XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время в России быстро сокращается объем запасов газового топлива. Для стабильного и эффективного развития нефтегазового комплекса страны прирост запаса топлива должен быть не менее чем в 1,5 раза больше уровня его добычи. Однако, наиболее эффективный и «чистый» источник энергии быстро истощается, что сильно подрывает энергетическую основу страны.

Так как подобную ситуацию можно смело назвать критической, не остается сомнений в необходимости полного изменения данного положения в промышленности. На сегодняшний день проблема сохранения природных энергоресурсов вышла на первое место, а Стратегия России, которая предусматривала наращивание темпов по добычи углеводородов, остается в прошлом.

Разработка и внедрение современных эффективных энергосберегающих технологий и высокотехнологичного оборудования на всех этапах добычи и переработки топлива – единственный выход из сложившегося кризисного положения.

Целенаправленная политика в сфере энергосбережения газовой отрасли формулируется документом «ПОЛИТИКА ПАО «ГАЗПРОМ» В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ», утвержденным постановлением Правления ПАО «Газпром» от 11 октября 2018 г. № 39 [1].

Принятие в августе 2003 г. правительством Росси «Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2020 года» по праву можно считать важнейшим шагом в направлении энергоресурсосбережения [2]. Основная цель Энергетической стратегии России – повышение эффективности использования электроэнергии и тепла, а не увеличение объемов добычи топлива.

Газосбережение - ключевое направление в области ресурсосбережения в газовой отрасли. Оно включает в себя следующий комплекс мероприятий:

– по уменьшению прямых потерь газа;

– по экономичному использованию газа при сжигании его в камерах сгорания газотурбинного привода (ГTП) и котлах;

– по экономии при транспортировке газа преобразованных видов энергии;

– по эффективной утилизации сбросных видов энергии.

Транспортировка газового топлива, на долю которой приходится более 80% всего потребления топливных энергоресурсов, является наиболее энергоемкой подотраслью газовой промышленности.

Примерно 9-11% от годовой добычи страны составляет объем газа, который идет на собственные технологические нужды для магистральных газопроводов.

Рисунок 1. Распределение сбросных энергетических потоков при магистральной транспортировке природного газа

Природный газ – невозобновляемый источник энергии. К его использованию необходимо подходить рационально. В настоящее время создается кризисная ситуация в сфере газовой промышленности, поэтому проблема энергоресурсосбережения становится наиболее актуальной.

Во-первых, темпы роста добычи природного газа снижаются, и его нехватка ощущается все сильнее. Основные газовые месторождения исчерпаны, появляется необходимость развития новых крупных газодобывающих регионов, что является весьма долгосрочной задачей.

Становится очевидно, что внедрение ресурсосберегающих технологий экономически эффективно, так как затраты на развитие добычи газа в 2-2,5 раза выше, чем на реализацию энергосберегающих проектов. Это означает, что капитальные затраты на производство и транспорт единицы топлива в несколько раз больше, чем затраты на мероприятия по экономии.

Во-вторых, низкая эффективность работы на компрессорных станциях основного оборудования является главным фактором, сдерживающим развитие промышленной отрасли.

Изначально низкий КПД имеет большая часть газоперекачивающих агрегатов (ГПА).

Средний КПД существующих газовых турбин на компрессорных станциях (КС) не превышает 23–28%. Следует отметить, что у изношенных и практически устаревших агрегатов настоящий КПД значительно ниже. Это означает, что с выхлопными газами теряется более 70 % располагаемой мощности агрегатов.

КПД, который достигает 34,7–39,7%, имеют современные газоперекачивающие агрегаты. Наибольший КПД имеет ГПА-25 «Урал» с двигателем ПС-90ГП. Для дальнейшего увеличения КПД газовых турбин простого цикла необходимо решать сложные технические задачи, которые связаны с повышением температуры перед турбиной более чем 1400 °С. Это затруднительно для условий современных компрессорных станций, где должна сочетаться высокоэффективная работа газоперекачивающего агрегата с длительным сроком его службы (более 100 тысяч часов).

Можно сделать вывод, что основной, но не единственный способ повышения эффективности использования газового топлива – совершенствование конструкций и рабочих параметров газотурбинных установок (ГTУ).

Второе, не менее перспективное направление энергоресурсосбережения, – это утилизация сбросных энергетических потоков и тепла, которое выделяется с продуктами сгорания ГTУ. Необходимо помнить, что газотурбинный двигатель выступает не только основным потребителем газа, но и отличным генератором дымовых газов с высокой температурой. На компрессорных станциях газотурбинный двигатель является самым мощным источником вторичных энергетических ресурсов (ВЭP) с высоким потенциалом.

Образующийся при дроccелировани природного газа на газораспределительных станциях (ГPС) и газорегуляторных пунктах (ГPП) сбросной энергопоток является следующим по значимости.

В настоящее время процесс дроccелирования газа в электрическую энергию получил признание, так как он экологически чист, прост и технологичен.

Наши успехи в области использования и утилизации энергии сбросных тепловых потоков весьма незначительны, что хорошо видно из рисунка 1. Энергии теряется практически в 2 раза больше, чем используется. Реализация ресурсосберегающих проектов предполагает не только реконструкцию и модернизацию устаревшего оборудования, но и разработку новых технологий, а также создание специального высокотехнологичного оборудования. Существенно повысить энергоэффективность использования топливного газа позволит реконструкция компрессорных цехов.

Необходимо совершенствовать уже имеющиеся и создавать новые энергоресурсосберегающие технологии и проекты:

– прямая утилизация тепловых потоков уходящих газов;

– использование тепла выхлопных газов для непосредственного подогрева топливного газа, выработки механической и электрической энергии, производства холода;

– для энергетического обеспечения объектов OАO «Газпром» применение современных комбинированных систем;

– использование для утилизации энергии при дросселировании природного газа детандер-генераторных агрегатов;

– создание отраслевой энергетики и т.д.

За счет рационального использования теплоты уходящих газов в парогазовых установках (ПГУ), работающих по прямому парогазовому циклу, может быть достигнуто повышение экономической эффективности ГПА с газотурбинным приводом.

Также следует отметить возможность использования бинарных парогазовых установок (БПГУ), которые имеют в своем составе второй замкнутый контур. Органические жидкости, имеющие низкую температуру кипения – изопентан, изобутан и др. используются в качестве рабочего тела в данном контуре [3, 4].

Газотранспортная система ОАО «Газпром» имеет огромные резервы вторичных энергетических ресурсов. Потери тепловой энергии магистральных газопроводов на компрессорных станциях составляют около 80 ГВт при установленной мощности 44 ГВт. Величина теряемой мощности вполне соизмерима с мощностью всей энергетической системы России.

К тому же, выхлопные газы имеют высокую температуру, достигающую 400…500 °С, а значит, это в основном высокопотенциальное тепло. Такое тепло, которое необходимо утилизировать, а также превращать в электрическую или механическую энергию с помощью специальных технологий.

Основная цель энергоресурсосбережения – обеспечение максимально возможного использования энергии топлива, выделяемой при его сгорании.

Для достижения этой цели необходимо:

– модернизировать оборудование и развивать современные технологии, обеспечивающие снижение энергетических затрат на транспортировку газа;

– реконструировать компрессорные станции с целью перехода на новые технологии, позволяющие вырабатывать механическую и электрическую энергию за счет утилизации ВЭP;

– создать отраслевую энергетику, которая позволит полностью обеспечить потребности отрасли в электроэнергии;

– использовать для реализации утилизационных и комбинированных схем ресурсосберегающих проектов теплотехническое оборудование отечественного производства;

– провести структурную реорганизацию в двух основных сферах TЭК – газовой отрасли и электроэнергетике.

Список литературы:

1. Политика ПАО «Газпром» в области энергоэффективности и энергосбережения: утверждена постановлением Правления ПАО «Газпром» от 11 октября 2018 г. № 39.

2. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года: утверждена распоряжением Правительства РФ от 28 августа 2003 года №1234-р // Собрание законодательства РФ. 2003.

3. Кузнецов О.А., Горюнов О.А., Жебрак Ю.А., Байков И.Р. Использование вторичных энергоресурсов на газотурбинных КС // Газовая промышленность. 2002. № 11. С. 58–60.

4. Бухолдин Ю. С. [и др.]. Энергоутилизационная установка с пентановым рабочим циклом. // Газотурбинные технологии. 2005. Январь-февраль. С. 10–11.

5. Крейнин Е.В. Отраслевое газоэнергосбережение. Газовая промышленность. 1999. №7. С. 63–65.

6. Павлов Д.А., Кочева М.А. Особенности использования продуктов сгорания природного газа. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 181.

7. Кочева Е.А., Кольчатов Е.Ю., Макарова Е.Г., Шаров А.В. Энергосберегающие мероприятия в системах теплогазоснабжения // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 172-174.

Код для цитирования: Скопировать