Исследование возможности утилизации энергии давления транспортируемого природного газа в республике Узбекистан

Проблема энергосбережения, являясь одной из важнейших во всех развитых странах, приобретает особую остроту и в Узбекистане.

С ростом экономики и уровня жизни населения увеличилась и потребность в энергоресурсах. Так, за последнее время заметно возросли генерирующие мощности системы страны. Введены в эксплуатацию энергоблок мощностью 300 МВт на Ново-Ангренской тепловой электростанции (ТЭС), блок мощностью 800 МВт на Талимарджанской ТЭС, реализован проект по расширению Навоийской ТЭС со строительством парогазовой установки (ПГУ) мощностью 478 МВт, а на Ташкентской теплоэлектроцентрали внедрена когенерационная газотурбинная установка мощностью 27 МВт. В рамках проектов по использованию нетрадиционных и возобновляемых источников энергии внедрены детандергенераторные агрегаты на Сырдарьинской и Талимарджанской ТЭС. В начале 2019 года компанией Epsilon Development Company были начаты работы по расконсервации скважины №2 Худжум (Култак-Камашинский инвестблок) и начат капитальный ремонт, была проведена работа по перфорации в интервале 3660-3718 метров. После кислотной обработки скважины получен промышленный приток природного газа в объёме около 145-180 тыс. куб.м. в сутки.

Из открытого месторождения Худжум, по вновь построенному газопроводу протяженностью 5,1 км, связавшего месторождение Худжум со сборным пунктом газопровода Назаркудук, начата поставка добываемого газа на головные сооружения ООО «Шуртаннефтегаз». Компания также получила промышленный приток газа на двух скважинах месторождения Талимаржан. Таким образом, ожидается, что общие объемы добываемых компанией углеводородов составят 1-1,25 млн. куб.м в сутки.

Определяя перспективы совершенствования газотранспортной системы республики, акционерная компания «Узтрансгаз» по показателям технических свойств транзитной транспортировки может функционировать поэтапно с применением различных вариантов модернизации производства и совершенствования технологических процессов [4].

Сохранение высокого уровня энергоёмкости народного хозяйства может привести к тому, что неудовлетворенный спрос составит значительную часть нынешнего потребления энергии в республики. Покрыть этот спрос, учитывая изношенность основных фондов существующей системы энергетики, ее высокую капиталоемкость и инерционность, без активизации работ в области экономии энергии будет невозможно.

Одно из направлений энергосбережения – это применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА) для выработки экологически чистой электроэнергии (без сжигания топлива) за счет использования технологического перепада давления газа в системах магистрального транспорта и распределения природного газа. При существующей в республике системе газоснабжения снижение давления транспортируемого природного газа производится обычно в двух ступенях – на газораспределительных станциях (ГРС) и на газорегуляторных пунктах (ГРП) и осуществляется за счет дросселирования.

В настоящее время проекты использования избыточной энергии давления газа при его редуцировании в системах газораспределения и потребления в ряде странах Евросоюза направлены на производство электрической энергии. Однако до настоящего времени не приняты практические меры для широкомасштабного и эффективного практического использования этой технологии в республиках Центральной Азии, в том числе и в Узбекистане.

Таким образом, для бесперебойного электроснабжения на линейной части газопроводов, приборов учета газа на ГРС и ЗУ, и других объектов газоснабжения, авторы считают целесообразным применение (ДГА) для выработки экологически чистой электроэнергии путем утилизации энергии сжатого природного газа.

Исследования, проведённые на месторождениях Урга, Северный Шуртан и Шимолий Бердак (табл. 1,2,3) показали, что для использования транспортируемого пластового газа в турбодетандерных агрегатах требуется дополнительная обработка и приведения его к соответствующим техническим нормам.

Таблица 1.

Начальный состав пластового газа месторождения Урга (% мольн.)

Физико- химическая характеристика газов месторождения Северный Шуртан

Таблица 3.

Начальный состав пластового газа ГКМ Шимолий Бердак

Продолжение таблицы 3

Анализ полученных данных предполагает необходимость установки дополнительного фильтра перед входом в детандерный агрегат для очистки газа от механических примесей при транспортировке и уменьшения процентного содержания конденсата.

Характерная особенность разрабатываемой авторами конструкции турбодетандера – расположение турбинного и компрессорного колес на одном валу, которое обуславливает преимущественное применение рабочих колес радиального либо радиально-осевого типов в целях упрощения конструкции подвода и отвода рабочей среды.

В связи с чем, для использования физической энергии газа, получаемой за счет снижения давления на ГРС и ГРП, вместо традиционных дроссельных устройств целесообразно использование ДГА, которые позволяют получить выработку электроэнергии за счет перепада давления газа [1, с. 24-25].

Снижение давления транспортируемого природного газа производится на двух ступенях. На первой – на газораспределительных станциях – давление газа снижается от давления в магистральном газопроводе с 5,5 МПа до 1,2 МПа, на второй – на газорегуляторных пунктах – от 1,2 до 0,15 МПа. В процессе расширения природного газа высокого давления в ДГА происходит снижение его давления до 1,2 МПа и температуры до 10°С. [2, с. 28-36].

На основании выше изложенного сформировалась постановка задачи оптимизации и представилась в следующем виде: годовая выработка электроэнергии max E = f (P,G), (1)

где P ϵ[P₁,P₂] ; G ϵ[G₁,G₂].

Ограничения Т₂=0; Т₁ ≤ Т_маx; Q_TO ≤ Q_маx; N_ЭГ ≤ N_маx. (2)

В связи с тем, что расширение с помощью детандера приводит к более существенному снижению температуры газа, то для экономического сравнения в расчетах принимался расход топливного газа для огневого подогревателя с характерным тепловым
h = 40 %.

Расчеты выполнялись с использованием программы термодинамических расчетов ГазКондНефть [3], и результаты представлены в табл.4. 

Таблица 4.

Сравнение параметров при расширении природного газа на дросселе и детандере