Развитие возобновляемых источников энергии в ХМАО
научный журнал «Актуальные исследования» #15 (42), апрель '21

Развитие возобновляемых источников энергии в ХМАО

В данной статье будет рассмотрена возможность ухода от привычного для всех способа электрификации в сторону экологичного и что не маловажно, более экономичного способа поставки электричества, на примере оборудования нефтедобычи в условиях севера.

Аннотация статьи
экономичность
гибридная установка
нефтедобыча
альтернативная энергия
инновационные технологии
экологичность
рациональность
Ключевые слова

Исследование актуализирует вопросы развития использования возобновляемых источников энергии как одного из основных приоритетов мировой энергетики. Наличие в России значительного энергетического потенциала (ветровая, солнечная, геотермальная энергия, энергия малых рек, биомассы, окружающей среды), научно-технической и промышленной базы создает все предпосылки для масштабного освоения в ХМАО технологий на основе возобновляемых источников энергии.

В статье анализируется влияние нефтяного комплекса на экосистему Ханты-Мансийский автономный округ – Югра. Общий ущерб окружающей среде, несмотря на меры по добыче нефти, принятые нефтедобывающими компаниями и экологические показатели региональных экологических организаций, остается очень высокой, а экологическая ситуация в регионе остается напряженной. Чтобы предотвратить нежелательные последствия в будущем предлагается использовать альтернативную энергетику источники, в частности гибридные ветро-солнечные установки. Возможный варианты использования гибридных растений в нефтедобыче с учетом эффективность их работы на территории Ханты-Мансийский автономный округ – Югра, рассматриваются и районы для снижения воздействия на окружающую среду. Было обнаружено, что интегрированное использование ветряных и солнечных установок обеспечивает адекватный уровень энергии для полного обслуживания трубопроводов. Кроме того, нет необходимо проводить ЛЭП, что приводит к снижению уровня отходов на момент капитального строительства нефтяного оборудования. Таким образом, использование альтернативных источников энергии может быть перспективным решением текущей проблемы, касающейся предотвращение негативного воздействия на окружающую среду.

В настоящее время в мире одной из важнейших является энергетическая проблема. Основные источники энергии сегодня – это нефть и газ. По прогнозам ученых при современном уровне добычи разведанных запасов нефти хватит на 42 года, газа - на 61 год. Вследствие исчерпаемости этих ресурсов необходимо обеспечить развитие альтернативных источников энергии, способных не только заменить со временем традиционные способы электроснабжения, но и приносить пользу на современном этапе развития энергетики.

Особый интерес нефтедобывающих компаний России вызывают территории Ханты- Мансийского автономного округа - Югры (ХМАО-Югры). Согласно Докладу Природ-надзора Югры «Об экологической ситуации в Ханты- Мансийском автономном округе - Югре в 2017 г.» за 2017 год было добыто 235,3 млн т нефти, или 43 % общей добычи по стране. Лидирующие места по добыче принадлежат ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Сургутнефтегаз» и ПАО «ЛУКОЙЛ» (рис. 1).

Рис. 1. Добыча нефти нефтяными компаниями за 2019 г.

Однако доля ХМАО-Югры в общероссийской добыче нефти ежегодно снижается. Это связано прежде всего с изменениями в структуре извлекаемых запасов месторождений, недостатком ресурсных мощностей из-за постепенного истощения длительно разрабатываемых месторождений, снижения темпа ввода в эксплуатацию новых месторождений. За последние 8 лет добыча нефти в ХМАО-Югре снизилась на 11,5 %.

Для компенсации падения объемов добычи нефти в регионе ведутся работы по разведке новых месторождений. При этом необходимо иметь в виду особую уязвимость экосистем Западной Сибири, что в первую очередь связано с низкими среднегодовыми температурами и большими безлюдными территориями. Основными техногенными факторами, определяющими трансформацию экосистем при эксплуатации нефтяных месторождений, считаются механические нарушения растительного и почвенного покровов, перераспределение стока воды, загрязнение атмосферного воздуха, снежного покрова, почв, поверхностных и подземных вод, донных отложений, поступление отходов нефтедобычи во все природные компоненты. Нефтегазодобывающая отрасль является источником целого ряда загрязнителей: нефть и нефтепродукты, сточные и пластовые воды, буровые растворы и химические реагенты. Ситуацию усугубляют аварии и разливы, которые происходят не только на кустовых площадках, но и на трубопроводах различного назначения: водоводах, промысловых и магистральных нефте- и газопроводах. Проблема разлива нефтепродуктов опасна еще и тем, что активность микроорганизмов при разложении опасных веществ заметно снижается.

Согласно статистике, представленной Природнадзором Югры в докладе «Результаты деятельности службы по контролю и надзору в сфере охраны окружающей среды, объектов животного мира и лесных отношений Ханты-Мансийского автономного округа – Югры за 2019 год», площадь нефтезагрязненных земель постепенно снижается. Это связано с экологической политикой ведущих компаний, объекты которых расположены на территориях ХМАО-Югры. Однако аварийность с разливами нефти и нефтепродуктов до сих пор остается на высоком уровне, в то время как сил и средств, направленных на рекультивацию земель, недостаточно, чтобы восстановить все нефтезагрязненные территории (рис. 2).

Рис. 2. Динамика аварийности и рекультивации загрязненных земель

При проектировании и строительстве промысловых трубопроводов следует учитывать, что размер площади разлива нефтепродуктов зависит от времени обнаружения прорыва, а также от места и размеров повреждения трубопровода. Это связано с тем, что количество вытекшего опасного вещества может оказаться значительным даже при относительно небольших повреждениях трубопровода в случае, если проходит много времени с момента возникновения утечки до момента ее обнаружения. Кроме того, устранение утечки может осложнить применение узлов запорной арматуры с ручным управлением при отсутствии транспортных сетей в удаленных районах ХМАО-Югры.

Решение экологических проблем, создаваемых нефтедобывающими компаниями, ставит первоочередной задачу поиска и развития других источников энергии, которые могут в полной мере обеспечить безопасное недропользование. В данном вопросе нельзя исключать возможность замещения традиционных источников энергии альтернативными. Это связано с ежегодно растущими показателями мощности возобновляемых источников, в то время как стоимость их снижается.

Альтернативные источники энергии – это природные явления, которые путем преобразования в специальных установках превращаются в тепловую или электрическую энергию. К ним относят:

  • солнечный электромагнитное излучение;
  • кинетическую энергию движения воздушных масс (ветер)
  • кинетическую энергию водного потока (реки)
  • энергию морских приливов и отливов;
  • тепловую энергию горячих источников.

К альтернативной энергетике относят также получения тепла в процессе сжигания возобновляемого топлива - биогаза, биоэтанола, топливных пеллет и др.

Рассмотрим плюсы и минусы альтернативных видов энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции и солнечные коллекторы используют энергию светового потока, которая естественным путем попадает на фотоэлементы и превращается в электрическую энергию, или тепловую энергию для нагрева жидкости (воды). Главный плюс – экологичность и полное отсутствие вредных выбросов в атмосферу. Основной недостаток – неравномерность получаемой мощности в течение суток или других временных периодов. Ночью, в пасмурную или дождливую погоду выработки электроэнергии прекращается. В ясные погожие дни количество произведенной электроэнергии превышает потребности энергопотребителей, поэтому возникает необходимость в аккумуляторах. Их цена значительно повышает себестоимость производимого кВт / ч.

Ветровая энергетика

Альтернативная энергия ветра используется человечеством давно, примером чего является ветряки. Их современный прообраз – ветровая энергетическая установка – использует преобразования кинетической энергии движущихся воздушных масс в электрическую энергию. Несколько десятков ветрогенераторов, объединенные в одну сеть, образуют ветровую электростанцию.

Это один из самых дешевых видов альтернативной энергетики. Его большим недостатком является наличие шума, производимого ветровой установкой. Побочным негативным эффектом можно считать гибель перелетных птиц, которые попадают в лопасти генератора.

Гидроэнергетика

Подвижной водяной поток как альтернативный источник энергии используется в нескольких видах генераторов. Одни из них устанавливаются на реках и работают за счет естественной течения (мини-ГЭС), другие «настроены» на работу с океаническими или морскими приливами, третьи – снимают «пенку на гребне волны», то есть работают на энергии морских волн. Последний тип пока находится в процессе испытаний, а первые два давно прошли этап тестирования и работают.

Плюсом гидроэнергетики является экологическая чистота, недостатком – высокая стоимость оборудования и ограниченность возможных мест установки.

Биотопливо как альтернативный источник энергии

Под биотопливом понимают любой вид топлива, получаемого из растительного сырья, отходов животноводства, органических отходов промышленности и жизнедеятельности человека. Обычные дрова тоже есть биотопливом, возобновляемым источником тепловой энергии. Правда, на восстановление его запасов потребуется несколько десятков лет.

В промышленном производстве биотоплива как альтернативного вида энергии используют как специально выращиваемые культуры, так и отходы сельскохозяйственного производства.

К числу известных на сегодня видов биотоплива относят:

  • топливные пеллеты и брикеты;
  • биоэтанол, биобензин и биодизель;
  • биогаз.

Несмотря на то, что климат в ХМАО-Югре суровый, количество солнечных часов на территории округа достаточно велико. Продолжительность солнечного сияния больше, чем в Московской области, и составляет 1632 ч (в Москве – 1597 ч). Использование солнечной энергии в качестве источника альтернативной энергии в целом следует считать целесообразным.

Ветровой режим в ХМАО-Югре способствует тому, чтобы признать рациональным использование энергии ветра в качестве источника альтернативной энергии. Так, средняя скорость ветра за год колеблется от 4 до 7 м/с. В холодный период года над территорией округа преобладают ветры южных и юго-западных направлений, в теплый период – северных и северо-западных направлений. Максимальная скорость ветра отмечается в конце лета - начале осени, минимальная – в декабре-январе. Однако в любом случае использование ветровой энергии в качестве альтернативной целесообразно и оправданно.

В настоящее время альтернативные энергоисточники при добыче нефти в удаленных регионах применяются для обслуживания:

  • системы электрообогрева промысловых и магистральных трубопроводах;
  • площадок электрифицированных узлов запорной арматуры на магистральных трубопроводах;
  • станций электрохимической защиты от коррозии;
  • систем обнаружения утечек транспортируемой среды;
  • станций линейной телемеханики и связи.

Энергетическая эффективность при обслуживании представленных систем в удаленных регионах при помощи возобновляемых источников достигается благодаря небольшой мощности, затрачиваемой для их электропитания. Использование ветряных и солнечных электростанций для работы энергоемких потребителей, например, электродвигателей насосных установок, экономически неэффективно, так как стоимость строительства и обслуживания мощных гибридных электростанций (1 МВт и более) существенно выше, чем стоимость традиционных систем электроснабжения.

С целью успешного безаварийного функционирования указанных систем были проведены расчеты, по результатам которых на обслуживание электрифицированных узлов запорной арматуры, шкафа телемеханики, оборудования связи, освещения и обеспечения катодной электрохимзащиты на каждом участке запорной арматуры нефтесборного трубопровода требуются 12 солнечных модулей и 1 ветрогенератор мощностью 1 кВт. При расчете экономической эффективности установки рассматривались как капитальные вложения, так и операционные затраты (см. таблицу).

Таблица

Капитальные и операционные затраты

Статьи затрат

капитальных

операционных

Использование высоковольтных линий

ВЛ 6 кВ

Ремонты

Подстанция КТП 6/0,4 кВ

Энергопотребление

Использование гибридных установок

Площадка для возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

Ремонты

ВИЭ

Налог на имущество

Расчет экономического эффекта с учетом тарифа на электроэнергию в предполагаемом районе строительства показал, что при капитальном строительстве трубопровода длиной 50 км затраты на сооружение гибридной установки составляют 235 млн руб., на электроснабжение при помощи линий электропередачи (ЛЭП) с учетом тарифов на электроэнергию 2,87 руб/(кВт-ч) – 284 млн руб., т.е. с экономической точки зрения предлагаемый способ электроснабжения позволит сэкономить более 20 % стоимости строительства ЛЭП. Кроме полученной разовой прибыли при строительстве гибридной установки, будут существенно сокращены эксплуатационные затраты на обслуживание ЛЭП и обеспечена надежная защита трубопроводов от коррозии, которая является основной причиной аварий.

Таким образом, при капитальном строительстве удаленных объектов – потребителей малой мощности замена традиционных источников энергии на альтернативные ветряные и солнечные установки является эффективным решением по оптимизации электроснабжения линейных потребителей трубопроводного транспорта. Кроме того, предполагается снижение воздействия на почву и количества образующихся отходов, так как исчезает необходимость протягивания ЛЭП, что уменьшает площадь изъятых под строительство территорий и, как следствие, количество лома, отходов лакокрасочных средств и проводов. В зависимости от расположения проектируемых объектов может быть уменьшен ущерб, нанесенный водным объектам и лесным экосистемам.

Выводы

Применение альтернативных источников энергии в рамках исследований способов предотвращения негативного влияния на окружающую среду является одним из перспективных путей решения сложившейся проблемы.

Практически все люди привыкли использовать традиционные источники энергии, в том числе газ, нефть запасы, которых могут быть через некоторое время полностью исчерпаны. Поэтому, чтобы избежать попаданий в неприятные критические ситуации, людям следует постепенно переходить на альтернативные источники.

Сегодня особое внимание следует уделить использованию природной энергии солнца, приливов, ветра и других явлений, которые специалисты называют возобновляемыми ресурсами. Альтернативные источники энергии обладают многими преимуществами и прежде всего неиссякаемостью, отсутствием вредных выбросов. Однако их эффективность во многом зависит от особенностей климата, которые могут затруднять использование энергии солнца, ветра и других природных явлений.

Одним из основных и самых развивающихся направлений в ХМАО направлений использования альтернативных источников следует считать гелиоэнергетику, которая основана на солнечной энергии. Сегодня все чаще можно встретить в загородных домах солнечные батареи и коллекторы, при помощи которых происходит обеспечение объекта бесплатным электричеством и горячим водоснабжением.

Современные производители должны учитывать многие метеорологические факторы, прежде чем создавать проекты систем, так как изменения в погодных условиях могут оказывать серьезные влияния на работу установки.

Текст статьи
  1. Насырова И.В., Аскарова А.М. О рациональности применения ветряных и солнечных установок для обслуживания объектов нефтяной отрасли // Нефтяное хозяйство. - 2018. - № 6. - С. 81-83.
  2. Ren21's Renewables 2019 Global Status Report. http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/07/REN12- GSR2019_Onlinebook_low1.pdf. [Возобновляемые источники энергии 2015 Отчет с мирового развития. REN21, 2015].
  3. Global Wind Energy Outlook 2018 http://www.gwec.net/publications/global-wind-energy-outlook/global-wind- energy-outlook 2018 /. [Обзор развития ветроэнергетики 2018. Всемирный совет по развитию ветроэнергетики, 2018].
  4. World Energy Investment Outlook. 2019. https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/ WEIO2019.pdf. [Инвестиции в мировую энергетику. Специальный отчет. Международное энергетическое агентство, 2019].
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 31 июля по 06 августа
Осталось 7 дней до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
10 августа
Загрузка в eLibrary
10 августа
Рассылка печатных экземпляров
18 августа