1. Основные перспективные направления технохнологического развития энергетики и транспорта на ближайшие десятилетия



страница1/4
Дата26.04.2016
Размер0.98 Mb.
  1   2   3   4


Перспективные технологии
1. Основные перспективные направления технохнологического развития энергетики и транспорта на ближайшие десятилетия

2. Эффективные технологии транспортирования и использования природного газа, определяемые природными технологическими особенностями России.

3. Технологические и экологические преимущества СПГ перед другими видами топлив и их реализация на современном этапе

4. Технологические аспекты сопоставления и выбора фазового состояния природного газа (СПГ) при энергетическом и транспортном обеспечении новых промышленных регионов России.

5. Технологические и экологические преимущества и недостатки замены керосина на криогенные топлива в авиации России. Первоочередные задачи в решении этой про6лемы.

6. Перспективы, необходимость и этапы освоения водорода как универсального топлива в энерготранспортных комплексах развитых стран мира на современном этапе.

7. Роль и технологические преимущества водорода как универсального топлива и энергоносителя ХХI века. Сроки и этапы освоения новых водородных технологий.

8. Подземные АЭС с водородным циклом, их преимущества при теплоэнергоооеспечении промышленных территорий и мегаполисов.

9. Технологические и экологические преимущества водорода как энергоносителя перед известными и применяемыми энергоносителями.

10. Гидридные технологии в водородной энергетике. Их роль, пpеимyщества, возможные пути использования в энергетике и на транспорте.

11. Гидридиые аккумуляторы и компрессоры; принципы и механизм функционирования. Основы подбора металлов и сплавов для них; их эксплуатационные характеристики по водородной ёмкости и эффективности применения.

12. Четыре типа сплавов, применяемых в гидридных водородных технологиях. Их основные свойства и возможные сферы применения.

13. Водород в металлах. Особенности и механизм проникновения водорода через металлы. Зависимости уровня проницаемости водорода от температуры и давления.

14. Технологии очистки водорода от примесей и выделения водорода из гaзовых смесей на мембранных устройствах. Выбор материалов и режимов работы.

15. Мембранное разделение газовых смесей. Мембранные технологии для извлечения азота или кислорода из воздуха. Материалы мембран, их характеристики, виды аппаратов.

16. Технологические основы химического газофазного осаждения тугоплавких неорганических материалов.

17. Технологические методы изменения свойств и структуры тугоплавких материалов, получаемых химическим газофазным осаждением. Сингулярная структура пироматериала, ее получение и свойства.

18. Технологические основы получения композиционных материалов на основе волокнистых углеграфитовых наполнителей и пироуглеродной матрицы.

19. Пиролитические карбидографиты – новый класс высокотемпературных композиционных материалов. Технология их получения и изменение свойств на примере карбидографита циркония.

22. Шугообразные двухфазные компоненты. Цели их получения и применения в технике. Перспективы применения шугообразного водорода в авиации и ракетной технике.

23. Принципы и технология внедрения культуры безопасности с целью повышения эффективности функционирования энергонасыщенных технических систем.

24. Пути повышения эффективности использования информационных технологий в энергетике.

25. Эниология. Её необходимость для успешного социально-экономического и технологического развития; Тpудности её законодательно-нормативного обеспечения в настоящее время в России.

26. Геопромышленные комплексы как путь снижения технологической и экологической опасности
1. Основные перспективные направления технохнологического развития энергетики и транспорта на ближайшие десятилетия Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения внутренней и внешней политики. Роль страны на мировых энергетических рынках во многом определяет ее геополитическое влияние. Соответствовать требованиям нового времени может только качественно новый топливно-энергетический комплекс (ТЭК) - финансово устойчивый, экономически эффективный и динамично развивающийся, но приемлемый для окружающей среды, оснащенный передовыми технологиями и высококвалифицированными кадрами. Целью энергетической политики является максимально эффективное использование природных топливно-энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для роста экономики и повышения качества жизни населения страны. Главной задачей Энергетической стратегии России является определение путей достижения качественно нового состояния ТЭК, роста конкурентоспособности его продукции и услуг на мировом рынке на основе использования потенциала и установления приоритетов развития комплекса, формирования мер и механизмов государственной энергетической политики с учетом прогнозируемых результатов ее реализации. Главным средством решения поставленной задачи является формирование цивилизованного энергетического рынка и недискриминационных экономических взаимоотношений его субъектов между собой и с государством. При этом государство, ограничивая свои функции как хозяйствующего субъекта, усиливает свою роль в формировании рыночной инфраструктуры как регулятора рыночных взаимоотношений. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ И ИННОВАЦИОННАЯ ПОЛИТИКА В ТЭК - основа повышения эффективности функционирования энергетического сектора страны. Научно-техническая и инновационная политика в энергетическом секторе опирается на современные достижения и прогноз приоритетных направлений фундаментальной и прикладной отечественной и мировой науки в энергетической сфере. Развитие фундаментальных исследований является важнейшим условием создания новых высокоэффективных технологий в энергетическом секторе российской экономики. Приоритеты: воссоздание и развитие научно-технического потенциала, включая фундаментальную науку и прикладные разработки, модернизацию экспериментальной базы и системы научно-технической информации; создание благоприятных условий для развития инновационной деятельности, направленной на коренное обновление производственно-технологической базы ТЭК, ресурсосбережение и улучшение потребительских свойств продукции комплекса; совершенствование всех стадий инновационного процесса, повышение востребованности и эффективности использования результатов научной деятельности; защита прав на результаты научно-технической деятельности; использование потенциала международного сотрудничества в целях использования лучших мировых достижений и вывода отечественных разработок на передовой уровень; сохранение и развитие кадрового потенциала и научной базы, интеграция науки и образования. Для достижения указанных приоритетов научно-технической и инновационной политики необходимо: выявление и экономическая поддержка перспективных направлений научно-технической и инновационной деятельности и критических технологий в ТЭК с учетом их прогнозируемой эффективности и мировых тенденций. Реализация указанных направлений осуществляется через Федеральные целевые научно-технические и различные инновационные программы, а также важнейшие инновационные проекты государственного значения; организация системы государственного учета и контроля за реализацией результатов научных исследований и экспериментальных разработок в энергетической сфере, а также совершенствование информационной инфраструктуры в области науки, образования и технологий в отраслях ТЭК; финансирование фундаментальной науки в энергетической сфере, направленной на поиск принципиально новых путей эффективного обеспечения энергетических потребностей; содействие разработке и внедрению новых эффективных экологически безопасных технологий добычи, производства, преобразования, транспорта и комплексного использования топливно-энергетических ресурсов, в том числе технологий использования новых источников энергии, традиционных и нетрадиционных (газогидраты, тяжелые нефти и битуминозные сланцы, метан угольных месторождений и др.) ресурсов углеводородного сырья. Важным направлением исследований является поиск и освоение принципиально новых технологий бестопливной (углеводородной) энергетики: определение возможности использования термоядерной энергии в мирных целях; развитие водородной энергетики; развитие ядерной энергетики на быстрых реакторах; освоение приливных электростанций и энергии океана; качественное повышение КПД солнечных преобразователей; создание химических источников тока. Сверхпроводимость: Особое значение для качественного обновления энергетики имеют фундаментальные разработки в области высокотемпературной сверхпроводимости, позволяющие разрешить ряд важных проблем, таких как создание токоограничителей, накопителей электроэнергии, сооружение сверхпроводящих линий электропередачи для осуществления вводов электроэнергии в крупные города. Создание сверхпроводниковых накопителей энергии позволит повысить надежность и бесперебойность энергоснабжения при авариях в энергосистемах, обеспечить маневренность АЭС. Кроме того, электротехническое оборудование, выполненное с использованием сверхпроводимости (криогенные генераторы, кабели), позволит в 2-3 раза сократить потери при производстве и передаче электроэнергии. Фактически речь может идти о принципиально новой электроэнергетике. Транспорт: Акцент развития транспорта Рф смещен на технологическую интеграцию. Дальнейшее развитие транспортного рынка, по единодушому мнению профессионалов, немыслимо без обмена информацией и технологической интеграции инфоресурсов всех участников отрасли. На нынешний день у каждого вида транспорта имеется опыт сотворения инфокоммуникационных систем для решения собственных задач. А именно, на стальных дорогах действует сеть информационных центров, на морском транспорте – системы мониторинга и спасания. На ряде федеральных автодорог сделаны системы оперативного управления созданием, автоматизированной диагностики состояния дорог. Основная неувязка заключается в технологической дезинтеграции: все системы развиваются разрозненно. Нет единой электронной базы данных на перевозимые грузы и автотранспортные средства, что не дозволяет очень отлично осуществлять мониторинг транспортного комплекса. (в настоящее время Федеральная служба по надзору в сфере транспорта вместе с ЗАО "ТрансТелеКом" разрабатывает концепцию и пилотный проект единой автоматизированной информационно-аналитической системы контроля транспортного комплекса РФ.) Соответственно главное значение приобретает задача сотворения одного информационного места, предполагающего как построение единой сопряженной телекоммуникационной сети, так и общедоступное информационное обеспечение. Информатизация – это требование времени, показатель уровня развития страны. Говоря о значимости предстоящего развития инфотехнологий для различных видов транспорта, приведены последующие данные. Доля издержек на информатизацию в автодорожном транспорте составляет лишь 1%, в морском – 3%. На стальных дорогах этот показатель добивается 10%, - иными словами, в инвестиционной программе ОАО "РЖД" на текущий год заложено порядка 15 миллиардов. руб. на развитие СЦБ и средств связи. Уместно добавить, что лишь три страны в мире владеют опытом интеграции распределенных инфоресурсов – Япония, США и Наша родина. Понятно, что скорой реализации столь масштабного проекта, обхватывающего всю транспортную ветвь, ожидать не стоит. Но уже определены 1-ые шаги в этом направлении.
2. Эффективные технологии транспортирования и использования природного газа, определяемые природными технологическими особенностями России.
Огромными запасами природного газа обладает Россия (Уренгойское месторождение), США, Канада. Из других европейских стран стоит отметить Норвегию, но её запасы невелики. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеет Туркмения, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение).

Приро́дный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений — это свободный газ, либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа и 20 °С) — только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов.

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество меркаптанов, имеющих сильный неприятный запах.

Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают охлаждая при повышенном давлении.

Для транспортировки в обычных баллонах природный газ разделяют, в результате такой газ состоит в основном из пропана, а также более тяжёлых углеводородов, в виду того, что метан и этан не могут существовать в жидком состоянии при комнатных температурах.

Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах, называемых порами. Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определённым законам. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. Скважины стараются разместить равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежи. Иначе возможны перетоки газа между областями месторождения, а так же преждевременное обводнение залежи.

Газ выходит из недр вследствие того, что в пласте находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.



Подготовка природного газа к транспортировке

Завод для подготовки природного газа.

Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю — химический завод, котельная, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нём кроме целевых компонентов (целевыми для различных потребителей являются разные компоненты) примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определённых условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (изгиб трубопровода, например), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, ёмкости теплообменников и т. д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа. Такая схема реализована на Уренгойском месторождении.

Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Оренбургском месторождении..

Транспортировка природного газа

В настоящее время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под давлением 75 атмосфер движется по трубам диаметром до 1,4 метра. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа. Поэтому через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостояще, но тем не менее — это наиболее дешёвый способ транспортировки газа и нефти.

Кроме трубопроводного транспорта используют специальные танкеры — газовозы. Это специальные корабли, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии при определённых термобарических условиях. Таким образом для транспортировки газа этим способом необходимо протянуть газопровод до берега моря, построить на берегу сжижающий газ завод, порт для танкеров, и сами танкеры. Такой вид транспорта считается экономически обоснованным при отдалённости потребителя сжиженного газа более 3000 км.

Также есть и другие проекты транспортировки газа, например с помощью дирижаблей, или в газогидратном состоянии, но эти проекты не нашли широкого применения в силу различных причин.

Экология

В экологическом отношении природный газ является самым чистым видом минерального топлива. При сгорании его образуется значительно меньшее количество вредных веществ по сравнению с другими видами топлива.

Однако сжигание человечеством огромного количества различных видов топлива, в том числе природного газа, за последние полвека привело к заметному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является, как и метан, парниковым газом. Большинство ученых именно это обстоятельство считают причиной наблюдающегося в настоящее время потепления климата. В связи с этим в 1997 г. был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта.

Применение

Работающий на природном газе автобус.

Природный газ широко применяется в качестве горючего, для отопления жилых домов, как топливо для машин, электростанций и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например пластмасс. В XIX в. природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы).

Проблемы. Из 47,8 трлн. м3 разведанных запасов газа в России 36,9 трлн. м3 или 77% сосредоточено в Западной Сибири, причем подавляющее большинство газовых месторождений Западной Сибири находится на территории ее северных районов в зоне распространения вечной мерзлоты. Газопроводы являются протяженными объектами. И они в гораздо большей степени подвержены влияниям природной среды, чем относительно компактные места добычи газа. Кроме того, обслуживание коммуникаций требует постоянной готовности ремонтных служб к работе в разных местах в отдалении от баз, что осложняет в первую очередь эксплуатацию газопроводов. При этом проблема обслуживания газопроводов подразделяется на две основные задачи - а) обслуживание переходов через реки и крупные линейные эрозионные формы и б) проблема обслуживания линейных участков газопроводов. Территория прохождения газопроводов расчленена значительным числом малых, средних и крупных водотоков, логов, оврагов, подверженных боковой и донной эрозии. Прокладка трубопроводов вблизи берегов озер влечет за собой нарушение равновесного состояния прибрежных грунтов. Воздействие озерного волнения (абразия) на грунты с разрушенной структурой усиливается, что вызывает рост аварийных ситуаций. На линейную часть газопроводов влияют: деградация вечномерзлых грунтов основания и полосы, прилегающей к газопроводу; осадка грунтов в результате теплового воздействия трубы при транспорте газа с положительной температурой; выпучивание газопровода в результате пропуска по нему газа с отрицательной температурой; Помимо этих специфических мерзлотных процессов и явлений по трассам газопроводов, проложенных на многолетнемерзлых грунтах, отмечаются:- всплытие трубы газопроводов на пониженных и обводненных участках; - размыв материала засыпки траншей и насыпей; - ветровой раздув насыпей, сложенных песчаным материалом.

3. Технологические и экологические преимущества СПГ перед другими видами топлив и их реализация на современном этапе

Что представляет собой сжиженный природный газ и каковы его основные конкурентные преимущества по сравнению с другими энергоносителями?

– СПГ – криогенная жидкость температурой –161 °С, ее нужно хранить и транспортировать в специальных криогенных емкостях. Для перевозки СПГ разработана специальная контейнер-цистерна в 40-футовых габаритах объемом 35 куб. метров СПГ, сертифицированная в Морском регистре РФ. Этот контейнер можно перевозить всеми видами транспорта. В 35 куб. метрах СПГ находится около 18 000 куб. метров обычного газа. Другими словами, процесс сжижения уменьшает объем топлива в 600 раз, при этом удельный вес готового продукта вдвое легче, чем воды. При переводе СПГ в газообразное состояние (газификации) его свойства соответствуют свойствам природного газа из магистрального газопровода (ГОСТу 5542-87). Из одной тонны СПГ получается около 1 400 нм3 природного газа. Сжиженный природный газ, как топливо, имеет еще целый ряд преимуществ. Прежде всего, это метан, который легче воздуха, и в случае аварийного разлива он быстро испаряется, в отличие от тяжелого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва. Он не токсичен, не вызывает коррозии металлов. СПГ сегодня дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит. Нужно отметить, что котлы, работающие на природном газе (СПГ), имеют больший КПД – до 94%, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые). Низкая температура кипения гарантирует полное испарение СПГ при самых низких температурах окружающего воздуха. Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД, а значит, не требуется периодической чистки камеры сгорания котлов и дымовой трубы котельной. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы. Эксплуатационные затраты на обслуживание газовых котельных также ниже, чем традиционных. Для хранения и перевозки СПГ используются автоцистерны-емкости типа «термос» из высоколегированной нержавеющей стали с двойными стенками и глубокой экранно-вакуумной изоляцией. Для транспортировки СПГ на небольшие расстояния также применяют емкости с изоляцией из пенополеуретана. Испарение СПГ производится за счет тепла атмосферного воздуха в пластинчато-ребристых испарителях, изготовленных из специального дюралевого сплава с высокой теплопроводностью и прочностью. Использование такого оборудования значительно увеличивает срок эксплуатации всей системы хранения и газификации СПГ, гарантирует длительное и качественное снабжение природным газом потребителей как промышленных, так и коммунальных объектов.

Преимущества СПГ как вида топлива

Во первых, сжижение природного газа увеличивает его плотность в 600 раз, что повышает эффективность и удобство хранения, а также транспортировки и потребления энергоносителя (в том числе и как моторного топлива для транспортных средств).

Во вторых, СПГ – криогенная жидкость, которая хранится под небольшим избыточным давлением при температуре около 112 К (-161 °C) в емкости с теплоизоляцией, и нетоксична.

В третьих, СПГ дает возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на значительные расстояния, что, помимо всего прочего, например, позволяет также вовлекать в сельскохозяйственный оборот глубинные (удаленные) территории.

В ОАО «Газпром» разработана программа работ по решению актуальных задач газификации населенных пунктов, отдаленных от газопроводов. По оценкам специалистов ВНИИпромгаза, около 50% населенных пунктов, нуждающихся в газификации, экономически целесообразно обеспечивать газовым топливом в виде привозного СПГ.

Другой причиной необходимости ускорения работ по использованию СПГ является то, что все крупнейшие месторождения природного газа в России находятся в удаленных районах, неблагоприятных для строительства транспортных газопроводов, и наиболее целесообразным здесь представляется транспортировка газа в жидком состоянии. В XXI веке все основные российские газовые месторождения будут располагаться именно в таких районах (Баренцево море, шельф Карского моря, остров Сахалин и т. д.). Это обуславливает необходимость строительства крупных заводов по производству СПГ в местах перспективных месторождений



  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал