Одна из основных задач газовой отрасли России заключается в производстве, транспортировке и экспорте природного газа.
Однако другой, не менее важной задачей газовой отрасли России является удовлетворение внутреннего спроса на газ в качестве источника газоснабжения, особенно в холодные зимние месяцы, когда спрос на газ резко увеличивается [1, 2], а также в качестве газохимического сырья [3].
Кроме того, газовая отрасль России сталкивается с вызовами в области экологии, устойчивости и доступности, и в настоящее время она активно ищет пути снижения вредных выбросов, уменьшения негативного воздействия на окружающую среду [4], а также способы газификации удаленных населенных пунктов.
Энергоснабжение отдаленных населенных пунктов является важной задачей, так как без электричества и тепла многие аспекты повседневной жизни становятся невозможными. В России многие населенные пункты расположены в отдаленных районах, где нет доступа к централизованным источникам энергии, таким как электричество, газ и топливо.
Для обеспечения энергоснабжения отдаленных населенных пунктов используются различные технологии и решения. Одним из наиболее распространенных способов является использование дизель-генераторов, которые могут работать на жидком топливе, электрогенераторы на дровах, угле и газе [5]. Также используются солнечные панели, ветрогенераторы, гидрогенераторы и другие возобновляемые источники энергии [6].
Для обеспечения энергоснабжения отдаленных населенных пунктов в России существует программа «Энергия Дальнего Востока», которая направлена на развитие энергетической инфраструктуры в регионах, находящихся в отдалении от крупных городов [5]. В рамках этой программы строятся новые электростанции, линии электропередачи и другие объекты, обеспечивающие надежное и стабильное энергоснабжение, в том числе системы приема, хранения и регазификации (СПХР), которые позволяют эффективно использовать энергию и снижать затраты на ее производство и транспортировку [7].
Существует несколько видов топлива, которые применяются для теплоснабжения населенных пунктов. Выбор типа топлива зависит от многих факторов, включая наличие доступных ресурсов, инфраструктуру для транспортировки и обработки топлива, а также экономические [8]. Некоторые из наиболее распространенных видов топлива для теплоснабжения включают в себя:
· Природный газ. Природный газ является одним из наиболее распространенных видов топлива для теплоснабжения. Он используется для работы котельных и других систем отопления, а также для подогрева воды. Природный газ относительно чистый и удобен в использовании, поскольку его можно быстро переводить в энергию.
· Электричество. Электричество не совсем является топливом, так как электричество является энергией, а не материальным ресурсом, может использоваться для отопления населенных пунктов, для работы электрических котлов и систем тепловой насосной техники, которые могут использоваться для обогрева домов, офисных зданий и других объектов.
· Уголь. Уголь – это твердое топливо, которое используется для работы котельных. Он является относительно дешевым, но содержит много вредных веществ, что может привести к загрязнению окружающей среды. Кроме того, его использование может быть ограничено законодательством и экологическими нормами.
· СУГ (сжиженный углеводородный газ). СУГ – это смесь сжиженных под давлением легких углеводородов с температурой кипения от −50 до 0 °C. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, изобутан и н-бутан. СУГ является одним из наиболее перспективных видов топлива, который может быть использован для теплоснабжения населенных пунктов из-за низких экологических рисков и из-за уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу в сравнении с использованием традиционных видов топлива, таких как уголь или нефть. Высокая плотность энергии и легкость транспортировки СУГ в жидком состоянии делает его более удобным и экономически выгодным в использовании по сравнению с природным газом.
· Дизель. Дизель – это вид топлива, получаемый из нефти путем переработки, который применяется в двигателях внутреннего сгорания. Дизельное топливо имеет высокую плотность энергии и относительно низкий уровень выбросов вредных веществ по сравнению с бензином, что делает его более экономичным и экологически безопасным во многих сферах применения. Дизель-генераторы могут использоваться для генерации электроэнергии и теплоснабжения населенных пунктов в качестве аварийного и резервного источника энергии, когда прерывается основное энергоснабжение. Однако использование дизель-генераторов для постоянного теплоснабжения является неэффективным и экологически небезопасным.
Для того чтобы рассчитать стоимость теплоснабжения при помощи природного газа, электричества и угля, необходимо сначала рассчитать необходимую мощность котла для определенной площади дома. Подобрать котел по найденной мощности, рассчитать потребление электроэнергии, газа и угля котлом. Только после этого, зная тариф на электроэнергию (возьмем для населения, проживающего в Якутске и других городских населенных пунктах Якутии, в домах, оборудованных электрическими плитами и электроотоплением), можно рассчитать стоимость теплоснабжения населенного пункта.
Расчет начинается с выбора необходимого котла. Необходимая мощность котлов определяется по формуле:
где Wуд – удельная мощность, необходимая, чтобы обеспечить теплоснабжение для 1 м2, Wуд = 0,1 кВт/м2; Sд – средняя площадь частного помещения, равная 100 м2; Кз – поправочный коэффициент, который берется в соответствии с климатической зоной, в которой расположена постройка, показатель климатической мощности, для Якутской области равен 1,7; Кп – коэффициент, учитывающий теплопотери, равен 1,25.
После того, как был проведен анализ электроэнергии, угля и газа как видов топлива, с помощью которых производится теплоснабжение населенных пунктов, определяется самый оптимальный и экономически выгодный вариант, при этом учитывая тарифы на электроэнергию, газ и уголь в Республике Саха (Якутия). Для наглядного сравнения результаты расчетов приведены в таблице 1.
Для более наглядности всей ситуации обратимся к графику 1, построенному на результатах из таблицы 1.
По результатам, приведенным в таблице 1, наглядно видно, что теплоснабжение выгоднее всего осуществлять при помощи газа.
Также очень важно уточнить, что в Республике Саха (Якутия) начиная с 2015-го и по нынешнее время активно занимаются вопросом газификации населенных пунктов. Этот вопрос является одним из самых важных для администрации Республики Саха. Поэтому переход населения на газовое оборудование и использование газа как топлива для теплоснабжения домов и для использования в быту очень хорошо поощряется администрацией [9].
В этом помогают субсидии на газификацию населенных пунктов. Субсидии позволят многим семьям Якутии сэкономить бюджет и снизить расходы. В республике действует программа, которая помогает якутам газифицировать свой дом, сохранив при этом большую часть денег. Об этом свидетельствует постановление правительства Республики Саха (Якутия) от 22 июля 2021 г. № 250 «Порядок предоставления субсидий гражданам из государственного бюджета Республики Саха (Якутия) на возмещение части затрат, связанных с газификацией жилого дома» [9].
Субсидия гарантирует возмещение гражданам до 75 % включительно понесенных затрат, связанных с газификацией жилого дома, но не более максимальной суммы субсидирования; максимальная сумма субсидирования – не более 117,0 тыс. рублей на один жилой дом, сумма определена, как 75 % от общей средней стоимости строительства вводного газопровода, внутреннего газопровода и средней стоимости приобретения оборудования, установки и подключения оборудования – 157,0 тыс. рублей [9].
Это еще раз подтверждает, что использование газа при теплоснабжении отдаленного населенного пункта в Республике Саха является экономически выгодным и рентабельным как со стороны расчетов энергопотребления, так и со стороны власти в виде финансовой помощи и поддержки.
После анализа и сравнения становится ясно, что для теплоснабжения населенного пункта самым выгодным топливом является газ. Следовательно, переход рассматриваемого отдаленного населенного пункта на газ является выгодным, особенно если учесть возможность прокладки не только металлических, но и полимерных трубопроводов [10]. Однако не всегда есть возможность газифицировать какое-либо поселение путем подключения к магистральному трубопроводу. Данная ситуация характерна для регионов Восточной Сибири и Дальнего Востока, например для жителей Республики Саха.
В связи с инженерно-геологическими и климатическими условиями проложить трубопровод до данного отдаленного населенного пункта будет экономически нецелесообразно. Поэтому более актуальной становится транспортировка природного газа в сжиженном состоянии при помощи автоцистерн и контейнеров. СПГ является одним из перспективных направлений в газовой отрасли нашей страны. Его производство активно осуществляется на территории Республики Саха (Якутия). Это дает возможность осуществить газификацию отдаленного населенного пункта при помощи СПГ.
После анализа стало ясно, что необходимо использовать СПГ для газификации рассматриваемого отдаленного населенного пункта. Никто не использует жидкий природный газ в жидкой форме. Сжижение необходимо только для транспортировки, накопления и хранения.
В любом случае сжиженный природный газ регазифицируется перед использованием, и конечные потребители используют его в качестве топлива в своей обычной газообразной форме при температуре окружающей среды. СПГ доставляется по дороге в специальных автоцистернах или контейнерах-цистернах и после доставки сливается в стационарный резервуар станции.
В рассматриваемом случае будет использована система приема, хранения и регазификации (СПХР). Такой комплекс должен включать в себя хранилище СПГ, транспортные средства его доставки, оборудование для газификации СПГ и его использования.
СПХР предназначена для приема, хранения, регазификации СПГ с последующей выдачей в газовые сети потребителей. СПХР относится к опасным производственным объектам. Сырьем для СПХР служит СПГ, доставляемый с заводов при помощи автотранспортных криогенных цистерн или танков-контейнеров, которые также могут использоваться в качестве передвижных заправщиков СПГ.
Продукцией СПХР является природный газ коммунально-бытового назначения с требуемыми параметрами по давлению, расходу, температуре и наличию в нем одоранта. Потребителями могут быть, например, котельные, использующие природный газ в качестве топлива, сети газопотребления жилых и производственных зданий.
Но прежде чем выбрать СПХР, нужно рассчитать необходимое количество газа, которое затрачивается в час в отдаленном населенном пункте. Для примера возьмем отдаленный населенный пункт в Республике Саха – город Томмот.
Зная, что 1 Гкал/ч равен 1163 кВт∙ч/ч, переведем мощность этих котельных в другую единицу измерений – кВт∙ч/ч и посчитаем потребляемую мощность в сутки, за месяц и за отопительный сезон по формуле [11]:
где QГкалi – мощность котельныхв единицах измерения Гкалч; ti – время, за которое необходимо посчитать потребляемую мощность.
Следовательно, может быть посчитано требуемое количество газа в час, которое необходимо для региональных котельных, чтобы они смогли обеспечить требуемое теплоснабжение.
Рассчитаем требуемое количество газа в час по формуле:
где Qуд.газ – количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1 м3 природного газа, Qуд.газ = 9,2 кВт∙ч/м3.
Так как в городе Томмот можно выделить 5 крупных районов с домами, то необходимую мощность надо поделить на 5 газораспределительных пунктов (по 1 ГРП на 1 район). Крупные районы города Томмот представлены на рисунке 2.
Учтем количество домов в каждом районе и распределим мощность каждого ГРП индивидуально. Распределение расходов представлено в таблице 3.
Значит, необходимо подобрать СПХР так, чтобы производительность соответствовала расходу газа в городе Томмот, а именно 11 850 м3/ч.
Стационарные системы регазификации СПГ могут быть построены на основе вертикальных резервуаров. Объем резервуаров от 500 до 12 000 м3, хранилище образовано несколькими вертикальными цилиндрическими резервуарами разного объема [7].
По расходу выбираем стационарную систему регазификации СПГ – АГС-СПХРС-13. Характеристика этой модели представлена в таблице 4.
После того как СПГ прошел все этапы СПХР, на выходе мы получаем природный газ среднего давления, который находится в начале сети перед потребителями.
Подводя итог, можно сказать, что СПГ выгодно использовать в качестве источника энергии в отдаленных населенных пунктах на Дальнем Востоке, в Республике Саха, поскольку он является удобной, безопасной и эффективной альтернативой традиционным ископаемым видам топлива, таким как дизельное топливо, СУГ, уголь. Он транспортируется в эти районы в жидком виде, что облегчает хранение и транспортировку. По прибытии в пункт назначения он может быть легко преобразован обратно в газообразное состояние для использования в отоплении, производстве электроэнергии и других целях. Это помогает снизить зависимость от дизельного топлива, которое часто является дорогостоящим и сложным с точки зрения логистики для транспортировки в отдаленные населенные пункты, и обеспечивает более чистый и устойчивый источник энергии.
Литература
1. Газовое оборудование, приборы и арматура газораспределительных сетей и газохранилищ / К.А. Акулов, Ю.Д. Земенков, А.Н. Гульков [и др.]. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2016. – 317 с.
2. Васильев, Г.Г. Сети газоснабжения / Г.Г. Васильев, С.И. Сенцов, И.А. Леонович. – М.: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2017. – 79 с.
3. Газоперерабатывающая отрасль России, анализ и перспективы ее развития / Г.И. Рожнятовский, С.И. Нуржиц, И.М. Ванчугов [и др.] // Нефтегазохимия. – 2020. – № 2. – С. 47–54.
