Газ и экология

Достижения газовой промышленности последних лет открывают большие возможности для развития мировой и отечественной экономики. Природный газ может стать тем средством, который будет способствовать достижению энергетической безопасности, росту промышленного производства, развитию инноваций, улучшению экологической ситуации. Причем именно экологические характеристики природного газа как топлива являются одними из главных аргументов в пользу того, чтобы он стал играть ключевую роль для мировой энергетики в текущем столетии. По сравнению с другими видами ископаемого топлива природный газ выделяет весьма значительное количество тепла на единицу веса, однако при этом в гораздо меньшей степени загрязняет воздух продуктами сгорания.

Прежде всего, природный газ является наиболее чистым минеральным топливом по критериям объемов парниковой эмиссии, которые были установлены Рамочной конвенцией ООН об изменении климата (РКИК ООН). Дополнением к нему выступает Киотский протокол, в котором установлены количественные обязательства для различных стран и введены механизмы регулирования выбросов. Использование природного газа является как раз одним из действенных способов достижению целей в политике уменьшения парниковой эмиссии. К примеру, антропогенные выбросы парниковых газов при сжигании одной тонны условного топлива у природного газа в 1,7 раза меньше, чем у угля, и в 1,4 раза меньше, чем у мазута. На практике же уменьшение выбросов еще существенней из-за более высокой эффективности энергетических установок, использующих природный газ. В результате газовые электростанции выбрасывают примерно в два раза меньше углекислого газа, чем электростанции, работающие на угле. Таким образом, принимаемые различными странами на себя обязательства по ограничению парниковой эмиссии должны способствовать процессу замещения природным газом других видов ископаемого топлива.

Выбросы загрязняющих веществ при сгорании ископаемого топлива

Количество веществ, образующихся при сгорании угля, принято за 100

Загрязняющее вещество	Природный газ	Нефть	Уголь
Углекислый газ	60	80	100
Угарный газ	20	15	100
Оксиды азота	20-40	70	100
Оксиды серы	0	70	100
Ртуть	0	40-50	100

По данным EIA

Между тем, известно, что многие ученые и эксперты полагают, что Киотский протокол не имеет прочной научной основы и не способен существенно улучшить экологическую обстановку в мире. Не секрет, что вокруг «парниковой проблематики» уже много лет идет научная дискуссия и жесткая политическая борьба. Здесь в пользу природного газа здесь говорит то, что его использование уменьшает выбросы тех веществ, которые не учитываются Киотским протоколом, однако чья вредность для окружающей среды и здоровья человека не подвергается сомнению. Продуктами сгорания метана – главного компонента природного газа - являются только вода и углекислый газ, естественно при условии высокой степени его очистки и достижения оптимальных условий горения. В результате при использовании природного газа отсутствуют выбросы сернистых веществ и ртути, а оксидов азота в расчете на единицу энергии выделяется в несколько раз меньше, чем у нефти, бензина или угля. Кроме того, отсутствует образование золы и сажи, поэтому, к примеру, в отличие от угольной генерации, перед электростанциями на природном газе не стоит проблема утилизации отходов, оставшихся после сжигания топлива.

Более того, по опасным для здоровья выбросам природный газ оказывается чище, нежели некоторые виды биотоплива. Притом, что для производства биоэнергетического сырья зачастую требуется кардинально менять характер землепользования, а также расширять посевные площади. Немаловажно, что у газовой генерации более низкие капитальные затраты на строительство мощностей по выработке электричества по сравнению с ядерной энергетикой, а также с энергетикой, основанной на использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ). В пользу природного газа говорит и его большая энергетическая эффективность как топлива. К примеру, перевод мазутных и угольных котельных на природный газ дает увеличение КПД на 25%–40%.

Таким образом, природный газ является эффективным и относительно дешевым способом сократить вредные выбросы. Тем более что авария на АЭС «Фукусима-1» показала значительную опасность, которая кроется в атомной энергетике. Что касается ВИЭ, то, зачастую, их экологическая чистота преувеличивается. Кроме того, они не смогут еще долгое время стать полноценной альтернативой традиционной генерации. Поэтому ископаемое топливо еще долго будет оставаться основным энергоносителем для мировой экономики.

При этом природный газ постепенно будет занимать все более главенствующую роль в энергетике. Тем более что современные технологии использования природного газа позволяют с большей эффективностью использовать полезные характеристики данного топлива для производства энергии. В частности, оно является наиболее предпочтительным топливом для новых систем когенерации и комбинированного цикла производства энергии. Кроме того, природный газ можно использовать как добавку к топливной смеси при сжигании угля или мазута в процессе т.н. дожига. Данная технология позволяет уменьшить эмиссию оксидов азота на 50-70%, а выбросы SO2 сократить на 20-25%.

Ниже представлены некоторые технологии, которые позволяют более эффективно использовать экологические свойства природного газа при производстве энергии:

Когенерация

Комбинированная генерация электроэнергии и тепла - процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. Использование когенерационного способа позволяют увеличить эффективность энергосистем и промышленных котлов при одновременном уменьшении количества необходимого топлива. Экономия для потребителей от введения систем когенерации составит около 40% топлива. Соответственно происходит и значительное сокращение выбросов загрязняющих веществ.

Комбинированный цикл:

Комбинированный цикл подразумевает одновременное использование газовых и паровых турбин. На электростанциях комбинированного цикла более высокая эффективность от сжигания топлива достигается за счет утилизации отработанных газов, которые приводят в движение основную турбину. Тепло отходящих от турбины газов, обычно расходуемое впустую, используется для получения пара, который поступает в паровую турбину. Таким образом, достигается дополнительный выход энергии, причем с меньшими выбросами загрязняющих веществ, чем при обычном цикле сжигания топлива. Эффективность производства единицы электроэнергии при комбинированном цикле генерации увеличивается до 60% по сравнению с 30-35%-ной эффективностью при угольной или нефтяной генерации.

Американские эксперты выделяют три главные характеристики комбинированного цикла сжигания газа, обуславливающие его преимущества по сравнению с угольной генерацией:

1. Комбинированный цикл достигает высокого уровня эффективности, используя тепло, которое иначе было бы потеряно в процессе генерации.

2. Мощности могут быть построены быстро и дешево. Стоимость 1 тыс. КВт мощности составляет здесь около 1.200 долл. – в два раза дешевле, нежели у угольных электростанций. Срок строительства - 2-3 года (5-6 лет – угольная генерация).

3. Технологии комбинированного цикла могут применяться в сравнительно небольших масштабах. Возможно строительство модуля мощностью около 100 МВт и последующее добавление к нему новых модулей. Для сравнения, угольная генерация экономически оправданна только при достижении мощности в несколько сотен МВт.

Использование газа в качестве автомобильного топлива

Природный газ может быть использован в автомобильном транспорте для сокращения загрязнения от сжигания нефтяного моторного топлива. По сравнению с традиционным транспортом автомобили, использующие сжиженный природный газ, выделяют CO на 90-97% меньше, CO2 – на 25%, оксидов азота на 35-60%, других неметановых углеводородных выбросов – по меньшей мере на 50-75%. Кроме того, из-за относительно простого состава природного газа по сравнению с традиционным моторным топливом происходит меньший выброс токсичных и канцерогенных веществ и практически отсутствуют выбросы твердых частиц. Помимо высокой экологичности, преимущество использования природного газа в качестве моторного топлива заключается в его дешевизне по сравнению с бензином, а также в повышении срока службы двигателя.