ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-4-657-668ipolytech-649Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGУголь в топливно-энергетическом балансе Республики Саха (Якутия)Coal in energy balance of the Republic of Sakha (Yakutia)https://orcid.org/0000-0003-3936-9158ПавловН. В.PavlovN. V.

Павлов Никита Владимирович, заведующий Отделом проблем энергетики

677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, Россия

Nikita V. Pavlov, Head of the Energy Problems Department

1 Oktyabrskaya St, Yakutsk 677980, Russia

pavlov_nv@iptpn.ysn.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1269-898XТакайшвилиЛ. Н.TakaishviliL. N.

Такайшвили Людмила Николаевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лаборатории ТЭК Сибири и Дальнего Востока

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия

Lyudmila N. Takaishvili, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Laboratory of Energy Sector of Siberia and Far East

130 Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia

luci@isem.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5748-0290ИвановаА. Е.IvanovaA. E.

Иванова Альбина Егоровна, ведущий инженер Отдела проблем энергетики

677980, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, Россия

Albina E. Ivanova, Leading Engineer of the Energy Problems Department

1 Oktyabrskaya St, Yakutsk 677980, Russia

aeiva@mail.ruИнститут физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАНРоссияLarionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North SB RASRussian FederationИнститут систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАНРоссияMelentiev Energy Systems Institute SB RASRussian Federation202202012023264657668Copyright © Павлов Н.В., Такайшвили Л.Н., Иванова А.Е., 20232023Павлов Н.В., Такайшвили Л.Н., Иванова А.Е.Pavlov N.V., Takaishvili L.N., Ivanova A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/649

Цель – оценка роли угля в топливно-энергетическом балансе Республики Саха (Якутия) с учетом наличия значительных запасов угля, в том числе низкокачественных и местных углей в труднодоступных районах. Исследования проведены с применением методов системного анализа. Для оценки роли угля в топливно-энергетическом балансе рассматривались динамика добычи и потребления топливно-энергетических ресурсов в ретроспективе и прогнозные показатели. Прогнозные показатели получены в результате анализа программных документов, доступных ресурсов добычи угля и расчетов авторов. Выполнен анализ структуры производства и потребления топливно-энергетических ресурсов Республики Саха (Якутия). Показано, что для выработки электроэнергии и тепла уголь является одним из основных ресурсов наряду с газом и гидроресурсами. Его доля в потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов в 2020 г. составила 34,6%. По результатам расчетов добыча угля республики в перспективе может составить до 43 млн т, что позволит в будущем стабилизировать экспортные поставки угля и потребность в топливе на электростанциях и котельных в республике и в ближайших регионах. Проекты развития угольной энергетики в республике рассчитаны на потребление каменных углей Южно-Якутского угольного бассейна. В оптимальных прогнозных балансах доля угля не претерпит существенных изменений и может составить от 37,8 до 38,7% к 2035 г. Установлено, что потенциальные возможности потребления угля могут возрасти с 3,5 млн т у.т. в 2020 г. до 4,1–4,8 млн т у.т. в год. Возможности добычи значительно превышают их востребованность как в настоящее время, так и в будущем. Системный анализ полученных результатов позволил определить основные факторы, влияющие на потребление угля в долгосрочной перспективе. Уголь разрабатываемых месторождений Южно-Якутского бассейна является надежным ресурсом топливоснабжения в дальнейшем районов в зоне централизованного энергоснабжения. В районах Республики Саха (Якутия) со слаборазвитой инфраструктурой и малой плотностью населения уголь местных месторождений является альтернативой завозному топливу, если разработка этих месторождений экономически и социально оправдана.

In the article, the role of coal in the energy balance of the Republic of Sakha (Yakutia) is assessed by factoring in significant coal reserves, including low-quality and local coal in hard-to-reach areas. The research was carried out using system analysis methods. To this end, the retrospective dynamics of production and consumption of fuel and energy resources in retrospect and estimates were considered. The estimates were obtained by analysing reference documents, available resources for coal mining and the calculations performed by the authors. The production and consumption of fuel and energy resources of the Republic of Sakha (Yakutia) were analysed. It was shown that coal comprises one of the main resources for power and heat generation, along with gas and water resources. Its share in the consumption of primary fuel and energy resources in 2020 amounted to 34.6%. According to the calculation results, the coal production in the Republic in the future may reach 43 million tons, which will lead to the stabilisation of the export supply of coal and the demand for fuel at power plants and boiler houses in the Republic and neighbouring regions. Projects for developing the coal-fired power industry in the Republic rely on the consumption of coal from the South Yakut coal basin. In the optimal forecast balances, the share of coal generally remaining unchanged may range from 37.8 to 38.7% by 2035. It was established that the potential for coal consumption may increase from 3.5 million tons of coil, equivalent in 2020 to 4.1–4.8 million tons of coil equivalent per year. Mining opportunities significantly exceed their demand, both at present and in the future. A system analysis of the obtained results allowed the main factors affecting coal consumption in the long term to be identified. Coal mined in the South Yakut basin comprises a reliable fuel source in the zone of centralised energy supply in the future. In areas of the Republic of Sakha (Yakutia) having underdeveloped infrastructure and low population density, coal from local deposits becomes an alternative to imported fuel if their development is economically and socially justified.

топливно-энергетический балансугольная промышленностьпотреблениедобычапрогнозfuel and energy balancecoal industryconsumptionproductionforecastReferencesФаузер В. В., Лыткина Т. С., Смирнов А. В. Дифференциация арктических территорий по степени заселенности и экономической освоенности // Арктика: экология и экономика. 2017. № 4. С. 18–31. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2017-4-18-31.Fauzer V. V., Lytkina T. S., Smirnov A. V. Arctic territories differentiation by density of population and economic development. Arktika: ekologiya i ekonomika = The Arctic: ecology and economy. 2017;4:18-31. (In Russ.). https://doi.org/10.25283/2223-4594-2017-4-18-31.Плакиткин Ю. А., Плакиткина Л. С., Дьяченко К. И. Основные тенденции развития угольной промышленности мира и России в условиях низкоуглеродной энергетики. Часть I. Анализ темпов и пропорций развития угольной отрасли, сформированных под воздействием стран-лидеров угольного рынка // Горный журнал. 2022. № 7. С. 10–16. https://doi.org/10.17580/gzh.2022.07.01.Plakitkin Yu. A., Plakitkina L. S., Dyachenko K. I. Major trends shaping development of coal industry in the world and in Russia under conditions of low-carbon energy economy: major trends. Part I. Coal sector development ratio and rates under the influence of major coal market countries. Gornyi Zhurnal. 2022;7:10-16. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/gzh.2022.07.01.Honoré A. Decarbonization and industrial demand for gas in Europe. Oxford: Oxford Institute for Energy Studies, 2019. 45 р. https://doi.org/10.26889/9781784671396.Honoré A. Decarbonization and industrial demand for gas in Europe. Oxford: Oxford Institute for Energy Studies; 2019, 45 р. https://doi.org/10.26889/9781784671396.Воропай Н. И. Системные исследования в энергетике: ретроспектива научных направлений Сибирского энергетического института – Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева. Новосибирск: Изд-во «Наука», 2010. 686 с.Voropaj N. I. System research in the energy sector: a retrospective review of the scientific areas of the Siberian Energy Institute – Melentiev Energy Systems Institute. Novosibirsk: Nauka; 2010, 686 р. (In Russ.).Макаров А. А., Воропай Н. И. Системные исследования в энергетике: методология и результаты. М.: Издво ИНЭИ РАН, 2018. 308 с.Makarov A. A., Voropai N. I. System research in the energy sector: methodology and results. Moscow: Melentiev Energy Systems Institute SB RAS; 2018, 308 p. (In Russ.).Макаров А. А. Системные исследования энергетики: 50-летие надежд и 20 лет в тени // Известия Российской Академии наук. Энергетика. 2014. № 2. С. 3–15.Makarov A. A. System research in energy sector: 50 years of hopes and 20 years in the shadows. Izvestiya Rossijskoj Akademii nauk. Energetika. 2014;2:3-15. (In Russ.).Такайшвили Л. Н. Учет свойств угольной промышленности, как системы топливно-энергетического комплекса при моделировании ее развития // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 10. С. 138–149. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-10-138-149.Takaishvili L. N. Consideration of system features of coal industry as a part of fuel and energy sector when its development modeling. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017;10:138-149. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-10-138-149.Таразанов И. Г., Губанов Д. А. Итоги работы угольной промышленности России за январь–декабрь 2020 года // Уголь. 2021. № 3. С. 27–43. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-3-27-43.Tarazanov I. G., Gubanov D. A. Performance results of Russian coal industry for the period from January 2020 to December 2020. Ugol'. 2021;3:27-43. (In Russ.). https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-3-27-43.Подолян В. И., Елисафенко Т. Н., Пензин Ю. П. Угольная база России. Т. V. Кн. 2. Угольные бассейны и месторождения Дальнего Востока (Республика Саха, Северо-Восток, о. Сахалин, п-ов Камчатка). М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1999. 638 с.Podolyan V. I., Elisafenko T. N., Penzin Yu. P. Coal base of Russia. Vol. 5. Book 2. Coal basins and deposits of the Far East (Republic of Sakha (Yakutia), Northeast, Sakhalin Island, Kamchatka Peninsula) Moscow: Geoinformmark; 1999, 638 р. (In Russ.).Тихановский А. Н. Проблемы и методы биологической рекультивации техногенно нарушенных земель Крайнего Севера // Успехи современного естествознания. 2017. № 2. С. 43–47.Tihanovskij A. N. Problems and methods of biological recultivation of technogenic-disturbed land in the Far North. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Advances in current natural sciences. 2017;2:43-47. (In Russ.).Соколов А. Д., Такайшвили Л. Н., Петров Н. А., Павлов Н. В. Угольная промышленность Республики Саха (Якутия): существующее состояние и возможности развития // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. № 4. С. 63–69.Sokolov A. D., Takaishvili L. N., Petrov N. A., Pavlov N. V. Coal industry of Chukotka autonomous area: current condition and development possibilities. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2010;4:63-69. (In Russ.).Такайшвили Л. Н., Агафонов Г. В. Перспективы использования энергетических углей Иркутской области // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 6. С. 1271–1284. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-6-1271-1284.Takaishvili L. N., Agafonov G. V. Application prospects of Irkutsk region thermal coals. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2020;24(6):1271-1284. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-6-1271-1284.Батугина Н. С., Гаврилов В. Л., Шепелева Е. Г. Малые угледобывающие предприятия в заполярных районах Якутии // ЭКО. 2017. № 2. С. 134–145.Batugina N. S., Gavrilov V. L., Shepeleva E. G. Small-scale coal mines in polar regions of Yakutia: state and prospects. EKO. 2017;2:134-145. (In Russ.).Хоютанов Е. А., Гаврилов В. Л. Моделирование угольных месторождений заполярной зоны Якутии // Проблемы недропользования. 2017. № 4. С. 53–60. https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.04.053.Khoiutanov E. A., Gavrilov V. L. Modeling of coal de-posits in the polar zones of Yakutia. Problemy nedropol'zovaniya = Problems of Subsoil Use. 2017;4:53-60. (In Russ.). https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017. 04.053.Батугина Н. С., Гаврилов В. Л., Хоютанов Е. А., Попова К. С. Оценка вариантов завоза и использования угля при освоении месторождений золота Арктической зоны Республики Саха (Якутия) // Арктика: экология и экономика. 2021. № 2. Т. 11. С. 152–163. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-2-152-163.Batugina N. S., Gavrilov V. L., Khoiutanov E. A., Popova K. S. Assessment of coal supply and use in the development of gold deposits in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia). Arktika: ekologiya i ekonomika = Arc-tic: Ecology and Economy. 2021;11(2):152-163. (In Russ.). https://doi.org/10.25283/2223-4594-2021-2-152-163.Filippov S. P. New technological revolution and energy requirements // Foresight and STI Governance. 2018. Vol. 12. Iss. 4. P. 20–33. https://doi.org/10.17323/2500-2597.2018.4.20.33.Filippov S. P. New technological revolution and energy requirements. Foresight and STI Governance. 2018;12(4):20-33.https://doi.org/10.17323/2500-2597. 2018.4.20.33.Agraniotis M., Bergins C., Stein-Cichoszewska M., Kakaras E. 5 - High-efficiency pulverized coal power generation using low-rank coals // Low-Rank Coals for Power Generation, Fuel and Chemical Production. 2017. P. 95–124. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100895-9.00005-X.Agraniotis M., Bergins C., Stein-Cichoszewska M., Ka-karas E. 5 - High-efficiency pulverized coal power generation using low-rank coals. Low-Rank Coals for Power Ge-eration, Fuel and Chemical Production. 2017;95-124. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100895-9.00005-X.Ryabov G. A., Antonenko E. V., Krutitskii I. V., Folomeev O. M., Belyaev A. V. Application of the technology of combustion of solid fuels in a circulating fluidized bed // Power Technology and Engineering. 2018. Vol. 52. P. 308–313. https://doi.org/10.1007/s10749-018-0950-0.Ryabov G. A., Antonenko E. V., Krutitskii I. V., Folomeev O. M., Belyaev A. V. Application of the technology of combustion of solid fuels in a circulating fluidized bed. Power Technology and Engineering. 2018;52:308-313. https://doi.org/10.1007/s10749-018-0950-0.Katalambula H., Gupta R. Low-grade coals: a review of some prospective upgrading technologies // Energy Fuels. 2009. Vol. 23. Iss. 7. P. 3392–3405. https://doi.org/10.1021/ef801140t.Katalambula H., Gupta R. Low-grade coals: a review of some prospective upgrading technologies. Energy Fuels. 2009;23(7):3392-3405. https://doi.org/10.1021/ef801140t.Росляков П. В., Кондратьева О. Е., Головтеева А. Н., Сиваковский А. М. Алгоритм оптимального выбора наилучших доступных технологий для российских ТЭС // Теплоэнергетика. 2019. № 4. С. 60–72. https://doi.org/10.1134/S0040363619040064.Roslyakov P. V., Kondrat’eva O. E., Golovteeva A. N., Sivakovskii A. M. Optimal choice of the best available technologies for Russian thermal power plants. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2019;4:60-72. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040363619040064.Ma Cheng, Zou Chong, Zhao Junxue, Shi Ruimeng, Li Xiaoming, He Jiangyong, et al. Pyrolysis characteristics of low-rank coal under a CO-containing atmosphere and properties of the prepared coal chars // Energy Fuels. 2019. Vol. 33. Iss. 7. P. 6098–6112. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b00860.Ma Cheng, Zou Chong, Zhao Junxue, Shi Ruimeng, Li Xiaoming, He Jiangyong, et al. Pyrolysis characteristics of low-rank coal under a CO-containing atmosphere and properties of the prepared coal chars. Energy Fuels. 2019;33(7):6098-6112. https://doi.org/10.1021/acs.ener-gyfuels.9b00860.Ge Lichao, Zhang Yanwei, Xu Chang, Wang Zhihua, Zhou Junhu, Cen Kefa. Influence of the hydrothermal dewatering on the combustion characteristics of Chinese low-rank coals // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 90. P. 174–181. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.07.015.Ge Lichao, Zhang Yanwei, Xu Chang, Wang Zhihua, Zhou Junhu, Cen Kefa. Influence of the hydrothermal de-watering on the combustion characteristics of Chinese low-rank coals. Applied Thermal Engineering. 2015;90:174-181.https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.07.015.Mills S. Low quality coals – key commercial, environmental and plant considerations // IEA Clean Coal Centre. 2016. [Электронный ресурс]. URL: https://usea.org/sites/default/files/Low%20quality%20coals%20-%20key%20commercial%2C%20environmental%20and%20plant%20considerations%20-ccc270.pdf (20.12.2021).Mills S. Low quality coals – key commercial, environmental and plant considerations. IEA Clean Coal Centre. 2016. Available from: https://usea.org/sites/de-fault/files/Low%20quality%20coals%20-%20key%20com-mercial%2C%20environmental%20and%20plant%20con-siderations%20-ccc270.pdf [Accessed 20th December 2021].Violidakis I., Drosatos P., Nikolopoulos N. Critical review of current industrial scale lignite drying technologies // Low-Rank Coals for Power Generation, Fuel and Chemical Production. 2017. P. 41–71. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100895-9.00003-6.Violidakis I., Drosatos P., Nikolopoulos N. Critical re-view of current industrial scale lignite drying technologies. Low-Rank Coals for Power Generation, Fuel and Chemical Production. 2017;41-71. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100895-9.00003-6.Мессерле В. Е., Паскалов Г., Умбеткалиев К. А., Устименко А. Б. Использование органических топливных добавок для повышения эффективности сжигания угля // Теплоэнергетика. 2020. № 2. С. 46–53. https://doi.org/10.1134/S0040363620020046.Messerle V. E., Umbetkaliyev K. A., Paskalov G., Ustimenko A. B. Application of organic fuel additives to enhance coal combustion efficiency. Teploenergetika = Thermal Engineering. 2020;2:46-53. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040363620020046.Иванова И. Ю., Ноговицын Д. Д., Тугузова Т. Ф., Шеина З. М., Сергеева Л. П. Анализ функционирования солнечных электростанций в децентрализованной зоне Республики Саха (Якутия) // Альтернативная энергетика и экология. 2018. № 10-12. С. 12–22. https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.10-12.012-022.Ivanova I. Yu., Nogovitsyn D. D., Tuguzova T. F., Sheina Z. M., Sergeeva L. P. An analysis of solar power plants operation in the off-grid area of the Republic of Sakha (Yakutia). Al'ternativnaya energetika i ekologiya. 2018;10-12:12-22. (In Russ.). https://doi.org/10.15518/is-jaee.2018.10-12.012-022.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.