3.4.2. Применение спг в России

Реализация относительно небольших проектов производства СПГ может оказать положительное воздействие на регулирование пиковых нагрузок газопотребления и газохранилищ; создать ресурсы СПГ для использования в качестве моторного топлива; для снабжения газом агропромышленных комплексов, отдаленных поселков и т.п.

Существующая в настоящее время технология газификации с использованием газораспределительных сетей практически исключает из этого процесса целые районы с мелкими населенными пунктами, малыми деревнями, хуторами и фермерскими хозяйствами, а также районы с неблагоприятными условиями для прокладки газопроводов (горы, болота, реки, леса, острова и т.д.).

Для этих категорий потребителей сжиженный природный газ является практически единственным способом газификации.

Отличительными особенностями газификации с использованием сжиженного природного газа являются:

• Маневренность - отсутствие жесткой привязки к трубопроводам, возможность передислокации при изменении ситуации.

• Гибкость - возможность регулирования уровня производства, быстрота пуска и остановки ожижителей, возможность быстрого сооружения установок по хранению и газификации и их расширения по мере увеличения потребления газа.

• Экономичность - более низкие инвестиции по сравнению с магистральным газом.

В отличие от существующих рынков СПГ, в России, имеющей развитую систему магистральных и распределительных газопроводов, сжиженный природный газ преимущественно может использоваться для газификации удаленных и мелких потребителей. Это, прежде всего, сельские населенные пункты, предприятия, расположенные за пределом зоны газификации, к которым строительство газопроводов-отводов экономически не оправдано [215].

Особенно «продвинутой» является проблема использования СПГ в качестве моторного топлива. Преимущества СПГ по сравнению с традиционными нефтяными топливами очевидны: экологичность, отличные эксплуатационные характеристики (высокая детонационная стойкость, высокая массовая калорийность, широкие пределы воспламеняемости), относительная дешевизна.

До сих пор основной акцент в переводе автотранспорта на природный газ делается на использование сжатого (компримированного) газа (КИТ). Однако необходимость применения баллонов высокого давления, значительное увеличение веса топливной системы двигателя, необходимость выполнения периодического освидетельствования оборудования, работающего под высоким давлением, снижение дальности пробега автомобиля на одной заправке, повышение опасности газобаллонной аппаратуры высокого давления, слабо развитая инфраструктура автомобильных газонаполнительных компрессорных станций - АГНКС (менее 200 единиц на огромной территории РФ), невозможность создания широкой сети гаражных мини-АГНКС, расположенных на территориях автохозяйств (существующая нормативная база по безопасной эксплуатации требует выполнения условий размещения АГНКС на расстоянии не менее 60 метров от других сооружений и объектов), а также ряд других существенных недостатков в значительной мере продолжают сдерживать широкое применение КПГ в автомобильном транспорте.

Вышеперечисленные недостатки природного газа, как моторного топлива, могут быть устранены, если использовать на автотранспорте не КПГ, а сжиженный природный газ (СПГ). Так, для грузового автомобиля ЗИЛ-138А, рассчитанного на использование природного газа и оборудованного криогенной емкостью 300 л СПГ, пробег на одной заправке увеличивается в 1,8 раз, а суммарная масса оборудования и топлива уменьшается на 570 кг по сравнению с тем же автомобилем, работающим на КПГ. При эксплуатации автотранспортного средства хранение СПГ может осуществляться практически при атмосферном давлении.

Использование СПГ в качестве моторного топлива позволяет увеличить ресурс работы двигателя на 15%, а срок службы моторных масел - на 15-20% [216].

СПГ может также найти применение как заменитель керосина на авиатранспорте, дизельного топлива - на магистральных и маневровых тепловозах, флотского мазута и дизельного топлива - на водном транспорте, а также для обеспечения сельскохозяйственных предприятий.

СПГ как автомобильное топливо может с наибольшей эффективностью использоваться для междугородних перевозок (автобусные маршруты и перевозки большегрузными автомобилями в радиусе до 200 км от пункта размещения установок сжижения газа), при использовании большегрузных карьерных автомобилей, а также на городском транспорте.

В России разработаны проекты новых типов судов, а также судов класса «река-море», работающих на СПГ. Как показали предварительные расчеты, себестоимость перевозок при их осуществлении на судах, снабжаемых СПГ в качестве горючего, ниже, чем при использовании дизельного топлива.

Учитывая тот факт, что более половины российских железных дорог пока еще не электрифицированы и обслуживаются тепловозной тягой, имеются предпосылки для перевода по крайней мере половины магистральных и маневровых тепловозов с дизельного топлива на СПГ.

В России впервые в мире был создан авиалайнер (ТУ-155), работающий на СПГ, и проведены его испытания.

Безусловно для быстрого и широкомасштабного перевода автомобильного и других видов транспорта на СПГ необходимо создать инфраструктуру получения, хранения и заправки СПГ, которая учитывала бы специфику общественного и промышленного транспорта крупных российских городов, обеспечивала низкую себестоимость СПГ, была независима от внешних поставщиков и исключала промежуточные звенья доставки СПГ (криогенные метановозы). Данная инфраструктура в перспективе должна включать в себя как крупные городские станции производства и заправки СПГ, так и гаражные заправочные пункты, расположенные непосредственно в автохозяйствах.

По мнению экспертов производство СПГ может быть организовано на газораспределительных станциях, на которых при снижении давления с 5 до 1 Мпа потенциальная энергия, теряющаяся при редуцировании газа, теоретически может обеспечить сжижение порядка 20% потока газа только на дроссельных установках, однако практически доля сжижения не превысит 10% потока газа. Использование турбодетандера позволит увеличить долю сжижаемого газа до 25% [217].

Весьма перспективна организация производства СПГ на недозагруженных автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС). Такой опыт имеется в ООО «Лентрансгаз», где уже много лет успешно осуществляется производство на АГНКС-8 Санкт-Петербург и отработана технология газификации котельных и коммунально-бытового сектора [217].

При этом основная нагрузка по обеспечению автотранспорта сжиженным природным газом должна ложиться именно на гаражные заправочные пункты, а городские заправочные станции будут предназначаться только для дозаправки промышленного и общественного транспорта при его эксплуатации в черте города и при междугородних перевозках. Стоимость одной заправочной станции оценивается в 250 - 300 тыс. долл., газовой компрессорной колонки - 2-4 тыс. долл. Переоборудование легковых автомобилей на СПГ обходится от 2 до 3 тыс. долл., грузовых автомобилей и автобусов - намного больше, однако затраты окупаются быстро за счет перечисленных выше преимуществ и налоговых льгот [174].

Стоимость сооружения автогазонаполнительной компрессорной станции АГНКС-500 составляет 31 млн руб., производительность по СПГ 1,0-1,2 т СНГ/час, себестоимость (в условиях цен 2004 г.) - 1542 руб./тыс. м³, окупаемость установки - 6 лет [217].

В настоящее время имеются разработки турбодетандерных установок, предлагаемых рядом отечественных предприятий (ОАО «НПО Гелиймаш», ОАО «Криогенмаш», компания «Криопак»). Установки ОАО «Криогенмаш» с использованием турбодетандеров могут работать при давлениях газа на входе от 3 Мпа, и обеспечивать подачу газа на выходе (в газораспределительные сети) при давлении 0,3 Мпа. Себестоимость СПГ при использовании мощностей 7000 час. в год оценивается в 2300 руб. за т (1660 руб. за тыс. м³).

Уже созданы типовые мини-заводы по производству СПГ на АГНКС-500 и ГРС, первая региональная система производства, транспорта и использования СПГ в теплоэнергетике и коммунальном хозяйстве Ленинградской области, локальная сеть хранения, газификации и снабжения СПГ промышленных предприятий и коммунальных потребителей в г. Луга. Предусматривается тиражирование типовых объектов системы СПГ в ряде других регионов страны [217].

По мнению специалистов Военного инженерно-космического университета (ВИКУ), за короткий срок данная инфраструктура может быть создана за счет применения стирлинг- технологий. Изначально стирлинг-технологии были разработаны для решения проблемы перевода специальной военной техники (мобильных ракетных и командно-измерительных комплексов и автотранспортных средств Министерства обороны РФ) на СПГ. Эти технологии предполагалось применять при создании автономных источников СПГ, систем долговременного хранения СПГ, систем утилизации легких фракций углеводородов. В основе стирлинг-технологий лежит идея создания ожижительных установок с применением криогенных газовых машин (КГМ), работающих по циклу Стерлинга. КГМ Стерлинга еще мало знакомы широкому кругу специалистов, поскольку ранее применялись, в основном, в аэрокосмической и военной промышленности в составе воздухоразделительных установок.

КГМ Стерлинга относятся к ожижителям, действие которых основано только на внешнем охлаждении. Процесс ожижения природного газа идет при атмосферном давлении, без предварительного сжатия. Это позволяет делать установки по сжижению природного газа на основе КГМ Стерлинга компактными и простыми в обслуживании. Важной особенностью КГМ Стерлинга является возможность сжижения 100% подаваемого газа низкого давления, в отличие от ожижителей традиционного типа (дроссельно-детандерных установок и вихревых труб), для работы которых необходимо высокое давление (не менее 4 Мпа) и наличие продукционных газопроводов для сброса несжижившейся части (до 97%) первичного газа. При этом эффективность цикла сжижения природного газа с использованием криогенной машины Стерлинга на уровне холодопроизводительности до 70 кВт практически в 2-2,5 раза выше, чем у простых дроссельных и детандерных циклов.

КГМ Стерлинга представляет собой удачное сочетание в одном агрегате компрессора, детандера и теплообменных устройств, при этом вымораживание примесей газа обеспечивается на специальном устройстве - вымораживателе. Вымораживание примесей позволяет без дополнительных затрат на химическую очистку, получать жидкий продукт, соответствующий требованиям ГОСТа на моторное топливо. Холодопроизводительность криогенных машин Стерлинга, а соответственно, и часовая производительность по СПГ, определяются геометрическими параметрами машины и потребляемой мощностью привода, а также зависят от температуры охлаждающей воды, среднего давления цикла и частоты вращения вала привода.

В настоящее время в России эксплуатируются и серийно выпускаются несколько модификаций КГМ Стерлинга. Данные КГМ Стерлинга входят в состав воздухоразделительных установок ЗИФ-700, ЗИФ-1002, ЗИФ-2002 и АжКж-0,05. Производительность по СПГ указанных КГМ Стерлинга находится в пределах от 14 до 70 л/ч.

Использование стерлинг-технологий позволяет создать в народном хозяйстве принципиально новую инфраструктуру производства СПГ для автомобильного транспорта РФ, включающую в себя широкую сеть крупных муниципальных заправочных станций в сочетании с малогабаритными заправочными пунктами, расположенными непосредственно в гаражах частных владельцев и автохозяйств. В настоящее время создан необходимый научно-технический и патентный задел, обеспечивающий отечественный приоритет предлагаемой технологии и решение стоящей проблемы в кратчайшие сроки. Для изготовления оборудования могут быть использованы предприятия военно-промышленного комплекса в рамках конверсионной программы.

Основными элементами инфраструктуры СПГ для автотранспорта являются:

• индивидуальные заправочные пункты производительностью до 40 л/ч СПГ;

• гаражные заправочные пункты производительностью от 80 до 500 л/ч СПГ;

• городские (муниципальные) комплексы по сжижению природного газа производительностью свыше 1 т/ч СПГ, в том числе на основе существующих АГНКС и газораспределительных станций (ГРС). Создание заправочных пунктов по производству СПГ производительностью до 500 л/ч предполагается за счет использования КГМ Стерлинга.

При создании установок производительностью свыше 1 т/ч СПГ предполагается использовать как традиционные способы сжижения, широко известные в криогеннике (например, установки ЗАО «Сигмагаз», ОАО «Уралтрансгаз», американской фирмы «КРИОПАК» и другие), так и новый цикл сжижения, основанный на принципе комбинированного внутреннего и внешнего охлаждения природного газа. Внутреннее охлаждение достигается за счет изобарного расширения природного газа и его частичного ожижения, после чего неожиженная часть, представленная в виде насыщенных паров низкого давления, подвергается внешнему охлаждению в конденсаторе КГМ Стерлинга большой производительности.

Индивидуальные заправочные пункты по производству СПГ производительностью до 40 л/ч СПГ предназначены для заправки личного транспорта непосредственно на месте гаражной стоянки. В зависимости от требуемой производительности по СПГ индивидуальные комплексы оснащаются серийно выпускаемыми отечественной промышленностью одно- и двухцилиндровыми КГМ Стерлинга (ЗИФ-1000, ЗИФ-2002).

Индивидуальные заправочные пункты предназначены для производства дешевого и экологически чистого альтернативного моторного топлива и могут быть расположены:

• в частных хозяйствах - на территории коттеджных участков и загородных вилл (для заправки от 1 до 10 автомобилей типа «Волга» в сутки);

• в фермерских хозяйствах (для заправки до 5 единиц автотракторной техники);

• на удаленных или отдельно стоящих государственных объектах с небольшим количеством автотранспортных средств (таможенные пункты, лесные кордоны и так далее).

Для фермерских хозяйств и других объектов, где нет электричества, в качестве привод

апредусмотрен газовый двигатель.

Основными источниками природного газа для индивидуальных пунктов являются продукционные газопроводы с давлением от 0,1 до 0,6 Мпа. Для потребителей, расположенных вне зоны действия существующих газопроводов, предполагается использовать емкости с привозным компримированным природным газом. Для этого на месте расположения индивидуального комплекса по производству СПГ создается баллонный модуль. При необходимости заправки автотранспортного средства моторным топливом часть сжатого газа сжижается, остальная часть газа продолжает храниться в компримированном виде. По мере опорожнения баллонов производится их замена.

Гаражные заправочные пункты по производству СПГ должны создаваться с учетом количества и типа автомобильного транспорта в автохозяйстве. Это может быть таксомоторный парк с легковыми автомобилями типа «Волга», автобусный парк, автопредприятие с грузовыми автомобилями или гараж промышленного предприятия.

Для доставки СПГ потребителям могут использоваться:

• автоцистерны объемом 16-49 м³ СПГ (9,6-30 тыс. м³ газа);

• контейнеры-цистерны объемом 35 м³ СПГ (21 тыс. м³);

• криогенные емкости объемом до 8 м³ (4,8 тыс. м³).

Расстояние транспортировки не ограничено.

Стоимость одной цистерны (49 м³) - 6100 тыс. руб., тягача («Скания») - 3500 тыс. руб.

Стоимость доставки СПГ на расстояние 75 км оценивается в 332 руб. за т (248 руб. за 1000 м³) и при увеличении расстояния транспортировки до 300 км достигает порядка 786 руб. за т или 570 руб. за 1000 м³. Стоимость СПГ у потребителя зависит не столько от расстояния транспортировки газа, как от режима потребления газа. При среднегодовом использовании СПГ в размере 70% от максимального уровня (в январе) средняя цена СПГ (в ценах 2004 г.) составит 4200-4350 руб./тыс. м³.

В настоящее время в России имеются реальные предпосылки для создания нового рынка газа - сжиженного природного газа.