к усилению однотипной конкуренции на рынке. Во-вторых, **экологические требования и требования к инвестициям в проекты по производству природного газа из угля постепенно усиливаются**. **Установлены четкие нормы на выбросы оксидов азота и диоксида серы, а также требуется достижение «нулевых выбросов» сточных вод. Требования к охране окружающей среды стали более строгими, чем раньше. Доля инвестиций в оборудование для защиты окружающей среды увеличивается. Судя по уже запущенным пилотным проектам по производству природного газа из угля, в будущем предстоит преодолеть значительное давление со стороны экологических норм, что может негативно сказаться на экономической эффективности предприятий. Вновь становится реальностью механизм согласования цен на природный газ в зависимости от объема производства и запасов. Согласование цен на газ, производимый в новых объемах, и газ, уже имеющийся в запасах, способствует повышению справедливости на рынке, а также снижает конкурентные преимущества на рынке природного газа ； Снижение цен на газ, поставляемый непосредственно потребителям, значительно усилит влияние крупных потребителей на рыночные сделки. Это, в свою очередь, заставит компании-поставщики газа снижать затраты на его производство, чтобы сохранить свою деятельность. С вводом в эксплуатацию газопровода Китай-Мьянма в конце 2013 года, подписанием крупных контрактов на импорт природного газа с Россией, а также постепенным вводом в строй прибрежных пунктов приема газа, запасы импортируемого природного газа значительно увеличатся. В то же время из-за замедления темпов роста экономики Китая снижается и спрос на природный газ. Можно предположить, что в будущем возникнет полная конкуренция между различными источниками газа, причем конкуренция за производство природного газа из угля будет особенно острой. Рекомендации по развитию проектов производства природного газа из угля в стране. За последние 10 лет отрасль природного газа не только достигла быстрого развития, но и сформировала довольно полную промышленную структуру. Использование природного газа имеет важное значение не только для обеспечения энергетической безопасности нашей страны, но и для улучшения структуры энергетики и содействия развитию чистых источников энергии. Наша страна **учитывает огромное значение развития природного газа и всегда ставит его на стратегическое место в развитии национальной экономики, поэтому развитие газа на основе угля для нас является неизбежным. Однако в связи с глубокими изменениями в структуре мирового нефтяного рынка, снижением цен на нефть и замедлением темпов роста ВВП в стране меняются внутренние и внешние условия для развития рынка природного газа в Китае. В будущем развитие производства природного газа из угля в нашей стране будет сопровождаться как возможностями, так и трудностями. Поэтому необходимо развивать эту отрасль на научно обоснованной и рациональной основе. 1. Разумный выбор технологии газификации угля. Особенно важно подбирать подходящую технологию газификации в зависимости от качества угля ； Выбор технологии для проектов по производству природного газа из угля тесно связан с характеристиками используемых сортов угля; наличие стабильных поставок исходного угля является фундаментальной гарантией безопасного, стабильного и экологически чистого производства в будущем. В нескольких отечественных проектах по производству газа из угля возникали проблемы из-за значительных изменений в качестве сырьевого угля: газификационные установки теряли способность к нормальной работе, а иногда даже выходили из строя. Это приводило к простою оборудования и к значительным финансовым потерям, связанным с его реконструкцией. Поэтому качество угля является ключевой проблемой, вызывающей наибольшую обеспокоенность в технологии газификации угля. На основе определения качества угля наиболее подходящим решением является использование технологии комбинированной газификации. Например, технология газификации в закрытом реакторе под давлением для производства природного газа уже считается очень совершенной. Для более эффективной обработки сточных вод, содержащих фенолы и другие трудно разлагаемые вещества, а также биохимического осадка, возникающих в процессе производства, а также для более рационального использования угольной пыли с целью снижения энергопотребления и соблюдения экологических стандартов, хорошим вариантом является технология комбинированной газификации с двумя газификационными устройствами. Выбор между технологией газификации угольной пыли или технологией газификации угольной суспензии зависит от качества угля. Например: у определенного вида угля хорошая термостабильность, хорошие свойства при изменении температуры, прочность при падении превышает 78%, температура плавления золы составляет около 1250°C, а доля вещества, образующего пасту, — около 60%. Этот вид угля хорошо подходит для технологий газификации с использованием фиксированного слоя и газификации с использованием водно-угольной суспензии. Если предположить производство 4 миллиардов кубических метров природного газа в год, то можно сказать, что 50% от объема газа будет произведено с использованием технологии газификации с фиксированным слоем, а 50% — с использованием технологии газификации с водно-угольной суспензией. Соотношение кускового и порошкообразного угля составляет 1:1: кусковой уголь используется в процессе газификации с фиксированным слоем, а порошкообразный уголь — в процессе газификации с водно-угольной суспензией и в котлах. Отходы в виде трудно разлагаемых фенольсодержащих стоков, образующиеся в процессе производства природного газа с использованием технологии газификации с фиксированным слоем, могут заменять часть воды, необходимой для приготовления суспензии. Биологический осадок, образующийся в результате этого процесса, может использоваться в качестве добавки к угольной суспензии. Таким образом достигается ресурсосбережение и безвредная обработка трудно разлагаемых фенольсодержащих стоков и биологического осадка. Кроме того, обеспечивается рациональное использование как кускового, так и порошкообразного угля ； Это позволяет снизить инвестиционные и эксплуатационные затраты предприятий, а также значительно улучшить ситуацию в плане экономии воды и охраны окружающей среды. 2. Разумное планирование с учетом водных ресурсов: необходимо учитывать особенности каждого региона, планировать разумно и научно обосновывать допустимую нагрузку на водные ресурсы и окружающую среду ； В процессе производства природного газа из угля тратится большое количество водных ресурсов, а интенсивная добыча угля оказывает серьезное воздействие на уязвимую экологическую среду. В настоящее время большинство проектов по производству природного газа из угля в нашей стране расположены в таких регионах Запада, как Внутренняя Монголия и Синьцзян, где имеются обширные запасы угля, но мало водных ресурсов. Развитие производства природного газа из угля может оказать серьезное негативное воздействие на уже и так крайне уязвимую экологическую среду этих регионов. Поэтому в регионах с серьезной нехваткой воды развитие производства природного газа из угля должно планироваться на основе строгих ограничений, связанных с нехваткой воды. С точки зрения стратегической безопасности в области энергетики и технологических резервов, с учетом экологических и водных ограничений, необходимо развивать производство природного газа из угля – при условии использования относительно обильных запасов угля низкого качества. С предстоящим вступлением в силу в нашей стране нового экологического закона, **в политике в отношении развития производства природного газа из угля стали проявляться опасения по поводу экологических проблем; она постепенно смещается в сторону осторожной поддержки этого направления. Например, в заключении по ОВОС проектов «Суйниньюань» и «Или Синтянь» по производству природного газа из угля прямо указано, что такие вопросы, как водные ресурсы и экологическая емкость, требуют дальнейшего обоснования. Поэтому развитие производства природного газа из угля должно осуществляться на основе разумного планирования, научного обоснования и с учетом наличия водных ресурсов.** 3. Следует уделять внимание эффективному и экологически чистому использованию угля. Необходимо полностью учитывать общую ситуацию в сфере производства природного газа из угля, тщательно следовать **планам и политике**, а также с планомерностью, уверенностью и решимостью заниматься «газификацией угля», чтобы научным путем обеспечить его локальную переработку. В то же время предприятия улучшают окружающую среду, снижают затраты и повышают внутреннюю рентабельность за счет постоянных технологических инноваций и оптимизации производственных процессов, а также мер по энергосбережению, сокращению расходов, выбросов и водопотребления. Это позволяет достичь взаимной выгоды для предприятий, общества и окружающей среды, обеспечивая комплексное, экологически чистое и эффективное использование угля.