Jerry R. - Использование шахтного метана в Украине

Аннотация

Jerry R. Использование шахтного метана в Украине. В статье рассматривается вопрос использования шахтного метана в качестве альтернативного источника энергии.

Украина имеет существенные запасы метана, находящегося в подземном угле, пропластках и окружающих горных породах, который в следствие добычи стал бы ценным энергетическим ресурсом. В течение 2002 года Украина потребила 78 миллиардов кубометров природного газа, из них, 18 млрд кубометров газа, произведенного внутри страны. Украина получает около 30 млрд кубометров газа в год в качестве транзитной платы за использование ее трубопроводной ситемы для транспортировки газа от ее восточных соседей в Западную Европу. Нехватка приблизительно 30 млрд кубометров газа, создающие отрицательное сальдо торговли, должны быть приобретены у иностранных источников.

Добыча и утилизация метана позволит снизить количество газа, поступающего в атмосферу. В период с 1990 по 2001 год добыча угля в Украине снизилась с 1648 млн до 834 млн тонн с соответствующим уменьшением выделения метана в атмосферу с 3885 млн м³ до 1888 млн м³. В течение 2001 года из рудников Украины было извлечено около 1822 млн м³ метана, из них приблизительно 268 млн м3 были извлечены через дегазационные системы (14,7 % от общего количества выделенного метана).

Удаление метана из уголных шахт улучшит безопасность работ, т.к. главной причиной несчастных случаев со смертельным исходом является воспламенение метано-воздушной смеси, которая выделяется во время добычного процесса. Украина занимает второе место в мире по смертности на шахтах.

У Украины есть обширный неразработанный ресурс метана, который по природному ресурсу был оценен украинскими экспертами в 12 триллионов м³. При этом, около 1,9 миллиарда м³ метана в год уходит в атмосферу. Добыча и использование метана обеспечивает Украине ряд преимуществ. Эти преимущества включают в себя жизненно необходимый альтернативный источник энергии - окружающая среда станет менее токсична относительно содержания парниковых газов, и на угольных шахтах работа станет более безопасной и продуктивной.

Метан как альтернативный источник энергии

В течение 2002 года Украина реализовала 43 % от общей потребности природного газа, что составляет приблизительно 78 млрд кубометров. При этом 23 % от требуемого количества природного газа (18 млрд кубометров) было произведено внутри страны. Кроме того, Украина получила около 30 миллиардов кубометров (или 38% от общего требуемого годового объема природного газа) в качестве транзитной платы за использование ее трубопроводной системы при поставке природного газа от своих восточных соседей в Западную Европу. Остальная часть ежегодного требуемого газа закупается у России и Туркменистана. Украина подписала соглашение о покупке природного газа с Туркменией по цене 44$ за тысячу кубических метров (трлн кубометров) на 2003 год, который будет оплачен комбинацией наличных денег и передачей украинских товаров и услуг.

Любое увеличение производства природного газа или метана из внутренних источников уменьшил бы эту передачу активов и поддержал бы национальную экономику. Украина исследовала потенциал увеличения производства природного газа, что оказалось безуспешным. Возможно увеличение производства природного газа под Черным морем, но это не доказано и дорого. A более доказанный метод – добыча метана из угольных пластов, использующая технологию и оборудование, которое успешно использовалось в других странах Мира.

В течение прошлых шести лет Украина получила техническую помощь от Американского правительства, чтобы помочь и способствовать коммерческому развитию добычи метана в Украине. Американское Управление по охране окружающей среды в рамках гранта Партнерства по энергетике и Экологической Реформы (ПЭЭР) финансировал одну такую техническую программу помощника. Способствуя развитию добычи метана в Украине, ПЭЭР издало документ, который идентифицирует двадцать девять свойств, которые, как полагают, являются высоким потенциалом для развития. Этот документ может быть найден на веб-сайте ПЭЭР и определен следующим образом: Шахтный метан в Украине: Возможности для Производства и Инвестиций в Донецком бассейне.

Для двух областей был подготовлен бизнес-план, который включал бурение 6 скважин на протяжении испытательного срока, сопровождаемый программой бурения 144 скважин. Результаты этих бизнес-планов можно найти на веб-сайте ПЭЭР, которые определены следующим образом: Шахтный метан в Украине: Бизнес-план по развитию Проекта на ш. Комсомолец Донбасса; Шахтный метан в Украине: Бизнес-план по развитию Проекта на ш. им. А.А. Скочинского. Американское правительство также финансировало другие программы в Украине для продвижения развития проектов по производству метана. Благодаря финансированию со стороны США, два исследования по развитию производства метана были завершены.

В настоящее время существует только одна шахта в Украине, которая использует вертикальные скважины. Эта шахта собирает метан с использованием вакуумного насоса и используют метан в качестве моторного топлива для своего автопарка.Министерство топлива и энергетики Украины финансировало бурение нескольких вертикальных скважин в течение последних трех лет, но эта программа бурения не привела к производству и добыче любого количества метана.

Украина имеет огромные запасы метана и нуждается в его добыче. Сочетание этих двух факторов представляет Украине интересную возможность для коммерческой разработки новых проектов в этой области.

Добыча метана из угольных шахт

Выбросы метана на угольных шахтах Украины являются одной из основных причин парникового эффекта. За 2001 год Украина выпустила 1,888.3 млрд кубометров метана. Тем не менее, с 1991 года уровень выбросов метана в атмосферу значительно снизился (тогда он достигал 3,884.9 млрд кубметров). Добыча и использование шахтного метана тесно связано с глобальным потеплением, поэтому были поддержаны принципы Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций, которые сокращают количество метана, попадающего в атмосферу. Для обеспечения минимального уровня выбросов шахтного метана в атмосферу ПЭЭР были выдвинуты следующие требования, которые можно просмотреть и скачать с веб-сайта ПЭЭР:

Инвентаризация выбросов метана из угольных шахт в Украине: 1990–2001

Инвентаризация выбросов метана из угольных шахт в Украине: 1990–2000

Инвентаризация выбросов метана из угольных шахт в Украине: 1990–1999

Методология для вышеупомянутых запасов Украины была основана Межправительственной группой экспертов по изменению климата и приспособления условий. Эти запасы могут быть использованы для ежегодной подготовки инвентаризации выбросов угольной промышленности Украины, которая была бы частью национальной инвентаризации парниковых газов. Три кадастра были представлены должностными лицами Украины для их рассмотрения и анализа.

Завершение отработки этих трех материальных запасов в последующие годы позволило развить тенденции, которые увеличили уверенность в надежности полного извлечения метана из угольных шахт. Кроме того, результаты были более благоприятны по сравнению с другими исследованиями, которые были проведены с использованием различных параметров и методов.

За исследуемый период с 1900 по 2001 гг. добыча угля в Украине сократилась с 164,8 до 83,4 млн. тонн сырья, соответственно, объем выбросов метана снизились с 3,884.9 млрд. до 1,888.3 млрд. Добыча и утилизация шахтного метана в Украине увеличивается. В 2001 году шахты добыли 268,3 млрд. кубометров метана, что составляет 14,7% от общего количества добытого метана. Кроме того, в 2001 году шахты использовали 134,5 млрд. кубометров метана, (50,1 % от общего количества). Использование добытого метана включает в себя использование его в качестве котельного топлива на шахте, в качестве топлива для парка транспортных средств, принадлежащих шахте, и в домах местного населения.

Метан и безопасность угольных шахт

Украина занимает второе место в мире по смертности на угольных шахтах. По оценке работников по безопасной трудовой деятельности Украины, 40 % несчастных случаев на шахте связано с метаном. Еще причинами большинства несчастных случаев являются внезапные выбросы угля и газа. Факторы, вызывающие эти несчастные случаи включают в себя экстремальные глубины (средняя глубина работ – 660 м), тонкие пласты (в среднем 1,2 м), устаревшее добычное оборудование, а также отсутствие средств на модернизацию шахт и обеспечения безопасности оборудования. В 2002 году в Украине было зарегистрировано 267 несчастных случаев со смертельным исходом, а за период с 1991 по 2002 их было около 4000. Тем не менее, на протяжении двух прошлых лет количество смертей на угольных шахтах сократилось.

Как уже отмечалось, основной причиной высокого уровня смертности на угольных шахтах Украины является воспламенение метана, который выделяется в процессе добычи полезных ископаемых. Подземная добыча угля в Украине составляет 99 процентов годового объема производства. На всех подземных угольных шахтах необходимо следить за концентрацией метана в воздухе в различных местах горных выработок. Кроме того, все шахты должны измерять содержание метана в добываемом угле. Если эти данные, в сочетании с другими факторов, превышают украинские стандарты безопасности, то шахта считается газовой по четырем различным критериям рейтинга. В период с 1990 по 2001 год, примерно 70 процентов от общего объема производства угля было добыто на шахтах, которые классифицированы, как газовые. Если шахта классифицируется как газовая, необходимо соблюдать определенные правила безопасности при работе в них.

Шахты, определенные как газовые, нуждаются в предварительной дегазации пластов. Суть метода заключается в бурении скважин, подсоединенных к системе, отсасывающей газ на поверхность. Длина скважин 30–50 м, бурятся они непосредственно в угольный пласт или окружающие породы. Длина скважины ограничивается имеющимся оборудованием, которое не в силах увеличить глубину и расширить зону своего влияния. Кроме того, современные сверла, позволяющие увеличить скорость и глубину бурения не доступны.

Подземные системы дегазации, которые собирают метан из скважин, представляют собой систему из стальных труб, связанных с вакуум-насосной станцией, которая находится на поверхности. Система стальных труб, в большинстве случаев, не обслуживается должным образом, поэтому в некоторых рабочих зонах возможны утечки метана. Кроме того, плохо поддерживаемая система трубопроводов позволяет метану растворяться с воздухом, таким образом делая его непригодным как альтернативное топливо на поверхности. Оснащение шахт трубопроводами из высокоплотного полиэтилена трудоемко, в виду того, что такие трубы не производятся в Украине, поэтому они обойдутся намного дороже, чем стальные трубы, производимые в Украине в больших количествах.

Внедрение современной системы дегазации, которая будет включать как вертикальное, так и горизонтальное бурение с использованием западного оборудования и технологий, будет способствовать более качественной добыче метана из угольных шахт Украины и приведет к уменьшению числа несчастных случаев на угольных шахтах Украины.