akimovpanarintextblock

Новые технологии в энергетике, металлургии и сельском хозяйстве

2016–2040 гг. придется на возобновляемые источники51 . Агентство прогнозирует рост доли ВИЭ в энергетическом балансе ЮВА в период в течение этого периода с 6% (без традиционной биомассы)52 . Развертывающаяся в энергетике технологическая революция открывает перед многими странами Востока возможность избежать тормозящего воздействия на ускоренную экономическую динамику относительно отставшего от бурно развивающихся отраслей экономики энергетического хозяйства. Новые производительные силы в энергетике создадут возможность значительного уменьшения негативных последствий как дефицита ископаемых энергоносителей, так и «энергетического проклятия». Поэтому Восток начинает наивысшими в мире темпами подключаться к мировому энергетическому переходу.

3.2. Новые производительные силы в добывающей промышленности

Модернизация добывающей промышленности в духе четвертой промышленной революции приобретает особое значение. При всех технологических преобразованиях добыча полезных ископаемых еще долго будет определять возможности индустриального развития. Ключевыми формами инновационного процесса в добывающей промышленности стали следующие направления:

1.В области добычи топливно-энергетических ресурсов:

a)совершенствование технологий добычи трудноизвлекаемых запасов нефти;

b)получение энергии из новых источников минеральных ресурсов: сланцевый газ и нефть, горючий лед53 ;

51 World Energy Outlook 2016. IEA. P., 2017. P. 415.

52 World Energy Outlook 2016. IEA. P., 2017. P. 415.

53 Горючий лед – это соединение воды и природного газа, превратившееся в кристаллическое вещество под высоким давлением и воздействием низких температур. Извлечение образцов горючего льда происходит со дна моря. Один куб. м горючего льда эквивалентен 160 куб. м природного газа в парообразном состоянии.

119

Глава 3

c)развитие технологий шельфовой добычи энергетических ресурсов.

2.В горнодобывающей промышленности:

a)использование гигантских машин и механизмов, предназначенных для выполнения тяжелых и опасных работ на карьерах и в шахтах;

b)применение информационно-компьютерных технологий для максимальной автоматизации или полностью автономной работы машин и механизмов, а также удаленного управления;

c)разработка принципиально новых методов первичной переработки, обогащения и очистки добытых ресурсов.

3.В методах вторичной металлургии:

a)использование новых методов очистки вторичного лома;

b)внедрение инновационного плавильного оборудования.

Итогом модернизации добывающей промышленности в русле четвертой промышленной революции должно стать:

–– повышение производительности труда и эффективности производства;

–– увеличение конкурентоспособности стран на мировом рынке;

–– обеспечение безопасности труда в одной из самых травматичных сфер народного хозяйства;

–– улучшение экологической обстановки, в том числе сокращение выбросов углекислого газа.

Рассмотрим подробнее новые технологии в сфере добычи топливно-энергетических ресурсов.

Нефтедобывающая промышленность. Технологически проблема повышения производительности труда при добыче нефти лежит в области увеличения эффективности извлечения нефти из скважины. Основными направлениями научно-технического прогресса в добыче нефти являются:

120

Новые технологии в энергетике, металлургии и сельском хозяйстве

1.Совершенствование технологий, обеспечивающих разработку трудноизвлекаемых запасов нефти: термические методы воздействия на пласт, использование полимеров и поверхностно-активных веществ.

2.Разработка и освоение технологических комплексов по бурению и добыче на шельфе морей.

Эти два направления развиваются уже несколько десятилетий и показывают высокую эффективность. Относительно новые технологии разработаны для добычи сланцевой нефти.

3.Совершенствование добычи сланцевой нефти идет по пути создания новых методов воздействия на пласты и увеличения нефтеотдачи. Существует два типа сланцевой нефти. Первый тип по составу похож на нефть традиционную

изалегает на глубине 2–3 км. Технология добычи достаточно сложна, потому что требует не традиционного вертикального, а горизонтального бурения. Кроме того, процесс бурения сопровождается гидравлическими разрывами пласта. Основные залежи такой сланцевой нефти расположены в США, которые

истали катализатором «сланцевой революции». По сравнению с другими странами там сложились неповторимые условия для добычи нефти технологией гидроразрыва. Второй вид сланцевой нефти добывать еще сложнее. Ее получают из керогена (полимерных органических материалов, которые расположены в нефтеносных сланцах). Пласты с керогеном залегают ниже уровня традиционных углеводородов и фактически являются их донорами. Для получения нефти кероген подвергают термической обработке прямо в сланцевом пласте. Получившееся вещество поднимают на поверхность, вытесняя веществом-агентом при последующем охлаждении. При добыче сланцевой нефти актуальной становится проблема экологии. После гидроразрывов остаются реагенты, а также выделяется значительное количество метана. Кроме этого, для добычи сланцевой нефти требуется огромное количество воды

иэнергии, что значительно увеличивает необходимый уровень инвестиций в разработку месторождений.

121

Глава 3

Газодобывающая промышленность. Перспективными направлениями в газодобывающем секторе являются:

1.Газ из угольных пластов начали добывать в США в конце 1980-х годов. В России «Газпром» начал испытывать этот метод с 2003 г. из угольных пластов в Кузбассе.

2.Сланцевый газ добывается с помощью технологии гидроразрыва пласта, которая описана выше. На сегодняшний день доля сланцевого газа составляет около половины объемов мировой добычи всего природного газа, а по некоторым оценкам к 2030 г. планируется увеличить этот показатель до 56%.

С другой стороны, существует мнение, что при сегодняшних технологиях добыча сланцевого газа коммерчески неэффективна, так как его себестоимость выше, чем у природного газа, добытого традиционным путём, а также его добыча губительно отражается на экологии.

3.Значительная часть природного газа находится в кристаллическом состоянии в виде так называемых газогидратов («горючий лед»). Крупные запасы газогидратов существуют

вокеанах и в зонах вечной мерзлоты материков. В настоящее время оцениваемые запасы газа в виде газогидратов превосходят в нефтяном эквиваленте вместе взятые запасы нефти, угля и обычного газа. Разработкой экономически целесо­ образных технологий по добыче газогидратов усиленно занимаются Японии, лишенная традиционных запасов газа, США и некоторые другие страны. Китаю удалось извлечь «горючий лед», со дна северной части Южно-Китайского моря, но пока это направление находится на уровне разработки.

Угледобывающая промышленность. Технологически повышение производительности труда в угледобывающей промышленности связано в первую очередь с сокращением численности работников на шахтах. Узловыми проблемами современного этапа технического развития подземной угледобычи являются радикальное сокращение ручного труда и производство горных работ без присутствия людей в опасных зонах, основным решением становятся процессы автоматизация и роботизация операций. Наиболее трудосберегающим видом оборудования стали автоматические проходческие

122

Новые технологии в энергетике, металлургии и сельском хозяйстве

комплексы (или, как их называют, умные интеллектуальные машины), которые позволяют максимально сократить использование ручного труда. Однако полностью вывести работника из зон повышенной опасности выемки угля пока не представляется возможным.

Вугледобывающей промышленности инновационное машиностроение идет главным образом по пути совершенствования существующей техники и технологий, в частности – увеличения мощности двигателей, утяжеления оборудования, роста его энергоемкости и капитальных затрат. Также инновационным принципом создания высокоэффективного горно-шахтного оборудования является переход от массового изготовления техники к индивидуальному, ориентированному на конкретные горнотехнические условия ее эксплуатации.

Внастоящее время полностью автоматизированные проходческие комплексы для добывающей промышленности производятся лишь несколькими крупными ТНК, по преимуществу базирующимися в Европе (Германия, Австрия).

Из новых технологий, применяемых в горнодобывающей отрасли, остановимся на инновациях в железорудной промышленности как наиболее широко распространенной. В добыче цветных металлов технологический прогресс идет в том же направлении, что и в добыче железных руд.

Железорудная промышленность. Производственные линии­ по обогащению железной руды на современных ГОК практически полностью автоматизированы и компьютеризованы. В настоящее время китайские компании предлагают на рынок как отдельные механизмы, так и полностью автоматические линии по обогащению железной руды, в том числе АСУ для этих линий.

Крупные железорудные компании широко используют в своей деятельности средства автоматизации, дистанционного управления, роботизации, GPS разведку, трехмерное сканирование. Помимо этого, произошел качественный скачок в оснащении добычи железной руды машинами и автоматизированным оборудованием, а также в оптимизации процессов обогащения.

123

Глава 3

Обобщая характеристики новых технологий, внедряющихся в добывающую промышленность, следует отметить, что создание новейшей техники для использования в горнодобывающей отрасли предполагает два направления: во-первых – укрупнение машин для увеличения объемов добычи в единицу времени, во-вторых – роботизацию процессов как по добыче полезных ископаемых, так и по их транспортировке. Одновременно как отражение четвертой промышленной революции разрабатываются и внедряются информационные компьютерные системы управления процессами добычи, первичной переработки и транспортировки. Перед роботизацией стоят две задачи – обеспечение безопасности труда в добывающей промышленности и повышение эффективности производства, в том числе производительности труда. Однако капиталоемкость производства в добывающей промышленности при оснащении новой техникой резко возрастает, и пока не будет закончено перевооружение всей отрасли, рост отраслевой эффективности и производительности в большей степени зависит от других факторов, в частности, от совершенствования организационной структуры предприятия.

Существует не так много ведущих фирм, выпускающих крупногабаритную технику для добывающей промышленности, – японская компания «Hitachi», американские компании – «Caterpillar», «Terex», «Komatsu» (бывш. Японская компания), немецкие – «Liebherr», «Demag», «Takraf», «DBT», шведская – Sandvik, белорусский завод «БелАЗ», российский Копейский машиностроительный завод, китайская группа компаний «Лиюаньда».

В связи с тем, что в современный период предпочтение отдается открытой добыче ресурсов, наибольшее внимание производителей спецтехники уделяется разработке новых видов гигантских экскаваторов. В добывающей промышленности работают экскаваторы двух видов: карьерные гидравлические и добычные роторные экскаваторы. Приведем характеристики самых крупных на сегодняшний день экскаваторов (см. табл. 3.2.1).

124

Новые технологии в энергетике, металлургии и сельском хозяйстве

Таблица 3.2.1.

Рейтинг и характеристики крупнейших карьерных гидравлических экскаваторов

Источник: https://www.terex.com/ru; http://www.hitachi.ru/ru; https://www.liebherr.com/ru/rus; https://www.demagcranes.com/ru/; https://www.komatsu.ru/.

Самым большим роторным экскаватором на сегодняшний день является «Bagger 293» компании «Takraf»: высота – 96 м, длина – 225 м, масса – 14000 тонн; Экскаватор может добывать и перемещать 240 000 куб.м породы в день. Для обслуживания экскаватора требуется 5 работников. Создан он был специально для рытья карьеров.

Для карьеров созданы и специальные самосвалы для транспортировки горных пород. Самые крупные из них представлены в таблице 3.2.2.

Проходческие комбайны и проходческие комплексы являются современной техникой для подземной добычи полезных ископаемых. Проходческий комбайн — сложная многоприводная горная машина, обеспечивающая выполнение большого числа операций при проведении и креплении подготовительных выработок, предназначенная для механизированного разрушения горных пород, погрузки горной массы в транспортные средства. Приведем характеристики наиболее современных проходческих комбайнов (см. табл. 3.2.3).

125

Глава 3

Таблица 3.2.2.

Рейтинг и характеристики крупнейших карьерных самосвалов

Источник: http://www.belaz.by/catalog/products/dumptrucks; https://www.terex.com/ru; https://www.caterpillar.com/; http://www. hitachi.ru/ru; https://www.liebherr.com/ru/rus; https://www.popmech. ru/vehicles/380582-wtw-220e-samyy-bolshoy-kitayskiy-samosval/.

Таблица 3.2.3.

Рейтинг и характеристики проходческих комбайнов

Источник: https://www.caterpillar.com/; https://ymzdn.ru/product. html; http://www.kopemash.ru/; https://lastfishing.ru/video/3Layuv6WGg0.html; https://maxi-exkavator.ru/excapedia/technic/dbt_40m.

126

Новые технологии в энергетике, металлургии и сельском хозяйстве

Проходческий комплекс – это система взаимодополняющих друг друга горных и транспортных машин и механизмов, обеспечивающих наиболее полную механизацию основных и вспомогательных работ в шахте. Главным определяющим признаком проходческих комплексов является технологическое объединение машин в единую систему, обеспечивающую выполнение полного проходческого цикла в горной выработке. Проходческий комплекс – механизм уникальный, поэтому часто изготавливается по заказу для определенной шахты.

Проходческий комплекс, спроектированный на базе шведского комбайна Sandvik MB670, предназначен для проходки горных выработок с одновременной установкой анкерной крепи54 . Это – эффективный и высокопроизводительный механизм, предназначенный для быстрой проходки подготовительных выработок при разработке лавами. Расположение анкероустановщиков для крепления кровли и бортов на неподвижной основной раме позволяет устанавливать анкера одновременно с процессом резания. Отличительной чертой этого комбайна является использование проверенных технологий, позволяющих добиться повышения скорости проходки в сложных горно-геологических условиях и в ограниченном пространстве выработки. Эти проходческие комплексы имеют взрывобезопасное исполнение в соответствии с нормативами основных регионов, в которые они поставляются (ANZEX в Австралии, ATEX в Европе, GOST в странах СНГ, MA в Китае, SANS в Южной Африке).

Перспективной сферой добывающей промышленности, где начинают внедряться инновационные, цифровые технологии, является геологоразведка. Результатом их применения станет повышение эффективности и безопасности разведки, сокращение ее сроков и стоимости, возможность удаленного управления процессами. К числу таких технологий

54 Анкерная крепь – это система закрепленных в шпурах металлических стержней (анкеров), установленных по периметру выработки для скрепления различных слоев или структурных блоков грунта.

127

Глава 3

относятся: бассейновое моделирование – разработка цифровой геологической модели залегания полезных ископаемых, высокоплотная сейсмическая съемка и электроразведка, которые позволяют проводить 3D моделирование пластов, а также зеленая сейсмика55 , используемая для удаленной регистрации геоданных.

Вторичная металлургия. В последние годы, когда краеугольным камнем экономической и социальной жизни становятся забота об окружающей среде и ресурсосбережение, развивается все больший интерес к возможностям вторичного использования ресурсов. В наибольшей степени это коснулось вторичной переработки металлического лома, но также широкое применение находит вторичное использование бумаги, пластмассы. В целом преимущества вторичного использования ресурсов заключаются в:

–– сохранении природной руды;

–– экономии энергетических ресурсов;

–– уменьшении загрязнения окружающей среды;

–– ускорении производства готовых продуктов.

Вметаллургической промышленности вторичной переработке подвергаются черные (чугун, сталь, железо) и цветные (алюминий, медь, свинец, никель, олово, цинк) металлы. Металл можно перерабатывать многократно без потери его свойств, что дает дополнительные возможности для сохранения природных ресурсов.

Внастоящее время наиболее выгодной считается переработка лома черного металла. В печах он смешивается с чугуном, в результате чего получается высококачественная сталь. Причем чем больше доля лома при выплавке, тем лучше качество стального проката56 . Российские и зарубеж-

55 «Зеленая сейсмика» основана на использовании беспроводной радиотелеметрической системы регистрации данных. Она оптимизирует технологический процесс за счет размещения компактного беспроводного оборудования на малых пространствах без воздействия на природные ресурсы, в частности лесные массивы.

56 Этапы и принципы переработки металлолома // https://vtorexpo.ru/metall/ printsipy-pererabotki-metalloloma.html.

128