16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/333-334/7102917.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 01-02 (333-334) январь 2018 года

Как снизить затраты на углеводородное топливо в Арктике

Новые технологии К. т. н. Евгений ДУБРОВИН, к. т. н. Игорь ДУБРОВИН

Сегодня Российская Федерация возвратилась и прочно обосновывается в Арктике, где для обеспечения своих национальных интересов развернула военные городки.

Климат в Арктическом регионе, как известно, суровый, отопительный сезон продолжается практически круглогодично. Достигнуть значительной экономии топлива в Арктике можно за счет одновременной реализации ряда организационно-технических мероприятий по нескольким направлениям.



Какое топливо сегодня используется в Арктике

В настоящее время в отечественной энергетике широкое применение нашли природный газ, мазуты, дизельные топлива и угли различных марок. К сожалению, в условиях Арктики использовать большую часть указанных видов углеводородных энергоресурсов не представляется возможным из‑за низких и сверхнизких температур наружного воздуха, а также по причине интенсивного газового и теплового загрязнения окружающей природной среды региона продуктами сгорания топлива – дымовыми газами.
Природный газ, как известно, при температурах ниже –25° С переходит в жидкую фазу, а при более низких температурах застывает и нетранспортабелен по газопроводам.

При низких температурах значительно возрастает расход мазута марки М-100 на собственные нужды котельных, что связано с его (мазутом) подогревом до температуры наступления текучести – +65°С и поддержанием текучести в рабочих пределах. В этом случае на собственные нужды котельной тратится более 30 % вырабатываемой энергии при норме 12 %, что вызывает удорожание производимого продукта – водяного пара или горячей воды – более чем на 25 %.

Дизельные топлива зимнее (ДТ З) и летнее (ДТ Л) при температурах, соответственно, ниже –35°С и –5°С превращаются в желеобразную массу, полностью теряющую свою текучесть по трубопроводам.

Продукты сжигания углей наряду с газообразными соединениями содержат большое количество твердых частиц, включая сажу и шлак (до 40 %), выброс которых в окружающую природную среду самым негативным образом сказывается на экологическом состоянии Арктического региона.

По причине низких и сверхнизких температур наружного воздуха, а также использования традиционных технологий хранения, подготовки и сжигания топлива в Арктике сегодня реально можно применять в качестве горючего всего лишь один вид углеводородного энергоресурса – дизельное топливо арктическое (ДТ А) ГОСТ 305‑2013 с температурой застывания – 45°С, что делает его самым дорогим из всех применяемых в отечественной энергетике углеводородных топлив.

Стоимость дизельного топлива арктического в восточных районах российского побережья Северного Ледовитого океана по сравнению с западными регионами арктической зоны России увеличивается в несколько раз, что вызвано большими финансовыми расходами / затратами на его доставку к потребителю.

Необходимо отметить, что теоретически в арктических широтах все‑таки можно использовать все виды углеводородных топлив, кроме природного газа, однако их широкое применение в Арктике сегодня тормозят устаревшие технологии хранения, подготовки и сжигания.



Как топливо становится «золотым»

Проблема обеспечения топливом арктических объектов остается и сегодня весьма актуальной. Как правило, доставка дизельного топлива арктического в арктические районы России производится в период северного завоза, осуществляемого по Северному Морскому пути, и только во время навигации. Очевидно, что стоимость дизельного топлива арктического, достигнувшего хранилища арктического потребителя, значительно увеличивается и, главным образом, за счет затрат на доставку, что подтверждается результатами приведенных ниже расчетов.

Для выполнения корректных расчетов принимаются следующие условия:

• отпускная цена ДТ А с НПЗ (в ценах октября 2017 года) – 40000‑45000 руб. / тонна;
• доставка топлива из порта Мурманск до острова Котельный Новосибирского архипелага (расстояние около 4800 км или 2592 морских мили) осуществляется большими десантными кораблями (БДК) типа «Иван Рогов», способными производить выгрузку на необорудованный берег и в мелководных районах моря;
• топливо доставляется в стандартной таре – стальных бочках весом 20,2 кг (0,0202 тонны) и вместимостью 200 кг (0,2 тонны);
• вид доставляемого горючего – дизельное топливо арктическое ГОСТ 305‑2013 (плотность при +15°С – 833,3 куб. метр / кг);
• производятся только по расходу топлива, затраченного на транспортировку, без учета амортизации технических средств, стоимости погрузочно-разгрузочных работ и задействованной техники, расходов на содержание экипажа (зарплата, питание, обмундирование).

Каждый из больших десантных кораблей типа «Иван Рогов» максимально может взять на борт 2480 тонн полезного груза (разницу между стандартным – 11580 т и полным – 14060 т – водоизмещениями) или не более 11262 бочек топлива (2480 тонн: (0,2+0,0202) тонн). При этом за один рейс БДК способен доставить не более 2253 тонн или 1876 тыс. литров (11262 / (200 кг х 0,833 куб. м / кг)) дизельного топлива арктического, при этом вес тары (пустых бочек) составляет около 227 тонн (2480 тонн – 2253 тонны). Общая стоимость ДТ А в порту Мурманска будет более 90÷101 млн рублей (2253 тонны х 40000÷45000 руб. / тонна).

Теперь определим топливную составляющую БДК типа «Иван Рогов» транспортировки горючего на о. Котельный Новосибирского архипелага из Мурманска.

Экономическая скорость БДК типа «Иван Рогов» составляет 14,5 узла, значит, расстояние в 2592 мили корабль пройдет приблизительно за 179 часов, или 7,5 суток.

В энергетической установке БДК в качестве главных машин используется две газовые турбины типа ГТУ М-3 по 18000 л.с. и удельным расходом топлива 220 гр. / л.с. час (0, 00022 тонн / л.с. час) каждая. Экономический ход корабля может обеспечить работа одной газовой турбины на полной мощности (режиме 1,0 N) или работа двух газовых турбин на режиме 0,5 N (по 9000 л.с. каждая турбина). Это значит, за время перехода от Мурманска к берегу о. Котельный БДК затратит на работу главных турбин около 709 тонн дизельного топлива зимнего (0,00022 т / л.с. час х 18000 л.с. х 179 час).

Для обеспечения электроэнергией БДК типа «Иван Рогов» оборудован шестью дизель-генераторами ДГ-500 кВт с дизелями 12ЧН18 / 20 номинальной мощностью 800 л.с. и удельным расходом топлива 179 гр. / л.с. час (0,000179 тонн / л.с. час) каждый. На переходе работает, как правило, половина генераторов. Значит, общий расход топлива дизель-генераторами на маршруте Мурманск – о. Котельный Новосибирского архипелага составит около 77 тонн (0.000179 тонн / л.с. час х 800 л.с. х 6 х 179 час).

На доставку дизельного арктического топлива из Мурманского порта до о. Котельный БДК суммарно затратит около 786 (709 + 77) тонн дизельного топлива зимнего. То есть за рейс по маршруту Мурманск – о. Котельный Новосибирского архипелага – Мурманск на работу главных и вспомогательных двигателей БДК типа «Иван Рогов» израсходует 1572 тонны дизельного топлива зимнего стоимостью 35000 руб. / тонна в ценах октября 2017 года, или более 55.000.000 рублей. Очевидно, что эта сумма войдет в стоимость дизельного топлива арктического в военном городке на острове Котельный.

Таким образом, стоимость тонны дизельного топлива арктического, доставляемого БДК типа «Иван Рогов», с каждой милей пути от Мурманска до о. Котельный будет увеличиваться более чем на 9,0 рублей (55.000.000 руб.: (2592 морских миль х 2273 тонны)). Другими словами, с каждой морской милей маршрута Мурманск – о. Котельный стоимость одной тонны ДТ А (полезного груза), перевозимого на БДК типа «Иван Рогов», прибавляет в цене чуть более 9,0 руб. (или 0,0009 руб. / кг груза на милю). Поэтому стоимость одной тонны ДТ А в месте его потребления с учетом доставки составляет уже более 64000÷69000 рублей за тонну, то есть вырастает по сравнению с отпускной ценой НПЗ примерно на 60 %.
Именно поэтому на обеспечение всех энергетических объектов арктической зоны России топливом начиная с 2013 года ежегодно тратится огромная сумма – около 520 млрд. рублей.

Становится очевидным, что при доставке судами доставленное до арктического потребителя ДТ А становится не просто дорогим, а «золотым» топливом. Как же снизить эти огромные расходы?



Направления снижения затрат

Первое направление – доставка топлива в арктические населенные пункты посредством дирижаблей. Доставка топлива дирижаблями может осуществляться круглогодично.

Определим стоимость перевозки одного килограмма полезного груза на одну морскую милю пути, например, дирижаблем L-59 по маршруту Мурманск – о. Котельный Новосибирского архипелага – Мурманск с учетом полета по прямой на расстояние около 7000 (3500 × 2) км или 3780 морских миль.

Приведем необходимые технические характеристики немецкого дирижабля L-59.

Полезная нагрузка дирижабля L-59 – 47400 кг, максимальная дальность полета на одной заправке – 14309 км (~7726 морских миль), а полный запас топлива – 21600 кг.

На одной заправке дирижабль может слетать по указанному (прямому) маршруту около 2,0 (7726 морских миль: 3780 морских миль) раз, значит, он перевезет в два раза больше грузов – 94800 кг (47400 кг х 2,0) или 94,8 тонны, из которых при перевозке топлива в бочках 86,1 тонна топлива, а 8,7 тонны – тара.

Определим количество топлива, затрачиваемого на перевозку одного килограмма полезного груза дирижаблем, для чего разделим полный запас топлива на массу перевозимого полезного груза (топлива) – для L-59 это значение ~0,251 кг дизтоплива / кг полезного груза (21600 кг дизтоплива: 86100 полезного груза).

Теперь рассчитаем стоимость перевозки одного килограмма полезного груза по топливу. Количество топлива, затрачиваемого на перевозку одного килограмма полезного груза дирижаблем, умножим на стоимость одного кг топлива. Для дирижабля – дизельного топлива зимнего. Средняя стоимость дизельного топлива зимнего в России с учетом НДС в ценах октября 2017 года составляет около 35 рублей за килограмм.

Результаты расчетов показывают, что стоимость перевозки одного килограмма полезного груза по топливу составляет для L-59 ~8,8 рублей / кг полезного груза (35 руб. / кг дизтоплива х 0,251 кг дизтоплива / кг полезного груза).

Теперь вычислим стоимость перевозки одного килограмма полезного груза на один километр пути. Для этого стоимость перевозки одного килограмма полезного груза по топливу разделим на дальность полета. Стоимость перевозки одного килограмма полезного груза на одну морскую милю пути для дирижабля L-59 составит ~0,0006 руб. / кг миля (8,8 рублей за кг полезного груза: (2,0 раза х 7726 морских миль)).

Таким образом, выполненные расчеты убедительно показывают, что подвоз топлива на БДК (0,0009 руб. / кг полезного груза на милю) обходится дороже, чем дирижаблем L-59 – (~0,0006 руб. / кг на милю) примерно в полтора раза. Значит, при использовании дирижабля стоимость доставки топлива снижается на ~ 33 %.

Очевидно, что с учетом погрузочно-разгрузочных работ и доставки топлива по мелководью до берега подвоз горючего дирижаблями является более экономичным, чем транспортными судами. К этому следует добавить, что дирижабли для доставки грузов в отдаленные районы могут быть использованы круглогодично и не требуют специально оборудованных площадок, например, для выгрузки доставленного груза.

Второе направление – отказ от применения традиционных технологий хранения, подготовки и сжигания топлива в Арктике.



Хранить по‑новому

Недостаточно только доставить топливо потребителю, его следует еще и рационально хранить, подготавливать и использовать, сохраняя при этом качество горючего и не нарушая экологическое состояние окружающей природной среды. По мнению авторов, повышение эффективности использования топлива по прямому назначению возможно за счет практической реализации ряда мероприятий:

• совершенствование как отдельных технологических процессов или этапов топливоподготовки, так и цикла подготовки топлива в целом;
• динамическое или активное хранение топлива;
• гомогенизация и аэрация топлива перед его подачей в зону горения;
• повышение качества приготавливаемой горючей смеси, подаваемой на горение;
• замена раздельной схемы смешения топлива и воздуха на совместную схему;
• интенсификация и активизация процесса горения;
• изменение способа регулирования мощности и нагрузки топливосжигающей установки;
• сжигание топлива при расходах воздуха, близких к теоретическим значениям, позволит значительно повысить эколого-экономическую эффективность использования всех топливо­сжигающих установок.

Рассмотренные мероприятия реализуют конструкции, созданные авторами: система динамического / активного хранения топлива и топливоподающая система.

Система динамического / активного хранения топлива предназначена для организации постоянной или периодической циркуляции в расходном или запасном топливном резервуаре обработанного топлива с целью недопущения расслоения горючего на фракции и образования топливно-водяного отстоя на днище резервуара.

Назначением топливоподающей системы является приготовление воздушно-топливной горючей смеси оптимального состава и ее подача в зону горения.

Системообразующий элемент обоих систем представлен струйным аппаратом: в системе динамического / активного хранения топлива – это струйный насос-дозатор, а в топливоподающей системе – воздушно-топливный струйный насос-распылитель, одновременно выполняющий функции топливоподающего насоса, смесителя компонентов топливной смеси и распылителя топлива.

Функционирование струйного насоса-дозатора первой системы происходит за счет кинетической энергии топлива, подаваемого по напорной линии топливного насоса. При прокачке проточной части насоса-дозатора топливом в рабочей камере струйного аппарата создается разрежение, достаточное для самовсасывания и обработки (гомогенизации) топлива, которое после обработки в виде мелкодисперсного топливного потока сливается назад в топливную емкость, где хранится горючее.

Работа струйного насоса-распылителя второй системы происходит за счет кинетической энергии сжатого воздуха, подаваемого от воздушного компрессора / вентилятора или из воздушного баллона. В рабочей камере насоса-регулятора при движении сжатого воздуха создается разрежение, за счет которого происходит самовсасывание, гомогенизация, аэрация топлива, приготовление на его основе воздушно-топливной смеси и подачи ее в виде мелкодисперсной распыленной струи в зону горения.

Рассматриваемые системы сегодня находятся в эксплуатации, перед которой прошли натурные и промышленные испытания в реальных условиях.

Так, результаты применения системы динамического / активного хранения топлива показали, что:

• расслоение топлива и высоковязкий топливный отстой в резервуаре отсутствуют;
• находящееся на хранении жидкое топливо имеет усредненную гомогенную структуру и однородный состав горючего.
Результаты использования топливоподающей системы выявили:
• экономию топлива более чем на 15 %;
• снижение потребления атмосферного воздуха до теоретического значения (10‑11 килограммов воздуха на 1 килограмм топлива);
• бездымное горение углеводородных топлив с различными физико-химическими показателями – качественное сжигание различных видов углеводородного горючего, включая сырую нефть, нефтесодержащие отходы с влагосодержанием до 23 %.

Данные системы могут быть легко адаптированы для любого топливного резервуара хранения жидкого топлива (первая система) и любого типа топливосжигающей установки, потребляющей твердое, жидкое или газообразное топливо (вторая система).

Использование рассмотренной технологии приготовления воздушно-топливной смеси совместно с технологией активного способа хранения жидкого топлива позволит, во‑первых, расширить номенклатуру применяемых в арк­тической зоне нефтяных топлив, во-вторых, удовлетворять экологическим требованиям и нормам, в-третьих, сохранять качественно-количественные показатели топлив при их длительном хранении в условиях низких температур. И, наконец, реально сокращать количество потребляемого на горение топлива и воздуха.

Практическое использование ресурсосберегающих технологий в арктических топливосжигающих комплексах позволяет получать значительную финансовую выгоду сразу же после их внедрения. Так, например, внедрение и использование упомянутых технологий способно реально заменить дизельное топливо арктическое (температура застывания по ГОСТу 305‑2013 -45°С) дизельным топливом зимним (температура застывания по ГОСТу 305‑2013 -35°С) и сэкономить при этом около 5000÷10000 рублей с каждой тонны энергоресурса (или 12,5÷22 % финансовых затрат).

При правильном подходе к решению вопроса обеспечения жизненного цикла углеводородного горючего дизельное топливо в Арк­тике вполне реально заменить другими, более дешевыми видами нефтяных топлив.



Сжигать по‑новому

Эколого-экономическая эффективность использования топлива по прямому назначению зависит не только от вида применяемого горючего и комплекса его свойств, качества процесса топливоподготовки, но и определяется организацией процесса сжигания.

Процессы получения, преобразования и передачи энергии, как известно, всегда сопровождаются ее потерями, например, с выбрасываемыми в атмосферу нагретыми дымовыми газами. В отдельных случаях потери энергии могут быть значительными, что в условиях Арктики, по мнению авторов, недопустимо. Именно поэтому для минимизации потерь энергии арктические ТЭК следует оборудовать комбинированными энергетическими установками, в частности, дизель-генераторами с навешанными на выходной газоход утилизационными котлами, снабженными камерами дожигания уходящих из ДВС газов. При этом дизель-генератор комбинированной ЭУ будет вырабатывать электрическую энергию, а утилизационные котлы – греть воду, тем самым более рационально использовать производимую при сжигании топлива тепловую энергию топлива.

Результаты выполненных авторами расчетов показывают, что одновременная реализация мероприятий рассмотренных выше направлений и применение дизель-генераторов с утилизационными котлами позволит сократить финансовые затраты на топливо для арктических энергетических объектов на 63÷80 % (33 %+9 %+12,5 %+9 %÷ 33 %+15 %+22 %+10 %). Это означает, что вместо затраченных в 2017 году на обеспечение отдаленных северных районов углеводородным топливом 520 млрд рублей потребуется не более 104÷192 млрд рублей.

Кроме того, реальной альтернативой углеводородному топливу могут стать неиссякаемые возобновляемые природные энергетические ресурсы Арктики. Расходы, связанные с доставкой топлива, могут быть снижены, например, за счет массового использования ветра и вод океана для выработки различных видов энергии. Учитывая, что на побережье Северного Ледовитого океана длительное время года господствуют сильные ветры и периодически наблюдаются приливы и отливы воды, альтернативные энергоресурсы, обладающие огромной потенциальной энергией, необходимо максимально заставить работать в интересах освоения Российской Арктики. Очевидно, что реализация мероприятий по использованию энергии ветра и вод океана потребует дополнительных финансовых вложений и заменит только небольшую часть углеводородного топлива, но в то же время позволит пусть не полностью, но сократить зависимость арктических ТЭК от углеводородного топлива и снизить антропогенное давление на окружающую природную среду арктической зоны.



Выводы

Очевидно, что постоянное присутствие Российской Федерации в Арктике невозможно без значительных финансовых затрат, необходимых в том числе для поддержания инфраструктуры и обеспечения нормальной жизнедеятельности людей в суровых климатических условиях. Однако эти расходы вовсе не напрасны, поскольку в конечном итоге они направлены на обеспечения национальной безопасности России в стратегически важном регионе планеты. В то же время необходимо помнить, что арктическая зона экологически уязвима, именно поэтому в ней нельзя использовать устаревшие, экологически опасные и экономически затратные технологии, в том числе и технологии хранения, подготовки и сжигания углеводородного топлива.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 01-02 (333-334) январь 2018 года:

  • Охрана труда повышает квалификацию
    Охрана труда повышает квалификацию

    Более 80 специалистов энергетических предприятий из разных регионов России собрались на семинаре-совещании «Актуальные вопросы охраны труда в организациях электроэнергетики. Контроль и надзор в сфере охраны труда, риск-ориентированный подход при осуществлении государственного надзора. Практика организаций электроэнергетики по обеспечению требований охраны труда». ...

  • Аналитики ожидают увеличения спроса на топливные гранулы на азиатском рынке
    Аналитики ожидают увеличения спроса на топливные гранулы на азиатском рынке

    Аналитический сайт Business.conbio опубликовал данные об азиатском рынке биотопливных гранул (пеллет). Отмечается рост спроса на пеллеты в Южной Корее, который в 2018 г. должен достичь 3 млн тонн. В 2016 г. южнокорейские компании закупили всего 1,72 млн тонн. ...

  • Enel и Pacific Gas and Electric подписали соглашение о хранении электроэнергии
    Enel и Pacific Gas and Electric подписали соглашение о хранении электроэнергии

    Итальянский энергоконцерн Enel, действуя через свою дочернюю компанию Enel Green Power North America, подписал три соглашения о создании объектов хранения электроэнергии с энергетической компанией Pacific Gas and Electric (PG&E), работающей в американском штате Калифорния. В рамках данных соглашений Enel осуществит в Калифорнии проекты по созданию независимых энергоаккумулирующих объектов Kingston, Cascade и Sierra на основе литий-ионны...

  • Солнечный рассвет: Россия переживает бум гелиоэнергетики
    Солнечный рассвет: Россия переживает бум гелиоэнергетики

    Если посмотреть на мировые тенденции, то можно увидеть, что солнечная энергетика переживает свой подъем. У такого бума много причин, но главный стимул – цена солнечного киловатта....

  • Как снизить затраты на углеводородное топливо в Арктике
    Как снизить затраты на углеводородное топливо в Арктике

    Сегодня Российская Федерация возвратилась и прочно обосновывается в Арктике, где для обеспечения своих национальных интересов развернула военные городки. ...