Спосіб сироти функціонування газотранспортної системи

Реферат: Спосіб функціонування газотранспортної системи включає перекачку газу через систему трубопроводів в потрібних напрямках, з заповненням газом при потребі підземних газосховищ. Вздовж газопроводів, в максимальному наближенні до них, періодично утворюють вітроенергетичні установки (ВЕУ), електроенергію з яких використовують для отримання водню, який закачують в труби газопроводу. UA 99720 C2 (12) UA 99720 C2 UA 99720 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до енергетики. Відомі способи транспортування газу в відповідних ємкостях, які перевозяться всіма видами транспорту (Советский энциклопедический словарь, Москва "Советская энциклопедия" 1990). Одначе такі способи транспортування, не зважаючи на відносно масове їх розповсюдження, неконкурентні з транспортуванням газу через відповідні газопровідні системи. Саме трубопровідний транспорт є найбільш ефективним для газу в усіх відношеннях, включаючи перш за все екологічну та пожежну безпеку. Тому спосіб транспортування газу через трубопровідну газотранспортну систему ми приймаємо за прототип запропонованого рішення (див. також, с. 1372). Недолік прототипу полягає не в його недосконалості. Бо сучасна технологія довела прототип до максимального рівня вище означеної ефективності. Тому, мова йде не про недоліки прототипу, а про глобальну нездатність здолати явно існуючий бар'єр між традиційними уявленнями про енергетичне забезпечення економіки та необхідністю зламати цю традицію, яка довела землян до екологічного краху. Це і є задачею винаходу. Задача досягається тим, що в способі функціонування газотранспортної системи, який включає перекачку газу через систему трубопроводів в потрібних напрямках, з заповненням газом при потребі підземних газосховищ, згідно винаходу, вздовж газопроводів, в максимальному наближенні до них, періодично утворюють вітроенергетичні установки (ВЕУ), електроенергію з котрих використовують для отримання водню, котрий закачують в труби газопроводу. Суть винаходу та його ефективність пояснюються наступними міркуваннями. Розглянемо традиційне функціонування газотранспортної системи. Головними елементами такої технології є компресорні станції (КС) та трубопроводи. КС призначені для того, щоб нагнітати та гнати по трубопроводах видобутий на газовому родовищі газ в усі сфери економіки. Газопроводи є найбільш масовими та найбільш протяжними лінійними спорудами, що здійснюють газотранспортне забезпечення економіки цивілізованих країн. Ця технологія доведена до максимальної досконалості в усіх її складових елементах - як безпосередньо трубного господарства, так і пристроїв перекачки і газонакопичувального обладнання та всіх інших споруд. Йдеться про наступне. Сучасні газопровідні комплекси транспортують тільки природний газ та забезпечують його акумулювання в спеціальних, переважно підземних газосховищах. І нічого більше. Що робимо і що отримуємо ми? По трасі газопроводів, в максимальному наближенні до них, періодично утворюють ВЕУ, які виробляють електроенергію. Ця електроенергія витрачається для отримання водню, наприклад способом електролізу води, хоч можливі і інші способи. Але електроліз води, в силу ряду відомих факторів, є найбільш кращим. Отриманий водень закачується відповідними компресорними станціями в газопроводи. В результаті, газопровідний технологічний комплекс крім транспортної функції набуває і енергогенеруючу властивість. Це означає, що, або можна зменшувати видобування і відповідно транспортування природного газу, збільшуючи при цьому енергетичний потенціал створеної газової суміші природного газу з воднем. Або, при збереженні об'єму природного газу, збільшувати сумарний енергетичний потенціал суміші, що транспортується в газопроводі. Це збільшення буде залежати від співвідношення по масі природного газу та водню. Чим більше водню в порівнянні з природним газом, тим вище теплотворна властивість газової суміші. В підсумку, може трапитись так, що зменшуючи сумарну масу змішаного газу, що прокачується через трубопровід, енергетичний потенціал цього енергоносія суттєво зросте в порівнянні з чисто природним газом. Бо теплотворна властивість водню більш як в три рази перевищує по цьому параметру природний газ. В граничному ідеалі, про який скажемо нижче, існуючу газотранспортну систему взагалі можливо перетворити в транспортно-технологічний комплекс, який добуває водень і зовсім не використовує природний газ. Конструкторська і технологічна реалізація цього замислу може здійснюватись будь-якими існуючими способами та прийомами. Тим більше, що транспортування водню газопроводами вже не є новим і реалізоване на практиці. Не кажучи вже про ВЕУ, прогресуюче використання котрих в 21 столітті постійно посилюється в розвинутих країнах. Тому, ми не зупиняємось на інших компонентах запропонованого способу функціонування газотранспортної системи. Вважаючи, що тільки в процесі проектування таких технологій, на основі вже існуючого науковоінженерного рівня, можна виявити і визначити найбільш прийнятну схему і набір потрібних компонентів запропонованого комплексного рішення. 1 UA 99720 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Одначе, необхідно приділити особливу увагу ВЕУ, які є в цьому рішенні головним фактором, без котрого весь його задум втрачає смисл. Так от, рівень сьогоднішніх розробок ВЕУ, вже втілених в життя, такий, що є всі підстави стверджувати не тільки абсолютно гарантовану можливість здійснення запропонованого рішення, але й забезпечити при цьому значний матеріально-фінансовий ефект. Зокрема, в одній з публікацій (Интернет, ТАТА Ветроэнергетика: перспектива развития в 21 веке. Статьи / возобновляемые источники энергии. Дата: 15 мая, 2006 г. Зимина Г.А.) повідомляється, що маючи потужність 5,5 Мвт, можна отримати 540 тон водню на добу. При цьому 5 Мвт витрачається на отримання водню і навіть на його зрідження. В місяць при такому темпі отримують 18 тисяч тон водню. Крім того, як побічний продукт виходить 10 тисяч тон кисню. Зріджений кисень має широке застосування в виробництві і в багатьох інших сферах народного господарства. Від себе додамо, нескладний чисельний аналіз свідчить, що в нашому рішенні витрати на отримання водню будуть значно меншими, бо ця технологія створюється на вже існуючій газопровідній структурі, яка не вимагає ні зрідження водню, ні створення спеціальних та протяжних трубопроводів. Бо ВЕУ розміщуються безпосередньо поряд з існуючими газопроводами і потрібно лише забезпечити приєднання до цих газопроводів для подачі в них водню, що видобувається на об'єкті ВЕУ. Тому забезпечується висока рентабельність запропонованої технології, яка з часом буде тільки збільшуватись. Йдеться про те, що, після введення в експлуатацію першої ВЕУ, її дохідність та прибутковість будуть фінансувати створення всіх наступних ВЕУ, збільшуючи загальну рентабельність у міру збільшення кількості введених в експлуатацію ВЕУ. Одначе викладений позитив запропонованого рішення, котрий забезпечується сучасним рівнем освоєних розробок ВЕУ, це лише дрібниця та своєрідний відправний пункт для досягнення нашим способом результату, що створює прецедент в енергетиці. Прецедент позаконкурентний по основних параметрах з усім, що в цій найважливішій сфері економіки створено на сьогоднішній день. Залишаємо в стороні більш ніж півстолітні мрії фізиків про земне сонце керованого термояду, який вже поглинув багато десятків мільярдів доларів, і котрий з'їсть в наступному півстолітті ще більші матеріально-фінансові ресурси. Нічого одначе не гарантуючи, а тільки сподіваючись, що за ці чергові піввіку вдасться наблизитись до промислового освоєння цієї енергії. Хоч в науковому середовищі є достатньо аргументованих стверджень спеціалістів про те, що вибраний путь дослідження керованого термояду є тупиковим. Все це говоримо для того, щоб, не мріючи піввіку про термоядну жарптицю, створювати сонячну термоядерну енергетику на Землі вже сьогодні. Виходячи з того, що вітрова енергія є в чистому виді трансформацією Сонячного термояду на Землі. Наша пропозиція в тому і полягає, щоб належним чином розпорядитися цим чистим та невичерпним даром Природи. Щоб було зрозуміліше про що йдеться, звернемось до досліджень А. Болонкіна (див. Интернет. Использование Энергии Ветра Больших Высот. Д. т. н. Александр Болонкин. США), котрий дослідив вітровий потенціал на висотах від одного до 14 кілометрів. Якщо ми зупинимось на нижньому рівні цього дослідження, тобто - на висоті одного кілометру, то отримаємо наступні результати. На цій висоті вітрова енергія в порівнянні з приземним рівнем збільшується в десятки разів. При цьому коефіцієнт стабільності вітрового навантаження на ВЕУ може перевищувати 0,8. Дослідження А. Болонкіна не є відкриттям, бо все це було відомо і до нього. Але в даному випадку зроблено більш системний аналіз з врахуванням сучасних економічних параметрів, де головним є фактор вартості електроенергії. Так от, виходячи з передумов, встановлених А. Болонкіним, ми в свою чергу отримуємо такі результати. По-перше, було заявлено ряд рішень на патентування - заявки в Укрпатент № u2008150114 та № u200901932. Зокрема, ми пропонуємо висотні ВЕУ, в котрих найбільш раціонально використовуються відмічені А. Болонкіним переваги великих висот - високий потенціал вітрової енергії та її стабільність. По-друге, ми запропонували принципово нову технологію спорудження висотних ВЕУ, яка полягає в тому, що башта ВЕУ піднімається способом підрощування її знизу. Це вітчизняний спосіб монтажу, освоєний в 1968-1973 роках при спорудженні башти телецентру в Києві. Спосіб не має аналогу в висотному будівництві, який забезпечує максимальну надійність та високу якість створення суцільнозварних конструкцій методом Патона. Ми ж, приймаючи цей спосіб, монтуємо надвисотну ВЕУ таким чином, щоб раніше змонтовані яруси ВЕУ включались в генерування електроенергії вже в процесі будівництва башти ВЕУ, не чекаючи його завершення. В результаті, виходячи з досліджень А. Болонкіна, в нашому рішенні надвисотної ВЕУ встановлено, що її потужність після завершення будівництва може становити порядку 50 2 UA 99720 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мегават. Будівництво такої споруди може продовжуватись до 10 років. Наш спосіб дозволяє вже в процесі будівництва виробити трирічний об'єм електроенергії, який вираховується з повної потужності ВЕУ. А саме - це більше 1,3 млрд. квт. годин електроенергії, чистий прибуток від котрої становить більше 130 млн. $ США. Не беремось на даному етапі співставляти цей показник з вітчизняними параметрами вартості висотного будівництва та тарифами на електроенергію. Одначе дозволяємо собі стверджувати, що представлені показники - це вагома основа вважати, що окупність ВЕУ здійсниться вже в процесі її будівництва. Після чого прибутковість її експлуатації стає настільки значною, що навряд чи які-небудь енергоносії та енергогенеруючі технології зможуть конкурувати з нею. Якщо до цього додати екологічний позитив і ряд додаткових переваг в частині економічного використання землі, усунення шумового фактору та багатьох інших позитивних властивостей, включаючи усунення негативного впливу на фауну, питання про конкуренцію з такими ВЕУ взагалі зникає. В нашому ж випадку, не повністю навіть відмічений позитив ВЕУ значно зростає за рахунок трансформації виробленої електроенергії в водень. Тобто, замість того, щоб кожну ВЕУ вбудовувати в загальну енергосистему, що потребує колосальних фінансових та матеріальних витрат, наша газотранспортна система силою самої Природи перетворюється в більш потужну енергопостачальну структуру економіки. Мова про те, що межею цієї досконалості повинно бути становище, коли нинішня газотранспортна система буде забезпечувати енергопотреби всієї економіки тільки за рахунок водню, що на ній видобувається. Тобто, ми створюємо водневу енергетику, про котру давно йде масова говорильня, але діло практично стоїть на місці. А що ж природний газ? Як бути з ним в цій водневій економіці? Відповідь в 19-му столітті дав Д.І. Менделєєв, правда, він висловився щодо нафти. В тому смислі, що спалювати по-варварськи цей безцінний продукт Природи це те ж саме, що топити піч асигнаціями. Що стосується природного газу, то цей вердикт Дмитра Івановича вдвічі справедливий. Бо практично безгранична номенклатура полімерів, сировиною для виготовлення котрих є природний газ. Тому хвилюватись з цього приводу нема ніякої потреби. Не можна не сказати про наступне. Представлені позитиви та доцільність найскорішого здійснення запропонованого рішення не обмежується викладеними міркуваннями. Розгалужена газотранспортна система, як вже було згадано, функціонує в єдиному технологічному комплексі, в складі котрого є підземні газосховища. Працює цей комплекс в змінному режимі. В тому смислі, що в літній період потреба газозабезпечення знижується, а в зимовий час, тобто в сезон опалення, збільшується. З цими нерівномірностями споживання газу жорстко пов'язана робота підземних, газосховищ - літом вони заповнюються газом, а зимою його забирають. Літній та зимовий періоди є умовними, бо і до літнього, і до зимового сезону додається певна кількість днів весни та осені, з певним врахуванням погодних умов. Але в цілому, ця сезонність стабільна, що визначає і стабільну переорієнтацію функціонування підземних газосховищ. Так от, маючи такий потужний і відпрацьований в своїй технологічній досконалості газотранспортний та газоакумулюючий комплекс, ми не можемо ігнорувати унікальну можливість ще більше підняти ефективність водневої енергетики, яка забезпечується запропонованим рішенням. Йдеться про те, що окрім створення періодично розташованих по трасам трубопроводів ВЕУ (з потрібним для видобутку водню обладнанням), необхідно також створювати ВЕУ безпосередньо на території підземних газосховищ і в безпосередній близькості до цих територій - якщо буде потреба виходити за межі цієї території. Добутий на цій території водень, по непротяжних підвідних гілках-трубопроводах подається до ввідних свердловин, через котрі він закачується в газосховище. Раціональність та ефективність цього технологічного заходу настільки велика, що вона дозволяє значно, можливо в конкретних ситуаціях, багаторазово збільшувати позитивність запропонованого рішення в повному його виконанні, при освоєнні та масовому розповсюдженні нашої водневої енергетики. Бо, освоєння запропонованим способом території газосховищ вирішує ту ж задачу, що і вище представлений спосіб, що здійснюється на газопровідній мережі. Але в випадку з територіями газосховищ ця задача вирішується значно компактніше та з меншими технологічними витратами. Тому, що необхідне для цього потужне компресорне обладнання вже існує на території підземного газосховища, і потрібно лише підключити до цього обладнання гілки-газопроводи, що підводять водень, добутий на ВЕУ. Варіанти розміщення ВЕУ на території або поблизу території газосховища можуть бути різними, в залежності від конкретних умов. Але головний смисл створення цих ВЕУ, разом з потрібним для видобутку водню обладнанням, один - при любій кількості таких ВЕУ максимально використовувати потенціал вже існуючого на цьому 3 UA 99720 C2 5 10 15 20 газосховищі газокомпресорного устаткування. Тому, навіть якщо потенціалу такого устаткування виявиться недостатньо, витрати на збільшення цього потенціалу будуть мінімальними. На сам кінець. Приведений аналіз позитивності запропонованого способу зроблений на нижній межі раціональної висотності ВЕУ. Ця висота в цивільному будівництві фактично вже освоюється. Тому наш підхід зовсім не фантастичний. Тим більше, що Японія націлилась на висоту 4 кілометри. Отже, треба припиняти зойки та плач про енергоубогість та енергозалежність, і братись за діло, яке в багато разів вагоміше, ніж ми показали на нижній межі його потенціалу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб функціонування газотранспортної системи, який включає перекачку газу через систему трубопроводів в потрібних напрямках, з заповненням газом при потребі підземних газосховищ, який відрізняється тим, що вздовж газопроводів, в максимальному наближенні до них, періодично утворюють вітроенергетичні установки (ВЕУ), електроенергію з яких використовують для отримання водню, який закачують в труби газопроводу. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що, крім утворення ВЕУ вздовж траси газопроводів, ВЕУ утворюють безпосередньо на території або з максимальним наближенням до території підземних газосховищ, куди закачують отриманий з використанням електроенергії цих ВЕУ водень. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4