- •Основы экономики топливно-энергетического комплекса
- •Часть I
- •Москва Издательский дом мэи 2013
- •Введение
- •Глава 1. Роль топливно-энергетического комплекса в развитии национальной экономики
- •Основные характеристики энергетического хозяйства национальной экономики
- •Характеристика современного состояния тэк
- •Показатели тэк рф за 2003-2012 годы
- •Тэк в экономике России в 2008–2011 гг.
- •1.3. Система стратегического управления
- •1.4. Особенности отраслей тэк. Организационно-технологические особенности
- •Экономические особенности.
- •Вопросы для повторения
- •Глава 2. Классификация топливно-энергетических ресурсов, виды и основные характеристики
- •2.1. Запасы полезных ископаемых в мире и в России. Прогноз потребности энергетических ресурсов
- •Основные районы добычи газа
- •Основные районы добычи нефти
- •Основные районы добычи угля
- •Прогнозируемая количественная оценка потенциальных мировых запасов энергетических ресурсов по данным съезда Мирового энергетического конгресса (мирэк)
- •2.2. Характеристика топливно-энергетических ресурсов. Качественная оценка энергоресурсов
- •Низшая теплотворная способность топлива
- •Температура воспламенения тэр
- •Характеристика основных видов ископаемых топливно-энергетических ресурсов Нефть
- •Маркировка углей
- •Природный газ
- •Свойство находиться в твердом состоянии в земной коре:
- •2.3. Нетрадиционные виды ископаемого топлива Сланцевая нефть
- •Добыча сланцевой нефти
- •2.4. Количественная оценка мировых запасов и прогноз потребности энергетических ресурсов
- •Прогноз потребления первичных энергоресурсов в мире и по регионам за 2010–2035 гг. (млн. Т у.Т.)
- •Прогноз производства электроэнергии (нетто) в мире (млрд. КВт·ч)
- •Глава 3. Физические основы преобразования энергии
- •3.1. Физические основы преобразования энергии в теплоэнергетике
- •3.2. Принципиальные схемы тепловых электростанций
- •3.3. Газотурбинные установки
- •3.4. Парогазовые установки
- •Основные показатели, характеризующие технологии производства электроэнергии
- •3.5. Физические основы преобразования ядерной энергии. Принципиальная схема атомной электростанции
- •Осколок деления Осколок деления Осколок деления Медленные нейтроны Медленные нейтроны
- •1―Активная зона; 2―тепловыделяющие элементы (твэлы); 3―отражатель; 4―защита; 5―теплоноситель; 6―теплообменник; 7―паровая турбина; 8―конденсатор; 9―электрический генератор
- •3.6. Физические основы преобразования энергии в электрооборудовании. Принципиальная схема энергосистемы
- •Глава 4. Технологические основы производства и распределения топливно-энерегтических ресурсов
- •4.1. Технологическая структура электроэнергетики
- •4.2. Технологическая цепочка нефтегазовой промышленности. Разведка нефтегазовых месторождений
- •Поиск и разведка нефтегазовых месторождений
- •Геолого-экономический мониторинг
- •Технологический цикл нефтяной отрасли
- •Технологии нефтедобычи
- •Методы нефтедобычи
- •Способы добычи нефти
- •Технология и техника добычи нефти и газа
- •Использование скважин электроцентробежными насосами
- •Эксплуатация скважин с помощью штанговых глубинно-насосных установок (шгн). Наземное оборудование штанговых глубинонасосных установок.
- •Газлифтная эксплуатация скважин
- •Виды буровых скважин
- •Нефтепроводы
- •Насосные станции
- •Сбор и очистка
- •Система хранения нефти
- •Переработка нефти
- •Технологическая схема газовой отрасли
- •4.3. Технологическая цепочка угольной отрасли
- •Вопросы для повторения
- •Глава 5. История создания российских отраслей тэк
- •5.1. Закономерности технологического развития
- •Характеристики технологических укладов
- •Закономерности технологического развития
- •5.2. История электроэнергетической отрасли
- •5.3. Об истории российской нефти
- •5.4. История газовой отрасли
- •5.5. История угольной отрасли
- •Годовая добыча угля в ссср, млн т
- •Вопросы для повторения
- •Глава 6. Технологические инновации в отраслях тэк
- •6.1. Инновации в альтернативной энергетике
- •Петротермальная станция для автономного энергоснабжения потребителей
- •«Ветряные линзы»
- •Ветрогенератор без лопастей
- •Солнечная башня
- •Ночная солнечная электростанция
- •Гибридные электростанции
- •6.2. Инновационные технологии в нефтегазовом комплексе
- •Поиск и разведка месторождений нефти и газа
- •Разработка месторождений нефти и газа
- •Технология добычи нефти из обводненных месторождений
- •Транспорт нефти и газа
- •Нефтепереработка и газохимия
- •6.5. Инновационные технологии в сфере угольной генерации
- •6.6. Инновационные технологии в сфере газовой генерации
- •6.7. Инновационные технологии газификации
- •6.8 Производство синтетического жидкого топлива
- •6.9. Инновации в электросетевом комплексе
- •Ситуация в мире
- •Появление интеллектуальных сетей в России
- •Перспективы развития интеллектуальных сетей
- •Примеры эффективности внедрения
- •Вопросы для повторения
- •Библиографический список
- •Приложения
- •Этапы развития атомной энергетики России
- •Этапы развития гидроэнергетики России
- •Этапы развития теплоэнергетики России
- •Содержание
- •Часть I
5.5. История угольной отрасли
Угольная промышленность — одна из древнейших отраслей горной промышленности. Примитивная добыча ископаемых углей известна с древности. Древние греки использовали уголь как топливо.
Промышленное использование углей было впервые осуществлено в Китае еще до новой эры. В Западной Европе уголь стал использоваться значительно позже. Как самостоятельная отрасль угольная промышленность сформировалась в середине XVIII века, когда осуществился переход к плавке чугуна на угольном коксе.
С начала XVII вплоть до середины XIХ веков первое место в мире по добыче угля (более 80 %) занимала Англия. Затем ее доля в мировой добыче начала снижаться в результате бурного роста угольной промышленности в Германии и США. в этот период отрасль была наиболее монополизирована. В 1893 г. в Германии был создан Рейнско-Вестфальский синдикат, контролирующий 95,4 % добычи Рурского угля.
Истоки горного дела уходят в глубь веков. освоение природных богатств, скрытых в недрах земли, было неотъемлемой частью цивилизационного процесса. Еще в древности были разработаны основные приемы подземного способа добычи полезных ископаемых: разделение процедур врубовых работ с последующей клиньевой отбойкой породы. В России высокий в технологическом отношении уровень был достигнут на солевых выработках.
В античные времена на некоторых рудниках работало по нескольку десятков тысяч рабов, что требовало не только технологического оснащения производства, но и решения сложнейших организационных проблем. Основные приемы добычи полезных ископаемых использовались на угледобывающих предприятиях.
Первый фундаментальный труд по горному делу был написан в средние века в Западной Европе Агриколой (XV век) и содержал подробное описание принципов вскрытия месторождений, способов крепления стволов шахт, применявшихся в то время орудий труда, способов транспортировки добытых полезных ископаемых на поверхность земли.
Резкий скачок в технологическом развитии горного дела произошел в XVIII веке, когда были разработаны новые способы проходки стволов шахт, особенно в условиях, которые ранее считались непригодными для проведения горных работ: проходка через плавуны, трещиноватые и сильно водоносные породы. В первой половине XIХ века во Франции появился кессонный метод проходки шахт.
Накопление опыта разработки угольных пластов в разных условиях привело к совершенствованию системы их разработки. На пологих и наклонных пластах малой и средней мощности в Европе получили распространение столбовые системы разработки, которые позволили по сравнению с камерными значительно сократить потери угля. При разработке пологих и наклонных пластов использовались комбинированные камерно-столбовые системы.
По мере удорожания угля все большее внимание стали уделять решению проблемы минимизации потерь угля за счет применения разнообразных систем проходки.
В 80-х гг. XIХ века после появления специальных аммиачных холодильных машин начал использоваться метод замораживания породы. В это же время начал применяться метод цементации, т.е. нагнетания цемента в трещиноватые породы через специальные скважины.
В ходе исторического развития произошли большие изменения в методах транспортировки. в средневековье использовались одноколесные тачки, перемещавшиеся по специальному деревянному настилу, а подъем угля осуществлялся ручным воротом, в дальнейшем оборудованным маховым колесом. Далее эволюция методов подъема происходила следующим путем: конная тяга; гидравлическое колесо в качестве двигателя; паровые машины, которые начали применяться в начале 20-х гг. XIХ века; в 30-е гг. был сконструирован подъем в его современном виде.
Совершенствование инструментов, применявшихся для добычи угля, особенно быстро происходило в XIХ веке. Появление электропривода позволило решить проблему механизированной откатки под землей. В 80-х гг. XIХ века появляются первые троллейные, а затем и аккумуляторные электровозы. Подъемные устройства также стали оснащаться электрическим двигателем.
Электрификация внесла значительные изменения в технику вентиляции и водоотлива шахт. Впервые пригодная модель вентилятора была разработана русским инженером А.А. Саблуковым, она оказалась пригодной для последующей электрификации.
Попытки механизировать зарубку угля относятся к середине XIХ века. В этот период были созданы первые врубовые машины, среди которых наиболее перспективными оказались цепные, применявшиеся вплоть до начала XХ века. Другим важным нововведением в области добычи угля было применение качающихся, скребковых и ленточных конвейеров. Приоритет в создании последнего принадлежит русскому изобретателю А. Лопатину, взявшему патент на это устройство еще в 1861 г. Особое практическое значение это изобретение приобрело к концу XIХ – началу XХ века в связи с эксплуатацией маломощных пластов, разработка которых невозможна с использованием вагонеток.
В России организованный поиск ископаемых углей начался с начала XVIII века. В первой четверти столетия были открыты основные угольные бассейны: Донецкий, Подмосковный, Кузнецкий. Развитие угольной промышленности как самостоятельной отрасли относится в последней четверти века и связано со строительством Луганского чугунолитейного завода в Донбассе. Развитие железнодорожного транспорта и черной металлургии в середине XIХ века способствовало широкомасштабной добыче угля. Причем основным источником являлся Донецкий бассейн, где добывалось примерно 85 % общего количества угля. К началу XX века добыча угля в России возросла с 121 тыс. тонн в 1860 г. до 12 млн. тонн в 1900 г., а в 1913 году достигла почти 36 млн т. Суммарная мощность электростанций Российской империи, работавших на мазуте и каменном угле, составляла на конец 1913 г. 1,1 тыс. МВт, а выработка электроэнергии составила около 2 млрд. кВт•ч в год.
Господствующее положение в угольной промышленности России до 1917 г. занимал иностранный капитал, контролировавший 60 % добычи в стране и 75 % ― в Донбассе. Синдикат «Продуголь», почти полностью принадлежащий иностранцам, контролировал рынок и устанавливал монопольно высокие цены. его деятельностью управлял Парижский комитет. Корпорации искусственно сдерживали развитие угледобычи в стране. Отечественная угольная промышленность покрывала порядка 30 % потребности страны и составляла всего 2,5 % мировой добычи. В технологическом отношении эта отрасль была очень отсталой. Производительность труда была вдвое ниже, чем в Германии. Удельный вес механизированной добычи составлял менее 2 %. На шахтах применялся ручной труд, и использовались примитивные орудия труда.
Советская власть с самого начала стала уделять большое внимание угольной отрасли, в частности, восстанавливая то, что было разрушено гражданской войной, за время которой добыча угля сильно снизилась. в 1920 г. она составляла всего 8,7 млн т.
По плану ГОЭЛРО (1920 г.) добыча угля должна была увеличиться за 10―15 лет до 62,5 млн т. уже в 1927 г. добыча угля в СССР превысила довоенный уровень, а к 1932 г. (год окончания первой пятилетки) составила 64 млн т.
За это время было построено 138 шахт в Восточной Сибири, Дальнем Востоке, в Средней Азии. Одновременно была создана база отечественного угольного машиностроения ― заводы в Горловке, Ленинграде, Конотопе, Харькове, Томске и других городах.
Во второй пятилетке (1933―1937 гг.) добыча должна была возрасти до 128 млн т. Для этого внедрялась новая техника, новые системы работ, включая ныне осуждаемое стахановское движение. В 1932 г был создан первый в мире горный комбайн и построено 146 новых шахт.
В третьей пятилетке (1938―1942 гг.) добыча должна была подняться до 242 млн т, но этому помешала война.
Стали развиваться другие угледобывающие бассейны, и постепенно доля Донецкого бассейна стала снижаться. К концу первой пятилетки была создана база отечественного угольного машиностроения и был построен ряд предприятий по производству оборудования для добычи угля. В этот период были освоены новые угольные бассейны и месторождения: Карагандинский в Казахстане, Райчихинское на Дальнем Востоке, Ткварчели в Закавказье, Букачачинский в Восточной Сибири и др.
Для угольной промышленности в этот период характерно не только коренное обновление шахтного фонда, но и переход к новым типам высокомеханизированных мощных шахт. Советскими учеными и конструкторами был создан угольный комбайн, разработана и начала внедряться в производство технология гидравлической подземной добычи угля, проводились первые опыты по подземной газификации угля.
В 30-х годах в СССР был освоен новый способ добычи угля с поверхности земли ‑ открытый, широкомасштабное применение которого стало возможно в 60-е годы благодаря созданию мощных экскаваторов и автотранспорта большой грузоподъемности. Однако в силу геологических особенностей залегания угольных месторождений в России этот способ можно применять только для добычи бурых углей. Развитие угольной отрасли было связано с созданием на востоке страны мощных индустриальных баз, в частности многоотраслевого комплекса ― Урало-Кузнецкого комбината. Место добычи при открытом способе, т.е. горная выработка, называется угольным карьером или разрезом. Разработка открытыми работами буроугольных месторождений на Урале в 1933 г. начиналась с глубины 60 м, а в настоящее время достигает 300 м.
К 1937 г. принципиально изменился технический уровень отрасли: механизация зарубки достигла 87 %, доставки ― 85 %, откатки ― 48 %. В 1940 г. добыча угля превысила уровень 1913 г. в 5,7 раз, производительность труда по сравнению с 1927 г. выросла в 2,7 раза. Впервые в мировой горной науке проводились опыты по гидравлической добыче угля подземным способом.
Итого в течение 1929-1940 гг. было построено 285 шахт общей годовой производственной мощностью более 100 млн. тонн. Создание крупнейшего Урало-Кузнецкого угольно-металлургического, машиностроительного и энергетического комплекса базировалось на разностороннем использовании углей Кузбасса, ставшего, после Донбасса, второй угольной базой страны.
Создание второй и третьей угольных баз в Кузнецком и Карагандинском бассейнах имело стратегическое значение и обеспечивало энергетическую безопасность страны.
К концу 1940 года общая мощность всех ТЭЦ достигла 2 ГВт, протяженность тепловых сетей превысила 300 км. В эксплуатации находились 542 угольные шахты. Техника бурения на большие глубины (до 3 км и более) позволила обеспечить надежную сырьевую базу газовой промышленности.
В военные годы основные бассейны Европейской части СССР (более 60%) оказались на оккупированной территории. В связи с созданием промышленной базы на Востоке страны ускоренно строились новые предприятия угольной отрасли. За годы войны были построены десятки шахт в Кузбассе; новые разрезы для добычи угля открытым способом в Казахстане и Красноярском крае; начато освоение Печорского бассейна. В 1943 г. были восстановлены шахты Подмосковного бассейна; кроме того, в этот период был разведан ряд новых угольных бассейнов. В военные годы широкое распространение получил открытый способ добычи угля, позволяющий быстро наращивать объемы добычи.
В послевоенные годы наряду с восстановлением шахт, разрушенных в годы войны, ускоренными темпами создавались предприятия угольной отрасли в новых и уже освоенных бассейнах. К концу 60-х гг. угледобыча выросла в 5 раз по сравнению с довоенным уровнем и составила в 1955 г. 291 млн т, а в 1960 г. ― 593 млн т. В этот период было создано 200 типов новых угольных машин и механизмов. Производительность труда выросла на 23 % по сравнению с довоенным уровнем. Важным достижением в области технологии явились разработка методов обогащения угля и создание новой отрасли по переработке угля. С этого времени переработке подвергается почти весь добываемый уголь.
После войны добыча угля стала быстро развиваться (табл. 5.2), чему способствовали прогрессивные методы: использование механизированных комплексов, гидродобыча, открытые разработки. В 1975 г. такими методами добывалось 60,7 % угля. СССР занимал первое место в мире (1000 забоев) по объемам добычи угля с помощью механизированных угольных комплексов.
Несмотря на развитие угольных бассейнов по всей стране в 1975 г. 30 % угля по-прежнему давал Донбасс. Уголь расходовался следующим образом: 36 % ― для производства электроэнергии, 20 % ― для коксохимической промышленности, 14 % ― для коммунально-бытовых расходов, 30 % ― для прочих потребителей (с/х и др.).
Таблица 5.2