image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 1 2017

Экология

01.05.2017 11:00 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ПОЛНОГО ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
В статье рассмотрены основные аспекты и подходы к анализу экологической эффективности производства и использования природного газа на основе оценки его полного жизненного цикла. Представлены результаты проведенных аналитических исследований по оценке углеродного следа природного газа, экспортируемого из России в страны ЕС, с учетом жизненного цикла, включающего этапы разведки и бурения, добычи и транспортировки природного газа до потребителя. Фактический углеродный след российского природного газа, экспортируемого в Центральную часть ЕС, за период 2012–2014 гг. не превышал 16,4 кг СО2-экв./ГДж. Рассмотрены результаты комплексной оценки влияния жизненного цикла моторных топлив на климатическую систему, качество воздуха и здоровье человека с учетом углеродного следа и токсического следа.
Ключевые слова: УГЛЕРОДНЫЙ СЛЕД, ТОКСИЧЕСКИЙ СЛЕД, УДЕЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ, ПАРНИКОВЫЕ ГАЗЫ, ПАРИЖСКОЕ СОГЛАШЕНИЕ, ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ, МОТОРНЫЕ ТОПЛИВА, ВЫБРОСЫ МЕТАНА.
Открыть PDF


Глобальные проблемы, такие как изменение климата, перенаселение и, следовательно, рост потребления энергетических ресурсов, требуют гармонизации технологических, экологических и коммерческих интересов, принятия как стратегических, так и тактических мер по минимизации техногенного воздействия на окружающую среду.

Понятие «углеродный след» используется для объективной характеристики экологической эффективности жизненного цикла любой продукции, в том числе различных видов топлив. На углеродный след непосредственно влияют эффективность работы промышленных установок и энерготехнологического оборудования, эффективность потребления топливноэнергетических ресурсов (ТЭР), мероприятия по сокращению выбросов парниковых газов и др. Углеродный след является индикатором, характеризующим уровень негативного воздействия на климатическую систему на этапах жизненного цикла продукции, прежде чем она была доставлена потребителю.

Актуальность оценки углеродного следа природного газа обусловлена необходимостью получения детальной и объективной информации о воздействии жизненных циклов технологических объектов на климатическую систему. Перечень этапов жизненного цикла определен задачей по оценке углеродного следа природного газа, экспортируемого из России в страны ЕС, и включает этапы разведки и бурения, добычи и транспортировки природного газа до потребителя – газоизмерительных станций (ГИС).

Показатели на основных этапах жизненного цикла природного газа определены с учетом алгоритма оценки углеродного следа и включают:

  • удельные показатели затраченной энергии в расчете на единицу продукции, ГДж/ГДж;

  • удельные выбросы парниковых газов, кг СО2экв./ГДж.

Углеродный след природного газа определяется удельной величиной массы выбросов парниковых газов, образующихся на каждом этапе производства от скважины до ГИС, приведенной к массе выбросов диоксида углерода (кг СО2экв.), приходящихся на единицу реализуемой в Европе продукции, выраженной в энергетических единицах (ГДж) – кг СО2экв./ГДж.

1.png

Резонансными работами последних лет стали исследования экспертов (Report Eхergia, 2015 [1]; Report DBI, 2016 [2]) по оценке углеродного следа природного газа, транспортируемого из России и других стран в страны ЕС. Группой компаний, включая ПАО «Газпром», «Юнипер», «Э.Он», «Газюни», «Винтерсхалл Холдинг ГмбХ», «ВИНГАЗ», «Шелл», «Статойл» и др., было принято решение о привлечении независимой организации – института DBI (Германия) – к оценке выбросов парниковых газов, характерных для природного газа, экспортируемого из России в страны ЕС.

Институт DBI в дополнение к государственным статистическим данным использовал данные газовой отрасли, предоставленные ООО «Газпром ВНИИГАЗ», и учитывал требования в отношении оценки жизненного цикла (LCA), установленной по DIN EN ISO 14040 [3] и DIN CEN ISO TS 14067 [4]. Целью исследования института DBI являлось определение углеродного следа поставок природного газа в Центральную часть ЕС на основе актуальных фактических данных и сравнение результатов с допущениями исследования Exergia. Оценка воздействия проведена в соответствии с DIN CEN ISO TS 14067 [4] для анализа углеродного следа по категории «Изменение климата». Оценка углеродного следа выполнена на основе модели GHGenius, адаптированной в рамках исследования Exergia (версия GHGenius 4.03).

1_1.png

Исследование института DBI было сосредоточено на регионе Центральной части ЕС, базировалось на исходных данных основных странпоставщиков (Нидерланды, Норвегия, Россия), а также данных Германии как основного потребителя и транзитной стране природного газа.

В границы оценки углеродного следа DBI входят следующие этапы жизненного цикла:

  • добыча природного газа;

  • транспортировка до границы центральной части ЕС;

  • передача, хранение и распределение в Центральной части ЕС.

При оценке углеродного следа на этапе «Добыча природного газа» учтены выбросы парниковых газов – организованные и неорганизованные выбросы метана, выбросы диоксида углерода при сжигании природного газа, а также косвенные выбросы при производстве электроэнергии, используемой для газоперекачивающих агрегатов (ГПА).

1_1_1.png

На этапе «Транспортировка природного газа» в рамках данного исследования использованы данные только для транспортировки природного газа по трубопроводам. По аналогии с проектом Exergia исследование транспортировки из страны производства до внешней границы ЕС рассматривается отдельно от транспортировки внутри Европы. При транспортировке газа выбросы парниковых газов происходят в результате использования природного газа на собственные технологические нужды и неорганизованных выбросов метана. Энергия природного газа используется в ГПА компрессорных станций (КС), расположенных на газопроводах с интервалом 100–150 км. Некоторые газопроводы, например «Северный поток», а также все норвежские экспортные трубопроводы, работающие на шельфе, не имеют промежуточных КС. На них газ подается с давлением, не требующим дополнительного сжатия для достижения европейской границы.

1_1_2.png

На этапе «Хранение в подземных хранилищах (ПХГ)» выбросы парниковых газов в основном происходят при эксплуатации ГПА, имеют место неорганизованные выбросы метана от уплотнений в компрессоре. В исследовании учтены ПХГ, обеспечивающие экспорт российского газа, расположенные на Украине и в Центральной Европе.

Газопроводы, а также сооружения газораспределительной сети являются источниками для неорганизованных выбросов метана.

Для оценки углеродного следа российского природного газа были оценены три экспортных коридора:

  • украинский, состоящий из трубопроводов «Уренгой – Ужгород», «Елец – Кременчуг – Кривой Рог» и «Прогресс» (ГИС «Суджа»);

  • белорусский, состоящий из газопровода «Ямал – Европа» (ГИС «Кондратки»);

  • североевропейский («Северный поток»).

Средневзвешенный вариант получен из значений для трех коридоров с учетом распределения количества газа на экспорт (табл. 1). Данные доступны для всех лет, рассматриваемых в исследовании (2012–2014 гг.).

Результаты оценки углеродного следа природного газа для экспортных коридоров приведены на рис. 1. Установлено, что наибольший углеродный след имеет место при доставке природного газа в страны ЕС по украинскому коридору, а наименьшим углеродным следом характеризуется экспортный коридор «Северный поток».

1_1_3.png

Показатели углеродного следа по трем коридорам сокращаются с 2012–2014 гг., что связано с реализацией мероприятий по повышению эффективности использования ТЭР, в том числе с уменьшением использования природного газа на топливные нужды, сокращением расхода газа на технологические операции.

Из этапов жизненного цикла наибольший вклад в углеродный след вносит транспортировка природного газа (90 % и более), определяющая конечный результат показателя.

Максимальный углеродный след природного газа в 2012–2014 гг. составил 18,2 кг СО2экв./ГДж, минимальный – 9,3 кг СО2экв./ГДж. Средневзвешенное значение углеродного следа российского природного газа, экспортировавшегося в страны ЕС
(в частности, в Центральную часть ЕС) в 2012–2014 гг., составляло 12,0–16,4 кг СО2экв./ГДж.

Таким образом, по результатам исследования института DBI установлено, что фактический углеродный след в 2012–2014 гг. не превышал 16,4 кг СО2экв./ГДж (по средневзвешенному варианту), что в 2 раза меньше, чем было заявлено в докладе Exergia по данным за 2012 г. (31,7 кг СО2экв./ГДж). Сопоставление результатов оценки углеродного следа российского природного газа институтом DBI и компанией Exergia представлено на рис. 2. По мнению авторов, основной причиной значительной разницы полученных результатов этих исследований является качество исходных данных, использованных для оценки углеродного следа природного газа. В частности, в анализе, выполненном Exergia, объем потребления газа при добыче и транспортировке газа в России был многократно завышен по сравнению с фактическими значениями.

Оценка уровня энергоэффективности экспортных коридоров Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России подтверждает, что в ПАО «Газпром» успешно и целенаправленно реализуется политика энергосбережения, обеспечивающая снижение энергоемкости и углеродного следа при транспортировке природного газа западным потребителям.
В частности, показатель удельного расхода ТЭР экспортного коридора от КС «Байдарацкая» до КС «Портовая» в 2015 г. на 6 % меньше, чем средняя величина по старым коридорам.

Озабоченность Европы сокращением углеродного следа продукции, поставляемой в европейские страны, понятна. Заявленный вклад ЕС по сокращению выбросов парниковых газов действительно масштабен: не менее 40 % от уровня 1990 г., или, по факту, на 20 % от нынешнего уровня. В связи с этим не только ведутся дискуссии по отказу от угольной электрогенерации, но и подготовлены соответствующие государственные программы, например в Германии, Нидерландах, других европейских странах. Учитывая, что бóльшую долю в энергобалансе ЕС занимает уголь, выбросы от его использования составляют 20 % всего углеродного следа Европы. Замещение угля природным газом позволит значительно снизить выбросы как парниковых, так и токсичных газов. По экспертной оценке, данное сокращение позволит уже на 50 % приблизиться к выполнению заявленной общей климатической цели ЕС.

1_1_4.png

Экологический эффект замещения угля природным газом подтверждается проведенными исследованиями. По данным Международного справочного центра о жизненном цикле продукции, процессах и услугах (CIRAIG) [5], углеродный след при использовании природного газа на 50 % меньше, чем при использовании угля как для европейского, так и для азиатского рынков.

Стоит отметить, что при комплексном и объективном анализе углеродного следа преимущества природного газа видны даже по сравнению с возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Так, например, солнечные панели с учетом их производства и транспортировки из Китая в ЕС (что является наиболее распространенной практикой) наносят такой же ущерб климату, как и уголь, хотя сейчас углеродный след ВИЭ безапелляционно принимается за ноль (рис. 3).

1_1_5.png

Говоря о преимуществах природного газа в разрезе замещения им высокоуглеродных топлив, нельзя не упомянуть транспортный сектор, обладающий значительным потенциалом снижения выбросов парниковых газов, повышения качества воздуха и, следовательно, снижения техногенной нагрузки на организм человека.

Доля транспортного сектора в конечном потреблении энергоресурсов в Европе является преобладающей и превышает все другие секторы экономики. Однако попытки улучшить ситуацию в данной сфере сопровождает риск поддаться модным, но ложным предпосылкам. Так, например, замена всех 250 млн автотранспортных средств (АТС) на электромобили в странах ЕС потребует дополнительной установленной мощности на уровне 43 %, увеличения производства электроэнергии на 34 %, да и оценивается такая «техническая революция» минимум в 1,3 трлн евро. Эффект такого решения не очевиден, если энергобаланс Европы останется прежним.

В то же время существуют более дешевые, но при этом более эффективные решения, а именно – перевод транспорта на природный газ. На международном уровне такие тенденции уже прослеживаются. Так, перевод морского транспорта на сжиженный природный газ (СПГ) продиктован установленными более строгими требованиями Международной морской организации по учету выбросов и задачами их снижения.

Понимая, что негативное воздействие на окружающую среду транспортный сектор оказывает не только в результате сгорания топлива в тепловых двигателях, но и по всей технологической цепочке (от добычи сырья до поставки топлива на заправочную станцию), для оценки экологического эффекта при использовании различных видов топлив важно учитывать все этапы их жизненного цикла.

Жизненный цикл моторного топлива – комплекс последовательно реализуемых этапов обращения с углеводородным сырьем, в результате чего в атмосферный воздух выбрасываются загрязняющие вещества (ЗВ) и парниковые газы. Жизненный цикл газомоторного топлива (ГМТ) включает добычу углеводородного сырья, его транспортировку, хранение, производство компримированного природного газа (КПГ) на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) и его использование на автотранспорте. К жизненному циклу нефтяных топлив (бензина, дизельного топлива) относятся следующие этапы технологической цепочки: добыча, транспортировка сырья, хранение, переработка с получением моторного топлива, реализация на автозаправочных станциях (АЗС), использование бензина и дизельного топлива (ДТ) в автотранспорте. Схематично этапы жизненного цикла производства и использования моторных топлив представлены на рис. 4 [6].

К комплексной оценке влияния жизненного цикла моторных топлив следует добавить показатели, характеризующие, помимо влияния на климат, степень воздействия на здоровье человека и компоненты окружающей среды. Такими показателями могут быть удельные выбросы ЗВ на 1 т н. э. добытого углеводородного сырья и токсический след, определяемый как совокупность выбросов всех ЗВ с учетом их токсичности, прямо или косвенно произведенных в повседневной деятельности. Токсический след является показателем антропогенного давления на экосистемы и позволяет провести сравнительную оценку экологических преимуществ использования разных видов топлив, например газомоторного, в сравнении с нефтяными топливами. Удельные выбросы ЗВ, как известно, являются основными параметрами, которые следует контролировать для соблюдения технических нормативов выбросов и оценки результатов внедрения природоохранных мероприятий.

В России в общем объеме валовых выбросов ЗВ в атмосферу доля автотранспорта составляет 44 %. Выбросы автотранспорта являются одной из основных причин загрязнения воздуха в крупных городах. В Москве и других мегаполисах их доля доходит до 90 % от валовых выбросов ЗВ в атмосферу.

1_1_6.png

Оценка топлив проведена для условий, когда на всех этапах жизненного цикла выполняются требования по соблюдению российских (европейских) норм выброса ЗВ (СО, СхНу, NOx, твердых частиц) по производственным циклам, снижению выброса СО2, минимизации расхода природных ресурсов и энергии, а также ущерба окружающей среде.

Расчет значений удельных выбросов ЗВ, углеродного следа, суммарного токсического следа и сравнение экологических характеристик моторных топлив, получаемых из нефти и природного газа, на всех этапах жизненного цикла выполнялся экспертами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» на основе анализа статистических данных крупных нефтегазовых компаний России (ПАО «Газпром», ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром нефть», ПАО «Транснефть» и др.):

  • об экологических показателях (объемах выбросов ЗВ и СО2);

  • о производственных показателях (объем добычи, транспортировки, переработки сырья).

Экологические показатели в жизненном цикле моторных топлив определены следующим образом:

  • удельные выбросы ЗВ (удельное значение выбросов ЗВ на 1 т н. э. добытого сырья (нефти/газа) – как отношение суммы выбросов ЗВ на всех этапах жизненного цикла топлив (добыча, транспортировка и хранение, переработка, АЗС/АГНКС, эксплуатация АТС) к объему добычи сырья, использованного для производства определенного вида моторного топлива (в т н. э.);

  • углеродный след – как отношение суммы выбросов СО2экв. на всех этапах жизненного цикла топлив (добыча, транспортировка и хранение, переработка, АЗС/АГНКС, эксплуатация АТС) к объему добычи сырья, использованного для производства определенного вида моторного топлива (в т н. э.);

  • токсический след – как отношение суммы выбросов ЗВi (СО, СН4, NOx, SO2, летучих органических соединений, твердых частиц, бенз(а)пирена) на всех этапах жизненного цикла топлив к соответствующей предельно допустимой концентрации данного ЗВ в атмосферном воздухе (ПДКм.р. ЗВi), приведенное к пробегу АТС в год (усредненные показатели) на разных видах топлива (в условных единицах).

Схемы расчета удельных выбросов ЗВ, углеродного следа и токсического следа приведены на рис. 5, 6.

Значения удельных выбросов ЗВ и парниковых газов (в СО2экв.) рассчитывали:

  • с учетом объемов расхода/потерь сырья/топлива на каждом этапе жизненного цикла;

  • с учетом величин удельных выбросов ЗВ и СО2экв. в жизненном цикле топлив (Расчетная инструкция НИИАТ, 2008 г. [7]);

  • с использованием данных Госдоклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2014 г.» (Государственный доклад, 2015 г. [8]) о структуре и количестве
    парка АТС;

  • с внесенными авторами уточнениями и дополнениями по видам использованного топлива, сроку эксплуатации, типам АТС.

Рассчитанные значения экологических показателей в комплексе последовательно реализуемых этапов обращения с углеводородным сырьем – от добычи (получения) до использования моторных топлив на транспорте – удельные выбросы ЗВ, углеродный след и токсический след – представлены в табл. 2 (экологические показатели приведены к единице).

В результате расчетов установлено, что все показатели экологической эффективности использования КПГ ниже показателей, характерных для бензина и дизельного топлива (ДТ). В частности, при использовании КПГ:

  • удельные выбросы ЗВ в 3 раза меньше, чем у ДТ, и в 6 раз меньше, чем у бензина;

  • удельные выбросы парниковых газов в 1,7 раза меньше, чем у ДТ, и в 2 раза меньше, чем у бензина;

  • значение токсического следа в 5 раз меньше, чем у ДТ, и в 3 раза меньше, чем у бензина.

Таким образом, сравнительная оценка негативного воздействия на окружающую среду по критериям, характеризующим экологическую эффективность моторных топлив в жизненном цикле, показывает, что использование природного газа в качестве моторного топлива имеет преимущества по всем исследованным показателям.

Перевод автотранспорта на газомоторное топливо (ГМТ) приведет к снижению негативного воздействия на окружающую среду и окажет положительное влияние на качество жизни, прежде всего городского населения [9]. Использование компримированного природного газа скажется на снижении вибрации от двигателей внутреннего сгорания, обеспечив комфортные условия пассажирам таких АТС. Улучшатся условия жизни населения, проживающего у автомагистралей, так как шум от автомобилей и автобусов, работающих на газовом топливе, в 3 раза ниже, чем от АТС, работающих на ДТ.

Эксплуатация транспорта на ГМТ может в 3–6 раз снизить выбросы ЗВ и почти в 2 раза – диоксида углерода в составе отработанных газов. В связи с этим использование природного газа в качестве топлива автомобилей при перевозке на большие расстояния и автобусов международного сообщения может улучшить экологическую обстановку в масштабах страны.

Использование ГМТ способствует реализации национальных проектов в области здравоохранения за счет снижения негативного воздействия на окружающую среду. В крупных городах, в частности в Москве, с высокой долей транспортных средств переход на ГМТ может обеспечить снижение нагрузки выбросов ЗВ на человека и, как следствие, улучшить показатели здоровья.

Одним из наиболее важных показателей, отражающих изменения качества окружающей среды, который может значительно измениться при использовании на транспорте ГМТ, является состояние здоровья детей. Потенциальная нагрузка на ребенка по сравнению со взрослым увеличивается в связи с повышенной чувствительностью детского организма к негативному воздействию экологических факторов. Проведенный расчет изменения нагрузки выбросов ЗВ на жителя г. Москвы (при эксплуатации автотранспорта) показал, что эта нагрузка может снизиться с 65 до 34 кг ЗВ на человека в год, если предположить, что 50 % существующего московского парка АТС будет переведено на КПГ. Результаты расчета нагрузки выбросов ЗВ от автотранспорта на организм человека представлены на рис. 7.

Рост использования природного газа в качестве моторного топлива является мировой тенденцией. В качестве моторного топлива природный газ применяется более чем в 80 странах мира. Мировой парк автомобилей, работающих на КПГ, ежегодно увеличивается на 25–30 %. Мировой опыт свидетельствует о том, что перевод транспорта на природный газ является одним из приоритетных направлений в части сохранения климата, здоровья населения, особенно жителей мегаполисов, и в целом обеспечения устойчивого энергетического развития страны.

 

Заключение

В стремлении к устойчивому энергетическому будущему преимущества природного газа заслуживают большего признания, а газификация транспортного сектора остается важной экологической составляющей в сохранении климата, здоровья людей и окружающей среды.

Учитывая, что климатические аспекты приобретают все большее значение для энергетического сектора, в мировом и научном сообществе инициируются исследования углеродного следа природного газа и других энергетических ресурсов, но они не всегда приводят к корректным и достоверным результатам.

Выполненные германским институтом DBI расчеты показали, что углеродный след российского природного газа, поставляемого в Центральную Европу, составляет в среднем 12,2 кг СО2экв./ГДж, а для поставок через «Северный поток» – 9,3 кг СО2экв./ГДж (по данным за 2015 г.). При этом в исследовании отмечается постоянное снижение углеродного следа российского природного газа за счет ежегодной модернизации, повышения энергоэффективности и увеличении доли экспорта через «Северный поток».

Продолжая политику открытости в части углеродной отчетности, ПАО «Газпром» принято решение и разработан план действий на 2017 г. по верификации выбросов парниковых газов по международным стандартам ISO 14064 и ISAE 3410. ПАО «Газпром», осуществляя планомерную работу по повышению энергоэффективности и экологичности производственных процессов, заинтересовано в исследованиях углеродного следа, позволяющих провести объективную оценку экологических преимуществ природного газа, поддерживая имидж газовой отрасли на мировых рынках.

 


Таблица 1. Результаты оценки углеродного следа российского природного газа, транспортируемого в Центральную часть ЕС (средневзвешенный вариант)


Наименование показателя

кг СО2-экв./ГДж

2012 г.

2013 г.

2014 г.

Передача, хранение и распределение
в Центральной части ЕС

1759,3

1721,1

1810,2

Транспорт газа*

13 521,5

12 139,8

9247,5

Добыча газа

1164,8

1223,1

1179,4

Удаление CО2, H2S из природного газа

3,0

2,4

2,4

Итого

16 449

15 086

12 239

 

* Транспортировка газа до границы Центральной части ЕС (в случае Норвегии и России) или в другой округ Центральной части ЕС (в случае Германии и Нидерландов, потому что они расположены в Центральной части ЕС).

 


Таблица 2. Показатели экологической эффективности использования КПГ и других видов топлив для АТС


Вид топлива

Удельные выбросы ЗВ, т ЗВ/т н. э.

Кратность выбросов
по отношению к КПГ

Углеродный след,
т СО2-экв./т н. э.

Кратность выбросов
по отношению к КПГ

Токсический след, усл. ед.

Кратность выбросов
по отношению к КПГ

Добыча – АЗС/АГНКС

Бензин

0,02

5,5

0,96

4

0,75

7

ДТ

0,02

4,4

0,96

4

1,22

12

КПГ

0,004

1,0

0,24

1

0,10

1

Эксплуатация

Бензин

0,04

7,0

4,07

2,0

0,78

2

ДТ

0,01

2,0

3,04

1,5

1,41

3

КПГ

0,006

1,0

2,08

1,0

0,45

1

По всем этапам жизненного цикла

Бензин

0,06

6,0

5,03

2,1

1,53

3

ДТ

0,03

3,0

4,01

1,7

2,65

5

КПГ

0,01

1,0

2,34

1,0

0,55

1



← Назад к списку