Замещение импортного газа: чем, как и когда

Эту тему я уже затрагивал в материале "Нужны ли Украине заводы по газификации угля, или Как избавиться от газовой зависимости" (ZN.UA №19 от 30 мая 2014 г.). Принятие Верховной Радой в первом чтении закона о введении чрезвычайного положения в энергосекторе, а главное - прекращение поставок российского газа в адрес НАК "Нафтогаз Украины" в июне 2014 г. подвигло правительство рассмотреть варианты замещения природного газа другими видами топлива и энергии.

Кратко рассмотрим перспективы основных из них, но в ином формате, нежели правительство. Тем более что далеко не все специалисты отрасли, особенно геологической, принимали участие (возможно, их по каким-то причинам не пригласили?) в рассмотрении перспектив и вариантов замещения импортного природного газа.

Сланцевый газ

Почему начиная с 2008 г., когда США благодаря сланцевой составляющей опередили Россию по объемам добычи природного газа, промышленная добыча сланцевого газа так и не пересекла границы США и Канады? И это при полностью отработанной технологии газодобычи.

По утверждению академика НАН Украины А.Лукина, США обладают уникальными по своим масштабам и геологическим характеристикам массивами плотных черносланцевых структур, в которых и находятся вкрапления углеводородов, не совсем удачно названные сланцевым газом. Сколько их? На самом крупном месторождении сланцевого газа Южный Барнет (штат Техас), на которое приходится около 60% всех его разведанных запасов, концентрация углеводородов в сланцевой породе составляет 0,3–1,8%. Округлим до 1%. Это означает, что на Южном Барнете в одном кубическом метре сланцевой породы содержится 10 литров газа (не удивляйтесь, это пока непривычные для большинства из нас единицы измерения).

Для добычи 1 млн кубометров так называемого сланцевого газа на Барнете необходимо переработать, используя способ гидроразрыва, 100 млн кубометров черного глинистого сланца. При глубине сланцевого слоя на этом месторождении 90–150 м территория добычи 1 млрд кубометров так называемого сланцевого газа должна составить 700–1000 кв. км сланцевых полей - и это для идеального случая, т.е. полного его извлечения.

Вот почему для добычи сланцевого газа нужны значительные территории и большое количество скважин - в Неваде их число приближается к 18 тыс. Стоимость сооружения одной скважины оценивается в 10 млн долл. Все указанное и ряд других факторов, таких, как необходимость использования значительных объемов воды, далеко небезопасных химикатов, рекреации местности и утилизации отработанной воды, позволило мне в 2011 г. сформулировать "сланцевую проблему" как сугубо американское явление.

Что послужило поводом для сланцевого ажиотажа? По мнению специалиста в области нефтегазодобычи А.Хуршудова, и с ним трудно не согласиться, этому послужила подмена (или неправильный перевод?) таких понятий, как потенциальные ресурсы и разведанные, то есть реальные, запасы. Последние составляют примерно 2% от мировых разведанных запасов природного газа.

Объем потенциальных запасов сланцевого газа, признанных значительными, и послужил причиной неоправданного (или ошибочного?) оптимизма. Ориентация на потенциальные запасы сланцевого газа приводит к значительной переоценке реальных возможностей их добычи. Даже на Мировом энергетическом конгрессе в Монреале (октябрь 2010 г.) прозвучала цифра обеспеченности планеты сланцевым газом на 200–300 лет.

Почему все это произошло, это уже вопрос политики. Для нас важно то, что в нынешней ситуации, требующей принятия радикальных и оперативных мер по замене импортного природного газа, не следует особо рассчитывать на сланцевый газ.

Возобновляемая энергетика

По данным Минэнергоугольпрома, в январе-ноябре 2013 г. на электростанциях Украины с применением возобновляемых источников энергии (ВИЭ), за исключением крупных гидроэлектростанций, было выработано 1 млрд 132,8 млн кВт∙ч электроэнергии. Это соответствует доле ВИЭ в общем объеме производства электроэнергии в 0,65%. Вот такие у нас стартовые показатели в плане замены газа возобновляемой энергией.

Если рассматривать биоэнергетику как составную часть пока еще нетрадиционной энергетики (в частности, ВИЭ), то в энергетических стратегиях Украины 2006-го и 2012 г. ее роль незначительна. Разработчики обновленной (2012 г.) стратегии составляющей биоэнергетики уделили по 1,24% на весь период с 2011-го по 2030-й, надеясь на нетрадиционные газовые топлива, в том числе и на сланцевый газ. Более оптимистична оценка Биоэнергетической ассоциации Украины - прогноз устойчивого роста с 1,5 до 10% с 2015-го до 2030 г.

С учетом наших реалий, возможно, это и упрощенный подход, ведь основной особенностью применения ВИЭ в электроэнергетике, теплоснабжении и на транспорте является их дотационный характер. Без дотаций масштабное применение ВИЭ маловероятно, хотя и есть примеры коммерческого, т.е. прибыльного использования биомассы, о чем подробнее речь пойдет ниже.

Чем обоснованы государственные дотации (из средств налогоплательщиков, разумеется) на оплату производства электроэнергии с применением ВИЭ? Для понимания нынешнего положения ВИЭ и существующего уровня госдотаций предлагаю вернуться к событиям января 2009 г., когда Европейская комиссия как высший орган исполнительной власти Евросоюза предложила новый "экологический и энергетический пакет", ставший в 2010 г. программой "20–20–20".

Реализация указанной программы подразумевает сокращение к 2020 г. в странах Европейского Союза на 20% выбросов парниковых газов к уровню 1990 г., достижение 20% доли возобновляемых энергоресурсов (ВИЭ) в общем потреблении энергии и сокращение использования первичных источников энергии на 20% за счет энергоэффективных технологий.

Необходимость реализации этой программы можно только приветствовать. Хотя первое ее положение основано на убежденности в том, что причиной наблюдаемых на планете изменений климата является парниковый эффект, вызванный повышенным образованием диоксида углерода вследствие активизации различных форм влияния деятельности человека на природу (антропогенной деятельности).

На спорность этого положения неоднократно указывали крупные ученые. Например, академики АН СССР К.Кондратьев и К.Демирчян (Глобальные изменения климата и круговорот углерода//Известия русского географического общества. - 2000. - Вып. 4) полагают, что антропогенный СО₂ составляет всего около 4% углекислого газа, содержащегося в атмосфере, и снижение его доли до 3% связано с огромными затратами. Вклад антропогенной деятельности в формирование парниковых газов оценивается почти на два порядка ниже их естественных потоков. Могу привести ряд конкретных примеров в поддержку этой позиции, но это уже тема для другой дискуссии.

Говоря о затратном механизме применения ВИЭ, следует указать, что, по оценкам экономиста в области изменения климата Ричарда Тола, изначально обозначенная Еврокомиссией сумма в 70 млрд евро (0,54% ВВП ЕС в 2020 г.) для реализации мероприятий указанной программы, по всей видимости, увеличится до 209 млрд евро (1,3% ВВП ЕС в 2020 г.). Сокращение доли выбросов до 30% в соответствии с решением экологического форума в Копенгагене и поддержанного Евросоветом, обойдется Европе в 450 млрд евро (2,9% ВВП ЕС в 2020 г.). Все это уже стало сдерживающим фактором реализации программ "зеленой" энергетики в Европе.

По мнению В.Струковой из Института энергетических исследований РАН, подобные высокие издержки вызваны тем, что "зеленая" энергетика еще не готова полностью заменить технологии, использующие традиционное топливо. Будет ли готова? Масштабность "зеленой" энергетики не следует преувеличивать. Она рассчитана прежде всего на местное топливо с целым рядом вытекающих проблем, в том числе и экологических, несмотря на нулевой баланс по СО₂.

На мой взгляд, в нашей стране для дотационной поддержки в целом такого важного направления, как возобновляемая энергетика, нужны лучшие времена. Нам следует развивать коммерчески целесообразные проекты по замене природного газа биомассой.

Подобные успешные примеры есть в практике разработок Института газа НАН Украины. Это газификация пеллет, полученных из древесных отходов производства бумаги в Малине (Житомирская обл.), с заменой 80% природного газа на промышленном паровом котле; замена природного газа шелухой подсолнечника (тоже на 80%) во вращающихся печах обжига огнеупорной глины на Ватутинском комбинате огнеупоров (Черкасская обл.); утилизация биогаза отходов производства спирта на Лужанском (Черновицкая обл.) спиртовом заводе и станции аэрации в Бортничах; замена природного газа биомассой на промышленной печи Криворожского металлургического комбината. Реализация указанных разработок позволяет осуществить замену на биомассу более 15 млн кубометров природного газа в год. В масштабах страны это немного, но в региональном разрезе - это весьма существенная доля замены импортного газа.

Дотационная поддержка ("зеленый" тариф) необходима для функционирования промышленных комплексов по утилизации биогаза полигонов твердых бытовых отходов (их у нас 4,5 тыс.). Это способствует снижению экологической опасности от эмиссии биогаза в атмосферу и риска самовозгорания с образованием крайне нежелательных химических веществ, что, к сожалению, случается. По разработкам института и с его участием два таких комплекса сооружены в Киевской области. Их функционирование обеспечивает экономию 7,5 млн кубометров природного газа в год.

Безусловно, проблема поиска альтернативных решений замены природного газа многогранна. Здесь важно определиться с оптимальными вариантами, позволяющими в относительно короткий срок обеспечить их воплощение.

Министерством финансов Украины после ряда консультаций со специалистами предложен ряд вариантов замены импортного природного газа, к числу которых относится упоминавшееся биотопливо, получение синтетического природного газа из угля, применение электроэнергии в коммунальном и бытовом секторе, собственная добыча газа с глубин более 5 км, водоугольное топливо, LNG-терминал, шахтный метан.

Газификация угля

Возможности получения синтетического природного газа из угля на основе его парокислородной газификации под давлением обсуждались в публикации ZN.UA (№19 от 30 мая). Если уж браться за решение этой задачи, то нам придется начинать практически с нуля. Закупать у западных компаний оборудование, осваивать очень непростые технологии, обучать персонал, решать вопросы инфраструктуры и т.д. Сейчас это, увы, нереально.

Имея длительный опыт работы с пилотными установками под давлением, в том числе по сжиганию и газификации угля в кипящем слое, я готов вступить в открытую дискуссию по этому вопросу, а также по другим аспектам применения процесса газификации - в химической промышленности, производстве моторных топлив. Но не просто ради дискуссии, а ради поиска оптимального решения.

Вместе с тем в Украине могут найти применение установки воздушной газификации угля при давлении, близком к атмосферному, сравнительно недорогие и доступные в эксплуатации, с получением газообразных продуктов как заменителей природного газа.

Назову основные направления их применения - теплоэнергетика, машиностроение, металлургия, промышленные сушильные агрегаты различного назначения. Полученный газ, естественно, имеет более низкую теплотворную способность, чем природный, тем не менее это топливный газ с надежными характеристиками горения, которым может быть успешно заменен природный газ. Это перспективное направление, и его нужно развивать.

В практике Института газа есть такие разработки. Примером готовых разработок является освоение в 2013 г. в котельной ГКП "Теплоэнерго" г. Луганска с участием Института газа НАН Украины газификатора мощностью 2,5 МВт. В настоящее время осуществляется перевод энергетического котла на Кировоградской ТЭЦ на сжигание продуктов газификации антрацита взамен 500 м³/ч природного газа.

Водоугольное топливо

Также практически с нуля нам придется осваивать технологии использования водоугольного топлива (ВУТ) в теплоэнергетике путем модернизации котельного оборудования и решения целого ряда проблем инфраструктуры. Объектом внедрения здесь могут быть городские ТЭЦ, работающие на природном газе и потребляющие его в объеме 1 млрд кубометров в год.

Напомню, что активное распространение ВУТ получило в начале 70-х годов прошлого столетия, прежде всего, в Китае, Японии, США, Швеции и ряде других стран, что в немалой мере было связано с нефтяным кризисом. В настоящее время наибольший масштаб применения этих технологий наблюдается в Китае и Японии.

В производстве энергии капитальные и эксплуатационные затраты при использовании технологии ВУТ значительно выше, чем при пылеугольном сжигании. Кроме того, при сжигании ВУТ на испарение воды затрачивается примерно 5% входящего в его состав угля. Здесь также выше (на 2–3%) механический и химический недожог, а КПД котлов на 2–5% ниже, чем при сжигании пылеугольного топлива.

Необходимость использования ВУТ может быть оправдана только дефицитом углеводородного топлива и наличием в стране достаточных запасов угля. Это наблюдается в Китае, который также поставляет уголь в Японию в виде водоугольной суспензии, т.е. в экологически наиболее безопасном виде.

В Украине в 2014 г. должен был стартовать Национальный проект "Водоугольное топливо", в соответствии с которым планировалась подготовка к модернизации котельных в Кривом Роге, Луганске и Харькове и строительство заводов по приготовлению ВУТ. Но…

Метан угольных пластов

По данным Н.Жикаляка, генерального директора "Донецкгеологии", общие ресурсы угольного метана только в Донецкой области оцениваются до 9 трлн кубометров. Уровень утилизации угольного метана достигается в основном за счет его выделения из дегазационных систем. Ресурсы метана в рабочих угольных пластах оцениваются в 500 млрд кубометров. В 2009 г. в Донецкой области в процессе шахтной дегазации было извлечено 233,3 млн кубометров метана, а с помощью вентиляции -
557 млн. В организации добычи шахтного метана в Украине заинтересованы крупные зарубежные компании. Но для реализации таких проектов потребуются значительные капиталовложения, направленные на реструктуризацию угольной отрасли.

Добыча природного газа

В упоминавшейся в начале публикации ZN.UA сообщало, каким образом в Украине в течение двух лет (с 1968-го по 1970 г. включительно) добыча газа возросла с 20 до 50 млрд кубометров, а в 70-е годы достигла 65–70 млрд. Нетрудно представить ситуацию в нашей стране, имей мы сейчас такие показатели. А ведь это реально. Запасы углеводородов не истощаются, а пополняются. Это утверждают геологи. Подтверждением тому немало научно-практических публикаций.

В качестве примера рекомендую ознакомиться со статьей доктора геолого-минералогических наук В.Созанского "Відновлення світових запасів нафти та газу як стратегічна проблема сучасності" ("Геологічний журнал", 2013 г., №3). Есть и конкретные примеры.

По данным Ю.Казанцева и Т.Казанцевой (Институт геологии Уфимского научного центра РАН), на нашем Шебелинском месторождении к 2005 г. за время его разработки (с 1956 г.) было добыто 456 млрд кубометров природного газа, что давно превысило его начальные запасы. Количество притока оценивается в 80 млрд кубометров.

Полученный в 70-е годы результат был достигнут благодаря освоению углеводородного потенциала глубин в интервале 4,5–6,5 км. В прошлом году одна газодобывающая компания на открытом еще в 80-е годы газоконденсатном месторождении (продуктивный интервал 5500–6200 м) пробурила скважину глубиной 6534 м и успешно добывает газ с конденсатом с суточным дебитом более 1 млн кубометров.

По утверждению А.Лукина, потребление нефти и природного газа в мире неуклонно возрастает. И нет оснований ожидать изменения этой ситуации, по крайней мере, до конца нынешнего столетия, с ожидаемым максимумом газодобычи в 2015–2030 гг.

Сейчас в трех регионах Украины известны более 400 месторождений (из них 3 гигантских и 27 больших). Успешное освоение углеводородного потенциала больших глубин в пределах центрального сегмента Донецко-Днепровской впадины позволит в ближайшие годы существенно (на 20–25 млрд кубометров) повысить добычу газа. А затем перейти к планомерному осуществлению и других направлений поисково-разведывательных работ, что в перспективе полностью обеспечит потребности Украины в природном газе.

В отличие от других обсуждавшихся направлений решения проблемы замены импортного природного газа и возможностей их реализации в Украине, у нас, также по утверждению А.Лукина, еще сохранились специалисты (геологи, геофизики, промысловики), которые могут осуществить прогнозирование объектов, научное сопровождение глубокого бурения и разработку глубокозалегающих продуктивных горизонтов.

Учитывая сегодняшнюю чрезвычайную ситуацию с обеспечением природным газом в Украине, важность и специфику нефтегазовой отрасли, которая является фактически единым технологическим циклом от поиска и разведки месторождений до добычи углеводородов, необходимо возродить украинскую нефтегазогеологическую школу и геологоразведочную отрасль. Без успешной работы этой отрасли невозможно обеспечить энергетическую независимость Украины. В ином случае наша страна обречена на новую энергетическую зависимость со всеми экономическими и политическими последствиями.