Выработка электроэнергии из природного газа
Природный газ является общим термином, используемым для смеси углеводородов, которые являются результатом разложения растительных и животных материалов в течение миллионов лет. Из природного газа сейчас производится порядка 15% всей электроэнергии в мире. Энергия природного газа представляет ископаемое топливо и, следовательно, представляет невозобновляемые источники энергии. Она образовалась, когда доисторические останки животных и растений находились под землей и подвергались высоким температурам и давлениям в течение миллионов лет. Эта энергия наряду с нефтью и углем считается ископаемым топливом и, подобно нефти и углю, встречается в подземных резервуарах, расположенных во многих районах мира.
Основные компоненты природного газа представляют углеводороды: метан с формулой CH4, а также этан с формулой C2H6, пропан с формулой C3H8, бутан с формулой C4H10.
Природный газ самый чистый из всех видов ископаемого топлива. Запасы энергии природного газа, как и другие виды ископаемого топлива, ограничены и поэтому не являются возобновляемым ресурсом. Применение природного газа производит относительно малую долю оксидов азота и углекислого газа по сравнению с нефтью и углем, а также в результатах практически нет твердых частиц или выбросов диоксида серы. Поэтому он становится привлекательным «переходным» топливом по мере того, как энергоснабжение уходит от загрязняющих источников, таких как уголь и ядерные источники в сторону более чистых возобновляемых технологий.
Как генерируется газовая энергия?
Есть два основных типа электростанций, используемых для преобразования энергии природного газа в электричество — открытый цикл и комбинированный цикл.
Открытый цикл
Самое простое: открытый цикл, в котором природный газ горит для создания давления. Давление приводит в действие лопасти газовой турбины, вызывая ее вращение и преобразование тепловой энергии в механическую. Вал соединяет газовую турбину с газотурбинным генератором, поэтому, когда турбина вращается, генератор тоже. Генератор использует электромагнитное поле для преобразования механической энергии в электрическую. Приводя в действие турбину, которая соединена с генератором она заставляет магниты генератора крутиться и создавать электрический ток.
Комбинированный цикл
В электростанции комбинированного цикла, тепло, которое образуется от сгорания приводит в действие турбину назначение которой для того чтобы закипятить воду и создать пар, управляя второй турбиной для того, чтобы произвести даже больше электричества. Это позволяет таким электростанциям преобразовывать до 50% энергии, содержащейся в природном газе — намного больше, чем 33% конверсия угольных электростанций. По этой причине газопоршневые электростанции комбинированного цикла, как правило, используются для обеспечения ежедневной базовой нагрузки, в то время как открытые станции работают во время пикового спроса. Турбины сгорания основаны на принципе реактивных двигателей. С технологией турбины горит природный газ, создавая перегретый воздух, который после этого закачивается в трубы и используется для того чтобы управлять турбиной. Энергия природного газа может также использоваться в технологиях топливных элементов, которые опираются на химические реакции для создания электричества при гораздо более высоких уровнях эффективности, чем это может быть получено при сжигании ископаемого топлива.
Каковы экологические проблемы?
Природный газ оказывает значительно меньшее воздействие на окружающую среду, чем уголь. На основе данных сжигание природного газа генерирует примерно вдвое меньше углекислого газа или CO2, чем уголь, меньше твердых частиц и очень мало двуокиси серы или токсичных выбросов в атмосферу. Однако сжигание природного газа может привести к образованию оксидов азота и окиси углерода в количествах, сопоставимых со сжиганием угля. Продолжающееся использование этих ресурсов неизбежно приводит к выбросам метана, который является мощным парниковым газом, способствующим глобальному изменению климата. Бурение и разведка природного газа может негативно повлиять на среду обитания дикой природы, дикую природу и общее состояние атмосферы. Среди возможных негативных последствий, связанных с этим топливом, можно назвать эрозию, снижение продуктивности почв, увеличение стока, оползни и наводнения. Если сравнивать природный газ со сжиганием угля, выбросы CO2 значительно ниже, но сжигание природного газа по-прежнему приводит к чистому увеличению выбросов CO2 и, следовательно, может способствовать изменению климата. В зависимости от типа технологии сжигания и конструкции установки газовая установка может оказать значительное воздействие на водные ресурсы. Турбины сгорания не используют значительных количеств воды, но электростанции комбинированного цикла имеют участок для охлаждения пара который может требовать значительных количеств воды.
Подход компаний к энергии газа
Газовые электростанции как источники электрической энергии улучшают надежность нашего общего энергоснабжения. Когда погодные условия ограничивают возможности непостоянных источников энергии, таких как ветер, для выработки электроэнергии, газовые электростанции могут повысить свою производительность, чтобы восполнить дефицит. Это гарантирует, что всегда есть достаточно электричества, чтобы удовлетворить спрос. Сжигание газа также выделяет парниковые газы. Технология улавливания и хранения углерода может представлять собой возможное решение, но пока еще не доказана работа в промышленных масштабах. Ожидается, что технология улавливания и хранения углерода также увеличит стоимости строительства газовой электростанции, а также снизит её эффективность. Вполне вероятно, что в обозримом будущем газовые электростанции будут оставаться частью электроэнергетического комплекса мира, а в долгосрочной перспективе газ может играть заметную роль. Газовые электростанции могут обеспечить гибкую, надежную электрическую мощность, но цены изменчивы и могут резко возрасти или упасть в ответ на международные события, не зависящие от страны.
Преимущества газовых электростанций
Одним из основных преимуществ использования газа для производства электроэнергии является то, что газовые электростанции имеют чрезвычайно быстрое время запуска, поэтому они часто используются для удовлетворения пиковых потребностей в электроэнергии. Газотурбинная электростанция занимает всего 10-20 минут для достижения максимальной мощности по сравнению с несколькими часами для угольных электростанций и до двух дней для ядерных станций.
Выводы
Энергия природного газа является невероятно универсальным топливом, а также используется как эффективный источник в своем собственном праве для отопления, приготовления пищи и горячей воды, это также средство для производства электроэнергии.
Газовые электростанции преобразуют тепловую энергию от сжигания природного газа в электроэнергию, которую можно использовать в жилых домах и на предприятиях.
При большей эксплуатационной гибкости и более чистом сжигании, чем угольные электростанции, все больше и больше газовых электростанций строятся по всему миру, и сегодня природный газ производит около 15% электроэнергии мира.
Источник
Легко ли добыть нефть. Зачем сжигают попутный газ
Наверняка все, кто был на промыслах или находился рядом с ними, задавался вопросом, зачем сжигают огромное количество газа в факелах. Раньше их было значительно больше, сейчас их число сократилось, но все равно продолжает сжигаться огромное количество. Попытаемся разобраться в этом вопросе.
Начнем с того, что сжигают не природный газ, а попутный нефтяной. Название говорит само за себя. Это газ не из газовых месторождений, а растворенный в нефти газ, а также т. н. газовая шашка, которая, как правило, имеется во всех нефтяных месторождениях. Как побочный продукт он всегда выходит с добываемой нефтью. Объем газа, который выделился при добыче одной тонны нефти (иногда к кубическому метру) называется газовым фактором. Это величина разная, может колебаться от нескольких кубических метров на истощенных месторождений до нескольких сотен на газонефтяных.
Попутный газ по составу схож с природным. Его основа ,как и у природного – метан. Но он более жирный. Под жирностью газа понимается содержание гомологов метана – этана, и, особенно, бутана и пропана. Если их мало, то газ сухой, если много – то жирный. Соответственно в попутном газе повышено содержание этана, пропана и бутана. Кроме того, он может содержать более тяжелые жидкие алканы, которые растворяются в нем, а также водяной пар и другие примеси. К слову, природный газ газовых месторождений также может содержать в себе фракции жидких углеводородов, которые образуют т. н. газовый конденсат. Но это отдельная очень интересная тема, про которую я напишу как-нибудь потом.
Т. к. попутный газ содержит много пропан-бутановой фракции, ее сжижают под небольшим давлением и используют как топливо (сжиженный нефтяной газ). Из-за того, что это побочный продукт, не требующей глубокой переработки, его цена значительно ниже, чем у бензина. Попутный газ, от которого отделили пропан-бутановую и более тяжелые фракции называется отбензиненным. Который по составу и свойствам ничем не отличается от обычного природного.
Теперь давайте разберемся, почему весь добываемый попутный газ не подвергается переработке, а просто сжигается. Причина тут простая – экономически это нецелесообразно.
Некоторые думают, что газ, который добыли, можно просто так по трубе взять, перекачать и сжечь как топливо. Но газ содержит в себе большое количество водяного пара и абразивных частиц. Как правило это частицы пласта, которые выносятся с ним. С абразивными частицами все понятно. Они буквально пескоструят тело трубы, по которым их перекачивают, что приводит к ее разгерметизации. Водяной же пар, если его не отделять, может вступать в реакцию с углеводородами и образовывать газовые гидраты. Это снегообразная масса, которая забивает трубы. С газовыми гидратами связана одна история на Месояхском месторождении, если кому интересно – могу написать. Впрочем отвлекся. Чем выше содержание водяных паров в газе, тем выше точка росы, т. е та температура, при которой начинается конденсация жидкой фазы, что, в конечном итоге, приводит к выпадению газогидратов.
Если просуммировать все это, то становится понятным, что для того, чтобы транспортировать газ, его следует предварительно подготовить – удалить абразивный песок и влагу. Переработка же стоит денег.
Если месторождение большое, в нем много нефти и газа, то это экономически выгодно. Получаем газомотрное топливо и газ, которые продаются пользователям. Другое дело маленькое месторождение, там установка по подготовке газа не окупиться никогда.
Восточно-Капитоновское месторождение. Еще в 2014 на этом месте было два мощных наземных факела. Все-таки они гаснут
Если месторождение большое, в нем много нефти и газа, то это экономически выгодно. Получаем сжиженый газ, который используется как моторное топливо, и газ, который продаются пользователям. Другое дело маленькое месторождение, там установка по подготовке газа не окупиться никогда.
Резюмируем: 1) Сжигают попутный природный газ
2) Он является ценным побочным продуктом, из которого можно получать пропан-бутановую смесь и более высокомолекулярные алканы (газовый бензин)
3) Для переработки следует иметь достаточно большое месторождение, содержащее много попутного газа, иначе это экономически невыгодно. Поэтому сжигают газ либо на разведочных скважинах, либо на отдаленных участках месторождений, к которым еще не проведена трубопроводная система транспортировки нефти и газа. На них устанавливают газосепаратор, отделяющий жидкую и газовую фазу. Газ сжигается, а жидкая вывозится. Также газ сжигают на маленьких и отдаленных месторождениях, где перерабатывать экономически невыгодно.
Газосепаратор одной фирмы на окраине Оренбурга
4) Количество сжигаемого попутного газа постоянно снижается и достигает не более пяти процентов от добываемого попутного газа (Постановление Правительства РФ№ 7 от 8 января 2009 года, иначе накладывают серьезный штраф). Не смотря на это объем сжигаемого газа достаточен для покрытия потребностей в газе такой страны, как Болгария.
Источник