CC BY
235
УДК 553.981
О.Н. Медведева, В.О. Фролов
СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Сжиженный природный газ является экологически чистым и безопасным видом топлива, что открывает широкие перспективы его использования в промышленности, на транспорте и в ЖКХ. Развитие отрасли производства СПГ для обеспечения внутреннего потребления, а также для экспорта за границу становится актуальным в связи с ростом цен на энергоносители и ростом энергопотребления. Приводятся результаты технико-экономических исследований газораспределительных систем на базе сжиженного природного газа.
Природный газ, сжиженный природный газ, эффективность
O.N. Medvedeva, V.O. Frolov COMPARISON OF OPTIONS FOR SYSTEMS OF GAS SUPPLY TO CONSUMERS
Liquefied natural gas is environmentally clean and safe fuel that opens up broad prospects for its use in industry, transportation, housing and utilities. Development of industry LNG for domestic consumption, as well as for export abroad becomes relevant due to rising energy prices and rising energy consumption. The article presents the results of feasibility studies of gas distribution systems based on LNG.
Natural gas, liquefied natural gas, efficiency
Введение
Природный газ является для России не только эффективным энергоресурсом, но и важным средством решения многих экономических и социальных проблем. Сдерживающим фактором для организации экспорта российского газа в другие страны являются транспортные проблемы. Необходимость строительства протяженных магистральных газопроводов по труднопроходимым и малоосвоенным территориям требует решения финансовых, экономических и технических задач. Поэтому вполне обоснованной является необходимость создания системы альтернативного трубопроводам варианта транспортировки природного газа в сжиженном виде.
В последние годы потребители северо-западных регионов России все более акцентируют внимание на выгодах применения для отопления и бытовых нужд сжиженного природного газа (СПГ). В первую очередь, это обусловливается тем, что большинство вновь строящихся объектов расположено на значительном удалении от магистральных сетей природного газа. Существующие цены на электрическую энергию не решают проблемы эффективного энергоснабжения данных объектов, а использование мазута и угля с экологической точки зрения является наименее перспективным. Помимо этого, сжиженный природный газ - экологически чистый и безопасный из массово используемых видов топлива, а это открывает широкие перспективы его использования в промышленности, на транспорте и в ЖКХ. Как показывает зарубежный опыт, СПГ может успешно использоваться для регулирования пиковой неравномерности газопотребления на крупных промышленных объектах и в качестве моторного топлива (октановое число метана примерно в 1,15 раз выше, чем у бензина) [1].
128
Сжиженный метан является альтернативным видом топлива для регионов с небольшой плотностью населения и отсутствием в них сетевого газоснабжения в связи с необходимостью сооружения капиталоемких газопроводов большой протяженности (что экономически неоправданно). От комплекса по сжижению до потребителя газ доставляется различным транспортом, проходит стадию регазификации с редуцированием до требуемого давления и поступает в газообразном состоянии по обычным сетям газопроводов (внутригородских или внутрипоселковых) различным категориям потребителей.
В состав комплексов СПГ входят: комплексы по сжижению природного газа, хранилища и средства выдачи сжиженного газа, средства для транспортировки СПГ, хранилища газа у потребителей, газификаторы, криогенная арматура, оборудование газораспределения. Вопросы, связанные с оптимальным размещением завода по сжижению природного газа, актуальны, но мало проработаны теоретически и практически. Для оптимального функционирования всего комплекса СПГ необходимо наладить четкое взаимодействие между его основными составляющими [2].
Выявление зон конкурентоспособного применения СПГ
Для выявления зон конкурентоспособного применения сжиженного природного газа по сравнению с сетевым природным газом были проведены соответствующие исследования.
Сравнение вариантов проектных решений проводим по интегральным затратам:
ЗСПГ(ПГ) — КСПГ(ПГ) + У' ИСПГ(ПГ) , (1)
где Кспг(ПГ) — капитальные вложения в систему газоснабжения объекта СПГ и природным газом, руб., Испг(пг)- годовые эксплуатационные расходы по системе снабжения СПГ и природным газом, руб./год, У1 - дисконтирующий множитель, определяемый по формуле:
У = у—^-(1 + Е)1с~ -1 (2)
‘сл 1 (1 + Е) (1 + Е)‘“ • е’
где 1 сл - срок службы системы, лет; Е - норма дисконта; 1/год.
Оптимальному варианту соответствует минимум целевой функции (1).
В варианте снабжения СПГ рассматривалась следующая схема: завод по
производству СПГ (расположенный вблизи магистрального газопровода) - доставка сжиженного газа потребителю автотранспортом. Потребители расположены на
расстоянии от 10 до 200 км от источника. В расчетах было принято, что газ равномерно распределяется между потребителями, суммарное газопотребление на базе СПГ
варьируется от 1 до 30 т/год.
Капитальные затраты по варианту снабжения СПГ:
КСПГ - Кзав + Ка.тр + Кхр + Кисп , (3)
где Кзав - капитальные затраты в завод по производству СПГ; Катр - капитальные вложения в транспорт газа; Кхр - капитальные вложения в хранилища; Кисп -
капитальные вложения в испарители (газификаторы).
В варианте снабжения природным газом газоснабжение осуществляется по газопроводу-отводу. Природный газ под высоким давлением подается на
газораспределительную станцию (ГРС), где редуцируется до низкого давления и поступает в распределительную сеть населенного пункта.
Капитальные затраты в систему снабжения сетевым природным газом определяются по формуле
КПГ - Крг + Кгрп , (4)
где Крг - капитальные вложения в распределительные газопроводы; Кгрп - капитальные
вложения в ГРП.
В табл. 1 приводятся результаты сравнительных расчетов.
Таблица 1
К выбору целесообразности применения вариантов газоснабжения
Производительность завода Расстояние до потребителя, км
1 т в год 1445
10 т в год 649
20 т в год 1031
25 т в год 1190
30 т в год 1612
Как показывают расчеты, величина затрат на транспорт СПГ в весьма малой степени по сравнению с прочими показателями влияет на суммарную величину интегральных затрат. В свою очередь, затраты в систему снабжения сетевым природным газом значительным образом зависят от расстояния до газифицируемого объекта. Следовательно, целесообразность применения определенного варианта будет зависеть от удаленности населенных пунктов от опорного пункта газоснабжения. Применение систем снабжения СПГ эффективно при расстоянии до газифицируемого объекта большем, чем приведенные в табл. 1.
Алгоритм определения оптимального местоположения завода по сжижению
Комплекс по сжижению является важным и капиталоемким звеном в технологической цепи транспорта природного газа, являясь опорным пунктом систем газоснабжения. При большом количестве населенных пунктов, требующих обеспечения природным газом, и их значительном рассредоточении определение рационального местоположения завода по сжижению требует проведения предварительных техникоэкономических исследований. Расчетная схема задачи представлена на рис. 1. Суммарная длина газопроводов-отводов определяется по формуле
-ах1 + у1 - Ь
1-1
(5)
л/а2 +1
Согласно рис. 1 длина 1 - го газопровода-отвода, определится по формуле
11 -л/(х-х1)2 +(У-У1)2 , (6)
а суммарное расстояние до населенных пунктов:
ь-У -Ул/(х1 -х)2 +(У1 -У)2 , (7)
1-1 1-1
где х1,у1;х2,у2,...,х1,у1,...,хт,ут - координаты населенных пунктов, расположенных на территории области (административного района).
В качестве целевой функции задачи примем суммарную протяженность
ответвлений, тогда оптимальному решению задачи соответствует условие:
ь-У1! -Ул/(х1 -х)2 +(у1 -у)2 -m1n, (8)
1 -1
1-1
Рис. 1. Расчетная схема задачи
Так как искомая точка находится в непосредственной близости от магистрального газопровода, можно составить систему уравнений
x - х;
= 0 к - x1. Л
^ . 1 г=0.
л/(х - х. )2 +(У - У і )2
у = ах + Ь
л/(х - хі)2 +(ах + Ь - Уі)2
(9)
Решая полученную систему уравнений, находим оптимальные управляющих параметров (координаты местоположения завода) х
орі; У орі '
значения В целях
численной реализации экономико-математической модели задачи приведем пример расчета по определению оптимальной централизации систем газоснабжения сжиженным природным газом (оптимальную посадку завода по сжижению) для условий Новосибирской области. Нанеся на карту координатную сетку, получим следующие координаты населенных пунктов (табл. 2).
Таблица 2
Исходные данные для расчета
№ населенного пункта Координата Х, км Координата У, км
1 10,8 125,5
2 56,7 84,4
3 78,8 52,6
4 103,7 10,3
5 147,7 119
6 184,2 35,6
7 214,3 94,7
8 270,2 76,6
Уравнение магистрального газопровода на необходимом участке зададим двумя точками с координатами: (0; 189,7), (204,3;192,2), получим следующие координаты завода: (131,5;191,3). Результаты представлены на рис. 2.
Рис. 2. К определению оптимального расположения завода по сжижению газа
На рис. 2 точками обозначены газифицируемые населенные пункты, а ромбом -месторасположение завода по производству СПГ.
Выводы
Статья посвящена решению важной задачи - снабжению потребителей, удаленных от магистральных газопроводов природного газа, газовым топливом. Для этой цели предложен алгоритм по выявлению зон конкурентоспособного применения сжиженного природного газа по сравнению с сетевым. Основными результатами работы являются разработка рекомендаций по выбору целесообразных в конкретных условиях вариантов газоснабжения и программа по оптимальному размещению завода по сжижению природного газа. Внедрение предлагаемого метода моделирования систем газоснабжения на базе сжиженного природного газа позволит уменьшить конечную стоимость доставляемого продукта, а следовательно, повысить эффективность систем энергоснабжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кириллов Н.Г. Концепция производства сжиженного природного газа для автотранспортных средств / Н.Г. Кириллов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2001. №6. С. 17-19.
2. Крылов Е.В. Газоснабжение сжиженным природным газом / Е.В. Крылов. Саратов: СГАУ, 2003. 156 с.
Медведева Оксана Николаевна -кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция», заместитель директора Строительно-архитектурно-дорожного института Саратовского государственного технического университета по научно-инновационной деятельности
Фролов Владимир Олегович -
аспирант кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 01.11.10, принята к опубликованию 15.11.10
