Як використовують та утилізовують метан вугільних родовищ в Україні?

Нещодавно на шахті “Степова” Першотравенського шахтоуправління компанії ДТЕК впровадили “пілотний” проєкт з утилізації шахтного метану в спеціальній когенераційній установці, де небезпечний газ перетворюється на електроенергію і тепло, які потім використовуються для потреб самої шахти. Тим самим створюються безпечні умови для роботи гірників та зменшуються викиди парникових газів в атмосферу. Адже метан займає друге місце після вуглекислого газу за обсягами викидів, а вплив на розвиток парникового ефекту від нього у 21 раз перевищує вплив від СО2. На сьогодні в Україні це один з небагатьох проектів в альтернативній енергетиці з когенерації на основі промислових газів. Експерти НАДПУ проаналізували, як ще використовують та загалом – утилізовують метан вугільних родовищ в Україні.


Когенераційна установка шахти Степова
Джерело: dtek.com

Метан – небезпечна суміш

Метан або CH4 – це найпростіший граничний вуглеводень, який разом з оксидом вуглецю, складними вуглеводнями, сірководнями, азотом та воднем входить до складу вугільного газу. При чому вміст метану в ньому складає 80-90%, а іноді і більше. Звідси і поширена назва – метан вугільних родовищ (МВР).

І водночас – це небезпечна суміш, яка при концентрації 4,4% у шахтному просторі здатна вибухнути від однієї іскри. Саме тому ефективна система вентиляції та дегазації шахтних виробок являється гарантією того, що шахтарі піднімуться на поверхню живими.

У кожній тонні кам’яного вугілля міститься від 5 до 25 м³ вугільного газу, а в антрацитах і напівантрацитах – від 35 до 40 м³. У перерахунку на умовне паливо метан вугільних родовищ займає четверте місце за запасами після вугілля, природного газу та нафти. Світові запаси метану оцінюються у 260 трлн кубометрів.

Основні поклади метану зосереджено у вугільних родовищах Донецького і Львівсько-Волинського басейнів. Кількість покладів в Україні за різними оцінками сягає 12 – 25 трлн м³. З них близько 3 – 4 трлн м³ складають промислові запаси. При цьому щорічний обсяг використання природного газу в Україні за останні роки складає приблизно 30 млрд куб. м³. Державним балансом запасів корисних копалин обліковуються 202 балансові об’єкти з запасами метану у кількості 341,6 млрд м³. А це більше ніж 10 разів від щорічних потреб!!!

Ділянки природного газу (метану) кам’яновугільних родовищ Донбасу

Джерело: minerals-ua.info

І при цьому сьогодні левова частка метану на шахтах України в процесії дегазації відводиться у повітря. А як закордоном?

Світовий досвід. Метан у вугіллі знаходиться в сорбованому на поверхні вугільних частинок стані, а також розчинений в органіці вугільної речовини і вільному стані в транспортних і закритих каналах і порах. Тож його видобування можливе лише при порушенні сорбційної рівноваги.

У світовій практиці видобування метану вугільних родовищ умовно розділяють на три види:

• Метан вугільних пластів (“coal bad methane” – CBM) – це газ, який вилучають до початку виїмки вугілля або навіть і без його видобутку, шляхом різноманітних технологій впливу на вугільні пласти через пробурені з поверхні до вугільного покладу свердловини: гідророзриву, спрямованого мультиратерального буріння бурових свердловин, відкачування води і т.д.
• Метан вугільних шахт “coal mine methane” (CMM) – газ, який вилучають у процесі розробки вугільних родовищ методами поточної дегазації.
• “Сoal abandoned methane” (СAM) – вільний і десорбований метан виробленого простору шахтних лав і закритих шахт, який відкачується вакуумними помпами через пробурені у виробки свердловини.

Промисловим вважається видобуток метану вугільних пластів (СВМ). Реальні успіхи на цьому терені досягнуті в США, промислове видобування метану у яких розпочалося ще у 1984 р. Тоді було отримано 280 млн. м3 газу через 284 свердловини. До 1997 р. кількість свердловин складала вже 7300 свердловин, а об’єм видобування досяг 6% від загального об’єму споживання газу. Основним добувним районом являється басейн Сан-Хуан, родовища якого дають понад 60% всього видобутку метану з вугільних пластів у США. Число свердловин для дегазації вугільних пластів у басейні перевищує 20 тис.

Сьогодні видобуток метану вугільних пластів – це ціла окрема галузь промисловості США, у якій працює понад 200 добувних компаній, які скоротили процес буріння свердловин до декількох днів, використовують повністю комп’ютеризований процес видобування, налагодили підключення свердловин до газопроводів різних рівнів. Основними чинниками такого успіху вважають ухвалення законодавства про надання пільг в початковий період розробки родовищ та розробку родовищ малими компаніями з відточеною технологією видобутку.

Прикладом успішної дегазації з подальшим використанням, але вже шахтного метану діючих (СММ) і закритих шахт (САМ) є Рурський басейн у Німеччині. Тут, метан, який раніше просто випускали в повітря, тепер спалюють у спеціальних котлах, що функціонують за принципом автомобільного двигуна, отримуючи електричний струм. Енергії як правило вистачає, щоб як мінімум забезпечити всі потреби самої шахти. Але в деяких випадках отриманий від спалення метану струм можуть використовувати й сусідні з підприємством міста й села. Це стосується як працюючих шахт так  і законсервованих.

У Австралії видобуток метану вугільних пластів провадиться у горизонтальних свердловинах, пробурених по пласту на відстань до 1500 м, у яких він закислюється. Далі газ надходить на очисну фабрику, де збезводнюється, фільтрується, стискується й далі по газопроводу високого тиску надходить до ряду населених пунктів.

Комерційний видобуток метану вугільних пластів і супутній шахтного метану здійснюється майже у всіх вугледобувних країнах світу – Китаї, Канаді, Колумбії, країнах Азії.

Як утилізовують та використовують метан вугільних родовищ в Україні? 

Метан вугільних шахт України як окремий енергоносій серйозно почав розглядатися у 90-х роках минулого сторіччя з досягненням Україною незалежності. Хоча наукові розробки та винаходи з дегазації вугільних пластів Донбасу відомі ще з 70-х років.
Відчутним серйозним кроком у розвитку метанової галузі стало затвердження у 1994 році першої Державної програми з проблем розвідки, видобутку та використання метану вугільних родовищ України на 1994-2005 роки, яка сприяла розвитку масштабних науково-дослідних робіт, що виконувались паралельно із узагальненням і врахуванням світового досвіду видобутку метану із вугільних родовищ, обґрунтуванням полігонів завчасної, випереджаючої та супутньої дегазації шахтних полів, доопрацюванням нормативної та регулюючої бази, а також колективною підготовкою Інструкції ДКЗ України по дослідженню газоносності, підрахунку запасів і оцінці ресурсів газу метану вугільних родовищ України.

Потім був прийнятий Закон України “Про газ (метан) вугільних родовищ”, який на державному рівні закріпив правові, економічні, екологічні та організаційні засади діяльності у сфері геологічного вивчення газу (метану) вугільних родовищ, у тому числі дослідно-промислової розробки, видобування і вилучення його під час дегазації та подальшого використання як матеріального та енергетичного ресурсу.

У цілому ж всі напрацювання з утилізації та використання шахтного метану пов’язані з його супутнім вилученням на діючих шахтах. Підземна дегазація здійснюється на 44 шахтах України. Загальний обсяг метану дегазації складає 330 млн м3. При цьому утилізується лише 140 млн м3, тобто лише 42 %. Для порівняння, у Німеччині цей показник становить 80 %.

Одним з найбільш успішних прикладів утилізації шахтного метану для виробництва теплоти та електроенергії є шахта ім. О.Ф. Засядько, де був споруджений один з найбільших у Європі енергокомплекс, який складається з 12 когенераційних газогенераторних установок на базі двигунів GE Jenbacher (Австрія) і мав потужність 36 МВт. Зараз і шахта та енергетичний комплекс знаходяться на території тимчасово окупованого Донецька. Позитивний досвід утилізації метану отриманий на ряді шахт Донецької, Луганської, а останнім часом – і Дніпропетровської областей.

Що далі? А далі у вже досить осяжному майбутньому, згідно “Стратегії низьковуглецевого розвитку України до 2050 року” (далі – Стратегія), у зв’язку з приєднанням до Паризької кліматичної угоди, вугільну галузь нашої держави чекає реструктуризація з тенденцією до зменшення викидів, а згодом до повної відмови від викопного палива, а значить – консервації та закриття шахт. Реструктуризація вугільної промисловості передбачена і Національною економічною стратегією – 2030. Цією ж стратегією одним із пріоритетних напрямків розвитку визначено досягнення ресурсної та енергетичної незалежності та стабільності нашої держави.
При цьому на теперішній час і на віддалену перспективу вугілля – єдиний енергоносій, розвідані та затверджені запаси якого потенційно достатні для практично повного забезпечення потреб національної економіки. А супутній метан – може стати надійним альтернативним джерелом енергії та тепла.

Зважаючи на це, доцільним є створення багатовекторної енергетики, що враховує пріоритетні напрямки регіонального енергозабезпечення та енергозбереження. І метанові проекти Донецької, Дніпропетровської, Луганської та Львівської областей можуть стати потужним вектором такої енергетики, адже здатні забезпечити повний спектр застосування цього ресурсу: для потреб електрифікації та обігріву самих шахт, застосування у власних виробничих процесах, спрямування у систему газопроводів чи скраплення, для заправки автомобілів.

Дебіт метанової свердловини на початку розробки складає до 30 м3/хв за тиску 10 МПа. З кожної свердловини можна одержувати до 8,25 млн. м3 газу/на рік. З поглибленням шахтних горизонтів – ще більше. За сучасного рівня технологій дебіт свердловин може сягати 50-60 тис. м3/годину.

І навіть, коли шахту закривають і консервують – метан у ній все одно є. І його концентрація може досягати 50%. А складні газообмінні процеси між атмосферним повітрям і шахтним простором можуть становити небезпеку через непередбачувані викиди назовні. Отже метан все одно потрібно відкачувати. Що успішно роблять на закритих шахтах Німеччини, Франції та Великої Британії.

І Україна може також. Звичайно, що для використання шахтного метану у промислових масштабах потрібно вирішити низку економічних, технічних та законодавчих проблем, серед яких:

– Нестабільний склад метано-повітряної суміші та її висока вибухонебезпечність;
– Недостатня геологічна вивченість умов залягання метану;
– Значна собівартість кінцевого продукту, яка визначається не лише дорогою вартістю самої технології вилучення, а й відсутністю державних і податкових стимулів для її розвитку.

І поки можновладці пишуть стратегії, приймає закони, підприємства вугільної галузі вже скорочують викиди. У планах ДТЕК побудувати когенераційні установки ще на двох шахтах об’єднання ДТЕК Павлоградвугілля, щоб вдвічі знизити на них обсяг викидів. За підрахунками компанії, впровадження такої технології дозволить у найближчі два роки знизити парникові викиди при виробництві вугілля в цілому по країні приблизно на 3%. А це на 0,5% краще від запланованих Стратегією низьковуглецевого розвитку.

Марина Малова, спеціально для НАДПУ

Поділитися на facebook
Facebook
Поділитися на twitter
Twitter
Поділитися на linkedin
LinkedIn

Схожі записи

Угода про розподіл продукції. Основи функціонування інструменту збільшення видобутку.

В умовах критичної залежності України від імпортних постачань енергоносіїв (на даний момент можна сказати, що внутрішній видобуток забезпечує лише половину

Читати далі