Введение

Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения эффективности процессов, связанных с потерями природного газа, в условиях ужесточения экологических требований и экономических вызовов. В связи с этим востребовано рассмотрение потерь природного газа при добыче, хранении, переработке и транспортировании. Технологические потери газа в газораспределительных системах – это неконтролируемые утечки газа, которые влияют на надёжность и безопасность объектов и оборудования [1–3]. Потери газа при ремонтных работах на магистральных газопроводах включают, например, стравливание газа в атмосферу при подготовке участка газопровода к ремонтным работам. Существует проблема противоречия между стремлением к увеличению объёмов транспортировки газа и необходимостью минимизации воздействия на окружающую среду. Отмечается неоднозначность оценок эффективности различных методов снижения потерь в научном сообществе. Актуальной является необходимость системного подхода к оптимизации процессов, который включает внедрение инновационных технологий, совершенствование материалов, оборудования и других элементов.

Цель работы заключается в оценке эффективности инновационных технологий для сокращения потерь газа в различных технологических процессах, а также в оценке эффективности инновационных технологий для минимизации потерь газа. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач, таких как анализ существующих технологий и выявление направлений возможных улучшений, рассмотрение инновационных подходов в газовой отрасли, направленных на оптимизацию процессов, сравнение традиционных и новых технологических решений с точки зрения их эффективности, экономической целесообразности и воздействия на окружающую среду, а также изучение примеров успешного внедрения инновационных технологий на газоперерабатывающих предприятиях в различных странах [4–6].

Цель исследования эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, заключается в оценке того, насколько данные нововведения позволяют минимизировать потери газа и снизить воздействие на окружающую среду.

Материалы и методы исследования

Методы исследования предусматривают анализ существующих работ по теме оптимизации процессов, связанных с потерями природного газа; сравнительный анализ с существующими методами; анализ кейсов на примере отечественного и зарубежного опыта. Для исследования используется методика комплексной оценки проектов, учитывающая экономические, экологические и инновационные параметры, а также экологический контекст.

Результаты исследования и их обсуждения

Потери природного газа в технологических процессах имеют экономические и экологические последствия, а также влияют на безопасность объектов и оборудования. «Технологические потери – это неизбежные и безвозвратные потери газа, обусловленные технологическими особенностями процессов, требованиями нормативных документов и физико-химическими характеристиками газа» [3].

Внедрение инновационных технологий позволяет сократить потери природного газа в технологических процессах в различных областях: добыче, транспортировке, переработке и хранении [4–6] (рис. 1).

Эффективность внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, оценивается по различным параметрам, которые учитывают экономическую и экологическую результативность проектов. Такие технологии могут быть направлены на минимизацию утечек газа, оптимизацию процессов добычи, транспортировки, подземного хранения газа и другие направления. Для оценки эффективности внедрения инновационных технологий применяются различные методы [3, 7–10] (рис. 2).

Использование инновационных технологий и сокращение потерь природного газа имеют экономические аспекты, связанные с оптимизацией процессов добычи, транспортировки и хранения газа, снижением затрат и минимизацией рисков [11, 12]. Эти аспекты включают внедрение новых технологий, применение методов сокращения потерь, экономическую оценку эффективности и нормативно-правовую базу, регулирующую внедрение инноваций.

Использование инновационных технологий для сокращения потерь природного газа также имеет экономические аспекты, связанные с оптимизацией процессов транспортировки, хранения и переработки газа, а также с минимизацией утечек и выбросов газа в атмосферу [13–17], что наглядно представлено на рис. 3.

Рис. 1. Влияние внедрения инновационных технологий на сокращения потерь природного газа в технологических процессах газовой отрасли Источник: составлен автором

Эти аспекты включают:

- снижение затрат на транспортировку газа за счёт внедрения интеллектуальных систем управления потоками и использования композитных материалов при строительстве трубопроводов;

- оптимизацию процессов подземного хранения, включая разработку новых технологий, которые увеличивают производительность отбора газа при том же геометрическом объёме хранилища, уменьшают потери и расход газа на собственные нужды;

- устранение утечек за счёт использования систем мониторинга, которые оперативно обнаруживают и отслеживают утечки, а также применения методов их устранения без остановки газоснабжения.

Рис. 2. Эффективность внедрения инновационных технологий и сокращения потерь природного газа Источник: составлен автором

Некоторые направления инновационных технологий для сокращения потерь природного газа:

- Интеллектуальные системы управления – обеспечивают оптимальные режимы транспортировки в реальном времени.

- Системы динамического ценообразования учитывают текущий спрос, загруженность передающей сети и рыночные условия, что побуждает потребителей потреблять более равномерно и снижает пиковые нагрузки в системе [2].

- Инновационные конструкции танкеров-газовозов – системы повторного сжижения испарившегося газа, которые сокращают потери при перевозке.

Некоторые примеры реализации проектов по внедрению инновационных технологий для сокращения потерь природного газа:

- Замена сменных проточных частей центробежных компрессоров – обеспечивает оптимальные режимы работы газоперекачивающих агрегатов, повышает КПД и уменьшает потребление топливного газа.

- Внедрение эжекторов на компрессорных станциях – метод сохранения газа в технологических коммуникациях и контуре нагнетателя газоперекачивающего агрегата для минимизации потерь при стравливании газа в атмосферу при проведении ремонтов.

Как известно, для оценки затрат компаний, связанных с технологическими процессами, используются CAPEX (капитальные затраты – расходы на приобретение, модернизацию или создание долгосрочных активов) и OPEX (операционные расходы – повседневные затраты на ведение бизнеса, необходимые для обеспечения текущей деятельности компании) – так называемые измеримые модели, показатели которых отражают разные виды расходов и по-разному учитываются в финансовых расчётах.

Рис. 3. Сокращение потерь природного газа за счёт применения инновационных технологий Источник: составлен автором

Также в практике применяется методика «комплексной оценки» при оценке потерь газа в технологических процессах, которая включает учёт различных факторов, использование определённых методов и применение нормативной базы. Целью данной методики является определение объёмов потерь, связанных с технологическими операциями, и формирование норм потерь по источникам, процессам и в целом по объекту, что наглядно представлено на рисунке 4 [16, 17].

Для оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, за основу можно принять методологию комплексной оценки ресурсоэффективности, предусматривающую интегральный расчёт и сравнительную оценку показателей эффективности компаний газовой отрасли. Оценка проводится с помощью системы показателей, отражающих функционирование производственной, экономической, финансовой, инвестиционной, энергетической и экологической сфер деятельности. Принимая за основу данный подход, для оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, могут применяться некоторые методы (табл. 1) [20].

Рис. 4. Методика «комплексной оценки» при определении потерь газа в технологических процессах Источник: составлен автором

Таблица 1

Методы оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах

Источник: составлено автором.

Анализируя вышеперечисленные используемые подходы, методы и методики в наших исследованиях, основное внимание было уделено не финансово-экономическим составляющим, а технико-экономическим аспектам оценки технологий, направленных на сокращение потерь газа в технологических процессах, в частности в нефтегазовой отрасли, с учётом ряда факторов, таких как выбор технологии обработки газа, географическое положение и характеристики месторождений УВ, выбор варианта подготовки газа, подбор размеров установки, использование энергосберегающих материалов и технологий и др. [18–21].

Анализ промысловых материалов показывает, что внедрение инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, требует значительных финансовых затрат на этапе реализации, однако в итоге позволяет сэкономить природные ресурсы и продлить срок службы оборудования и сопутствующей инфраструктуры.

Для оценки эффективности внедрения инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, рассмотрим пример затрат на основное технологическое оборудование для улавливания теряемого газа. В таблице 2 приведены примерные показатели одной из газотранспортирующих компаний по капиталовложениям, необходимым для приобретения основного оборудования для улавливания газов, отводимых в атмосферу. Подбор оборудования был осуществлён на основе расчёта геометрических размеров эжектора. При расчёте срока окупаемости эжекционной установки также были учтены затраты на монтажные и пусконаладочные работы (14,2 % от стоимости газового оборудования).

Таблица 2

Затраты на основное технологическое оборудование для улавливания теряемого газа

Источник: составлено автором.

Таблица 3

Корпоративные экологические цели ПАО «Газпром» на 2023–2025 гг.

Источник: составлено автором.

Таблица 4

Показатели ПАО «Газпром» в области охрану окружающей среды

Источник: составлено автором.

Нефтегазовые компании России уделяют особое внимание сокращению потерь газа и выбросов парниковых газов при различных технологических и производственных процессах. Показатели по данному направлению ПАО «Газпром» приведены в таблицах 3 и 4 [22].

Например, за счёт внедрения инновационных технологий (реализации проекта по замене сменных проточных частей центробежных компрессоров), направленных на сокращение потерь природного газа в технологических процессах, в 2024 году в ООО «Газпром трансгаз Югорск» сэкономлено 315,6 млн м³ природного газа. Кроме того, благодаря этому проекту сэкономлено 15,3 млн кВт·ч электрической энергии, а общая экономия средств составила 1,23 млрд рублей [22].

Нефтяные компании используют передовую технологию «Picaro» для выявления и устранения утечек метана. Внедрение умных счетчиков и технологий искусственного интеллекта позволяет совершенствовать системы мониторинга, отчётности и верификации (MRV). Анализ существующей системы показывает, что она недостаточно эффективна и аналитична, тогда как новая MRV-система интегрируется с метановой системой искусственного интеллекта и обеспечивает своевременную и точную информацию для принятия решений.

В рамках комплексного подхода, включающего использование спутников, дронов и наземных инструментов (таких как OGI-камеры), возможно выявление утечек и предотвращение потерь газа. Использование лазерных и тепловизионных устройств позволяет создавать системы для своевременного обнаружения и устранения выбросов метана в атмосферу, улучшая контроль целостности и исключая источники выбросов парниковых газов на производственных объектах. Применение беспилотных летательных аппаратов обеспечивает непрерывный экологический мониторинг целостности инфраструктуры производственных объектов [7, 17–21].

Заключение

Внедрение инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, может быть эффективным за счёт оптимизации процессов, минимизации утечек и снижения эксплуатационных затрат. Это особенно важно в условиях растущего спроса на энергоресурсы и ужесточения экологических норм.

Анализ показывает, что экономическая выгода от использования композитных материалов для устранения утечек газа достигается следующими способами: высокая скорость ремонта; устранение временной неисправности в газопроводе с последующей продувкой и перезапуском без остановки или прерывания процесса транспортировки газа; отсутствие необходимости в использовании взрывных методов; возможность проведения ремонта в труднодоступных местах, в том числе под водой.

Внедрение инновационных технологий, направленных на сокращение потерь природного газа, является эффективным и экономически целесообразным. Кроме того, использование таких технологий способствует минимизации воздействия на окружающую среду, что особенно важно в условиях глобальных экологических требований.