Растущая обеспокоенность изменением климата и необходимость сокращения выбросов парниковых газов привели к разработке различных технологий улавливания, утилизации и хранения углерода. Водород (H2) стал перспективным кандидатом на производство и хранение чистой энергии, поскольку его можно производить из возобновляемых источников и использовать в качестве топлива или сырья для различных отраслей промышленности. Закачка H2 для подземного хранения привлекает внимание как средство хранения избыточной возобновляемой энергии, сокращения выбросов парниковых газов и повышения экономической целесообразности систем возобновляемой энергетики. Однако оптимизация параметров закачки и оценка экономической целесообразности закачки H2 имеют решающее значение для успешного внедрения.
Новизна данной работы заключается в оптимизации параметров закачки и оценке экономической целесообразности закачки H2 для подземного хранения. В то время как предыдущие исследования изучали закачку H2 для хранения энергии и борьбы с выбросами углерода, лишь немногие из них были посвящены оптимизации параметров закачки и экономической целесообразности этой технологии [1, с. 121]. Оптимизация параметров закачки, таких как давление закачки, скорость закачки и состав закачиваемой жидкости, может существенно повлиять на эффективность закачки H2 для подземного хранения. Оптимизация этих параметров может повысить эффективность и снизить стоимость процесса закачки, тем самым повышая экономическую целесообразность данной технологии [2, с. 379].
Моделирование закачки водорода в Канчуринское подземного хранилище газа. Сравнительный анализ при закачки природного газа и водорода»
В настоящее время в России существуют хранилища природного газа, которые подходят для хранения водородных газов, поскольку геология подземных хранилищ доказала свою пригодность для хранения газа. Эти данные были использованы в исследовании, целью которого было оценить подземное хранилище чистого (100%) водорода. В Канчуринском ПХГ имеется открытый забой и трубопроводы спущены до кровли пласта-коллектора. Скважина была оборудована методом компримирования и освоение не было полным. Программном комплекс MultiFlash были смоделированы две смеси: природный газ и чистый водород.
Далее была построена нагнетательная скважина.
Рис. 1. Схема нагнетательной скважины
Материал НКТ углеродистая сталь, внутренний диаметр – 0,07 м, внешний диаметр – 0,08 м, шероховатость НКТ: 0,03 мм. Распределение температуры вертикальная. Начальная точка t1= 25°С и давление P1= 9 МПа, и конечные параметры t2=86° и P2=15 МПа. Заданный постоянный расход водорода и природного газа равняется 0,7∙106м3/сут.
Рис. 2. Изменение давления PT и температуры TM по времени природного газа
Природный газ: при попадании в подземное хранилище газ, имеющий температуру порядка 28 градусов Цельсия, отдает свое тепло вмещающим породам. Этот процесс продолжается и после остановки закачки. Внизу породы более разогреты поэтому температура повышается до 86 градусов. При интенсивном процессе закачки газа в подземные хранилища давление газа на устье составляет 9 МПа, на забое 18 МПа давление газа. Данный процесс является динамическим. Повышение давления в скважине приводит к росту противодавления на пласт. При закачке газа вокруг нагнетательных скважин создаются репрессионные воронки давления, поэтому пластовое давление меняется как по площади ПХГ, так и по толщине газовой залежи наблюдается, что происходит задержка газа на глубине 1700 м, на верхней части коллектора и в конце коллектора принимает значение 1. Справа видно, что меняется от 20 м3/d до 0 м3/d, означает то что заданный объем был закачен.
Аналогичным способом производим закачку водорода, при том же давлении, температуре, пластовое давление и проницаемости пласта.
Рис. 3. Изменение давления и температуры водорода по времени
Закачка водорода начинается с давления 9 МПа и увеличивается по глубине скважины, конечное давление в коллекторе составляет 18 МПа, то же давление, что и при закачке природного газа. Так же увеличивается давление, отметить тот факт, что горные породы коллекторов ПХГ, особенно в призабойной зоне испытывают растягивающие и сжимающие нагрузки как по вертикали (по толщине пластов), так и по горизонтали, из-за чего растет давление и температура. Повышение давления при закачке водорода в скважину происходит из-за того, что H2 обладает свойством расширяться при увеличении температуры и сжиматься при ее понижении, происходит увеличение его объема, что приводит к повышению давления внутри скважины. При закачке водорода в скважину происходит повышение температуры.
В первую очередь это происходит из-за того, что при сжатии водорода его температура увеличивается. Из-за того, что при сжатии газа уменьшается его объем, это приводит к увеличению плотности частиц и энергии частицы (температуры).
Во-вторых, если водород содержит примеси или загрязнения, то при их окислении может выделяться тепло. Некоторые примеси могут реагировать с водородом при высоких давлениях и температурах, что также может вызывать повышение температуры.
Более того, оценка экономической целесообразности закачки H2 для подземного хранения имеет решающее значение для определения коммерческой жизнеспособности этой технологии. Для оценки экономической целесообразности закачки H2 необходимо учитывать несколько факторов, таких как капитальные затраты, эксплуатационные расходы и потенциальная прибыль. Поэтому в работе были определены основные технические параметры, которые подходят для подземного хранения водорода, а также оценены основные экономические параметры.
.png&w=640&q=75)
