Транспортировка энергоресурсов

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 в абсорбционных  колоннах. 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.

В настоящее  время основным видом транспорта является трубопроводный. Газ под  давлением 75 атм прокачивается по трубам диаметром до 1,4 м. По мере продвижения  газа по трубопроводу он теряет кинетическую энергию, преодолевая силы трения как  между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая  рассеивается в виде тепла. Поэтому  через определённые промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм и охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее —  это наиболее дешёвый с точки  зрения начальных вложений и организации  способ транспортировки газа на небольшие  и средние расстояния.

Кроме трубопроводного  транспорта широко используют специальные  танкеры — газовозы. Это специальные  суда, на которых газ перевозится  в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре  от −160 до −150 °С. При этом степень  сжатия достигает 600 раз в зависимости  от потребностей. Таким образом, для  транспортировки газа этим способом, необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле  обычного порта, для сжижения газа и  закачки его на танкеры, и сами танкеры. Обычная вместимость современных  танкеров составляет от 150 000 до 250 000 м³. Такой метод транспортировки  является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с  расстояний до потребителя сжиженного газа более 2000—3000 км, так как основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно — разгрузочные работы, но требует более высоких начальных  вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится  также тот факт, что сжиженный  газ куда более безопасен при  перевозке и хранении, чем сжатый.

Представляет  большой интерес перекачка газа в сжиженном состоянии. В этом случае, как и при транспорте нефти, приходится иметь дело с практически  несжимаемой жидкостью. Поэтому  расход энергии на перекачку резко  снижается, а диаметр трубопровода при этом же количестве транспортируемого  газа может быть выбран гораздо меньше.  

 Препятствиями  в использовании этого способа  перекачки природного газа являются  следующие. Поскольку сжиженный  природный газ имеет низкую  температуру (порядка - 150°С), металл, из которого сделаны трубы,  должен длительно и надежно  работать в таких условиях, но  он стоит значительно дороже. Кроме того, необходимы дополнительные, и не малые, средства на строительство  завода для сжижения природного  газа.

В 2004 г. международные  поставки газа по трубопроводам составили 502 млрд м³, сжиженного газа — 178 млрд м³.

Также есть и  другие технологии транспортировки  газа, например с помощью железнодорожных  цистерн. Газ сжижают таким же методом, как при транспортировке  на специальных танкерах, и по железной дороге отправляют в конечные пункты.

Были так же проекты использования дирижаблей или в газогидратном состоянии, но эти разработки не нашли применения в силу различных причин.

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  некоторому незначительному увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, который является парниковым газом. Некоторые ученые на этом основании  делают вывод об опасности возникновения  парникового эффекта и как  следствие — потепление климата. В связи с этим в 1997 году некоторыми странами был подписан Киотский протокол по ограничению парникового эффекта. По состоянию на 26 марта 2009 года Протокол был ратифицирован 181 страной мира (на эти страны совокупно приходится более чем 61 % общемировых выбросов).Следующим  шагом было внедрение в действие с весны 2004 года негласной альтернативной глобальной программы ускоренного  преодоления последствий техноэкологического  кризиса. Основой программы стало  установление адекватного ценообразования  на энергоносители по их топливной  калорийности. Цена определяется исходя из стоимости получаемых энергий  на конечном потреблении из единицы  измерения энергоносителя. С августа 2004 года по август 2007 года было рекомендовано  и поддерживалось регуляторами соотношение 0,10 долларов США за киловатт-час (средняя  стоимость нефти — 68 долларов за баррель). С августа 2007 года была произведена  ревальвация соотношения до 0,15 долларов за киловатт-час (средняя стоимость  нефти — 102 доллара за баррель). Финансово-экономический  кризис внёс свои коррективы, но указанное  соотношение будет восстановлено  регуляторами. Отсутствие управляемости  на рынке газа задерживает установление адекватного ценобразования. Средняя  стоимость газа при указанном  соотношении — 648 долларов за 1000 м³.

Рис.3:Газопроводы: Россия-Европа 

Транспортировка угля

Что касается транспорта угля на дальнее расстояние, то в  настоящее время для этой цели используется только железнодорожный  и водный транспорт. Подсчитано, что  при перевозке груза по железной дороге при скорости 100 км/ч расход энергии составляет около 0,12 кВтхч/(тxкм), т. е. почти в 4 раза меньше по сравнению  с автомобильным транспортом  и более чем в 60 раз меньше по сравнению с авиацией.  

 Действительно,  железнодорожный транспорт является  сравнительно недорогим средством  перевозки грузов. Что касается  угля и других видов твердого  топлива, то здесь очень многое  зависит от того, какого качества  уголь (твердое топливо) мы  перевозим. 

 В самом  деле, оплата за перевозку зависит  главным образом от массы груза.  Если транспортируемый по железной  дороге уголь имеет в одном  случае в 2 раза более низкую  теплотворную способность, чем  в другом (допустим, за счет большего  содержания в угле в первом  случае золы и влаги), то в  конечном итоге окажется, что  перевозка угля в первом случае  обошлась в 2 раза дороже. Действительно,  нельзя же даром возить балласт: влагу и золу. Поэтому если приходится перевозить уголь по железной дороге, то надо предварительно позаботиться о его обогащении: обеззоливании и подсушке. Уголь же низких сортов вообще транспортировать невыгодно.

 За последнее  время проявляется большой интерес  к транспорту угля по трубопроводу  в контейнерах и в виде пульпы, т. е. примерно 50-процентной смеси  измельченного угля с водой.  Это направление действительно  интересное.

Несмотря на происходящие экономические изменения, стоимость 1 тонны условного топлива (тут) на угле в большинстве случаев  является самой низкой по сравнению  с мазутом и газом. Основная трудность  использования угля состоит в  высоком уровне выбросов от сжигания угля — газообразных и твёрдых (зола). В большинстве развитых стран, включая  Россию, действуют жёсткие требования по уровню выбросов, допустимых при  сжигании угля. В странах ЕС используются жёсткие штрафные санкции к ТЭЦ, превышающим нормы (вплоть до 50 евро за каждый выработанный МВт*ч электроэнергии). Выходом из ситуации является использование  различных фильтров (например, электрофильтров) в газоходах котлов, либо сжигание угля в виде водоугольных суспензий (Водоугольное топливо). В последнем  случае из-за более низкой температуры  горения угля существенно (до 70 %) снижаются  выбросы оксидов NOx (температурный NOx). Зола, получаемая от сжигания угля, в  ряде случаев может быть использована в строительной индустрии. Ещё в  СССР были разработаны ГОСТы, предусматривающие  добавку золы в шлакопортландцементы. Трудностью использования золы является то, что удаление золы происходит в  большинстве случаев путём гидрозолоудаления, что затрудняет её погрузку для дальнейшей транспортировки и использования.

Транспортировка ядерного топлива 

Транспортировка радиоактивных веществ (РВ) и ядерных  делящихся материалов (ЯДМ) - важный компонент ядерного топливного цикла.

Ежегодно в  мире транспортируется около 10 млн. упаковок с радиоактивными веществами различного вида. Обеспечение безопасности транспортирования  РВ, ЯДМ и изделий на их основе имеет большое значение в связи  с наличием потенциального риска  нанесения ущерба людям, окружающей среде и имуществу в процессе их перевозки, выполнения погрузочно-разгрузочных операций и промежуточного хранения. Наличие такого риска обусловлено  возможностью аварии транспортного  или погрузочного средства, воздействием на упаковки разрушающих механических и тепловых нагрузок в процессе перевозки, которые могут привести к рассеянию  РВ в окружающую среду, и облучением персонала сверх установленных  норм при нарушениях правил безопасного  обращения с упаковками. Транспортировка  тысяч тонн высокорадиоактивного отработавшего  ядерного топлива требует больших  усилий для создания высочайшей технологической  культуры. Сегодня ответственность  за решение этой задачи очень велика, так как авария не только на АЭС, но и при перевозке грузов с  большой радиоактивностью может  повредить здоровью большого числа  людей, профессионально не имеющих  отношения к ядерной технологии.

Безопасность  транспортировки имеет еще один важный аспект — межведомственный. Когда ОЯТ отправляется в путь, оно попадает во власть целого ряда организаций, некомпетентных в вопросах безопасности ядерной энергетики. И  если для безопасности АЭС первостепенное значение имеет уровень подготовки операторов, то в случае транспортировки  отработавшего топлива на первое место становятся выбор безопасного  маршрута и тщательно продуманный  график движения контейнерного поезда.     Рис4: Основные типы вагоны для перевозки ядерного топлива

Транспортировка является связующим звеном производственной деятельности предприятий (АЭС, предприятия  ЯТЦ, исследовательские ядерные  центры, судовые установки гражданского и военного флотов и др.), осуществляющих обращение с радиоактивными материалами. Номенклатура перевозимых по территории России РВ чрезвычайно широка: ядерные  делящиеся материалы, радиоактивные  вещества, отработавшее ядерное топливо  и радиоактивные отходы, свежее ядерное  топливо, уран и плутоний в различных  химических соединениях (различном  физическом состоянии и с различной  степенью обогащения по делящимся нуклидам), изотопные источники, и т. п. Их перевозка  осуществляется наземным, водным и  воздушным видом транспорта. В  Табл. 17 приведены данные о типах  вагонов- контейнеров и упаковках  используемых при транспортировке  ОЯТ. При выполнении операций, связанных с транспортированием РВ и ЯДМ, радиационную опасность представляют: ионизирующее излучение, создающее дозу облучения, превышающую значения, установленные нормами радиационной безопасности НРБ-99 для персонала категории А. Заметное влияние на потребность в уране может оказать технологический процесс обогащения. В настоящее время большинство существующих реакторов использует уран, обогащенный в результате диффузии газов. При диффузии газов некоторое количество U2ss попадает в отходы, хвосты.

Основные принципы обеспечения безопасности при транспортировании 

При выполнении операций, связанных с транспортированием РВ и ЯДМ, радиационную опасность  представляют:

   • ионизирующее  излучение, создающее дозу облучения,  превышающую значения, установленные  нормами радиационной безопасности  НРБ–99 для персонала категории  А, непосредственно выполняющего  погрузочно-разгрузочные работы, а  также для лиц категории Б  при транспортировании и промежуточном  хранении упаковок;

   • радиоактивное  загрязнение поверхностей ТУК,  ТС, оборудования и других грузов, находящихся на транспортном  средстве;

   • РВ, которые в аварийной ситуации  или при неисправности ТУК  могут попасть в окружающую  среду и создать уровни загрязнения  и концентрации радионуклидов  в воде и окружающем воздухе  сверх допустимых значений.

 Радиационная  безопасность при транспортировании  РВ и ЯДМ должна обеспечиваться  следующими условиями:

   • соблюдение  установленных требований и обеспечение  качества при разработке, проектировании  и изготовлении ТУК;

   • проведение  необходимого объема испытаний  ТУК в соответствии с действующей  НД;

   • контроль  радиационных характеристик перевозимых  РВ и проведение испытаний  специальных видов РВ, таких как  РВ особого вида и РВ с  низкой удельной активностью  (НУА или LSA);

 • контроль  технического состояния ТУК (систем  герметизации, элементов крепления  и т.д.);

   • соблюдение  норм загрузки и условий размещения  РВ или ЯДМ в полости ТУК,  правильность установки нейтронных  поглотителей и других элементов  защиты согласно требованиям  ЭД на ТУК;

   • осуществление  дозиметрического и радиометрического  контроля загрязненности поверхностей  ТУК и ТС, мощности эквивалентной  дозы излучения в установленных  правилами контрольных точках;

  • контроль  технического состояния и исправности  ТС, его обеспечение необходимыми  средствами пожаротушения, контроля  радиационной обстановки и аварийными  средствами защиты;

   • соблюдение  правил безопасности при выполнении  погрузочно-разгрузочных операций;