// Южная Якутия – новый этап индустриального развития: Материалы международной научно-практической конференции. – Нерюнгри: Изд-во Технического института, 2007. – В 2-х томах. – Т. 1. – С. 38–45.

 

 

О рыночной стратегии развития энергетики и металлургии Республики Саха до 2050 г.

Б.И. Кудрин, доктор технических наук

 

Первое место Саха-Якутии среди регионов России по природно-реcурсному потенциалу, достигнутый и ожидаемый объем инвестиций, сложившийся кадровый и научный потенциал позволяют говорить о концепции рыночной электрификации Республики, обеспечивающей: а) энергетическую самодостаточность и устойчивый экспорт электроэнергии; б) развитие перерабатывающих производств, опирающихся на металлургию и специфику месторождений, и опережающе – сферы услуг; в) сохранение существующих поселений, разработку стратегии заселения новых территорий с развитием самобытных культур при электрификации мелких хозяйств в объеме, обеспечивающем товарное производство; г) диверсификацию сырьевой направленности экспорта; д) обеспечение комфортности жизни и труда (включая экологию).

Предлагаемая концепция мировоззренчески (теоретически) отличается от плана ГОЭЛРО (1920), когда из трёх возможных путей электрификации за основу была взята идеология – централизовать энергию всей страны: «Самой радикальной мерой было бы, несомненно, если бы государство взяло в свои руки не только производство электрической энергии, но и передачу ее даже мелким потребителям, иначе говоря, ввело бы производственную и торговую монополию» (П. Гуревич. Электричество. 1913. № 2–3. С. 34). Именно по этому пути шла страна до начала ректруктуризации электроэнергетики, когда вернулись к пути, считавшемуся лучшим еще в 1913 г. (с поправкой на атомную энергетику).

План ГОЭЛРО включал: опережающее развитие тяжелой промышленности; концентрированное сооружение промкомбинатов на базе энергоцентров; строительство городов на базе градообразующих предприятий; опережающее развитие электрификации при концентрации мощностей и централизации электроснабжения. Теоретически план основывался на классической науке того времени, когда считалось, что всё можно рассчитать и запланировать, получив однозначный ответ, определяемый начальными данными (позднее – на постклассических представлениях вероятностного описания мира, распределениях с математическим ожиданием и конечной дисперсией).

Я говорю о новых постклассических основаниях ценологического мировоззрения, о новой негауссовой математике Н-распределений, на которые следует опираться при принятии ключевых экономических и технических решений, при прогнозировании построения, функционирования и развития сообществ (ценоз – cénose) объектов любой природы. Для дальнейшего представляют интерес две ценологические модели: а) видовое гиперболическое Н-распределение

,                                                         (1)

где х Î [1, ∞)  – непрерывный аналог численности i = [x] = 1, 2, … элементов – штук – особей, каждая из которых классифицируется как вид (наименование, типоразмер, модель и пр.); W0 – теоретическое значение первой точки (ноевой касты); a > 0 – характеристический  показатель; и б) ранговое по параметру Н-распределение

,                                                           (2)

где r = 1, 2, … – ранг; для r = 1 первая точка W1 – объект (особь) с наибольшим значением параметра; 0,5 < b < 1,5 – характеристический показатель.

Видовое (1) и ранговое по параметру (2) распределения относятся к негауссовым, для которых теоретически отсутствуют математическое ожидание (неприменимо понятие среднего), а дисперсия бесконечна (ошибка при принятии решения в точке – сколь угодно велика). Применим изложенное к тренду Якутии по электропотреблению среди 72 регионов России в критическое 10-летие [1]. По Якутии с 1990 г. оно снизилось с 7,3 до 6,2 млрд кВтч (1999). Важно, что за 10 лет рейтинг повысился с r = 44 до r = 40 (хотя к 1993 г. и падал до r = 46). Тренд Якутии совпал с трендом Москвы (73,4 – 1990 г.; 61,9 млрд кВтч – 1999 г.). Это, а также увеличение рейтинга Якутии свидетельствует о более высоком уровне её управления. Вот сравнительная таблица изменения рейтинга за 1990–1999 гг.:

Иркутская область

с 3 на 2

Читинская область

с 43 до 53

Красноярский край

с 5 на 4

Саха-Якутия

с 44 на 40

Приморье

с 27 до 30

Амурская область

с 46 до 48

Хабаровский край

с 30 до 37

Магаданская область

с 62 до 64

 

Выполненный Н-анализ, называемый структурно-топологическим, позволяет говорить об устойчивости электроэнергетики в те годы (в отличие от черной металлургии [2]): характеристический показатель для неё находился в пределах, предсказанных теорией b = 0,93 – 0,98. Соотношение в ценозе – сообществе установленные турбины Минэнерго по (1) также оказалось в теоретических пределах: a = 0,63; W0 = 48,1% от общего количества 1828 штук-особей, оказавшихся 298 видов-типоразмеров (ценологическая теория определяет 40–60% как величину единичных видов – ноеву касту, охватывающую 5–10% общего числа штук-особей установленных турбин).

С изложенных позиций обратимся к созданию Южно-Якутского гидроэнергетического комплекса, одного из перспективных территориальных энергопромышленных комплексов на Востоке Российской Федерации. Безусловно, что речь идет именно о комплексном подходе, который, в общем случае, должен быть дополнен ценологической оценкой. Для Якутии решения по ГЭС и ГРЭС во многом завязаны решениями о строительстве электростанций на Алтае и в Сибири. Их все пока характеризует долгострой, уже составляющий 6–10 лет. Но если, скажем, окончание строительства Туруханской ГЭС счесть реальным к 2020 г. (установленная мощность 12, среднесуточная 7 ГВт, при среднегодовой многолетней выработке 50 ТВтч), то сооружение ГЭС Южно-Якутского узла окажется в части экспорта электроэнергии в Китай под вопросом из-за вдвое больших удельных капитальных вложений.

Следует учитывать и в определенной степени конкурирующие ГЭС: Шилкинскую (Чита) с ожидаемой среднемноголетней выработкой 3000 ГВтч; Нижнениманскую (Хабаровск) – 1800 ГВтч; три в Амурской области: Нижнее-Бурейскую (1600), Гриматухинскую (2000), Гилюйскую (1200). Именно на этом фоне следует рассматривать гидроресурсы бассейна Лены (Учур, Тимптон, Олекма) и планами на первом этапе строительства ГЭС мощностью 5000 МВт с ежегодной выработкой 23,5 млрд кВтч, на отдаленную перспективу - 8000 МВт к 2030 г. с выработкой 40 млрд кВтч.

Анализ хода индустриализации, осуществленной в стране  в 26–90-е годы прошлого века; рассмотрение сроков строительства и организации привлечения людских ресурсов; конечное соотношение: электрическая мощность градообразующего предприятия – объемы инвестиций по годам – число жителей города [2–5] говорят, что 8 ГВт и 40 ТВтч для Якутии могут служить ориентиром лишь на 2050 г. Сошлемся на Магнитогорский металлургический комбинат, строительство которого началось с 1929 г. [6], а проектирование – с 1926 г., и активно продолжалось (и продолжается),сделав его крупнейшим с производством в 1990 г. чугуна 11,3 млн т, проката 12,4 млн т. В результате 60-летнего строительства максимальная нагрузка не превзошла 850 МВт; электропотребление 5,5 ТВтч; жителей города – близко к 500 тыс. (см. сайт: kudrinbi.ru).

При рассмотрении только эффективности Южно-Якутского комплекса возникает вопрос о прогнозном потреблении, официально оцениваемом к 2030 г. величиной мощности 2000 МВт и электропотреблением 11 ТВтч. В то же время проектно полагают, что установленная мощность двух Учурских ГЭС и двух Тимптонских составит в сумме 5000 МВт при среднесуточной 2500 МВт, среднемноголетней 23,5 ТВтч, годовой продолжительности использования установленной мощности не менее 4700 тыс. Тогда эти планы уходят за 2030 г. Хотя водно-энергетические показатели достаточно благоприятны, обеспечивая половинную установленную мощность в зимний период (декабрь) в маловодных условиях, но следует иметь в виду важный фактор, что инвестиции в строительство Учуро-Тимптонских ГЭС требуют больших удельных капитальных вложений (в 2 раза по сравнению с КЭС на местном угле) с учетом сетевого строительства, необходимого, в том числе, и для экспорта электроэнергии в Китай (февральские события с отказом Китая брать энергию с Бурейской и Зейской ГЭС заставляют задуматься). Отметим, что проектное решение о строительстве ГЭС было принято в 1989 г., а сама реализация решения осуществляется 7-й год.

Большой объем требующихся инвестиций и необходимость принятия решения по плану (порядку) строительства на период до 2020 г. и отдаленную перспективу до 2050 г. в столь сложных условиях, при множестве возможных вариантов концентрации и интенсификации строительства, требуют дополнительно к приведенным исследованиям выполнения ценологической оценки.

Существо ее предполагает: 1) использование (2) для ранжирования по величине установленных и среднесуточных мощностей; среднегодовой выработке всех электростанций, намечаемых к строительству; удельным капитальным вложениям и пр. (вариантно включая действующие) от Алтая, Кузбасса, Красноярска до Магадана и Приморья; 2) анализ по (1) установленных и намечаемых к установке (модернизации) турбин (и другого ключевого оборудования) по основным параметрам, т. е. уточнение классификации по видам для увеличения унификации при изготовлении и поставке с одновременным сохранением (увеличением) разнообразия по экономико-ценологическим критериям. Применительно к Якутии такой анализ, как того и требует ценологическая теория, предполагает выделение Республики в целом, поскольку она по энергетическим, добычным, промышленным параметрам образует технический ценоз. Последующее выделение Южной Якутии по энергетике спорно, так как не очевидно, что ценоз сформировался (предприятия еще, может быть, не «притёрлись» друг к другу).

Применение ценологической математики позволяет: 1) объективно, имея в виду энтропийные ограничения закона информационного отбора [2, 5, 7], с одной стороны, наиболее эффективно распределить возможные выделяемые ресурсы, с другой – оценить ожидаемые результаты по каждой точке Н-кривой (по каждому объекту-особи); 2) выявить аномальные точки по гиперболе [8] для последующего принятия эффективного решения; 3) провести структурно-топологический Н-анализ годового (месячного) относительного изменения параметра [9] при заданности общего ресурса.

Предлагаемый подход концептуально не нов. Распределение Парето, сформулированное в 1897 г. применительно к доходам граждан одной страны, по результатам 2006 г. в децильном представлении обсуждается Правительством России, констатируется его искажение, предлагается ряд мер по борьбе с бедностью. Ранее Президент Российской Федерации с цифрами в руках указал на нарушение соотношения 10:1 в доходах по стране. Очевидно, что за 100 лет математические модели описания ценозов изменились [10], а область их применения охватила все виды деятельности и все реальности (физическую, биологическую, техническую, информационную, социальную).

Решая проблему «электрификации всей страны», подчеркнём, что ГОЭЛРО и весь ход дальнейшего развития электроэнергетики лишь провозглашали такую необходимость, но ни экономически, ни технически её даже не рассматривая. Политически же решения о ликвидации кулачества как класса в 30-е годы, неперспективных деревень в 60-е (и после) уничтожили свыше 1 млн мелких и средних электростанций (прежде всего на возобновляемых источниках энергии).

Электрификация всех поселений Якутии должна опираться на ценологический Н-анализ и соответствовать ценологическим ограничениям, предполагая обязательность политического решения. По оценке, сейчас 60% территории и 30% населения Республики остаются вне зон централизованного электроснабжения, темпы нового строительства ЛЭП 6(10) и 0,4 кВт не растут, а реконструкция старых не увязана с амортизацией. Дизельные электростанции обслуживают 2/3 территории Якутии (более 2 млн кв. км) с населением свыше 180 тыс. человек. Доля их выработки составляет 6,4% республиканского производства электроэнергии, а затраты на ее производство и распределение – 32,8%.

Сама проблема не нова. В самом начале XX века Австро-Венгрия озаботилась электрификацией своих провинций (Богемия, Моравия, Силезия, Галиция, Буковина) и оценила, что надо сделать по каждой. Приведем (не полностью: не включены потерявшие практическую ценность различные расчетные коэффициенты, удельные и общие стоимости) данные по двум провинциям [11]:

 

Площадь,
кв.км

Число жителей, чел.

Число населенных пунктов, шт

Общая
длина ЛЭП, м

Моравия

22315

2662884

3245

914754

Прикарпатская Русь

12656

606598

482

2655110

 

Подобная работа, модельно использующая (1) и (2), может быть выполнена научно-экономическими кадрами Якутии, которым известна ценологическая постановка (со стороны моей научной школы необходимые консультационные услуги будут оказаны). Для каждого поселения должны быть указаны: расчетная мощность и объемы электропотребления, источник питания, количество и параметры существующих (проектируемых) генерирующих установок, сведения по электрическим сетям. Цель – рассмотреть: 1) экономическую целесообразность подключения потребителя (население, предприятие) к централизованной электрической сети; необходимую и достаточную экономически приемлемую длину ЛЭП (с включением эксплуатационных); 2) все возможные возобновляемые источники энергии (с привязкой каждого к конкретному потребителю) с учетом мировых тенденций по использованию вторичных ресурсов и снижению их стоимости (кВт и кВтч). Речь идет о направленной замене углеводородов вплоть до установки уже изготавливаемых мини-АТЭЦ (необходимо использовать и круглогодовую «солнечность» Якутии).

Именно выстраивание Н-кривой, начиная с единичных (ноевых) крупных ГРЭС и ГЭС и кончая саранчевыми хвостами генерирующих мощностей 5–10–20–50–1000 кВт, сделает Республику Саха-Якутия самодостаточной по энергообеспечению, сформирует стратегию электрификации и развития промышленности до 2050 г., тем самым сделав существенный вклад в энергетическую безопасность России [7, 12]. Но всё это требует политического решения о принятии региональной концепции общей электрификации.

Применим ценологический подход к одному из потребителей, существенно определяющих будущее Южной Якутии. Речь идет о строительстве крупного металлургического завода (комбината), местом которого проектом Гипромеза определен г. Чульман (41 км к северу от Нерюнгри). Железные руды Анданской провинции (месторождения «Таежное» и «Десовское»), а также Тарыннахское и Гаринское; угли нерюнгринские, а затем и эльгинские обеспечивают надежную сырьевую базу развития черной металлургии. В районе уже есть ТЭЦ и линии ВЛ 110 и 220 кВ, достаточные для начала строительства. Существующая и продолжающаяся строительством железная дорога Сковородино–Тында–Нерюнгри–Алдан–Тиммот–Якутск (к сожалению, однопутка) обеспечит снабжение сырьем и вывоз готовой продукции.

Металлургический комбинат принят работающим по классической коксодоменной технологии и будет выпускать среднюю и тонкую горячекатаную полосу в рулонах, сортовой прокат, проволоку и товарную литую заготовку. Прокат и заготовки будут из углеродистых сталей обыкновенного качества, из углеродистых и легированных конструкционных сталей, а также из низколегированных сталей (в том числе в «северном исполнении»). Объем производства готового проката – 4,4 млн т/год, а товарной литой заготовки – 1,65 млн т/год. Состав комбината: две доменных печи полезным объемом 2х3200 м3; конвертерный цех с конвертерами емкостью 2х300 т с четырьмя машинами непрерывного литья заготовок слябовых и сортовых; прокатное производство (литейно-прокатный агрегат, мелкосортно-среднесортный и проволочный станы). Решение о строительстве с 2010 г. и составе комбината в целом правильно.

Проектная история строительства комбината началась вместе со строительством БАМ. В 70-е годы Сибгипромез (Новокузнецк) выполнил технико-экономический доклад, где рассмотрел четыре площадки и несколько вариантов по составу. Однако задание Предсовмина Н.А. Тихонова о строительстве трех мини-заводов, в том числе Дальневосточного (Комсомольск-на Амуре) с годовой производительностью 1 млн т стали/год сняло вопрос. В 80-е годы Гипромез (Москва) разработал ТЭО, обосновывающее необходимость строительства на Востоке крупного металлургического комбината на 10 млн т/год. В настоящее время отсутствуют вариантные проработки ООО «Гипромез» по рассматриваемому комбинату, а они, на мой взгляд, должны быть выполнены вместе с другими организациями, заинтересованными в решении вопроса.

Существуют нетехнологические препятствия строительству: а) высота 900–940 м – предел для нормативного исполнения электрооборудования; б) низкая температура: абсолютный максимум +40°С; абсолютный минимум – 60°С; средняя температура возможной пятидневки –56°С; в) вечная мерзлота при глубине промерзания 3,0–3,5 м. Если а) лишь повышает стоимость строительства; б) – затраты на металлоконструкции, теплоизоляцию и последующее отопление, то в) ставит вопросы: 1) о возможности такого строительства, если отсутствуют скальные основания и не будут найдены малосжимаемые грунты, деформация которых при оттаивании не превышает допустимых значений для столбчатых фундаментов и свайных оснований; 2) о проблемах эксплуатации, связанных с большими тепловыделениями, прежде всего в заглубленной части сооружений и в энергетических коммуникациях, и с неизбежным «проливом» воды.

Строительство собственно ТЭЦ с паровыми турбинами по 60 МВт; прогрессивные решения по коксовому цеху, заключающиеся в технологии NR/HR без улавливания химпродуктов (отказ от химического крыла), позволяют вырабатывать до 1600 ГВтч/год; сооружение ГУБТ 2х12 МВт за доменными печами; сооружение электровоздушной станции с приводами 20 МВт – всё это вместе требует от энергосистемы 600 ГВтч при годовой потребности завода около 4 млрд кВтч.

Решение о коксодоменном производстве как основе технологического процесса следует рассмотреть во времени. Начало строительства в 2010 г. уже не может быть принято за исходную точку начала прогноза. Отсутствуют согласование, утверждение и само ТЭО. А есть еще рабочая документация, организация строймонтажа, заказ и поставка оборудования (вопрос об источнике инвестиций здесь не рассматривается). Тогда первую очередь следует ожидать к 2012–2015 гг., а окончание первой очереди строительства – к 2030 г. (решение С. Орджоникидзе 1932 г. о строительстве Запсиба начало реализовываться через 25 лет, а строительство I очереди было закончено ещё через 20 (1976), хотя стройка, подкрепленная решениями двух съездов КПСС, шла активно, без остановок). В результате к 2050 г. в Якутии будет сравнительно новый завод с устаревшей технологией. Поэтому следует рассмотреть иные технологии (часть которых будут ограничены высоким, до 2% содержанием серы в Таежном, в частности, месторождении).

Комбинат ориентирован на два вида готовой продукции, опирающихся на слябовую и сортовую заготовку. Диверсификация в общем случае – хорошо (как и увеличение по (1) выпускаемого марочника и сортамента). Но здесь следует иметь в виду мировой опыт, характерный для любых фирм: всегда происходит отказ от диверсификации в случае инвестиционных ограничениях, финансовой неустойчивости самой фирмы или экономических проблем в стране. Не правильнее ли для Якутии проработать вариант: или лист, или сорт (обойдется дешевле), увязав с сортаментом действующих Петровск-Забайкальска и «Амурстали».

Изложенное позволяет поставить обобщенный вопрос, адресуемый инвесторам, – каково место намечаемого металлургического комбината в ценозе «все металлургические предприятия России» (СНГ) в соответствии с (2) по объемам выпускаемой продукции и расходам материальных и энергетических ресурсов (см. сайт kudrinbi.ru); по принятому типоразмеру доменных печей [2]; по типоразмерам прокатных станов (1) и др. Одновременно должно быть определено место завода в ценозе «Китай, Япония, Казахстан, уральские и сибирские заводы». Именно здесь может выявиться отторжение рассматриваемого комбината внешним металлургическим окружением в стране и азийским металлургическим рынком.

Разнообразие полезных ископаемых, в том числе редких и драгоценных, сохранившаяся первозданность природных условий актуализируют самую широкую вариофикацию и диверсификацию. Это относится как к выпуску массовых изделий и материалов, так и к изготовлению уникального, штучного; к творческому созданию единичных предметов самобытных культур; к рассмотрению сферы услуг, включая экстремальный туризм. В начале 90-х годов в черной металлургии выполнялись работы, включающие Н-оценку сортамента и размера партии; объемов основных видов продукции по генеральной совокупности; общих и удельных расходов ресурсов; по отдельным заводам – Н-распределение выбросов по объему и вредности. Работа подтвердила применимость ценологической теории и позволила сделать ряд практических выводов. В частности, было показано, что борьба с 10% наиболее опасных выбросов в воздушный и сбросов в водный бассейны обеспечивают 40% экономического эффекта.

Наконец, несколько слов о ключевой проблеме, решение по которой не очевидно. Речь идет о создании комфортных условий жизни и труда, отдыха, образования, медицинского и пенсионного обеспечения, которые соответствовали бы, скажем, европейским стандартам (при соблюдении в Южно-Якутском регионе распределения по (2) Парето) и тем самым закрепляли бы кадры. Должна быть полной электрификация всех видов деятельности (по типу «умный дом»), которая увязана с энергосбережением и решает его за счёт интеллектуализации контроля и управления. Применительно к металлургическому комбинату речь идет о 10 тыс. трудящихся (10% – ИТР) и определенном количестве строителей, монтажников, наладчиков. Следовательно, о городе в 30–50 тыс. человек. Каким образом мыслится организация создания такого города?

Что касается самой численности, то руководители крупных металлургических заводов России поставили задачу довести численность персонала из расчета 1000 чел./млн т. стали (сейчас у нас это больше чем в 2 раза). Уже массово осуществляется отказ от традиционной структуры управления, реализуется программа вывода с завода механиков, энергетиков, вспомогательного и обслуживающего персонала с созданием множества юридически самостоятельных фирм. По объемам работ и численности выстраивается, по существу, Н-распределение, следовательно, возможно математически оценить правильность каждого из принимаемых решений.

 

Литература

1. Электроэффективность: ежегодный рейтинг российских регионов по электропотреблению за 1990–1999 гг. // Электрика. 2001. № 6. С. 3–12.

2. Авдеев В.А., Друян В.М., Кудрин Б.И. Основы проектирования металлургических заводов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. – 464 с.

3. Экономика социалистической промышленности. М.-Л.: Соцэкгиз, 1931. – 556 с.

4. Энергетика СССР в 1981–1985 годах / Под ред. А.М. Некрасова, А.А. Троицкого. М.: Энергоиздат, 1981. – 352 с.

5. Кудрин Б.И. О государственном плане рыночной электрификации России. М.: Изд-во Ин-та народнохозяйственного прогнозирования РАН, 2005. – 205 с.

6. Урало-Кузнецкий комбинат. М.-Л.: Соцэкгиз, 1931. – 206 с.

7. Кудрин Б.И. О плане электрификации России // Экономические стратегии. 2006. № 3. С. 30–35.

8. Гнатюк В.И. Законы оптимального построения техноценозов. М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 2005. – 384 с. (Ценологические исследования. Выпуск 29).

9. Фуфаев В.В. Общеценологический метод структурно-топологического анализа самоорганизующихся систем // Общая и прикладная ценология. 2007. № 3. С. 23–31.

10. Кудрин Б.И. Мои семь отличий от Ципфа // Общая и прикладная ценология. 2007. № 4. С. 25–33.

11. Архив школы Кудрина Б.И. Тетрадь Г-0806 (216).

12. Кудрин Б.И. Об энергетической безопасности России // Электрика. 2007. № 2. С. 6–12.