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
|
Методы |
Действия |
|
Анализ экономического эффекта |
Необходимо проанализировать технологические параметры, заявленные подрядчиком, оценить их в стоимостном выражении и сравнить с полной стоимостью работы, выполненной без использования технологии |
|
Оценка актуальности технологии |
Актуальность технологии оценивается за счёт использования существующих систем отслеживания технологических трендов |
|
Определение надёжности технологии |
Надёжность технологии, применяемой в рамках проекта, определяется на базе информации об истории её использования |
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
|
Технологическое оборудование |
Количество, шт |
Цена за 1 единицу, руб. |
Общая стоимость, руб. |
|
Эжектор |
8 |
70000 |
560000 |
|
Газопровод 32×3 мм |
16 (по 12 м) |
4000 |
64000 |
|
Газопровод 25×2,8 мм |
8 (по 12 м) |
4000 |
32000 |
|
Регулятор давления типа |
8 |
279000 |
2232000 |
|
РД-25-64 |
16 |
1500 |
24000 |
|
Манометр |
8 |
3500 |
28000 |
|
Фильтр типа МС |
8 |
400 |
3200 |
|
Кран шаровый (ДУ 25 11Б27П) |
16 |
760 |
12160 |
|
Кран шаровый (ДУ 32 11Б27П) |
8 |
70000 |
560000 |
|
Общая сумма, руб. |
2955360 |
||
Источник: составлено автором.
Таблица 3
Корпоративные экологические цели ПАО «Газпром» на 2023–2025 гг.
|
Корпоративная экологическая цель |
Базовый уровень 2018 г. |
Фактический показатель 2024 г. |
|
Снижение выбросов парниковых газов при транспортировке природного газа, т СО2-экв. /млрд м3ˑкм |
6,70 |
47,05 |
|
Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу, т/млн м3 топливного газа |
4,23 |
3,96 |
|
Снижение сверхнормативного сброса загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты, % |
5,26 |
0,02 |
|
Снижение доли отходов, направляемых на захоронение, от общей массы отходов, находящихся в обращении, % |
37,53 |
11,93 |
|
Снижение доли дочерних обществ, превысивших 5% уровень платы за сверхнормативное воздействие на окружающую среду, % |
35 |
8,11 |
Источник: составлено автором.
Таблица 4
Показатели ПАО «Газпром» в области охрану окружающей среды
|
Показатели |
Годы |
||
|
2022 |
2023 |
2024 |
|
|
Выбросы парниковых газов, млн т CO2 – экв. |
213,5 |
209,6 |
221,2 |
|
Среднегодовые цены на основные сырьевые товары Природный газ (Нидерланды), долл. / тыс. м3 |
1 428 |
460 |
385 |
|
Расходы Газпром на охрану окружающей среды в РФ, млрд руб. |
|||
|
Текущие затраты на охрану окружающей среды |
40,4 |
43,5 |
48,9 |
|
Инвестиции в основной капитал, направленные на охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов |
48,0 |
52,1 |
38,3 |
|
Плата за негативное воздействие на окружающую среду |
0,7 |
0,6 |
0,7 |
|
Всего |
89,1 |
96,2 |
87,9 |
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.