Эстонская сланцевая энергетика: от революции к контрреволюции⁠

Эстония - уникальная энергетическая держава. Она единственная страна в мире, где основным источником энергии является горючий сланец. Произошло это не от лучшей жизни. Угля здесь нет, нефти нет, газа нет, потенциала в гидроэнергетике нет, потому что на всех более-менее крупных реках ГЭС уже установлены. И есть только один вариант получения первичной энергии - огромные запасы горючего сланца.

Но прежде чем говорить об истории использования горючего сланца, надо поговорить о матчасти, так как многие не понимают, что такое сланец и сланцевая нефть, и чем она отличается от т. н. сланцевой нефти, которая позволила США вновь приступить к экспорту нефти.

Горючие сланцы - это полезные ископаемые, которые относятся к каустобиолитам

Под этим понимают богатые органикой продукты преобразования остатков растительных и животных организмов под действием геолого-геохимических факторов. Основное свойство каустобиолитов - горючесть.

Горючие сланцы состоят из минеральной части - кальцита, доломита, полевого шпата и так далее. А органическая часть называется керогеном и представляет собой смесь биополимеров. Именно они обладают горючестью. Процент керогена сильно варьируется, от 10 до 60% , и чем выше его содержание - тем большую энергетическую ценность он представляет.

Сланца на Земле очень много. Его можно измельчить, поместить в бескислородную среду, добавить бензол, катализатор и нагреть до 500-600 градусов, в результате чего получается очень похожий на кокс (угольный остаток), битум, нефть и природный газ. Т. е. получается настоящая сланцевая нефть, которую еще называют пиролизной или керогеновой.

Притом в природе есть уникальный механизм, который производит нефть сам, без нашего вмешательства. На глубинах в несколько километров горючий сланец, в процессе своего постепенного движения вниз, нагревается до температур около 150 С, при которых процессы, похожие на пиролиз керогена, начинаются уже в самой сланцевой породе. В этом случае, такая порода из сланцевого конгломерата превращается в нефтематеринскую породу, то есть из неё начинает год с годом, столетие за столетием, миллион за миллионом лет потихоньку выдавливать наверх нефть, газоконденсат и природный газ. В результате этого процесса, конечно, отнюдь не весь кероген породы превращается в нефть - а лишь только малая его часть. Но это не стоит человечеству ни копейки, ни секунды рабочей силы.

Нефть и газ всегда находится в породах-коллекторах. Они имеют пористую структуру, в порах, трещинах, кавернах и находится нефть. Именно по системе трещин и пор она передвигается при добыче. Емкость коллектора и главное, проницаемость, находится в прямой зависимости от размера пор. Если они относительно крупные, то она движется по пласту и поднимается наверх. Такая картина характерна для месторождений традиционной нефти и газа.

Керн нефтеносной породы

Другое дело, если поры очень мелкие. Емкость ее может быть велика. Но вот газ и нефть в ней очень сильно связаны с поверхностью пор капиллярными силами. Поэтому в обычных условиях она практически неподвижна. Точнее можно ее "выжать" из пласта, но для этого нужно создавать огромное давление, что просто невозможно сделать в скважине.

Если породы-ловушки традиционной нефти можно сравнить с губкой, то сланцевые породы можно сравнить с пропитанным водой кирпичом, в нашем случае – пропитанным нефтью. Плотность таких пород может быть в десять раз выше бетонной плиты. Из-за этого особенностью сланцев являются высокие пластовые давления. Поэтому единственный способ получения нефти из таких пластов - создание сети трещин, что приводит к увеличению зоны фильтрации, через которые ее можно извлечь.

При этом и ту, и другую нефть у нас принято называть сланцевой. В англоязычных странах с этим проще, у них есть два разных термина. Так под «Shale oil» понимается высоковязкая сланцевая смола, по свойствам близкая к тяжелым сортам нефти. Именно такая нефть получается при сухой перегонке (пиролизе) горючих сланцев.

«Tight oil» или "Light tight oil" - легкая нефть, содержащаяся в низкопроницаемых коллекторах. Именно ее добывают из скважин с США и других странах в результате развития технологий, приведших к "сланцевой революции"

Эстонии, в отличие от других прибалтийских стране повезло в этом плане. На ее территории находится бОльшая часть прибалтийского сланцевого бассейна, который расположен на площади в 5 с половиной тысяч квадратных километров, остальная часть расположена на территории Ленинградской, Новгородской и Псковской областей.

На территории прибалтийского бассейна имеется два вида сланцев

1. Граптолитовый аргиллит (диктионемовый сланец)

Он имеет темный цвет и относится к категории черных сланцев. Его количество поражает воображение - на территории эстонии запасы составляют порядка 60-70 миллиардов тонн. Сравните с 5,7 миллиардами тонн, которые имеются на территории России в районе города Сланцы.

Но при этом грапотолитовый арглиллит из-за низкого содержания керогена (не более 10-20%), высокого содержания серы практического применения он не нашел. Хотя в теории из него можно выделить 2,1 миллиарда тонн нефти. Кроме того, в них содержится 5,67 миллиона тонн урана, что делает их одним из основных потенциальных источников урана в Европе, 16,53 миллиона тонн цинка и 12,76 миллиона тонн молибдена. Но вот беда, экономически и экологически целесообразной технологии извлечения всего этого богатства еще не придумали. В СССР в Силламяэ 1945 году, на базе завода был создан Сланцевый обогатительный комбинат. В 1946 году, когда СССР работал над созданием ядерного оружия, на базе комбината был создан металлургический завод по переработке диктионемового сланца. Но выход обогащенной урановой руды был совсем невелик, поэтому после 1960 года завод перерабатывал урановый концентрат, который завозился на него из стран социалистического лагеря и СССР.

2. Кукерсит

Это светло-желтый камень, впервые промышленная его добыча началась в окрестностях поместья Кукрузе, что и дало название ископаемому. Его содержится гораздо меньше - запасы кукерситов в пределах Эстонии составляют 3800 млн. т, Ленингр. области – 1147 млн. т

Но вот энергетические характеристики его гораздо лучше - кукерситы содержат 20–60% керогена, 20–60% карбонатного материала и 15–50% обломочного материала. Именно наличие больших запасов кукерсита определило промышленное развитие Эстонии как в виде самостоятельного государства, так и в составе СССР.

Самая ранняя задокументированная информация о горючих сланцах в Эстонии, автором которой является публицист и лингвист остзейский немец Август Вильгельм Хупель, датируется 1777 годом.

Он написал, что «у маленькой эстонской мызы найден масляной камень». Ещё через десять лет Петер Симон Паллас опубликовал записки путешественника Гюльденштерда в которых отмечалось, что «в 1725 году в северо-западной части Эстляндии найден камень, который горит».

Во второй половине XVIII века Санкт-Петербургское вольное экономическое общество начало собирать информацию о горючих минералах, которые в качестве топлива могли бы заменить сокращающиеся запасы древесины в европейской части России.

В результате этих изысканий общество получило информацию о горючем минерале, найденном в поместье Кохала недалеко от Раквере. По словам владельца поместья Кохала, барона Фабиана Рейнхольда Унгерн-Штернберга, «горящая скала» была обнаружена на глубине около десяти метров, когда на склоне песчаного холма был открыт источник, как и при рытье колодца несколькими годами ранее на том же склоне. Это открытие было кратко упомянуто в статье, подготовленной немецким химиком Иоганном Готлибом Георги и представленной действительным статским советником Антоном-Иоганном Энгельгардтом на заседании Общества в 1789 году.

Йоганн Готтлиб Георги провел сухую перегонку сланца и 40% сырого масла, около 10% воды, более 30% глины и около 10% известняка. Именно он описал обширное месторождение сланца, который назвал по ошибке «бурым углём», в окрестностях эстонской деревни Ванамыйза. Георги отмечал, что «пастухи растапливают этим камнем костры», но о других видах применения сланца даже не упоминал.

Анализ ресурсов горючего сланца в Эстонии и возможностей его добычи активизировался в начале XX века В России шел бурный промышленный рост , но в регионе не хватало топливных ресурсов.

В 1910 году было предложено построить крупный завод по добыче сланцевого масла для переработки эстонского горючего сланца. Начало Первой мировой войны в сочетании с кризисом поставок топлива ускорило темпы исследований.

В 1916 году Петербургский Топливный комитет, созданный для решения этих проблем, отправил в Эстонию Николая Фёдоровича Погребова, который ещё с 1902 года занимался изучением Прибалтийского сланцевого бассейна, для проведения опытов по сжиганию сланца на уже работавших цементных заводах в Кунда и Азери. Первые опыты прошли успешно, что позволило в том же 1916 году создать при Топливном комитете Сланцевый отдел, который возглавил профессор Алексей Степанович Ломшаков.

В июне 1916 года вблизи здания волостного управления Ярве в нынешней Ярвеской части Кохтла-Ярве началась первая организованная добыча сланца. В этом месте были проведены первые разведочные работы, в результате которых было добыто 22 вагона сланца. Его отправили в Санкт-Петербург для проведения испытаний и анализа.

Исследования проводились в политехническом и технологическом институтах, расположенных в столице Российской империи.

16 ноября было объявлено об успешном завершении испытаний. Сланец получил название «кукерсит» — в честь поместья Кукрузе, где он был обнаружен.

Первый сланцевый карьер появился в Эстляндии осенью 1916 года близ кабака «Паванду» в Кохтла-Ярве. Именно это название получила первая эстонская сланцевая шахта. И хотя весенний паводок 1917 года затопил уже пройденные шурфы, удалось добыть первые 800 тонн сланца. Дабы развивать добычу, Ломшаков за деньги Топливного комитета выкупил землю возле мызы Пюсси, а под руководством Погребова была проложена водоотводная канава, позволившая продолжить работы.

12 ноября 1918 года правительство Эстонской Республики впервые обсуждало судьбу сланцевых шахт. Было принято решение о том, что Министерство торговли и промышленности, проанализировав бюджет Internationales Bauskonsortium, предоставит финансовый план по запуску шахты в Кохтла.

Одним из сторонников развития сланцевой промышленности в Эстонии был Мярт Рауд

Он был участником Эстонского технического общества в Санкт-Петербурге. Там он познакомился с Погребовым и заинтересовался темой сланца. В начале 1918 года он переехал в Эстонию и начал заниматься этим вопросом уже на уровне молодого государства.

24 ноября Рауд оценил финансовые перспективы карьера «Паванду» и получил право представлять государство в его делах. Карьер в Ярве и первые разработки в Кукрузе пока оставались в частных руках. Однако в начале 1919 года всё это постепенно перешло под контроль Сланцевого отдела Топливного комитета Эстонии, который возглавил Рауд.

В период первой независимости в Эстонии функционировало девять шахт. Первой из них была шахта «Паванду» в Кохтла-Ярве, которая прекратила свою работу в 1927 году.

В 1920 году в Кохтла была создана специализированная лаборатория, на основе которой была построена сланцеперегонная фабрика. Это стало началом перехода от простого сжигания горючего сланца к более экологичному использованию — производству пиролизной нефти.

Построенная в 1924 году в Кохтла-Ярве фабрика для переработки сланца и получения сланцевой нефти

Карьер Ванамыйза и шахта «Убья»

Именно с поместья Кукрузе и началась эстонская сланцевая отрасль, даже название "Кукерсит" дало название основному полезному ископаемому Эстонии

Сланцевый разрез Вийвиконна

Шахты «Кивиыли» и «Кюттейыу»

При этом не надо думать, что все эти горные разработки осуществлялись эстонским капиталом. Все как раз наоборот, большая часть разработок контролировалась английским капиталом, и технологии были английскими. Но были еще концессии и с немцами, и шведами.

Если в 1918 году было добыто всего 16 тонн, а в 1919 году - всего 9631 тонна горючего сланца, то в 1937 году годовая добыча превысила миллион тонн. Нигде в мире не было ничего подобного, маленькая Эстония стала мировым лидером по развитию сланцевой энергетики. В 1924 году на сланцевое топливо была переведена Таллинская ТЭС. К 1925 году весь паровозный парк работал только на сланце, а зола нашла применение в цементном производстве.

Но в основном большая часть сланца шла на производство пиролизной нефти, 55% которой потреблялось в стране, а остальное шло на экспорт. Эстонцы построили НПЗ по переработке сланцевой нефти, и бензин тоже шел на продажу в другие страны, в ту же Германию и Финляндию, хотя цена его была в три раза выше мировых. В 1939 году в Эстонии было добыто 181 000 тонн сланцевого масла, в том числе 22 500 тонн масла, которое можно было использовать в качестве бензина. В горнодобывающей и нефтяной промышленности было занято 6150 человек.

После вхождения Эстонии в состав СССР произошла реорганизация форм собственности. Все шахты были национализированы. Однако это лишь немного притормозило темпы развития, и к концу 1940 года количество добытого по сравнению с прошлым, 1939 годом сланца увеличилось почти на всех шахтах.

После немецкой оккупации добыча резко снизилась. Во-первых, отступающие советские войска уничтожили значительную часть мощностей. Во-вторых, немцы использовали труд советских военнопленных, которые вовсе не испытывали желания ставить трудовые рекорды во славу Третьего Рейха, который остро нуждался в топливе для Вермахта, Люфтваффе и Кригсмарине. Вся сланцевая отрасль во время оккупации была объединена в компанию Baltische Öl GmbH.

Когда же немецко-фашистские войска отступали, то в ходе боёв, а большей частью из-за целенаправленных взрывов, были выведены из строя все шахты. После освобождения Северо-Востока Эстонии, уже летом 1944 года был начат процесс восстановления шахт. Почти вся техника, которую можно было увезти, была вывезена в сторону Германии. В общей сложности на всех шахтах ЭССР осталось 15 мотовозов, несколько электровозов и около сотни электрических и пневматических бурильных машин. Причём большая их часть была в неисправном состоянии. Кроме того, в ходе боёв пострадали некоторые здания и сооружения шахт. Однако уже к началу 1945 года добыча сланца в Эстонии была восстановлена почти на всех месторождениях. Лишь шахта «Убья» простаивала до конца 1946 года, а работы по добыче сланца в разрезе «Вийвиконна» были восстановлены только в 1947 году. Причём сразу с применением советских экскаваторов.

В 1945–1946 годах горнодобывающая промышленность была объединена в Eesti Põlevkivi -"Эстосланец"

Восстановление добычи сланца в Эстонской ССР шло после Великой Отечественной войны очень быстрыми темпами. Из различных регионов СССР было получено много нового оборудования, в числе которого были шахтные конвейеры, врубовые машины, а также электровозы различных систем. В эти годы из-за нехватки персонала в числе шахтёров даже горнорабочими трудились и женщины. Однако постепенно их число всё-таки сокращалось, а в 1958 году работа женщин в шахтах была признана нарушением трудовой дисциплины. Это не коснулось только инженерных должностей — маркшейдеров и геологов, а также в первое время специалистов по взрывным работам.

Новые шахты были открыты в Ахтме (1948), Йыхви (№ 2, 1949), Сомпе (1949), Таммику (1951) и в районе между Кявой и Сомпой (№ 4, 1953). Открытый карьер Кюттейоу был закрыт в 1947 году, а подземный карьер Кюттейоу был объединён с карьером Кивиоли в 1951 году. Шахта Убья была закрыта в 1959 году. После строительства крупных электростанций, работающих на горючем сланце, спрос на горючий сланец вырос, и, как следствие, были построены новые более крупные шахты: подземные шахты Виру (1965) и Эстония (1972), а также открытые шахты Сиргала (1963), Нарва (1970) и Октябрь (1974; позже переименована в Айду). Соответственно, несколько небольших истощённых шахт, таких как Куккрузе (1967), Кява (1972), № 2 (1973), № 4 (1975) и Кивиоли (1987), были закрыты. Шахта "Эстония" стала крупнейшей в мире шахтой по добыче горючего сланца.

Из-за успеха производства электроэнергии из горючих сланцев добыча горючих сланцев в Эстонии достигла пика в 1980 году и составила 31,35 млн тонн, а в том же году производство электроэнергии достигло пика в 18,9 ТВт·ч.

А вот после 1980 года началась стагнация, а потом упадок. Это связано с несколькими факторами. Во-первых, на территории РСФСР было построено несколько мощных тепловых и, конечно же, Ленинградская АЭС. А мощности сланцевых электростанций для Эстонской ССР оказались избыточными. Кроме того, оборудование было изношенным, поэтому часто возникали простои в работе. А в 1988 году на шахте "Эстония" вспыхнул пожар, который продолжался 81 день и привел к серьезным материальным потерям, экономическим убыткам и загрязнению окружающей среды.

Но настоящий упадок начался в 1991 году. После закрытия множества предприятий тяжелой промышленности в ныне независимой Эстонии, электроэнергия, которая вырабатывалась на сланцевых электростанциях, оказалась не нужна в предыдущих количествах. А добивала отрасль очень низкая цена на нефть, сланцевая же еще более дорогая, вообще никому оказалась не нужна. Из-за снижения спроса шахты Таммику и Сомпа закрылись в 1999 году, а шахты Кохтла и Ахтме - в 2001.

А вот после начала 21 века и подъема цен на нефть начался ренессанс сланцевой отрасли. С 2003 года было открыто несколько новых мест добычи: Пыхья-Кивиыли в 2003 году, Убья в 2005 году и шахта Оямаа в 2010 году. К 2006 году, после 90 лет активной добычи сланцев в Эстонии, общий объём добытых сланцев достиг одного миллиарда тонн.

Правда вот ренессанс был недолгим. В 2004 году Эстония вступила в ЕС, где уже вовсю бушевала повесточка, включающая в себя несколько пунктов, в том числе и "зеленый энергопереход". Нефти и газу было сказано харам, а уж сланцу, который по объемам выбросов превосходит даже бурый уголь, вообще был путь закрыт.

Эстония же зависит от сланца чуть ли не полностью, порядка 72-73 процентов ее энергетики (не только электроэнергетики, а всей) зависят от сланца. В 2020 году 2225 ГВт-ч, или 40,3% электроэнергии Эстонии, было произведено из горючего сланца, а 748 ГВт-ч, или 13,6%, было произведено из горючего сланцевого газа, который является побочным продуктом производства пиролизной нефти. И это после десяти лет снижения доли сланца в производстве электроэнергии!!

Эстония является вторым производителем пиролизной нефти в мире после Китая. В 2019 году было произведено 1,173 млн тонн пиролизной нефти, из них 99% шло на экспорт, где она чаще всего используется для производства смазочных масел. По данным на 2020 год электроэнергия для бытовых потребителей в Эстонии была одной из самых дешёвых в Европе (среди стран ЕС), цены ниже чем в Эстонии (0,1291 евро за кВтч) были только в Венгрии (0,1009 евро за кВтч) и Болгарии (0,0982 евро за кВтч) В сланцевой отрасли занят порядка 1% всей рабочей силы страны.

Но проблемы лимитрофов большого босса не волнуют. Весной 2021 года правительственная коалиция Эстонской партии реформ и Центристской партии Эстонии включила в коалиционное соглашение политическую цель — прекратить производство электроэнергии из горючих сланцев к 2035 году и использовать горючие сланцы во всём энергетическом секторе не позднее 2040 года.

Вскоре после этого компания Eesti Energia объявила, что прекратит сжигание горючих сланцев для производства электроэнергии к 2025 году и сжигание сланцевого газа к 2030 году. К 2040 году будут закрыты сланцевые нефтеперерабатывающие заводы старого типа, а на сланцевых нефтеперерабатывающих заводах нового поколения сланцы будут заменены отходами пластика. После чего сланцевая энергетика Эстонии закроет последнюю страницу.

Вместо сланца в Эстонии планируют развивать ВИЭ в виде ветряков, солнечных панелей, производства биогаза и так далее. Беда только в том, что на это необходимы огромные средства и значительный объем аккумулирующих мощностей, чтобы сделать генерацию более-менее стабильной.

В том же 2019 году эстонская компания Fermi Energia подписала протокол о намерениях с американской компанией GE Hitachi (GEH). Документ касается возможного размещения в республике малого модульного атомного реактора BWRX-300. Это кипящий водяной реактор мощностью 300 МВт с естественной циркуляцией и пассивным охлаждением.

Сами американцы, естественно, всячески расхваливают свои наработки. «Модульный реактор BWRX-300 — это прорыв в технологиях. Он может составить конкуренцию природному газу и возобновляемой энергии и, по нашей оценке, стал бы идеальным решением для энергообеспечения с нулевым уровнем выбросов углекислого газа», — с оптимизмом заявлял вице-президент GEH Джон Болл.

Беда только в том, что мини-реактор нового поколения, который предлагается установить в Эстонии, пока существует лишь в воображении. То есть не существует даже прототипа, но согласно планам, он уже обеспечивает 1/10 всей эстонской энергетики. Хотя стране, которая, как кажется, возвращается век эдак в 18 с ветряками, отоплением дровами и водяными колесами, энергетика, может быть, и ни к чему.

Источник