Yugra natural capital: modern challenges and opportunities in the renewable energy development, utilization of water resources and decarbonization

Введение

В 80-х годах прошлого столетия датский ученый Бент Серенсен утверждал, что для выживания человечество должно взять за основу сочетание различных типов возобновляемых источников энергии (далее – ВИЭ). В отличие от ископаемого топлива возможно постоянное восстановление ВИЭ. Международное энергетическое агентство (МЭА) определяет возобновляемую энергию как энергию, возникающую на основе естественных процессов, которые восполняются быстрее [26].

То есть поиски новых источников энергии следует рассматривать как инструмент декарбонизации во всех отраслях народного хозяйства.

Эксперты Р.К. Лестер и Д.М. Харт подчеркивают, что современная, преимущественно углеводородная электроэнергетика – «в высокой степени оптимизированная система, которая принадлежит сформировавшимся и укрепившимся в течение ста лет финансово состоятельным и политически влиятельным компаниям и управляется ими» [25] (Lester, Hart, 2012).

Работа над технологиями декарбонизации российского производства – приоритетная государственная задача, решение которой возможно только в эффективной кооперации органов власти, научного сообщества и представителей бизнеса.

Среди отечественных исследователей, занимающихся проблемами российского топливно-энергетического комплекса, должно выделить работы Рыжкова Н.И. [19] (Ryzhkov, 2018) и Симонова Н.С. [20] (Simonov, 2018).

Обращают на себя внимание разработки и научные исследования российских экономистов по теории воспроизводства и экономической политике государства, таких так Войков М.И. [3] (Voeykov, 2018), Маевский В.И. [11] (Maevskiy, Malkov, 2014) и Бодрунов С.Д. [7] (Bodrunov, 2021).

Целью данного исследования является анализ текущего состояния декарбонизации экономики региона, выявление проблем и разработка новых подходов.

На основании полученных данных нами проведен анализ существующего состояния возобновляемой энергетики, а также системы водоснабжения с описанием технологий очистки воды и реверберацией основных проблем, не позволяющих обеспечить качество воды необходимого уровня в ХМАО – Югре в соответствии с установленными требованиями.

Научная новизна заключается в создании оригинального авторского комплекса мероприятий перехода к декарбонизации экономики региона.

Исследование

Автономный округ – один из самых динамично развивающихся регионов страны, обладающий огромным и разнообразным природно-ресурсным потенциалом. Экологическая ситуация формируется под влиянием фактора воздействия народного хозяйства на окружающую среду, и большую часть вреда наносит нефтегазодобывающий комплекс, являющийся основой экономики автономного округа.

За время своего существования нефтегазодобывающий комплекс нанес колоссальный ущерб окружающей среде: в окружающую среду сброшены десятки миллионов тонн нефти; отчуждены и нарушены сотни гектаров земель; сожжено на факелах сотни миллиардов кубометров попутного нефтяного газа; потеряли свое хозяйственное значение многие охотничьи угодья, оленьи пастбища, реки, озера; в несколько раз сократился уровень рыбы [2].

В ходе развития автономный округ пережил несколько энергетических переходов: от каменного угля к нефти, а сейчас – стремительное потребление природного газа. Если ранее при энергопереходах руководствовались удобством и конкурентоспособностью затрат, то в настоящее время актуальными становятся экологические аспекты выбора энергоносителей.

Электроэнергетика – базовая отрасль экономики, обеспечивающая потребности экономики и населения в электрической и тепловой энергии, во многом определяющая устойчивое развитие всех отраслей автономного округа. Эффективное использование потенциала электроэнергетической отрасли, установление параметров и приоритетов ее развития создают необходимые предпосылки для роста экономики и, соответственно, повышения качества уровня жизни населения.

Почти все электростанции в автономном округе строились по проектам, разработанным еще в советское время. Это и определило использование вида производства электрической энергии – паросиловой цикл на тепловых электростанциях. Основным топливом четырех крупнейших электростанций оптового рынка энергии и мощности, расположенных на территории ХМАО – Югры (Нижневартовская ГРЭС, Сургутские ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Няганская ГРЭС), является попутный газ: нефтяной либо природный. Вместе с тем осуществляется эксплуатация Приобской ГТЭС и Южно-Приобской ГТЭС, двух крупнейших потребительских электростанций, на местном попутном нефтяном газе.

При этом Няганская ГРЭС, работающая севернее 62 градусов северной широты, является крупнейшей в мире парогазовой электростанцией (мощность – 1361 МВт, в том числе тепловая – 69,4 МВт). Стоит отметить, что модернизация турбин на станции, проведенная во втором десятилетии XXI века, позволила сократить потребление топлива на 20 млн м³ газа в год и сократить валовый объем выброса СО₂ на 15674 тонны (на каждый энергоблок) [12].

В соответствии с принятой государственной программой автономного округа «Воспроизводство и использование природных ресурсов» уровень использования попутного газа увеличится (далее – ПНГ) к 2025 году до 96% (в настоящее время – 95,1%) [13].

Вместе с тем в ХМАО – Югре особое внимание уделяется развитию «малой» энергетики – использованию ПНГ на месторождениях, промысловой генерации электроэнергии. Выхлопной газ можно использовать в системах теплоснабжения объектов месторождения или опять-таки закачивать в пласт для повышения нефтеотдачи.

Показатели энергоемкости и энергопотребления представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные показатели энергоемкости и энергопотребления в автономном округе

Снижение энергоемкости валового регионального продукта автономного округа за период 2016–2020 гг. обусловлено увеличением стоимостного выражения валового регионального продукта с 3,068 трлн руб. до 4,007 трлн руб. при одновременном снижении потребления энергетических ресурсов за тот же период.

В разрезе видов топлива в потреблении природного газа сложилась наибольшая экономия. В структуре потребления первичной энергии его доминирующая доля составляет более 90%. Главными потребителями энергии являются электростанции, которые работают на природном газе.

В 2018 году в деревне Никулкина Кондинского района состоялось открытие первой в ХМАО – Югре солнечной электростанции мощностью 15 кВт.ч, а уже в 2019 году в сельском поселении Шугур того же района запущена вторая аналогичная электростанция [4, 5].

Запуск гибридной (дизель-солнце) электростанции в сельском поселении Няксимволь Березовского района состоялся в апреле 2019 года [6].

На территории автономного округа потенциал по вводу ветрогенерирующих установок оценивается величиной 0,2–0,4 МВт/м². Ввод ветрогенерирующих установок в территориально удаленных от ЕЭС районах для обеспечения нефтяных, газовых месторождений и удаленных поселений без подключения этих установок к сети ЕЭС является наиболее перспективным. При этом резервным источником энергии во время штиля будет являться работающая маневренная дизельная установка.

Ввод ветрогенерирующих установок будет способствовать снижению себестоимости электроэнергии в этих муниципальных образованиях, что позволит снизить их зависимость от дизельного топлива.

Впервые в 2014 году Правительство Российской Федерации приняло государственную программу «Охрана окружающей среды» [18]. В развитие данной программы в 2018 году постановлением Правительства ХМАО – Югры № 352-п утверждена государственная программа «Экологическая безопасность» [13].

Целью государственной программы автономного округа является сохранение благоприятной окружающей среды и биологического разнообразия в интересах настоящего и будущего поколений. Для достижения этой цели были поставлены ряд задач, в числе которых снижение уровня негативного воздействия отходов производства и потребления на окружающую среду (объем финансирования – 43 611 365,6 тыс. руб., в т.ч. из бюджета округа – 2 508 570,7 тыс. руб.) [13].

После вступления в действие Указа Президента от 21.06.2020 № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года» [22] в окружную программу внесены соответствующие изменения (табл. 2):

– в целом по программе изменились в сторону увеличения параметры финансирования: рост составил 1 660 059,7 тыс. руб., при этом общий объем составляет 140 152 291,9 тыс. руб.; увеличение произошло в основном за счет средств бюджета автономного округа;

– большая часть программы осуществляется за счет прочих источников финансирования, к коим относятся внебюджетные средства;

– бюджетные ассигнования на реализацию подпрограммы «Регулирование окружающей среды…» сократились за счет уменьшения финансирования из бюджетов и прочих источников. Следует отметить, что данной подпрограммой запланированы мероприятия по строительству объектов по утилизации попутного нефтяного газа общим объемом 72 960 153,0 тыс. руб. за счет внебюджетных источников;

– за счет средств ХМАО – Югры увеличились денежные средства на реализацию подпрограммы «Сохранение биологического разнообразия…» на 21092,4 тыс. руб.»;

– финансирование подпрограммы «Развитие системы обращения с отходами производства и потребления…» увеличилось за счет средств бюджета автономного округа с 781 947 тыс. руб. до 1 726 623,7 тыс. руб.; местных бюджетов – на 79 819,4 тыс. руб.;

– на реализацию подпрограммы «Развитие водохозяйственного комплекса…» денежных средств выделено больше как за счет бюджета ХМАО – Югры (на 3818,9 тыс. руб.), так и местных бюджетов (на 460,4 тыс. руб.).

Таблица 2

Анализ изменений финансирования по программе «Экологическая безопасность»,

в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре, тыс. руб.

Источник: составлено авторами по [13].

В рамках программы предусмотрены инвестиции в собственность предприятий – природопользователей автономного округа и муниципалитетов (табл. 3).

Таблица 3

Инвестиции в объекты природопользования, тыс. руб.

Общий объем инвестиций за последние 5 лет составил 70 733 941 тыс. руб., темп роста с 2016 года составляет 47,5%.

Утилизация ПНГ осуществляется крупными электростанциями автономного округа – Сургутскими ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Нижневартовской и Няганской ГРЭС. Кроме этого, в автономном округе функционируют электростанции промышленных предприятий, работающих на попутном газе.

Таблица 5

Инвестиции в основной капитал природоохранных мероприятий

Анализ таблицы 4 позволяет сделать следующие выводы:

– инвестиции в основной капитал, направленные на охрану окружающей среды, в целом по России и по Уральскому федеральному округу (далее – УрФО) в частности имеют тенденцию к росту (140,3% и 135,8% соответственно). Однако в автономном округе наблюдается обратная тенденция: в 2020 году темп роста относительно 2016 года составил 46,6%;

– наибольшую долю в структуре инвестиций занимают вложения в охрану и рациональное использование водных ресурсов (в среднем около 40% по России, 20% – по УрФО, чуть более 10% – по ХМАО – Югре);

– вложения в охрану и рациональное использование природы имеют нестабильную динамику как в целом по России, так и по исследуемым регионам. Аналогичную динамику показывают инвестиции в охрану окружающей среды и атмосферного воздуха.

К ключевым внешним факторам, влияющим на развитие и изменение потенциала энергетики в автономном округе, следует отнести: изменение климатических условий, в том числе повышение средней годовой температуры; удорожание строительства энергообъектов (дороже, чем в Центральной части России, на 40–50%), которое влияет на развитие энергетической инфраструктуры; естественное старение энергетического оборудования; объемы потребления энергии. Согласно отчету губернатора автономного округа о результатах деятельности за 2021 год, ХМАО – Югра занимает по производству электроэнергии первое место в стране – произведено 77,4 млрд кВт.ч. При этом доля в общероссийском объеме составляет 7,7% [17].

Вместе с тем основными видами отрицательного воздействия ГРЭС на окружающую среду являются: загрязнение атмосферного воздуха, тепловое загрязнение водных объектов, гибель попадающей в водозаборные сооружения рыбы и шумовое загрязнение от работающих агрегатов [24].

Специалистами отмечается не менее напряженная экологическая обстановка в общем водном бассейне автономного округа. Первое место среди рек России по своей длине и площади водосбора занимает река Обь (вместе с р. Иртыш), третье место (после рек Лены и Енисея) – по показателям водности. Вся площадь Обь-Иртышского бассейна составляет 2975 тыс. км² вместе с бессточной территорией.

Доступ к питьевой воде имеет все население автономного округа.

Предприятия жилищно-коммунального комплекса (далее – ЖКХ) в результате своей деятельности оказывают значительное негативное влияние на окружающую среду:

– сброс в водные объекты неочищенных или недостаточно очищенных бытовых и промышленных сточных вод, а также поверхностный сток с территорий;

– изъятие большого количества природных вод (поверхностных и подземных) для целей хозяйственного, питьевого и промышленного водоснабжения;

– выбросы в атмосферу от котельных централизованных систем теплоснабжения;

– размещение на свалок (организованных и неорганизованных) ТБО и ТПО;

– урбанизация природных территорий.

Состояние большинства водных объектов не отвечает требованиям госстандарта на ис­точники водоснабжения населения.

Источниками водоснабжения юридических и физических лиц являются как поверхностные, так и подзем­ные воды. Почти все поверхностные источники водоснабжения в настоящее время подвергаются значительному воздействию вредных антропогенных факторов. Подземные воды подвергаются загрязнению в основном нефтепродуктами, тяжелыми металлами, пестицидами.

На результативность водоочистки отрицательно влияют: дефицит реагентов, гидравлическая пе­регрузка, незначительный уровень оснащенности приборами контроля и автоматики. Качество подаваемой воды ухудшается подверженностью водопровод­ной сети коррозии.

Эксплуатируе­мые очистные сооружения перегружены, не соответствуют современным требованиям оснащения. Следствием является сброс в водоемы неочищенных сточных вод.

Большое количество загрязняющих веществ промышленного происхождения содержат сточные воды, которые не по­зволяют использовать их осадок в качестве удобрений.

Природной гидрохимической особенностью, свойственной подземным водам автономного округа, является превышение установленных норм питьевого стандарта в основном по показателям мутности, цветности, окисляемости, аммония, кремния, общего железа и марганца.

Питание водного бассейна в автономном округе осуществляется в основном в весенне-летний период за счет инфильтрации атмосферных осадков и перетока вод из вышележащих горизонтов. Разгрузка – путем восходящей фильтрации в долинах рек Оби, Иртыша и их притоков. По химическому составу подземные воды гидрогеологического комплекса гидрокарбонатные, магниевые, реже натриевые, ультрапресные и пресные (с общей минерализацией от 0,1 до 0,6 г/дм³⁾, нейтральные (величина водородного показателя 6,5–8,0), с повышенным содержанием железа общего (0,3–0,95 мг/дм³), аммония (1,5–2 мг/дм³), цветности (80°) [1].

Высокими фильтрационными свойствами водовмещающих отложений, высокой водообильностью, надежной защищенностью от поверхностного загрязнения отличается гидрогеологический комплекс на большей части территории автономного округа. Общая мощность водоносного комплекса достигает 220 м, эффективная мощность – 150 м. Ресурсы подземных вод автономного округа по прогнозам составляют 94 657 тыс. м³/сут. (66,39% общего объема прогнозных ресурсов подземных вод УрФО и 10,88% – России).

В связи с чем проблема декарбонизации воды как процесс удаления из нее свободного диоксида углерода с целью предотвращения возникновения углекислотной коррозии систем водоснабжения и рабочего оборудования становится не только экологической, но и во многом экономической. Следует сказать, что процесс декарбонизации является одним из самых сложных в проведении общей водоподготовки в теплоэнергетике, поскольку уровень диоксида углерода, во много раз превышающий установленные нормы, образовывается в системах для умягчения воды с подкислением или Н-катионированием, а также при обезжелезивании воды, поступающей из артезианских скважин.

Поверхностные воды автономного округа испытывают мощную антропогенную нагрузку, связанную с активным развитием в последние десятилетия инфраструктуры городов и крупнейшего в России нефтегазодобывающего комплекса.

При бурении скважин поступление засоленных пластовых вод в почву приводит к увеличению минерализации. Особенно ярко процесс засоления проявляется в пределах Самотлорского и Ватинского месторождений, территория которых относится к бассейну реки Ватинский Еган и отличается повышенным содержанием хлоридов, значительно превышающим средний по региону уровень.

В составе автономного округа 193 населенных пункта (в т.ч. 13 городских округов и 107 населенных пунктов с централизованным водоснабжением, 73 населенных пункта без централизованного водоснабжения, из них в 36 численность населения менее 100 человек). Подземные водозаборы являются в основном источниками питьевого водоснабжения в автономном округе (116 из 121 водозабора).

Выявленный комплекс показателей, превышающих нормы СанПиН 2.1.4.1074–01, определяет подземной воде статус некондиционной, т.е. для доведения качества подземных вод до требований, предъявляемых к воде питьевого качества, необходимо применение различных методов и технологий водоподготовки либо поиск альтернативных источников водоснабжения.

Поверхностные источники используются на территории городов Нижневартовск (р. Вах), Нефтеюганск (р. Юганская Обь) и в отдельных поселениях Белоярского (р. Казым), Советского (р. Акрышъеган), Березовского районов (р. Толья).

Имеющиеся данные по поверхностным водным объектам свидетельствуют о превышении установленных норм питьевого стандарта Минприроды России в основном по показателям железа, марганца и органических веществ, что также указывает на необходимость применения дополнительной водоподготовки. Вместе с тем параметры превышения в значительной степени ниже, чем в воде подземных источников [1].

Согласно данным Отчета о региональной составляющей федерального проекта «Чистая вода», на территории автономного округа за 2020 год:

– доля населения, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения на начало реализации программы, составила 71,66% (понижение с уровня 85,9%);

– доля городского населения, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения, составляет 74,67% при базовом показателе 87,3%.

Одной из причин некачественной питьевой воды является износ оборудования станций. Так, водоочистные сооружения (далее – ВОС) в пгт. Пойковский Нефтеюганского района были введены в эксплуатацию в 1992 году, в пгт. Федоровский Сургутского района – в 1989 году.

Для достижения целевых показателей до 2024 года необходимо реализовать следующие мероприятия (табл. 6).

Таблица 6

Плановые мероприятия по реконструкции водозаборов

Технология водоподготовки на ВОС с подземным типом водозабора представляет собой многоступенчатый процесс с определенными этапами:

– очистка исходной воды от песка и твердых взвешенных частиц на гидроциклонах;

– после грубой очистки исходная вода поступает на фильтры первой ступени, загруженные дробленной горелой породой марки «Розовый песок», с фракционным составом 0,8–2,0 мм, толщиной фильтрующей загрузки от 1м, где происходит обработка озоно-воздушной смесью и фильтрование. Следует отметить, что данная смесь в автономном округе не производится и доставляется из других регионов России;

– вода поступает в аэратор/дегазатор, где происходит отделение содержащихся в воде растворенных газов и одновременно насыщение воды кислородом воздуха посредством вакуумно-эжекционных установок. При этом утилизация выделившихся газов (сероводород, метан и прочие) не осуществляется;

– направляется на фильтры второй ступени, загруженные активированным углем из скорлупы кокосового ореха марки КАУСОРБ-212 с фракционным составом от 0,8 до 2,0 мм. Так же как и «Розовый песок», активированный уголь данной марки в автономном округе не производится;

– перед подачей готового продукта потребителю осуществляется обеззараживание воды при помощи установки УФ-облучения [1].

Срок эксплуатации фильтров составляет 7 лет. После чего они утилизируются и применяются в качестве удобрения.

В соответствии со статистическими данными на охрану окружающей среды в Российской Федерации тратятся колоссальные средства (табл. 7).

Таблица 7

Расходы на охрану окружающей среды, млн руб.

Анализ таблицы 7 позволяет сделать следующие выводы о том, что расходы Федерации в 2020 году относительно 2016 года увеличились почти в 3 раза (с 306534 млн руб. в 2016 году до 871993 млн руб. в 2020 году). В структуре расходов наибольшая доля приходится на сбор и очистку сточных вод. При этом данный показатель в абсолютном выражении увеличивается, а в относительном – сокращается (с 50,3% в 2016 году до 29,5% в 2020 году). Акцент смещается в сторону расходов на сохранение биологического разнообразия.

Аналогичная тенденция наблюдается как в УрФО в целом, так и в ХМАО – Югре в частности. Вместе с тем в структуре расходов государства доля автономного округа в 2020 году по сравнению с 2016 годом сократилась вдвое; в структуре УрФО – осталась на прежнем уровне.

Заключение

Одним из перспективных путей решения сложившейся проблемы в рамках исследований способов предотвращения негативного влияния на окружающую среду является применение альтернативных источников энергии. Сегодня особое внимание следует уделить использованию природной энергии и возобновляемым ресурсам, поскольку альтернативные источники энергии обладают многими преимуществами, такими как отсутствие вредных выбросов и неиссякаемость. Вместе с тем во многом их эффективность зависит от особенностей климата.

Для смены сложившегося в предыдущие десятилетия экстенсивного типа развития экономики и перехода к экологически безопасному устойчивому хозяйствованию неотложной в экологизации энергетической, нефтегазодобывающей и других отраслей промышленности является последовательная реализация технологических, управленческих и экономических решений, позволяющих, прежде всего, через научное обоснование регулировать техногенное воздействие на природную среду, включая водный бассейн.

Поскольку потенциал автономного округа как северной территории России в основном зависит от первичных и вторичных энергетических ресурсов, позволим себе предложить авторский план по решению поставленных задач, который может быть заложен в основу для более эффективного проведения комплекса мероприятий перехода к декарбонизации экономики страны и автономного округа, в частности:

1. Проведение параллельных научных исследований в экономическом и технологическом направлениях.

2. Разработка нормативно-правовых актов и стратегий по декарбонизации экономики региона. Разработка и внедрение экономического стимулирования, к которым можно отнести косвенное налоговое стимулирование, льготное кредитование, грантовая поддержка при применении высоких технологий.

3. Подготовка современных кадров, отвечающих запросам цифровой экономики по инженерным, нефтегазовым, экономическим и экологическим профилям и соответствующим направлениям.

4. Создание нормативно-правовой базы внутреннего регулирования и установка цены на СО₂, стандарты применения и хранения водородного топлива, эксплуатации водородной инфраструктуры.

5. Ввиду того, что переход на новые технологии является материалоемким и требует значительного объема инвестиций в рамках национальных проектов и стратегий субъектов РФ, разработка (корректировка) портфеля программ с привлечением всех заинтересованных пользователей, в том числе представителей общественности и частных инвесторов.