Реализация проектов, связанных с водородной энергетикой. Реферат по дисциплине Управление проектами строительства объектов транспорта и хранения углеводородного сырья по направлению подготовки 21. 04. 01 Нефтегазовое дело
 Скачать 71.33 Kb.
|
 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) Политехнический институт Реферат по дисциплине Управление проектами строительства объектов транспорта и хранения углеводородного сырья по направлению подготовки 21.04.01 Нефтегазовое дело профилю «Инновационные технологии в нефтегазовом комплексе» Тема: Реализация проектов, связанных с водородной энергетикой Выполнил Томашек Никита Романович Группа М3122-21.04.01итнк Проверил Чернышев Валерий Валерьевич Кандидат биологических наук Владивосток, 2022 г. Содержание
Введение Энергетика является фундаментом экономики и основным драйвером ее развития. В связи с этим, вопросы обеспечения всеобщего доступа к дешевым, надежным, безопасным и экологически чистым источникам энергии являются одним из приоритетов в контексте глобального устойчивого развития. Это прямо обозначено в рамках седьмой цели и косвенно прослеживается в прочих целях устойчивого развития, достижение которых зависит от эффективности использования (рациональное производство и потребление) природных ресурсов, в том числе сырьевых [3]. В последнее время водородная энергетика рассматривается во многих странах как одно из ключевых направлений при реализации национальных стратегий по низкоуглеродному развитию. Вместе с тем водород является вторичным энергоресурсом — для его производства требуется дополнительная энергия, что отражается на его себестоимости. Большинство заявленных в этой области зарубежных проектов реализуется за счет государственных субсидий и льгот [8]. В «Газпроме» отмечают, что, несмотря на рост потребления водорода в мире, глобальный рынок этого продукта пока не сформирован, тем не менее, представители госкомпании неоднократно заявляли, что рассматривают водород как направление диверсификации бизнеса и повышения эффективности использования газа. В настоящее время сырьем для получения более 75% всего водорода в мире является природный газ. В «Газпроме» полагают, что целесообразнее производить водород или метано-водородное топливо из природного газа рядом с крупными потребителями, например, сталелитейными заводами и электростанциями, сохраняя трубопроводы для поставок чистого природного газа. На предприятиях группы «Газпром» в настоящее время ежегодно вырабатывается более 350 тыс. т водорода и водородосодержащего газа, который используется для получения различных видов продукции. Водородные проекты «Газпрома» Экологическая политика, ориентированная на декарбонизацию всех видов экономической деятельности, таких как промышленность, энергетика, транспорт и теплоснабжение, необходима человечеству и выгодна всем. Бережливое, ответственное, вдумчивое взаимодействие человека с внешним миром, управление ресурсами, отходами, энергией определяют векторы развития и роста благосостояния, отношение к производству, к искусственно сконструированной инфраструктуре и способам её использования. Тренд на декарбонизацию, предложенный Парижским соглашением по климату (2015), поддержан Россией, что свидетельствует о взвешенной позиции страны в обозначенном вопросе. Изменение мира предполагает переход на «зелёную энергетику», использующую энергию солнца, ветра, приливов, земли, воды, а также энергию атома и водорода. Есть предположения, что такой переход обеспечит углеродную нейтральность жизнедеятельности человека, по меньшей мере, 65 стран заявили о своём желании достичь этой цели в период с 2045 по 2065 гг. Компании производители нефти и газа спешат пересесть на другую логистику, а потому направляют усилия на снижение углеродной интенсивности своей деятельности, так «Газпром нефть» к 2030 году планирует сократить углеродную интенсивность деятельности на 1/3. Новыми направлениями для бизнеса ПАО «Газпром нефть» стали: рынки водорода, технологии производства водорода, которые идут рядом с технологией улавливания, хранения и использования углерода. Это означает более жёсткую конкуренцию, так как конкурировать придётся не только с традиционными поставщиками углеводородов на рынке нефти и газа, но и с высокотехнологичными компаниями стран, признанных технологическими лидерами мира: Южной Кореи, Японии, Китая, Германии, США. У России и российских нефтегазовых компаний есть шансы занять лидирующие позиции в обозначенном секторе энергетики, в частности, в секторе водородной энергетики. Современный этап перехода к водородной энергетике являет собой пример разработки и роста нового способа генерации энергии, удовлетворяющего идеям сохранения среды обитания человека посредством снижения углеводородного следа в процессах жизнедеятельности, обеспечения безопасности энергогенерации. Вопрос безопасности водородной энергогенерации спорный, так как появление широкодоступного водорода опасно для общества из-за высокой горючести газа [7]. Производство «зеленого» водорода в Мурманской области Переход на производство водорода и метано-водородной смеси рассматриваются в качестве вариантов низкоуглеродного развития «Газпрома» до 2050 года, сообщается в отчете концерна о деятельности в области устойчивого развития. Одним из направлений низкоуглеродного развития госкомпании может стать переход на производство и использование водорода и метано-водородных смесей для диверсификации и повышения эффективности использования природного газа, говорится в документе. Компания «Газпром энергохолдинг», которая является дочерней структурой «Газпрома» в электроэнергетике, может начать производство «зеленого» водорода в Мурманской области в 2024 году, следует из данных «Атласа российских проектов по производству низкоуглеродного и безуглеродного водорода и аммиака», представленного Минпромторгом. В документе говорится, что прогнозный объем производства H2 в 2024 году составит 2 тыс. т, а в 2030 году будет увеличен в 10 раз — до 20 тыс. тонн. Предполагается, что участниками проекта наряду с «Газпром энергохолдингом» станет «ТГК-1» и другие партнеры. Проект для Сахалина В сентябре 2021 года «Газпром», Сахалинская область и государственная корпорация «Росатом» заключили соглашение о сотрудничестве в сфере водородной энергетики. Документ определяет основные направления взаимодействия сторон при реализации проекта строительства в Сахалинской области завода по производству водорода из природного газа, методом паровой конверсии метана с улавливанием углекислого газа. В соответствии с соглашением, «Росатом» рассмотрит возможность создания завода и логистической инфраструктуры поставок водорода потребителям. Правительство региона готово содействовать созданию благоприятного инвестиционного климата, а также рассмотреть возможность участия в создании необходимой инфраструктуры. «Газпром», в свою очередь, проработает возможность поставок газа в качестве сырья для этого завода. Планы в Ленинградской области «Газпром водород» рассматривает Ленинградскую область для реализации проектов по производству водорода. В компании сообщили, что у них есть планы по созданию химических комплексов. Предприятие сможет производить химическую продукцию и водород как на экспорт, так и для нужд самого региона. Переговоры с потенциально заинтересованными сторонами уже ведутся. Эксперты отметили, что пока не видят на рынке крупных потребителей водорода. В то же время «Газпром водород» рассматривает в качестве потенциальных потребителей иностранный бизнес. В этой связи переговоры ведутся с германскими партнерами — представителями сталелитейной промышленности. В правительстве Ленинградской области сообщили, что власти региона начали резервировать участки близ магистральных газопроводов для будущего производства водорода. По мнению отраслевых экспертов, региону не нужно делать ставку на экспорт H2, а необходимо сфокусироваться на внутреннем потреблении: развитии городского водородного транспорта и проектах, связанных с судостроением. В «технологической водородной долине» «Газпром нефть» вошла в совет индустриальных партнеров консорциума «Технологическая водородная долина». Компания будет участвовать в проектах по разработке технологий получения, транспортировки, хранения и использования водорода, а также утилизации углекислого газа. Консорциум «Технологическая водородная долина» был создан в России в ноябре 2020 года. Первые пилотные проекты в области водородной энергетики в рамках консорциума могут появиться в 2022 году. Помимо «Газпром нефти» в него также входят «СИБУР», «РЖД», «Северсталь», «Росатом», «ТМК» и ряд других компаний. Ключевыми регионами работы консорциума станут Томская, Сахалинская, Самарская области, а также город Черноголовка Московской области. Ожидается, что в 2022 году на этих территориях могут появиться первые пилотные проекты в области водородной энергетики. Ориентир на «бирюзовый» водород Сегодня «Газпром нефть» производит более 100 тыс. т водорода на своих технологических площадках. Этот водород используется при процессах облагораживания топлива, удаления серы из дизтоплива, бензина. Согласно планам компании, до 2024 года предстоит нарастить его производство и выйти на показатель в 250 тыс. тонн. Таким образом, ожидается, что выпуск водорода к 2024 году в «Газпром нефти» вырастет примерно в 2,5 раза. Компания увеличивает запасы газа, который добывает, прежде всего, на севере России, в Ямало-Ненецком автономном округе, и, соответственно — растет производство водорода. Вопросы, связанные с транспортировкой, в компании считают технологическим вызовом для отечественной промышленности. В Центре промышленных инноваций «Газпром нефти» сообщили что, в компании работают над технологиями для производства «бирюзового» водорода, внедрение которых позволит обеспечить им собственные НПЗ, а в перспективе — организовать поставки для нужд новой энергетики и промышленности. Перспективный источник энергии «Газпром нефть» заключила с металлургическими компаниями «Северсталь» и «ЕВРАЗ» соглашения о сотрудничестве в области развития технологий производства, транспорта, хранения и использования водорода, а также сокращения выбросов CO2 на территории России и за рубежом. Компании рассматривают H2 как перспективный источник энергии. Перевод части инфраструктуры металлургических предприятий на водород поможет снизить выбросы парниковых газов в атмосферу. Вместе с тем базовые способы получения «голубого» водорода путем переработки метана требуют утилизации углекислого газа. В компании «Газпром водород» считают, чтобы Россия стала частью зарождающегося глобального рынка водорода, нужно развивать ряд направлений. Среди них — создание технологий производства H2 из природного газа без выбросов диоксида углерода с последующей реализацией проектов его промышленного производства. Помимо этого, должна быть проведена комплексная оценка воздействия водорода на целостность и устойчивость системы газоснабжения. Также важными аспектами являются производство и применение метано-водородного топлива в газотурбинных двигателях газоперекачивающих агрегатов и при производстве электроэнергии. И наконец — создание на газоперерабатывающих объектах мощностей по доведению качества водородосодержащего газа до требований потребителя и соответствующей инфраструктуры для хранения и отгрузки водорода [1]. 2. Зарубежные водородные проекты Водород играет ключевую роль в переходе к чистой энергетике в ближайщие годы, и он занимает все более сильные позиции и внимание нефтегазовой отрасли в ее попытках снизить углеродную нагрузку на окружающую среду [6]. NEOM, Саудовская Аравия Air Products & Chemicals, промышленный американский газовый гигант объявил о планах по строительству завода производства зеленого водорода в Саудовской Аравии обеспеченный 4 гигаватами, получаемой за счет ветряной и солнечной энергии. На данный момент это самый крупный из аннонсированных проектов в мире. Работающий на 100% на возобновляемой энергии завод будет принадлежать трем партнерам - Air Products, ACWA Power (Саудовская Аравия) и Neom. Планируется, что завод будет производить 650 тон водорода в день с использованием электролизов компании thyssenkrupp и 1.2 миллиона тон зеленого аммиака с использованием технологии компании Haldor Topsoe. Азот на производственные мощности будет обеспечиваться технологией разделения воздуха Air Products. Топливо на конечные рынки будет отгружаться как аммиак и затем обратно перерабатываться в водород. Ожидается, что производство аммиака начнется в 2025 году. В дополнение к 5 миллиардам инвестиций в строительство завода, проект потребует около 2 миллиардов дополнительных инвестиций в распределительную инфраструктуру, которая будет принадлежать полностью Air Products. NortH2, Нидерланды В начале года, Shell, которой принадлежит газовые сети в Нидерландах, транспортная компания Gasunie и оператор порта Гронингена сформировали совместное предприятие на севере страны. Планируется, что нужды производства зеленого водорода будут потребуют порядка 4 гигават мощностей ветровой энергии, которые поставят на шельфе Северного моря. Электролизеры будут размещены в Еемсхавена (Eemshaven) на северном побережье Нидерландов и, возможно, также на шельфе. К 2040, проект NortH2 выйдет на проектную мощность зеленого водорода в обьеме 800,000, обеспеченные энергией в 10 GW от морских ветряных турбин в Северном Море. Компании планируют в будущем развить на базе проекта кластер "Европейская водородная долина" (“European Hydrogen Valley”). Они уже начали работать над технико-экономическом обоснованием и ведут переговоры с соответствующими европейскими государственными, региональными и национальными властями по вопросам регулирования и привлечению инвестиций. Водородный проект BP в Западной Австралии BP Австралии начал работу над технико-экономическим обоснованием проекта возобновляемого водородного производства ориентированного на экспорт в Западной Австралии. Проект предусматривает первоначальный обьем инвестиций в размере 2,7 миллионов долларов, с последующими инвестициями 1.7 миллионов долларов, которые предоставит Австралийское агентство по возобновляемой энергетике - Australian Renewable Energy Agency (ARENA). BP ожидает получить ТЭО в начале 2021 года, в зависимости от которого запустит пилотный завод производства аммиака с мощностью в 20,000 тонн или завод с коммерческой эксплуатацией мощностью 1 миллион тонн. Пилотные мошности смогут протестировать производство зеленого водорода с использованием возобновляемой энергии на площадке или из электрической сети. В результате планируется получать около 20 килотонн в год "чистого" аммиака. С переходом на коммерческую эксплуатацию мощность возрастет до порядка 1,000 ktpa чистого аммиака с последующим экспортом на местные и экспортные рынки. Hyport Oostende, Бельгия Первый в мире водородный завод коммерческого масштаба будет получать энергию только за счет избытка энергии морских ветряных турбин. Данный проект был аннонсирован группой бельгийских компаний - инжиниринговой компании DEME, финансовой - PMV и порта Остенда.. Завод будет расположен на территории порта и выйдет на полную загрузку к 2025 году. Конечный продукт - зеленый водород станет источником электрической энергии, отопления и топлива, а также будет использоваться как сырье для промышленных центров на территории порта. Производство зеленого водорода не будет давать выбросы CO2. Таким образом, это будет полностью возобновляемое производство в соответствии с заявленными группой компанией целями снижения углеродного следа. Компании планируют построить демонстрационный проект на территории порта мощностью в 50MW, который станет крупнейшим в мире заводом электролиза. Компании ссылаются на то, что мощности ветровой энергии в Бельгия достигнут 2.26GW к концу году, и дополнительные 1.75GW будут добавлены в ближайшее время. Проект, который получил название "Hyport Oostendeproject" предполагает возможность хранения энергии согласно заявлению владельцев проекта. H2H Saltend, Великобритания Новый завод будет производить водород из природного газа в сочетании с решениями для улавливания и хранения углерода (CCS). Проект разместится в химическом парке Saltend около города Гуль и на первом этапе будет использовать энергию 600 megawatt установки ATR с улавливанием углерода. Это будет самый масштабный завод по производству водорода из природного газа в мире. С выходом на полную операционную мощность завод позволит промышленным обьектам на территории парка полностью перейти на водород. После реализации проекта прогнозируется, что химический парк Saltend срнизит выбросы на 900,000 тонн углерода CO2 в год. Ожидаемая мощность завода - 125,000 тонн в год, что позволит создать масштабную распределительную водородную сеть с загрузкой как "голубым водородом" (производимым из природного газа с CCS) и "зеленым водородом" (производимым через электроилиз воды, используя возобновляемую энергию), а также транспортую сеть и мощности хранения выбросов CO2 [2]. 3. Водород в глобальной энергетической повестке Роль сырьевых ресурсов и инновационных технологий их добычи, переработки и потребления в рамках устойчивого развития мировой экономики является недооцененной. Так, например, концепцией общей ценности, обозначенной в рамках отраслевой матрицы целей устойчивого развития, сырьевые отрасли экономики поставлены в один ряд с прочими отраслями, без учета специфических межотраслевых связей [5]. На этом фоне сырьевой сектор мировой экономики испытывает проблемы с доступом к инвестиционным ресурсам, а также влияние дискриминационной политики, не позволяющей в полной мере реализовать стратегические инициативы по поиску путей перехода на путь устойчивого развития. Одновременно с этим, многими странами ставится задача достижения углеродной нейтральности, что требует полного отказа от сжигания углеводородных ресурсов и продукции на их основе. Колоссальные финансовые ресурсы направляются на защиту неконкурентоспособных сегодня отраслей возобновляемой энергетики и сопряженных с ними амбициозных стратегий, в частности, нацеленных на развитие водородной экономики. Эта политика наносит серьезный удар по сложившейся структуре энергоснабжения и прежде всего по традиционным рынкам нефти, газа и особенно угля. C позиции экологии водород выглядит более привлекательным, чем углеводороды, хотя бы потому, что сгорает только с образованием воды, не образуя парниковых газов. Однако даже этот факт нельзя считать абсолютной истиной. Так, например, опыт компании Enel по строительству водородной электростанции вблизи Вены показал, что стоимость генерации электроэнергии на таких объектах в пять раз выше обычных газовых ТЭС, а выбросы азота перекрывают любые эффекты снижения выбросов CO2 [9]. Следует признать, что многочисленные теоретические и практические лабораторные исследования водородных технологий подтверждают, что получение водорода и его использование в электрогенераторах – уже решенная задача. Тем не менее, КПД трансформационных процессов далек от оптимального, из-за чего возможность использования этих технологий в широком масштабе, равно как и их способность конкурировать на свободном рынке с традиционными углеводородными ресурсами, вызывают обоснованное недоверие и скепсис. Можно сказать, что стоимость производства водорода сравнительно велика и не позволяет конкурировать с традиционными углеводородами в силу начального этапа развития технологий. В работе проведен сравнительный анализ 19 технологий производства водородного топлива, на основе которого авторы сделали ряд важных выводов с точки зрения потенциала развития углеводородных ресурсов. Во-первых, среди всех рассмотренных вариантов риформинг углеводородного сырья имеет наивысшую энергетическую эффективность. Во-вторых, эксергетическая эффективность риформинга углеводородов является одной из наиболее высоких (45-50 %), опережается только газификацией биомассы (60 %). В-третьих, показано, что наиболее дешевый водород может быть получен также из углеводородного сырья с ценой порядка 0,75 дол/кг H2. Использование таких технологий как электролиз воды позволяет получить водород со стоимостью выше в 1,5 раза и более. Стоимостные преимущества производства водорода на основе углеводородов отмечаются и в работе, согласно которым стоимость производства на основе природного газа колеблется в диапазоне от 1,34 (без секвестрации CO2) до 2,27 дол/кг (с секвестрацией), на основе угля – от 1,34 до 1,64 дол/кг, тогда как большинство прочих методов получения в 1,5-6 раз дороже. Наиболее экономически эффективным является производство водорода за счет пиролиза метана, что позволяет достичь цены 1,22 дол/кг. Авторы не выделяют одну потенциально лидирующую технологию производства, а утверждают, что преимущество стоит отдавать гибридным методам. Аналогичные результаты свидетельствуют о том, что наиболее высокая техническая и экономическая эффективность, а также уровень готовности и уровень надежности наблюдаются у технических цепочек, основанных на углеводородных ресурсах [4]. Если вести речь о создании автотранспортной инфраструктуры, то многочисленные положительные результаты по созданию прототипов водородных автомобилей не являются показателем готовности отрасли и, тем более, общества. Вызывает сомнение то, что это производство может быть массовым по объективным причинам. Во-первых, для обеспечения эксплуатации водородного транспорта требуются заправки, создание которых проблематично с учетом свойств газа (реакционная способность и высокая горючесть). Во-вторых, объемные характеристики водорода делают его менее привлекательным даже по сравнению с бензином. Необходимо понимать, что обширное использование водородных технологий несет колоссальные риски для общества. Это касается как различных проектов автотранспортной инфраструктуры, так и трубопроводной доставки газа. Процессы производства, транспортировки и использования водорода в первую очередь требуют наличия высококвалифицированных и подготовленных кадров, которые смогут обеспечить безопасность функционирования таких систем. Кроме того, необходим ряд жестких требований, стандартов и нормативов, обеспечивающих безопасность. В настоящий момент таких механизмов отраслевого регулирования в мировой практике нет. Таким образом, в условиях геополитического противостояния активное продвижение водородных технологий на уровень глобальной энергосистемы для замещения угля, нефти и газа, а также выделение колоссальных ресурсов ЕС на такие программы представляется преимущественно политической, нежели экономической или экологической инициативой. Заключение В течение 2020 года, несмотря на негативное влияние пандемии COVID-19, заинтересованность ведущих стран мира и лидеров мировой энергетической отрасли в использовании водорода как энергоносителя выросла. Так, ЕС, Индия и Канада приняли государственные стратегии по водороду, а такие важные игроки энергетического рынка, как компании Shell, Saudi Aramco, ExxonMobil инициировали разработку планов по закреплению на перспективном мировом рынке водорода. Водород имеет значительный потенциал для транспортировки и хранения энергии, но одновременно и существенные технологические ограничения. Прежде всего, водород рассматривается как средство устранения функциональных недостатков других альтернативных источников энергии, а также, как перспективный энергетический ресурс для ряда стран (например, Японии), где определенные варианты декарбонизации имеют ограниченное использование. [10]. Рассмотрение водорода в рамках политики снижения углеродоемкости в качестве энергоносителя и средства хранения избыточной энергии требует междисциплинарного подхода и интегрального мышления, не ограниченного аналитическим инструментарием оценки его экологических характеристик. Фрагментарный анализ ситуации, без учета свойств водорода как химического элемента, искажает реальную картину и, в случае с прогнозированием водородной инфраструктуры, может привести к завышенным ожиданиям технологических и технических возможностей. Интегральный подход к этому вопросу позволит организовать и согласовать отдельные научные знания о водороде как о ресурсе глобальной энергетики, потенциал которого может быть реализован в долгосрочной перспективе. Список использованной литературы [Электронный ресурс] // https://www.cdu.ru/tek_russia/articles. Дата обращения 06.10.2022 г. – Режим доступа (открытый доступ). [Электронный ресурс] // https://globuc.com/ru/news/top-5-proektov-v-vodorodnoy-yenergetike/ Дата обращения 06.10.2022 г. – Режим доступа (открытый доступ). Bockris J.O'M., Veziroglu T.N., Smith D. Solar Hydrogen Energy. The Power to Save the Earth. London: Macdonald & Co. Publ., 2018. - 452 с. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики; КноРус - Москва, 2017. - 352 c. Вагин Г. Я., Лоскутов А. Б., Севостьянов А. А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике; Академия - Москва, 2018. - 224 c. Виссарионов В. И., Дерюгина Г. В., Кузнецова В. А., Малинин Н. К. Солнечная энергетика; МЭИ - Москва, 2017. - 276 c. Гуляев В. А., Вороненко Б. А., Корнюшко Л. М., Пеленко В. В., Щеренко А. П. Теплотехника; Издательство "РАПП" - Москва, 2019. - 348 c. Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев. Наукова думка, 2019. 318 с. Основы водородной энергетики / В.И. Мешников, Е.И. Терунов. СПб: Летц, 2017. 288 с. Техническая термодинамика и теплотехника; Академия - Москва, 2018. - 272 c. |