CC BY
30
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esi.today 2018, №6, Том 10 / 2018, No 6, Vol 10 https://esj.today/issue-6-2018.html URL статьи: https://esj.today/PDF/68NZVN618.pdf Статья поступила в редакцию 28.11.2018; опубликована 28.01.2019 Ссылка для цитирования этой статьи:
Пантелеева А.В., Кульчицкая К.И., Иванова А.К., Березина К. А., Янкевский А.В. Обзор потенциальных возможностей энергоснабжения посредством использования газогидратов для Японии // Вестник Евразийской науки, 2018 №6, https://esj.today/PDF/68NZVN618.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Panteleeva A.V., Kulchitskya K.I., Ivanova A.K., Berezina K.A., Yankevsky A.V. (2018). An overview of the potential for energy supply through the use of gas hydrates for Japan. The Eurasian Scientific Journal, [online] 6(10). Available at: https://esj.today/PDF/68NZVN618.pdf (in Russian)
УДК 55
Пантелеева Ангелина Владимировна
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия
Студент - бакалавр E-mail: [email protected]
Кульчицкая Камилла Игоревна
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия
Студент - бакалавр E-mail: [email protected]
Иванова Анастасия Константиновна
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия
Студент - бакалавр E-mail: [email protected]
Березина Карина Алексеевна
ФГАОУВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия
Студент - бакалавр E-mail: [email protected]
Янкевский Алексей Владимирович
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов», Москва, Россия
Ассистент
Кандидат экономических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author_profile .asp?id=498252
Обзор потенциальных возможностей энергоснабжения посредством использования газогидратов для Японии
Аннотация. В статье авторы провели обзор потенциальных возможностей энергоснабжения посредством использования газогидратов для Японии. Как известно, мировое потребление энергоресурсов постоянно растет и понятно желание большинства стран обнаружить у себя потенциальные источники энергии. Ожидается, что мировое потребление энергии к 2030 году увеличится примерно на 40-50 %.
В данной статье рассмотрены запасы ресурсов газогидратов в Японии. Изучены основные методы добычи газогидратов, перспективы их использования, а также трудности
добычи, связанные с безопасностью. Проведен анализ топливно-энергетического комплекса Японии и его возможное развитие. Помимо этого, обозначены высокие экономические затраты на разработку и добычу газогидратов. Тем не менее, разработками и изучением газогидратов уделяется особое внимание. Потому что уже в ближайшем будущем они смогут являться одним из основных источников энергии.
На основе анализа данных экономического состояния топливно-энергетического комплекса Японии сделан вывод, что Япония - страна, лишенная месторождений с традиционными запасами нефти, но она обладает огромными запасами метангидрата "захраненного" в океанических недрах. И если Япония сможет решить задачу безопасной добычи и хранения газа в газогидратной форме, то это позволит им с большим преимуществом опередить другие страны и выйти на новый уровень.
Результат проведенных исследований показал, что наибольшие перспективы имеет комбинированный метод добычи газогидратов, состоящий в одновременном снижении давления и подводе тепла к скважине, что приводит к большому дебиту, а также является экономически целесообразным для Японии.
Вклад авторов.
А.В. Пантелеева, К.И. Кульчицкая - авторы внесли существенный вклад в техническую часть, подробно изучили новые возможности разработки залежей, указанные в статье. Собрали, проанализировали и интерпретировали данные о различных странах-добытчиках, составили графики и таблицы.
А.К. Иванова, К.А. Березина - авторы изучили, проанализировали все полученные данные и осуществили написание статьи.
А.В. Янкевский - автор оказывал участие в организации написания статьи; одобрил окончательную версию статьи перед её подачей для публикации.
Ключевые слова: газовые гидраты; природный газ; кристаллические соединения; шельфы; месторождения; энергия; декомпрессия
Газовые гидраты являются, пожалуй, единственным не разрабатываемым, но в то же время достаточно перспективным источником природного газа на нашей планете. Что в свою очередь, может представлять конкурентное преимущество традиционным запасам нефти и газа.
Считается, что высокие энергетические затраты для разрушения гидратов метана наряду с технологической сложностью пока не дают оснований считать, что в ближайшие годы эта технология может быть использована для его промышленной добычи. Однако, успехи стран, участвующих в экспериментальной добыче, таких как США, Япония, Канада, Россия и Индия говорят об обратном. В то же время промышленная разработка газовых гидратов является наиболее перспективной угрозой экологической безопасности.
Актуальность исследования в том, что развитие технологии добычи и транспортировки газогидратов может привести к коренным изменениям на рынке природного газа: гидраты, несмотря на высокую себестоимость добычи, предоставят доступ к энергоресурсам тем странам, у которых нет иных запасов.
В ходе исследования использовались уже имеющиеся данные по разработке газовых гидратов, статистические данные, источники анализируемого материала представляли собой имеющуюся литературу по данному вопросу.
Известно, что газовые гидраты представляют собой кристаллические соединения газов с водой, прежде всего, переменного состава. При контакте газа и воды при определённых
термобарических условиях газовые гидраты и образуются. Стоит учесть, что чем холоднее климат, тем чаще встречаются условия образования газовых гидратов [6]. Соотношение между газом и водой один к шести распространено с большей вероятностью, это наблюдается в земной коре гидрате метана [4].
Доктор технических наук Воробьев А.Е. в своих работах писал, что задача добычи газогидратов, стоящая перед учеными и инженерами, предельно актуальна и значима, так как удачное ее разрешение может положительно повлиять на формирование мирового ТЭК, продлив «газовую паузу» еще на 150-200 лет [13].
Начиная с 1998 г. для Японии характерно уменьшение потребления нефти, которое снизилось в 2003-2013 гг. с 5,46 до 4,55 млн барр. в день, а доля Японии в мировом потреблении нефти сократилась с 6,8 до 5 % [11]. Уменьшение потребления нефти в стране связано с экономической политикой государства, которая направлена на постепенное снижение зависимости от спроса на нефть за счет снижения его удельного веса в структуре внутреннего потребления энергоносителей. В числе других причин, связанных с уменьшением потребления, следует назвать рост доли природного газа в энергопотреблении и осуществляемая политика расширения использования заменителей топлива. Так, например, в жилищном секторе, ввиду высоких цен на керосин для отопления, наблюдается падение спроса на него и поиск более доступных топливных субститутов [12]. Именно поэтому у Японии возникает потребность в добыче газовых гидратах, как основного источника энергии.
Приблизительно на сегодняшний день объем газогидратов на шельфе Японии насчитывается от 4 трлн до 20 трлн м3. Японии потребовалось более 10 лет для того, чтобы подготовить команду специалистов, способных разработать и изготовить необходимое оборудование для производства, хранения и транспортировки непосредственно гидратных брикетов [5]. Несмотря на все это, технология извлечения газа из газогидратов еще недостаточно изучена, чтобы использовать газогидраты как энергоресурс, способный заменить нефтеперерабатывающую промышленность. Расчеты показывают, что метан, поднятый со дна моря, не может конкурировать с природным газом, добываемым традиционными методами [4].
Япония занимает пятое место в мире (после США, России, Китая и Ирана) и второе среди стран АТР по потреблению газа. В 2017 г. объем поставок газа на внутренний рынок Японии составил 121,4 млрд куб. м (+4,0 % к 2016 году). В структуре потребления природного газа 63,3 % приходится на электроэнергетику (по данным Institute of Energy Economics of Japan - c 2010 по 2014 гг.; по данным JODI - с 2015 по 2017 гг.).
Соотношение деятельности ТЭК по различным видам источникам энергии в Японии выглядит на данном этапе развития страны следующим образом (табл. 1).
Таблица 1
Соотношение деятельности ТЭК по различным видам источникам энергии, млрд барр. [5]
Наименование Производство Потребление Импорт Экспорт
Уголь - 120,12 121,05 -0,86
Нефть 0,57 203,62 230,53 -16,9
Природный газ 2,83 105,74 103,06 -
Атомная энергия 2,42 2,42 - -
Гидроэнергия 6,67 6,67 - -
Геотермальная энергия 2,86 2,86 - -
Солнечная и ветровая энергии 1,16 1,16 - -
Биотопливо и отходы 10,69 10,69 - -
Энергия - всего 27,2 453,28 454,64 -17,76
В ближайшем будущем Япония планирует развитие по энергетической стратегии «Атомная энергетика 15 %» (табл. 2) [5].
Таблица 2
Стратегия развития Японии «Атомная энергетика 15 %» [5]
«Атомная энергетика 0 %» «Атомная энергетика 0 %» «Атомная энергетика 15 %» «Атомная энергетика 25 %»
Ядерная энергетика 0 % 15 % 25 %
Ископаемые источники 62 % 54 % 48 %
Возобновляемые источники 38 % 31 % 26 %
Сравним себестоимость добычи природного газа и газогидратов. Себестоимость добычи газовых гидратов оценивается примерно в 195-230 долл. за тыс. м3 (расположение газогидратов над свободным газом), 250-365 долл. за тыс. м3 (расположение газогидратов над свободной водой). Себестоимость же добычи природного газа оценивается в 50 долл. за тыс. м3 [7].
Стоимость добытого газогидрата может колебаться от 400 долл. за м3 до 1500 долл. за м3. Для сравнения, цена природного газа в США равняется в среднем 120 долл. за м3 [7].
Помимо финансовых проблем, основной проблемой все-таки является безопасность при добыче газовых гидратов. Газогидраты при самых незначительных сотрясениях могут, так скажем, «детонировать». Из-за чего присутствует высокий риск аварийности, а, следовательно, и низкая рентабельность разработки газовых гидратов [11].
Однако Япония на фоне других стран мирового сообщества больше всех стран занимается вопросами добычи газогидратов. Именно в этой стране на уровне государства уже принято несколько программ по добыче данного ресурса [2].
Необходимость исследований газовых гидратов со стороны Японии вызвана следующим:
• Япония занимает третье место в мировом рейтинге ВВП;
• 80 % всех энергоресурсов Японии - импорт;
• Атомная энергия является основой энергетики Японии [2].
Правительство Японии уже успешно осуществляет масштабный проект по добыче газовых гидратов - МН21. Уже успешно проведен первый опыт добычи 2013 г., результаты которой стали впечатляющими, в течении шести дней было получено порядка 120 тыс. м3.
Основной проект Японии - МН21, который состоит из трех фаз (рис. 1).
Рисунок 1. фазы основного проекта Японии по добыче МН21 [5]
Научно-исследовательский консорциум по ресурсам газогидрата метана в Японии МН21 представлен на рис. 2 [3].
Координатор программы - Японская национальная нефгяная корпорация JOGМЕС
Консорциум, объединяющий японские фирмы и исследовательские организации
Исследованиям на тему добычи газогидратов метана, ведущих к полномасштабной промышленной добыче
5 основных исследовательских областей: разведка, моделирование, испытания в условиях эксплуатации, технологии разработки, оценки по охране труда, здоровья и окружающей среды
Рисунок 2. Научно-исследовательский консорциум по ресурсам газогидрата метана в Японии МН21 [3]
Осуществлять разведку было поручено специалистам Национального института передовых промышленных наук Японии и университета Мэйзди. Они разработали оптимальный метод добычи, показанный на рис. 3.
Рисунок 3. Технология добычи газогидрата метана МН21, созданная учеными из университета Мэйдзи [3]
Япония - страна, лишенная месторождений с традиционными запасами нефти, обладает огромными запасами метангидрата "захраненного" в океанических недрах. Несмотря на успешный опыт добычи, есть еще множество проблем на пути к масштабной добыче газовых гидратов, таких как отсутствии технологий, инфраструктуры и рыночных сил, а также отрицательное воздействие на окружающую среду.
Наибольшие перспективы имеет комбинированный метод добычи, состоящий в одновременном снижении давления и подводе тепла к скважине, что приводит к большому дебиту, а также является экономически целесообразным.
Как мы знаем, Япония - крупнейший потребитель традиционных углеводородов в мире. Проанализировав топливно-энергетический комплекс страны, мы можем говорить о том, если
реализация основного проекта произойдет в 2023 году, то в будущем, страна сможет добывать свой собственный газ, которым сможет не только обеспечивать страну основным источником энергии, но и отправлять данный ресурс на экспорт.
Газ выходит победителем в "гонке" за титул главного энергетического ресурса XXI века, так как запасов метана на Земле огромное количество. Успех Японии в 2013 году - это очередной скачок к начальной точке новой эпохи. Если они смогут решить задачу безопасной добычи и хранения газа в газогидратной форме, это позволит им с большим преимуществом опередить другие страны и выйти на новый уровень.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьев А.Е. Нанотехнологии в освоении газогидратных ресурсов // Журнал «Редкие земли», 03.04.2016 г. Режим доступа: [Электронный ресурс]. http://rareearth.ru/ru/pub/20160403/02345.html (дата обращения 30.11.2018).
2. Газовые гидраты на шельфе мирового океана - энергетические перспективы. Озоль М.А., Матюшев С.С., Петров К.О. В сборнике: Новые технологии - нефтегазовому региону Материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2017. С. 264-267.
3. Газогидраты: технологии добычи и перспективы разработки: Информационная справка. аналитический центр при Правительстве РФ. Декабрь, 2013. Режим доступа: [Электронный ресурс]. http://ac.gov.m/files/publication/a/1437.pdf (дата обращения 01.12.2018).
4. Газовые гидраты: условия образования и методы освоения. Василькив Я.М., Нурисламов О.Р. Материалы Международной научно-практической конференции обучающихся, аспирантов и ученых. 2017. С. 19-23.
5. Канаяма Р., Тыртышова Д.О. Опыт Японии в разработке газогидратов и его потенциальное применение в целях коммерческой добычи в РФ. М.: Итоги научной конференции «Конференция молодых ученых и специалистов «Трансформация мировой энергетики: рыночные механизмы и государственная политика», 2016 г.
6. Курикова П.Р. Проблемы освоения газогидратов. М.: Инфра-М, 2017. - 248 с.
7. Маковецкий В.В. Природные газы в океане и проблемы их гидратов. М.: Инфра-М, 2016. - 415 с.
8. Милов В. Гидратная революция: чем грозит «Газпрому» новая технология добычи газа // Журнал «Forbes», 25.04.2013 г. Режим доступа: [Электронный ресурс]. http://www.forbes.ru/mneniya-column/konkurentsiya/238256-gidratnaya-revolyutsiya-chem-grozit-gazpromu-novaya-yaponskaya-t (дата обращения 16.11.2018).
9. Шехтман Г. Грядет ли газогидратная революция // Независимая газета, 08.10.2018 г. Режим доступа: [Электронный ресурс]. http://www.ng.ru/energy/2018-10-08/14_7327_revolution.html (дата обращения 25.11.2018).
10. Якушев В.С. Газогидраты: новые возможности для энергоснабжения Газогидраты: новые возможности для энергоснабжения // Электронный журнал «Арктика», 26.11.2015 г. Режим доступа: [Электронный ресурс]. https://ru.arctic.ru/analitic/20151126/238271.html (дата обращения 15.11.2018).
11. BP Statistical Review of World Energy 2014. - UK, L., 2014. P. 9.
12. Перфильев С.В., Соломонов А.П. Воздействие стран Азии на динамику производственных мощностей и инвестиций в мировой нефтепереработке // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №3 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/64EVN316.pdf (дата обращения 17.12.2018).
13. Воробьев А.В., Капитонова И.Л. Основы добычи аквальных газовых гидратов: Учеб. пособие - М.: РУДН, 2014. - 106 с.
Panteleeva Angelina Vladimirovna
Peoples' friendship university of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
Kulchitskya Kamilla Igorevna
Peoples' friendship university of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
Ivanova Anastasia Konstantinovna
Peoples' friendship university of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
Berezina Karina Alekseevna
Peoples' friendship university of Russia, Moscow, Russia
E-mail: [email protected]
Yankevsky Alexey Vladimirovich
Peoples' friendship university of Russia, Moscow, Russia E-mail: [email protected]
An overview of the potential for energy supply through the use of gas hydrates for Japan
Abstract. In the article, the authors considered the potential of Japan's energy supply through the use of gas hydrates. As you know, global energy consumption is constantly growing, and the desire of most countries to discover potential energy sources is understandable. World energy consumption is expected to increase by about 40-50 % by 2030.
This article discusses the reserves of gas-hydrate resources in Japan. The main methods of obtaining gas hydrates, the prospects of their use, as well as the difficulties of production associated with safety are studied. Analysis of the fuel and energy complex of Japan and its possible development. In addition, high economic costs for the development and production of gas hydrates are indicated. However, special attention is paid to the development and study of gas hydrates. Because in the near future they may become one of the main sources of energy.
Based on the analysis of data on the economic condition of the fuel and energy complex of Japan, it is concluded that Japan is a country deprived of deposits with traditional oil reserves, but with huge reserves of methanhydrate "stored" in the ocean. And if Japan can solve the problem of safe production and storage of gas in the form of gas hydrate, it will allow them to get ahead of other countries with a great advantage and reach a new level.
The results of the research showed that the combined method of gas hydrate production, consisting in the simultaneous reduction of pressure and heat supply to the well, which leads to a large debit, and is economically feasible for Japan, has the greatest prospects.
Keywords: gas hydrates; natural gas; crystalline compounds; shelves; deposits; energy; decompression
