СИРОТЫ СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2011 года по МПК F17D1/00 

Изобретение относится к области энергетики.

Известны способы транспортирования газа в соответствующих емкостях, перевозимых практически всеми видами транспорта (СОВЕТСКИЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ. - Москва. «СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ», 1990).

Однако такие способы транспортирования, несмотря на относительно массовое их распространение, неконкурентны с транспортированием газа через соответствующие газопроводные системы. Именно трубопроводный транспорт является наиболее эффективным для газа во всех отношениях, включая прежде всего экологическую и пожарную безопасность. Поэтому способ транспортирования газа через трубопроводную газотранспортную систему мы принимаем в качестве прототипа предлагаемого решения (см. там же, стр.1372).

Недостаток прототипа следует не из его несовершенства. Ибо современная технология довела прототип до максимального уровня вышеуказанной эффективности. Поэтому речь идет не о недостатках прототипа, а о неспособности глобальной экономики преодолеть явно наметившийся барьер между традиционными представлениями об энергетическом обеспечении экономики и необходимостью сломать эту традицию, которая подвела землян к экологическому краху.

Решение этой задачи и является целью изобретения.

Цель достигается тем, что в способе функционирования газотранспортной системы, включающем перекачку газа через систему трубопроводов в нужных направлениях, с заполнением газом при необходимости подземных газохранилищ, согласно изобретению вдоль газопроводов, в максимальном приближении к ним, периодически размещают ветроэнергетические установки (ВЭУ), вырабатываемую электроэнергию от которых используют для получения водорода, который закачивают в трубы газопровода. Кроме устройства ВЭУ вдоль трассы газопроводов, ВЭУ устраивают непосредственно на территории или вблизи территории подземных газохранилищ, куда закачивают полученный с помощью электроэнергии от этих ВЭУ водород.

Сущность изобретения и его эффективность поясняются следующими соображениями.

Рассмотрим традиционное функционирование газотранспортной системы.

Главными элементами такой технологии являются компрессорные станции (КС) и трубопроводы. КС предназначены для того, чтобы нагнетать и гнать по трубопроводам добытый на газовом месторождении газ потребителям этого газа во всех сферах экономики. Газопроводы являются наиболее массовыми и наиболее протяженными линейными сооружениями, осуществляющими газотранспортное обеспечение экономики цивилизованных стран. Эта технология доведена до максимального совершенства во всех ее составляющих элементах - как непосредственного трубного хозяйства, так и перекачивающего и газонакопительного оборудования и всех остальных сооружений. Но в этом совершенстве отсутствует даже намек на позитив предлагаемого решения. Имеется в виду следующее.

Современные газопроводные комплексы транспортируют только природный газ и обеспечивают его аккумулирование в специальных, преимущественно подземных, газохранилищах. И ничего более.

В предлагаемом же способе по трассе газопроводов, в максимальном приближении к ним, периодически устраиваются ВЭУ, вырабатывающие электроэнергию. Эта электроэнергия расходуется на получение водорода, например, способом электролиза воды, хотя возможны и любые другие способы. Но электролиз воды, в силу ряда известных факторов, представляется наиболее предпочтительным. Полученный водород закачивается соответствующими компрессорными станциями в газопроводы. В результате газопроводный технологический комплекс кроме транспортной функции приобретает и энергогенерирующее свойство. Это значит, что либо можно уменьшать добычу и, соответственно, транспортирование природного газа, увеличивая при этом энергетический потенциал создаваемой газовой смеси природного газа с водородом. Либо, при сохранении объема природного газа, будет увеличиваться суммарный энергетический потенциал транспортируемой в газопроводе газовой смеси. Это увеличение будет соответствовать соотношению по массе природного газа и водорода. Чем водорода будет больше в сравнении с природным газом, тем выше теплотворная способность газовой смеси. В итоге может получиться так, что, уменьшая суммарную массу смешанного газа, прокачиваемого через трубопровод, энергетический потенциал подаваемой потребителю смеси газов существенно возрастет в сравнении с чисто природным газом, учитывая, что теплотворная способность водорода более чем в три раза превосходит по этому параметру природный газ. В предельном идеале, о котором подробнее скажем ниже, существующую газотранспортную систему вообще можно превратить в чисто водорододобывающий технологический комплекс, который совсем не использует природный газ.

Конструкторская и технологическая реализация этого замысла может выполняться любыми существующими способами и приемами. Тем более что транспортирование водорода газопроводами давно не новинка и осуществлено в натуре. Не говоря уже о ВЭУ, прогрессирующее использование которых в 21 веке постоянно усиливается в развитых странах. Поэтому мы не останавливаемся на деталях всех компонентов предлагаемого способа функционирования газотранспортной системы, полагая, что, как уже сказано, только в процессе проектирования таких технологий можно на основе уже существующего научно-инженерного уровня выявить и определить наиболее целесообразную схему и набор требуемых компонентов предлагаемого комплексного решения.

Однако необходимо уделить особое внимание ВЭУ, являющимся в этом решении главным фактором, без которого весь его замысел теряет смысл.

Уровень сегодняшних разработок ВЭУ, уже внедренных в жизнь, таков, что есть все основания утверждать не только об абсолютно гарантированной возможности осуществлять предлагаемое решение, но и обеспечивать при этом значительный материально-финансовый эффект. В частности, в одной из публикаций (Интернет, ТАТА Ветроэнергетика: перспектива развития в 21 веке. Статьи. / Возобновляемые источники энергии. Дата: 15 мая, 2006 г. Зимина Г.А.) сообщается, что, имея мощность 5,5 МВт, можно получать 540 т водорода в сутки. При этом 5 МВт расходуются на получение водорода и даже на его сжижение. В месяц при таком темпе получают 18 тысяч тонн водорода. Кроме того, в качестве побочного продукта получается 10 тысяч тонн кислорода. Сжиженный кислород находит широкое применение в промышленности и во многих других областях народного хозяйства. От себя добавим, несложный численный анализ свидетельствует, что в нашем решении затраты на получение водорода будут значительно ниже, так как эта технология создается не на пустом месте, а на существующей газопроводной структуре, не требующей ни сжижения газа, ни создания специальных и протяженных трубопроводов. Ибо ВЭУ размещается непосредственно у существующих газопроводов, и необходимо лишь обеспечить перемещение водорода к этим газопроводам по короткой подводящей ветке, длина которой может исчисляться буквально несколькими сотнями метров, возможно, и того меньше. Поэтому обеспечивается высокая рентабельность создания предлагаемой технологии, которая с течением времени будет только увеличиваться. Имеется в виду, что после ввода в эксплуатацию первой ВЭУ ее доходность и прибыльность будет финансировать создание всех последующих ВЭУ, наращивая этот процесс роста рентабельности по мере увеличения количества введенных в эксплуатацию ВЭУ.

Однако изложенный позитив предлагаемого решения, который обеспечивается современным уровнем освоенных разработок ВЭУ, - это всего лишь мелочь и своеобразный отправной пункт для достижения нашим способом результата, создающего прецедент в энергетике. Прецедент - внеконкурентный по основным параметрам со всем, что в этой главнейшей сфере экономики создано на сегодняшний день. Оставляем в стороне более чем полустолетние мечты физиков о земном солнце управляемого термояда, которые поглотили уже многие десятки миллиардов долларов и которые потребуют в следующем полустолетии еще больших материально-финансовых ресурсов, ничего, однако, не гарантируя, а только предполагая, что за очередные полвека, возможно, удастся приблизиться к промышленному освоению этой энергии. Хотя в научной среде имеется достаточно аргументированных утверждений специалистов высочайшего класса о том, что избранный путь исследования управляемого термояда является тупиковым. Все это говорим к тому, что, не мечтая заполучить энергетическую жар-птицу через полвека, мы предлагаем создавать солнечную термоядерную энергетику на Земле уже сегодня. Считая, что ветровая энергия является в чистом виде трансформацией Солнечного термояда на Земле. Наше предложение в том и состоит, чтобы должным образом распорядиться этим чистым и неисчерпаемым даром Природы.

Чтобы было понятней, о чем идет речь, обратимся к исследованиям А.Болонкина (см. Интернет. Использование Энергии Ветра Больших Высот. Д.т.н. Александр Болонкин. США), который провел численный анализ ветрового потенциала на высотах от 1 до 14 километров. Если мы остановимся на нижнем пределе этого исследования, т.е. на высоте 1 километра, то получим следующие результаты.

На этой высоте ветровая энергия в сравнении с приземным уровнем увеличивается на несколько порядков. При этом коэффициент стабильности ветровой нагрузки на ВЭУ может составлять более 0,8. Исследования А.Болонкина не являются открытием, ибо все это было известно и до него. Но в данном случае анализ сделан более системно, с учетом современных экономических параметров, где главным является фактор стоимости электроэнергии. Исходя из предпосылок, установленных А.Болонкиным, мы, в свою очередь, получаем такие результаты.

Во-первых, был заявлен ряд решений на патентование (см., например, заявки в Укрпатент № 2008 150114 и № 2009 01932, по которым принято положительное решение о выдаче патентов на полезную модель). В частности, мы предлагаем высотные ВЭУ, в которых наиболее рационально используются отмеченные А.Болонкиным главные преимущества больших высот - высокий потенциал ветровой энергии и ее стабильность. Во-вторых, мы предложили принципиально новую технологию сооружения высотных ВЭУ, заключающуюся в том, что башня ВЭУ поднимается способом подращивания ее снизу. Это отечественный способ монтажа, освоенный в 1968-1973 годах при сооружении башни телецентра в Киеве. Способ не имеет аналога в высотном строительстве и обеспечивает максимальную эффективность в части надежности и высокого качества создания цельносварных конструкций. Мы же, основываясь на этом способе, монтируем сверхвысотную ВЭУ таким образом, чтобы ранее смонтированные ярусы ВЭУ включались в работу по выработке электроэнергии уже в процессе возведения башни ВЭУ, не дожидаясь завершения ее строительства.

В результате, исходя из исследований А.Болонкина, в нашем решении устройства сверхвысотной ВЭУ установлено, что ее мощность после завершения строительства может составлять порядка 50 МВт. Строительство такого сооружения может длиться до 10 лет. Наш способ позволяет уже в процессе строительства выработать трехлетний объем электроэнергии, исчисляемый из полной мощности ВЭУ. А именно - это более 1,3 млрд кВт-ч электроэнергии, чистая прибыль от которой составит более 130 млн $ США. Не беремся на данном этапе сопоставлять этот показатель с отечественными параметрами стоимости высотного строительства и тарифами на электроэнергию. Однако позволяем себе утверждать, что представленные показатели - это весомое основание считать, что окупаемость ВЭУ осуществится уже в процессе ее строительства. После чего прибыльность ее эксплуатации становится столь значительной, что вряд ли какие-либо энергоносители и энергогенерирующие объекты смогут конкурировать с ними. Если к этому добавить экологический позитив и ряд дополнительных преимуществ в части экономного использования земли, устранения шумового фактора и многих прочих положительных свойств, включая устранение негативного воздействия на фауну, вопрос про конкуренцию с такими ВЭУ вообще исчезает.

В нашем же случае не полностью даже отмеченный позитив ВЭУ значительно возрастает за счет трансформации вырабатываемой электроэнергии в водород. Т.е. вместо того, чтобы каждую ВЭУ встраивать в общую энергосистему, что требует колоссальных финансовых и материальных затрат, газотранспортная система силой самой Природы превращается в более мощную энергопоставляющую структуру экономики. Если же смотреть на все это дело в перспективе, то самой природой ставится задача достичь такого уровня совершенства этой структуры, чтобы в ней перекачка природного газа была минимальной и полностью была бы сведена к нулю. Речь о том, что пределом этого совершенства является положение, когда вся нынешняя газотранспортная система должна обеспечивать энергоснабжение всей экономики только за счет добываемого на ней водорода. Т.е. мы создаем водородную энергетику, о которой давно уже говорят, но дело практически стоит на месте.

А что же природный газ? Как быть с ним в этой водородной экономике?

Ответ в свое время дал Д.И.Менделеев, правда, он выразился на этот счет по поводу химии. В том смысле, что сжигать варварски этот бесценный продукт Природы, это то же самое, что топить печку ассигнациями. По поводу природного газа этот вердикт Дмитрия Ивановича вдвойне справедлив, ибо практически безгранична номенклатура полимеров, сырьем для которых является природный газ. Поэтому беспокоиться на этот счет нет надобности.

Нельзя не сказать о следующем.

Представленные позитивы и целесообразность скорейшего осуществления предлагаемого решения не ограничиваются изложенными соображениями.

Разветвленная газотранспортная система, как уже было упомянуто, функционирует в едином технологическом комплексе, в состав которого входят подземные газохранилища. Работает этот комплекс в переменном режиме. В том смысле, что в летний период потребность газообеспечения снижается, а в зимний время, т.е. в отопительный сезон, повышается. С этими неравномерностями потребления газа жестко связана работа подземных газохранилищ - летом их заполняют газом, а зимой его забирают. Летний и зимний периоды являются условными, так как и к летнему, и к зимнему сезону добавляются определенное количество дней весны и осени, с некоторым учетом погодных колебаний. Но в целом эта сезонность стабильна, что определяет и стабильную переориентацию функционирования подземных газохранилищ.

Имея такой мощный и отработанный в своем технологическом совершенстве газотранспортный и газоаккумулирующий комплекс, мы не можем игнорировать предоставляемую предлагаемым решением уникальную возможность еще более повысить эффективность водородной энергетики. Имеется в виду, что кроме устройства размещаемых по трассам трубопроводов ВЭУ, служащих для выработки водорода, такие же ВЭУ (с необходимым для выработки водорода оборудованием) необходимо устраивать непосредственно на территории подземных газохранилищ и в непосредственной близости от этих территорий, если в этом будет необходимость. Добытый на этих ВЭУ водород по непротяженным подводящим веткам-трубопроводам подается к вводным скважинам, через которые он закачивается в газохранилище. Рациональность и эффективность этого технологического мероприятия столь велика, что оно позволяет значительно, возможно, в ряде конкретных ситуаций многократно увеличить позитивность предлагаемого способа в его полном исполнении при освоении и массовом распространении нашей водородной энергетики, ибо освоение предлагаемым способом территории газохранилищ решает ту же задачу, что и вышепредставленный способ, осуществляемый на газопроводных сетях. Но в случае с территориями газохранилищ эта задача решается значительно компактнее и с меньшими технологическими издержками. Так как необходимое для этого мощное компрессорное оборудование уже существует на территории подземного газохранилища, и требуется лишь выполнить подключение к этому оборудованию веток-газопроводов, подводящих с ВЭУ добытый водород. Варианты размещения ВЭУ на территории или вблизи территории газохранилища могут быть разными, в зависимости от конкретных условий. Но главный смысл устройства этих ВЭУ и сопутствующего им оборудования один - при любом количестве устройства таких ВЭУ максимально использовать потенциал уже имеющегося на этом газохранилище газокомпрессорного оборудования. Поэтому, даже если этого потенциала окажется недостаточно, затраты на его увеличение будут минимальными.

Заключение

Мы проиллюстрировали чрезвычайную эффективность предлагаемого способа при высоте ВЭУ порядка 1000 метров. Но это нижний предел этой эффективности. Для гражданского строительства эти высоты практически уже осваиваются. Япония же замахнулась на 4000 метров высоты - на 224 метра выше горы Фудзияма. Так что ничего фантастического в нашей концепции нет. Надо браться за дело и ставить весь мир перед фактом своего преимущества, а не догонять, как не раз бывало, когда недомыслие выходило и до сих пор выходит боком.

Сироты способ функционирования газотранспортной системы относится к области энергетики. Сироты способ функционирования газотранспортной системы включает перекачку газа через трубопроводы в нужных направлениях, с заполнением газом при необходимости подземных газохранилищ. При этом вдоль газопроводов, в максимальном приближении к ним, периодически размещают ветроэнергетические установки, вырабатываемую электроэнергию от которых используют для получения водорода, который закачивают в трубу газопровода. Кроме ветроэнергетических установок вдоль трассы газопроводов, ветроэнергетические установки размещают непосредственно на территории или вблизи территории подземных газохранилищ, куда закачивают полученный с помощью электроэнергии от этих ветроэнергетических установок водород. Технический результат - повышение эффективности транспортировки газа за счет энергогенерирующих свойств водорода. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ функционирования газотранспортной системы, включающий перекачку газа через трубопроводы в нужных направлениях с заполнением газом при необходимости подземных газохранилищ, отличающийся тем, что вдоль газопроводов, в максимальном приближении к ним, периодически размещают ветроэнергетические установки (ВЭУ), вырабатываемую электроэнергию от которых используют для получения водорода, который закачивают в трубы газопроводов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, кроме устройства ВЭУ вдоль трассы газопроводов, ВЭУ устраивают непосредственно на территории или вблизи территории подземных газохранилищ, куда закачивают полученный с помощью электроэнергии от этих ВЭУ водород.