Невозобновляемые источники энергии

Лекция 2

Проблемы эффективности, надёжности и безопасности производств энергоресурсов.

Невозобновляемые источники энергии

Нефть. Прогнозы располагаемых запасов и их исчерпания. Проблемы добычи и транспорта нефти. Разведочное бурение и проблемы обустройства месторождения. Проблемы эксплуатации месторождений. Проблемы попутного газа. Проблемы экологической безопасности при добыче и транспорте нефти. Выбор трасс для магистральных нефтепроводов. Надёжность нефтепроводов, диагностика состояний трубопроводов, проблемы утечек. Танкерные перевозки сырой нефти и нефтепродуктов. Проблемы переработки сырой нефти, загрязнение грунтовых вод.

Природный газ. Прогнозы располагаемых запасов и их исчерпания. Проблемы добычи и транспорта газа. Разведочное бурение и проблемы обустройства газовых месторождений. Проблемы эксплуатации месторождения. Утилизация потенциальной энергии магистрального природного газа на газораздаточных и газораспределительных станциях. Проблемы экологической безопасности при добыче и транспорте природного газа.

Уголь. Прогнозы располагаемых запасов и их исчерпания. Проблемы добычи и транспорта угля. Проблемы экологической безопасности при добыче и транспорте угля.

Горючие сланцы. Прогнозы располагаемых запасов и их исчерпания. Проблемы добычи и транспорта горючих сланцев. Проблемы экологической безопасности при добыче и транспорте горючих сланцев.

Ядерное топливо. Прогнозы располагаемых запасов и их исчерпания. Проблемы производства и транспорта ядерного топлива. Проблемы экологической безопасности при производстве и транспорте ядерного топлива

Нефть. Доказанные мировые запасы нефти в настоящее время составля-ют 161, 9 млрд т и в целом позволяют обеспечить как текущий, так и

перспективный мировой спрос на нефть (обеспеченность текущей мировой добычи нефти доказанными запасами в настоящее время

составляет 40, 5 года). Нефть является главной статьей российского экспорта, составляя, по данным за 2009 год, 33 % экспорта в денежном выражении (вместе с нефтепродуктами -- 49 %). Основную массу наливных грузов (более 90 %) составляют нефть и нефтепродукты.

Согласно Энергетической стратегии России, долгосрочное развитие нефтяной промышленности страны предполагает решение следующих основных задач:

рациональное использование разведанных запасов нефти, обеспечение расширенного воспроизводства сырьевой базы нефтедобывающей промышленности; ресурсо- и энергосбережение, сокращение потерь на всех стадиях технологического процесса при подготовке запасов, добыче, транспорте и переработке нефти; углубление переработки нефти, комплексное извлечение и использование всех ценных попутных и растворенных компонентов; формирование и развитие новых крупных центров добычи нефти, в первую очередь, в восточных районах России и на шельфе арктических и дальневосточных морей; расширение присутствия российских нефтяных компаний на зарубежных рынках, приобретение перерабатывающей и сбытовой инфраструктуры в странах-реципиентах; расширение участия российских нефтяных компаний в зарубежных добывающих и транспортных активах, прежде всего, в странах СНГ, Европы и Азиатско-Тихоокеанского региона.

Смесь газов, состоящая из метана, этана, пропана, бутана и изобутана, содержащая растворенные в ней высокомолекулярные жидкости называют попутным нефтяным газом. Особенностью происхождения нефтяного попутного газа является то, что он выделяется на любой из стадий от разведки и добычи до конечной реализации.

В настоящий момент объемы добываемого, утилизируемого и сжигаемого ПНГ невозможно оценить в связи с отсутствием на многих месторождениях узлов учета газа. Но по приблизительным оценкам это порядка 25 млрд м³.

Нефть и нефтепродукты относятся к опасным грузам. Перевозка опасных грузов осуществляется всеми видами транспорта: автомобильным, железнодорожным, воздушным, морским, речным. Наиболее распространенным и перспективным видом транспорта является перевозка в танкерах. Та́ нкер (англ. tanker) — морское или речное грузовое судно, предназначенное для перевозки наливных грузов. нефти и нефтепродуктов.

Прежде чем перевозить нефть и нефтепродукты, необходимо определить: какую опасность для людей и окружающей среды они представляют.

Среди многочисленных вредных веществ антропогенного происхождения, попадающих в окружающую среду (воздух, вода, почва, растительность и др.), нефтепродуктам принадлежит одно из первых мест.

Нефтепродукты обладают целым рядом особенностей, которые существенным образом влияют на организацию нефтескладского хозяйства. Главнейшими из них являются: огнеопасность, взрывоопасность, способность электризоваться при движении, высокая испаряемость и вязкость некоторых нефтепродуктов, а также вредность нефтепродуктов для здоровья.

Экологическая безопасность технологических процессов.

Система очистки и утилизации нефтесодержашей воды. В системе обработки должна очищаться следующая нефтесодержащая вода: балластная вода из емкостей хранения; вода, применяемая для обратной промывки фильтров; нефтесодержащая вода из открытых дренажных систем опасных и безопасных стоков.

Пластовая вода и нефтесодержащая вода не должна сбрасываться за борт, а обрабатывается и повторно закачивается в пласт для поддержания пластового давления. Очищенная нефтесодержащая вода должна смешиваться с забортной водой, фильтроваться и деаэрироваеться в системе обработки перед смешиванием с очищенной пластовой водой до насосов закачки воды.

Балластная вода, выкачиваемая из емкостей хранения нефти, должна подвергаться очистке, которая должна обеспечить удаление твердых частиц, нефти и парафина до подачи в систему закачки в пласт. При необходимости к балластной воде добавляется забортная вода на входе для поддержания требуемого расхода на выходе деаэратора забортной воды. На последнем этапе процесса очищенная балластная вода перекачивается насосами очищенной нефтесодержащей воды в систему закачки забортной воды перед фильтрами тонкой очистки забортной воды, где она должна проходить дополнительную фильтрацию и деаэрацию и подвергается закачке.

Система очистки и утилизации отходов бурения

Все стоки, содержащие буровой раствор должны направляться для утилизации к оборудованию приготовления шламовой суспензии с последующей закачкой в пласт.

Система хозяйственно-бытовых стоков

Система хозяйственно-бытовых стоков должна обеспечивать сбор фекальных и бытовых стоков от сантехнических приборов, оборудования камбуза и прачечной жилого модуля, сантехнических приборов вспомогательного модуля, а также сбор сточных вод от системы сточной бурового и технологического комплекса. Все отведенные стоки должны направляться в установку биохимической очистки сточных вод, расположенную на крыше кессона в безопасной зоне. Осветленная и обеззараженная сточная вода после установки должна направляться в систему открытых безопасных стоков.

Инженерные решения, применяемые при проектировании платформы, позволят уменьшить негативное влияние на морскую среду, что может быть достигнуто:

- при выполнении всеми участниками работ установленных требований к природопользованию и охране окружающей среды, регламентируемых международным и российским законодательством;

- при осуществлении мероприятий, направленных на исключение попадания загрязняющих веществ в морскую среду (утилизация отходов бурения в поглощающие скважины, политика «нулевого сброса» и др.).

Работы в транзитной зоне осложнены природными и антропогенными факторами. К числу таковых можно отнести малые и быстроменяющиеся глубины, песчаные и илистые бары, рифовые образования, зоны осушки, узкие проходы, резкие непредсказуемые ветры и течения, сгонно-нагонные процессы, прибрежные топи, разного рода затопленные предметы и свалки, причальные сооружения, платформы, эстакады, трубопроводы.

Экологическая опасность с началом промышленной эксплуатации месторождений многократно увеличится. Это связано как с возможностью собственно разливов нефти при добыче, так и с чисто технологическими последствиями процесса промышленного бурения. Особую опасность представляют процессы транспортировки нефти и газа как трубопроводным, так и морским транспортом. Все это требует организации надежной системы охраны природной среды, одной из основных составных частей которой является мониторинг.

Важнейшим вопросом комплексной экологической оценки состояния природной среды на участках добычи нефтеуглеводородов, их перегрузки и транспортировки является совмещение результатов мониторинга состояния недр шельфа и экологического мониторинга, проводимого организациями РАН. Росгидромета и Федерального агенства по рыболовству. В первую очередь это касается биомониторинга, так как только данные о сохранении экосистем могут служить объективным критерием относительной экологической безопасности инженерно-технических работ на шельфе.

Развитие нефтегазового комплекса требует обозначить контуры взаимоотношений мониторинга недропользователей, предусмотренных лицензионными соглашениями, и федеральных служб и агентств. Этот вопрос в настоящее время интенсивно дебатируется. При этом существует мнение, что первый вполне достаточен для обеспечения экологической безопасности развития нефтегазового комплекса.

Мониторинг, который должен выполняться недропользователями, крайне важен и направлен на контроль за безопасной эксплуатацией предприятий нефтегазового комплекса. Поэтому, основой его направленности являются технологические процессы: акустический эффект постоянно действующих буровых платформ, тепловой эффект воздействия работающих механизмов на окружающую воду, воздействие движителей судов на морское дно, особенно в зонах мелководья, изменение рельефа и донных осадков при гидротехническом строительстве (установке платформ, прокладке трубопроводов и пр.). Естественно важнейшей задачей такого мониторинга является контроль за химическим загрязнением водной толщи и донных осадков в пределах самих лицензионных участков, особенно во время нештатных ситуаций, обычно сопровождающихся нефтеразливами. При этом в качестве отправных точек такого контроля должны служить фоновые геохимические характеристики донных отложений и придонных вод, полученные федеральными службами до начала эксплуатационных работ. В настоящее время такие фоновые характеристики имеются и, по нашему мнению, они должны обязательно включаться в лицензионные соглашения.

Задачами федеральной службы мониторинга является наряду с установлением уже упомянутых фоновых характеристик, организация сети наблюдений за пределами лицензионных участков, в зонах предполагаемой аккумуляции продуктов нефтеразливов. Это обуславливается тем, что области нефтегазодобычи и интенсивного осадконакопления, где аккумулируются и продукты техногенеза, обычно не совпадают.

Особенно важна роль федерального мониторинга в зонах перегрузки нефтеуглеводородов. Как показали наблюдения в Кольском заливе, нельзя исключать роли новых перегрузочных терминалов в локальном загрязнении акватории.

Важнейшей функцией федерального мониторинга является подготовка рекомендаций по оптимизации природной обстановки в зонах промышленной нефтегазодобычи и связанных с ними зон проживания населения, а также участие в ликвидации чрезвычайных происшествий совместно с органами МЧС, где должен быть налажен оперативный и объективный аналитический контроль состояния донных осадков и придонных вод в зонах поражения.

Природный газ. Геологические запасы природного газа Мировой энергетической конференцией в Детройте определились в 540 трлн.м3..С целью оконтуривания залежей, а такжеопределения глубины залегания и мощности нефтегазоносных пластов применяют бурение скважин.

Еще в процессе бурения отбирают керн-цилиндрические образцы прод, залегающих на различной глубине. Анализ керна позволяет определить его нефтегазоностность. Наиболее распространенный способ исследования скважин – электрокаротаж.Результаты измерений представляются в виде электрокаротажных диаграмм. Расшифровывая их, определяют глубины залегания проницаемых пластов с высоким электросопротивлением, что свидетельствует о наличии в них нефти.

Этапы поисково-разведочных работ. Поисково-разведочные работы выполняются в два этапа: поисковый и

разведочный.

Поисковый этап включает три стадии:

1) региональные геологогеофизические работы:

2) подготовка площадей к глубокому поисковому бурению;

3) поиски месторождений.

Разведочный этап осуществляется в одну стадию. Основная цель этого

этапа – подготовка месторождений к разработке. В процессе разведки должны быть оконтурены залежи, коллекторские свойства продуктивных горизонтов. По завершении разведочных работ подсчитываются промышленные запасы и даются реком

. Уголь. Среди энергетических ресурсов наиболее велики в мире геологические запасы угля. По отдельным оценкам они достигают 9 -11 трлн.т (в условном топливе), бурого и лигнита - 2, 2 трлн. т Ресурсообеспеченность по нему составит 3000-3700 лет при современной добыче (и на 1000 лет при уровне добычи, возможном в 2020 г.).

Процесс добычи углей сопровождается пылевыми и газовыми выбросами. При подземной добыче угля основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются газопылевые выбросы из горных выработок и газопылевые выделения из породных отвалов. Добыча 2 млрд т угля сопровождается выделением 27 млрд м3 метана и 16 млрд м3 двуокиси углерода. Из подземных горных выработок шахт в атмосферу земли ежегодно поступает около 0, 2 млн т пыли.

При производстве взрывных работ в шахтах возможно воспламенение метана и угольной пыли Открытая разработка углей сопровождается ещё более интенсивным загрязнением окружающей среды в результате машинного разрушения пород бурения скважин, транспортировки угля, эрозии поверхности отвалов. Так, бурение взрывных скважин ведет к выбросу пыли от 30 до 120 мг/с при пылеулавливании и до 2 200 мг/с без пылеулавливания: при технологическом взрыве в воздух выбрасывается на значительную высоту до 100-200 т пыли. Для предотвращения указанных явлений в карьерах и на автомобильных дорогах применяют специальные методы борьбы с пылью.

Транспортировка угля, особенно по железной дороге в открытых вагонах, сопровождается потерями до 1, 5 % топлива. Хранение значительных запасов угля сопряжено с большими трудностями, обусловленными самовозгоранием углей.

Горючие сланцы. Общие потенциальные ресурсы горючих сланцев в мире оценены в 650 трлн. тонн. Основные ресурсы - около 430 - 450 трлн. тонн сосредоточены в США (штаты Колорадо, Юта, Вайоминг), на втором месте идет Россия, на третьем – Бразилия.

Сегодня наиболее актуальным становится вопрос о переработке горючих сланцев в жидкое топливо. Количества сланцевого масла (или «сланцевой нефти»), заключенного в сланцевых месторождениях, хватит в пересчете на сегодняшнее потребление природной нефти более чем на 200 лет.

Мировые запасы горючих сланцев в пересчете на эквивалентное топливо в десятки раз превышают ре-сурсы нефти и природного газа.

Горючие сланцы являются одним из перспективных видов органического сырья, который может в значительной степени компенсировать, а в будущем и заменить нефтепродукты и газ. В отличие от других видов ТГИ горючие сланцы содержат значительные количества водорода в органическом веществе. Высокое содержание в них летучих веществ при относительно малом содержании нелетучей горючей массы в остатке является основой для получения не только энергии, но и синтетических жидких топлив.

Ядерное топливо. Использование реакторов на тепловых нейтронах, сжигающих U -235, поставило атомную энергетику в один ряд с энергетикой, основанной на применении исчерпаемых органических видов сырья. Тепловые реакторы используют изотоп U-235, которого в природном уране очень мало. В результате из двухсот добытых частей природного урана только одна сжигается в реакторе, а остальные 199 (так называемый обедненный уран) идут в отвалы.

Для мирового рынка в настоящее время характерен значительный дефицит природного урана. С 2000 года цены на уран на мировых рынках растут, за последние годы они выросли многократно и могут вырасти еще больше.

В настоящее время почти 60% из 68 тыс. тонн урана, которые ежегодно потребляют более 400 энергетических реакторов, находящихся в эксплуатации в мире, поступает с действующих рудников, расположенных в Канаде, Австралии и Казахстане. Остальной уран поступает из складских запасов и других вторичных источников, например, демонтированного ядерного оружия. К 2015 году ожидается исчерпание складских запасов урана.

Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой - безопасное хранение отходов.

Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.

Необходимо строить долговременные хранилища, которые позволили бы надежно изолировать отходы от их проникновения в окружающую среду до полного распада радионуклидов. Такие хранилища называют могильниками. Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.

Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.