1. Введение

Метан угольных пластов является высококалорийным газом, который выделяется в процессе добычи угля из высокогазоносных пластов и может быть использован в качестве топлива или на собственные нужды. В России интерес к добыче метана угольных пластов появился в последнее десятилетие. Основные исследования проводились на угольных месторождениях Кузнецкого угольного бассейна в Кузбассе [1]. В настоящее время проводится разработка на Талдинском и Нарыкско-Осташкинском метаноугольных месторождениях в Кемеровской области [2].

Россия располагает огромными запасами метана угольных пластов, в таблице 1 представлены основные угольные бассейны России по содержанию запасов метана угольных пластов.

Согласно таблице 1, максимальными ресурсами и перспективной добычей метана угольных пластов обладает Кузнецкий и Печорский угольные бассейны.

Для эффективной разработки и последующей добычи метана угольных пластов необходимо учитывать ряд ключевых факторов. В их число входят объемы запасов метана, геологические особенности, технологические особенности работы с угольными месторождениями, потребности в газе в регионе, а также социально-экологическая ситуация, связанная с добычей метана угольных пластов [4].

Главной целью приводимого исследования является оценка экономической эффективности использования метана угольных пластов для угольной промышленности и угледобывающих регионов. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- рассмотрены варианты переработки и реализации метана угольных пластов;

- проведены расчеты экономической эффективности вариантов реализации метана угольных пластов;

- сделаны выводы по наиболее эффективному варианту реализации метана угольных пластов.

2. Методы и принципы исследования

В процессе исследования были применены методы экономического анализа (горизонтальный и вертикальный анализ), также метод дисконтированных денежных потоков для оценки экономической эффективности вариантов использования метана угольных пластов. В качестве апробации полученных результатов были применены анализ чувствительности и анализ сценариев наиболее эффективного варианта. Анализ чувствительности — это метод оценки степени влияния изменений входных переменных на результат модели или проекта. Его основная цель — определить, какие параметры имеют наибольшее влияние на результат, и понять, как изменяются ключевые показатели при варьировании входных данных. Анализ сценариев предполагает разработку ряда возможных будущих ситуаций (сценариев), основанных на различных сценариях развития входных параметров и внешних условий. Его цель — подготовиться к возможным неопределенностям, оценить последствия различных сценариев и выбрать стратегию, максимально устойчивую к различным ситуациям.

3. Основные результаты

Газоносность угольных пластов — это количественная характеристика содержания горючего газа, содержащегося в угольных пластах.В 2000 году в России началась промышленная добыча метана угольных пластов. Первым месторождением, где были пробурены метаноугольные скважины, является Талдинское метаноугольное месторождение, расположенное в Кузбассе [4].

Объектами разведки являются метаноугольные залежи, приуроченные к угольным пластам, которые располагаются в пределах метаноугольных месторождений, площадей, бассейнов.

Оценка перспективности и экономической эффективности освоения метаноугольных месторождений на всех этапах: от поисков и разведки, оконтуривания и подсчета запасов, составления проектных документов на проведение опытно-промышленной эксплуатации до завершения его разработки основывается на информации о геолого-промысловых характеристиках продуктивных угольных пластов и их групп.

Соответственно, основу информационной системы должен составлять массив геолого-геофизических и геолого-промысловых характеристик метаноугольных месторождений, полученных в результате разведки и разработки месторождения.

Добыча метана из угольных пластов — это сложный, многоступенчатый и технологически трудный процесс, направленный на безопасное, эффективное и ответственное извлечение метана из угольного пласта. Важное значение имеет баланс между экономическими выгодами и требованиями к безопасности, а также использование современных технологий и постоянное внедрение инноваций.

Многие энергетические компании заинтересованы в расширении минерально-сырьевой базы за счет вовлечения нетрадиционных источников газа (метан угольных пластов) в регионах России, таких как Кузбасс и Восточная Сибирь, также внедрение технологических инноваций в добыче метана угольных пластов за счет применения гидроразрывов пласта (ГРП), горизонтального бурения, строительство дегазационных систем улавливания метана. В область интересов энергетических компаний России входит создание инфраструктурных проектов по транспортировки добытого метана до потребителя.

За счет высокой калорийности метан угольных пластов может быть использован как источник электроэнергии, теплоэнергии, в газификации ближайших районов и регионах и быть переработанным в качестве СПГ, что обеспечит заправку многотоннажной угольной техники [5].

В условиях ограниченности традиционных энергетических ресурсов Правительство РФ разрабатывает долгосрочные энергетические стратегии, направленные на устойчивое развитие топливно-энергетического комплекса. Одной из таких стратегий является энергетическая стратегия до 2050 года [6], которая предполагает переход к более чистым, разнообразным и эффективным источникам энергии. Энергетическая стратегия до 2050 года ориентирована на обеспечение энергетической безопасности, снижение экологического воздействия и создание условий для экономического роста. Основные компоненты ЭС-2050 включают диверсификацию энергетического баланса, снижение зависимости от ископаемых видов топлива и активное внедрение возобновляемых источников энергии, а также развитие технологий по эффективной добыче и использованию газа. Диверсификация энергетического баланса подразумевает увеличение доли возобновляемых источников энергии, также расширение минерально-сырьевой базы нетрадиционных источников углеводородов. В рамках стратегии предполагается создание условий для технологического обновления электроэнергетики, модернизации инфраструктуры и повышения энергоэффективности.

Особое место занимает развитие и освоение нетрадиционных источников газа — метана угольных пластов, сланцевого газа и др. Эти ресурсы позволяют значительно увеличить добычу, повысить объем газификации удаленных регионов России.

Использование метана угольных пластов может проводиться несколькими способами: на собственные нужды шахты, на выработку тепло- и электроэнергии, на газификацию близлежащих районов, в качестве СПГ.

Перед оценкой экономической эффективности рассмотрим подробнее каждый способ реализации метана угольных пластов.

Метан угольных пластов является высококалорийным энергетическим ресурсом и может быть использован на собственные нужды шахты или угольного месторождения. Использование добытого метана на собственные нужды снижает затраты на электроэнергию при снабжении шахты.

Средний дебит на одну скважину составляет 10-20 м³/ч, данного количества достаточно для запуска электрогенераторов, обеспечивающих электроснабжение в шахте.

Использование метана угольных пластов на собственные нужды помогает снизить эксплуатационные расходы угольного предприятия, при этом наблюдается положительный эффект безопасности труда.

Использование добытого метана в качестве тепло- и электроэнергии предполагается с помощью газопоршневых электростанций (ГПЭС). При анализе электропотребления Кемеровской области на расчетный 2030 г. суммарные расчетные электрические и тепловые нагрузки жилищно-коммунального сектора Новокузнецкого и Прокопьевского районов составят, соответственно, 39,4 МВт и 388,8 Гкал/ч.

Как показали расчеты, основными потребителями рассматриваемых районов размещения Талдинского промысла являются угледобывающие предприятия Ерунаковского геолого-промышленного района Кемеровской области. Потребность промышленности на расчетный 2030 г. составит: электрические нагрузки — 293 МВт, тепловые — 313,0 Гкал/ч.

Для оценки экономической эффективности возможности реализации метана, добываемого на первоочередных площадях Кузбасса, рассматривается использование метана угольных пластов для газоснабжения и газификации населенных пунктов и горных предприятий Кемеровской области, расположенных в районе первоочередных метаноугольных месторождений и площадей, определяется возможность и целесообразность использования метана угольных пластов в районах его добычи при развитии сетевой газификации.

Прокладка газопроводов преимущественно подземная на глубине не менее 0,8 м до верха газопровода или футляра.

Для строительства используются:

- стальные трубы, изготовленные по ГОСТ 10704-91 [7] или другим техническим условиям, рекомендованным к использованию, в зависимости от температуры эксплуатации, таблицами 2 СП 42-102-2004 [8]. Толщина стенки трубы должна быть не менее 3 мм. Стальные подземные газопроводы должны быть оборудованы средствами электрохимической защиты;

- полиэтиленовые трубы, изготовленные по ГОСТ Р 50838-2009 [9] из ПЭ 80 SDR11 или ПЭ 100 SDR13,6. Трубы диаметром до 110 мм используются длинномерными, смотанными в бухты или на катушки (барабаны) длиной от 100 м.

Расчетная потребность района в природном газе определена:

- на индивидуально-бытовые и коммунальные нужды, исходя из количества снабжаемых газом квартир и укрупненных норм расхода газа на эти нужды;

- на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий, исходя из количества снабжаемых газом квартир и укрупненного расчета объемов газа на нужды отопления и вентиляции;

- на замену на модульные газовые котельные мелких угольных котельных с низким КПД;

- для перевода на газ отопительных котельных и котельных коммунально-бытовых и промышленных предприятий, работающих на мазуте;

- на замену крупных электрических котельных (установленной мощностью более 10 Гкал/ч) на модульные газовые котельные и на производственные нужды сельского хозяйства по данным заказчика с учетом перевода на природный газ всего стационарного топливопотребляющего оборудования;

- на использование природного газа при модернизации ряда котельных и тепловых электростанций в связи с высокой величиной удельного расхода топлива на выработку электрической и тепловой энергии или дефицитом электроэнергии на прилегающей территории;

- на использование газа в качестве технологического сырья на отдельных промышленных предприятиях.

Переработка метана угольных пластов в качестве СПГ и в качестве газомоторного топлива (ГМТ) на предприятия, использующие в своей деятельности тепловозы, необходимо подобрать такое оборудование производства СПГ, которое будет покрывать максимальную суточную потребность в ГМТ с учетом коэффициента надежности поставок [10].

Для обеспечения максимальной суточной потребности в ГМТ предприятий, использующих в своей деятельности тепловозы, предлагается монтаж одной установки сжижения природного газа УСПГ-1,0 (предложена установка фирмы АО «Криогенмаш») максимальной мощностью 1000 кг/ч или 1394,7 нм3/ч.

Структура потребности в СПГ в Кемеровской области представлена на рисунке 1.

Развитие современных технологий извлечения метана угольных пластов конечной целью предполагает возможность его использования, в частности, для целей химической переработки, что имеет экономическое и экологическое значение для всех угледобывающих регионов страны. Один из возможных направлений его переработки метана является получение синтетических жидких топлив (СЖТ). Последующая реализация продукта потребителю может осуществляться на месте или с транспортировкой автомобильным транспортом.

В таблице 2 представлены исходные данные для проведения расчетов экономической эффективности.

Согласно таблице 2 варианты различаются количеством установок переработки газа, также периодом расчета, стоимостью реализации готовой продукции. В таблице 3 представим график ввода основных капитальных вложений по вариантам реализации.

Оценка экономической эффективности вариантов производилась с помощью метода дисконтированных денежных потоков. Данный метод считается наиболее приемлемым для оценки вложенных инвестиций. В таблице представлены итоговые показатели экономической эффективности реализации метана угольных пластов по вариантам. В таблице 4 представлены показатели экономической эффективности по вариантам реализации метана угольных пластов.

Согласно полученным результатам в таблице 4, можно сделать вывод, что наиболее высокой экономической эффективностью обладает вариант реализации метана угольных пластов в качестве СПГ. В варианте реализации метана в качестве СПГ чистый денежный поток составил 65 млн. руб., чистый дисконтированный доход составил 33,4 млн. руб., внутренняя норма доходности 16,9% (при ставке дисконтирования 10%), индекс доходности 1,87., что показывает преимущества перед реализацией другими способами. На втором месте находится вариант реализации метана угольных пластов в качестве тепло- и электроэнергии, в данном варианте чистый денежный поток составил 38,9 млн. руб., чистый дисконтированный поток равен 12,8 млн. руб., внутренняя норма доходности 13,8%, индекс доходности 1,6 ед.

Далее проведем анализ чувствительности для варианта реализации метана угольных пластов в качестве СПГ. Необходимо рассмотреть зависимость ЧДД и ВНД от таких факторов как изменение капитальных вложений, эксплуатационных затрат и цены реализации метана. Результат анализа чувствительности ЧДД и ВНД показан на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2, вариант наиболее чувствителен к изменению цен реализации и объему добычи метана угольных пластов.

Также одним из методов анализа рисков является сценарный метод. Разработаны 3 сценария развития действий: базисный, пессимистический, оптимистический сценарии (таблица 5). Сначала проектируется базисный вариант, затем создаются варианты для верхних и нижних пределов основных показателей проекта реализации метана угольных пластов. Таким образом, в инвестиционный анализ закладывается возможность возникновения ошибок, от которых не может быть застраховано ни одно производство.

Далее необходимо рассчитать показатели экономической эффективности для различных сценариев в таблице 6.

Как видно из проведенного анализа сценариев в таблице 6, вариант реализации метана угольных пластов в качестве СПГ выдерживает пессимистических сценарий и все показатели эффективности находятся в положительном диапазоне, также при оптимистическом сценарии вариант увеличивает свою эффективность в 1,5 раза, что также подчеркивает продуктивную реализацию проекта по добычи метана угольных пластов и последующей его реализации в качестве СПГ.

4. Обсуждение

Переработка и использование метана угольных пластов имеет большое значение для населения и экологии региона. Одним из наиболее важных социальных эффектов является снижение экологического ущерба, связанного с выбросами парниковых газов и других загрязняющих веществ. Метан является мощнейшим парниковым газом, его глобальный потенциал нагрева превышает CO₂ в десятки раз. Самостоятельное производство энергии из собственного сырья укрепляет энергетическую безопасность, создает условия для устойчивого развития и снижает энергетическую уязвимость. В свою очередь, это способствует социальной стабильности, снижению уровня социальной напряженности и повышению доверия к властям, поскольку население ощущает преимущества перехода к более устойчивой и локализованной энергетике.

Сравнение предлагаемых способов использования добытого метана угольных пластов с точки зрения социального эффекта от реализации приведено в таблице 4.

С точки зрения социальной эффективности, сложно выделить наилучшее направление реализации метана угольных пластов, так как все они оказывают в равной степени положительное влияние на ситуацию в регионе, поэтому при выборе наилучшего варианта реализации метана, необходимо опираться на их экономический эффект.

5. Заключение

Предложены различные способы использования метана угольных пластов, такие как использование полученного метана на собственные нужды, на выработку электроэнергии, на подачу в газопровод и переработку газа в качестве СПГ. Одним из наиболее простых способов использования метана является его употребление на собственные нужды шахты. Метан угольных пластов может быть использован на генерацию электроэнергии для шахты, теплоэнергии для бытовых нужд на месторождении. При этом снижаются затраты на электроэнергию, увеличивается экономическая эффективность работ. Следующим способом использования метана угольных пластов является выработка электроэнергии. Использование метана в качестве электроэнергии обеспечит ближайшие населенные пункты энергии, а также примыкающие угольные разрезы. Данный вид использования снизит зависимость от внешних источников подачи электроэнергии.

Еще один вариант использования метана является подача в газопровод для газификации ближайших районов угледобывающего региона. Самым перспективным способом использования метана угольных пластов является СПГ. СПГ обладает эффективной системой хранения, транспортировки на большие расстояния. Метан угольных пластов в качестве СПГ может быть использован в качестве дизельного топлива для заправки горной техники. Данный вариант также обладает наибольшей экономической эффективностью по сравнению с другими вариантами реализации метана угольных пластов. Также данный вариант показал свою устойчивую эффективность при проведении анализа чувствительности и анализа сценариев.

The additional file for this article can be found as follows: