Проф К С Басниев Российский государственный университет нефти

Проф. К. С. Басниев Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина Водород как один из альтернативных источников энергии будущего

Применение водорода

Водородные двигатели

Топливные элементы

Методы получения Н 2

Методы хранения Н 2 n Металлогидриды n Резервуары n Газовые баллоны n Подземное хранение n Криогенные контейнеры

Подземное хранение Н 2 Истощенные месторождения углеводородов n Водоносные пласты n Подземные солевые отложения n Многолетнемёрзлые породы n Подземные полости, каверны, пещеры, выработанные шахты n

Подземное хранилище природного газа Контрольная скважина Эксплуатационные скважины Контрольная скважина Уровень поверхности водоносного пласта Непроницаемая покрышка Высота резервуара Глубина вскрытия скважины Минимальный объем хранилища Зона газа Зона воды Пласт-коллектор Максимальный объем хранилища

Нерастворитель Вода Подземное хранение в солях Раствор 1 – обсадная колонна труб; 1 Каменная соль 5 2 – внешняя колонна труб; 3 – центральная колонна труб; 2 4 – контур выработки; 5 – нерастворитель 3 4

Подземные хранилища в каменной соли Наименование (место размещения) Государство Объём подземного резервуара, тыс. м 3 Интервал заложения, м Продукт хранения Яр. Бишкадакское (Башкирия) РФ 20 -75 550 -750 Светлые нефтепродукты Камеры Яр. Бишкадакское РФ 90 -140 750 -800 Светлые нефтепродукты Кашкарское 1 (башкирия) РФ 50 -200 540 -750 Сжиженные газы Кашкарское 2 (Башкирия) РФ 35 -70 540 -750 Этилен Казаякское (Башкирия) РФ 80 -220 410 -540 Светлые нефтепродукты Зиминское РФ 17 -22 1300 -1350 Этилен

Наименование Государство или место размещения Объём подземного резервуара, тыс. м 3 Интервал заложения, м Продукт хранения Оренбургское РФ 20 -75 550 -750 Гелиевый конденсат Астраханское РФ 90 -140 750 -800 Газовый конденсат Площадка № 5 РФ 50 -200 540 -750 Светлые нефтепродукты Объект 630 Украина 35 -70 540 -750 Светлые нефтепродукты Объект 102 Украина 80 -220 410 -540 Светлые нефтепродукты Хранилище природного газа Армения 17 -22 1300 -1350 Природный газ Хранилище бутана Армения 50 850 -970 Сжиженный газ

Подземное хранение водорода

Физические свойства Н 2 и СН 4, СО 2 Параметр Н 2 СН 4 СО 2 Молекулярная масса 2, 016 16, 043 44, 011 Молекулярный объём, 10 -3 м 3 22, 43 22, 36 22, 26 Плотность при Т=273, 16 К, кг/м 3 Плотность при Т=273, 16 К, кг/м 3 0, 0899 0, 717 1, 977 Плотность при Т=293, 16 К, кг/м 3 Плотность при Т=293, 16 К, кг/м 3 0, 0837 0, 668 1, 842 Критическая плотность, кг/м 3 33, 25 162 304, 2 Критическая температура, К 1, 325 190, 55 7, 527 Растворимость в воде при Т=273 К 0, 0215 0, 0556 1, 713 Температура кипения, К 20 111, 86 194, 7 Вязкость при Т=250 °С и Рат, 107 Па·с Вязкость при Т=250 °С и Рат, 107 Па·с 108, 5 110, 8 148, 6 Изобарная теплоёмкость при Т=273, 15 К, Дж/кг·град 3, 3904 0, 5172 0, 1946 Изохорная теплоёмкость при Т=273, 15 К, Дж/кг·град 2, 4045 0, 3936 1 0, 1946 Теплопроводность при Т=273, 16 К, Вт/м·град Теплопроводность при Т=273, 16 К, Вт/м·град 0, 148 0, 026 0, 012

Коэффициент динамической вязкости, мк. Па·с Зависимости коэффициента динамической вязкости от Т при Рат 30 CO 2 25 CН 4 20 Н 2+CO 2 15 Н 2 10 5 0 50 100 150 200 250 0 С

Подземные хранилища водорода необходимы для регулирования суточных, недельных, месячных и сезонных неравномерностей его потребления и производства

Методы создания каверн n Подземное выщелачивание каменной соли водой n Подземные взрывы

Хранилище в каменной соли (В. А. Казарян) 1. Районы распространения солевых отложений n n n Каспийский регион 300 тыс. км 2 Московская область 50 тыс. км 2 Карпатский регион Урал Восточная Сибирь 2. Глубина залегания 400 -1200 м (иногда до 1500 м и более) 3. Объем каверн 25 -300 тыс. м 3 4. Высокая экономичность, безопасность

Подземное хранение водорода 3 1 – подземная емкость; 2 – центральная колонна; 4 5 3 – компрессорная станция; 4 – шлейф к потребителю; 3 4 5 1 2 6 5 – фонтанная арматура; 6 – остаточный раствор.

Изменение температуры и давления водорода при отборе из подземной емкости T, K 300 P, кг/см 2 T, K 300 150 P, кг/см 2 1 295 290 100 295 24 48 t 2 50 1 – Р = f(t) 285 0 0 1000 2 – T = f(t) 2000 t

Практическая непроницаемость, химическая инертность по отношению к хранимым продуктам, способность выдерживать высокие скорости закачки и отбора делают наиболее перспективным хранение Н 2 в солевых отложениях

Подземное хранение водорода в пористой среде Результаты экспериментов РГУ (Г. Г. Булатов) по исследованию фильтрационных течений СН 4 и Н 2 : n При низких скоростях фильтрация СН 4 и Н 2 описывается законом Дарси. При высоких скоростях фильтрация подчиняется двучленному закону; закону n Коэффициенты фильтрационного сопротивления при фильтрации Н 2 значительно ниже, чем для СН 4; n Эффект проскальзывания газа исчезает при P ≥ 10 кг/см 2.

Возможности подземного хранения H 2 в Калужской области Газопровод в Москву Белоусовская КС 3 2 4 5 2 – Калужское ПХГмагистральный газопровод; 3 – Калужское ПХГБелоусовская КС; Якшуновское ПХГ 4 – Якшуновское ПХГБелоусовская КС; Калужское ПХГ 1 1 – Калужское ПХГгазораспределитель ная станция г. Калуга ; ГРС г. Калуги 5 – Калужское ПХГБелоусовская КС (строящийся)

Якшуновское ПХГ Высота, м - 680 690 700 710 720 730 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840

Якшуновское ПХГ Эксплуатационные скважины Наблюдательные скважины ГВК

Отбор - закачка Н 2 на Якшуновском ПХГ 11, 4 Ррасчетное, MPа 11, 2 11, 0 10, 8 10, 6 10, 4 10, 2 10, 0 9, 8 Янв. 88 Май 89 Сен. 90 Фев. 92 Годы Июнь 93 Ноя. 94 Март 96

Отбор - закачка СН 4 на Якшуновском ПХГ 14 Рфакт, МPа 12 10 8 6 4 2 0 Янв. 88 Май 89 Сен. 90 Фев. 92 Годы Июнь 93 Ноя. 94 Март 96

Рфакт. , Ррасч. , МPа Отбор - закачка СН 4 и Н 2 на Якшуновском ПХГ 12, 0 11, 5 Водород 11, 0 10, 5 10, 0 9, 5 9, 0 Метан 8, 5 8, 0 7, 5 7, 0 Янв. 88 Май 89 Сен. 90 Фев. 92 Годы Июнь 93 Ноя. 94 Март 96

Возможности подземного хранения водорода в Ставропольском крае n n n Кугутсткое газовое месторождение Расположено в Петровском районе Ставропольского края, в 20 км юго-западнее г. Светлограда. Начальные балансовые запасы газа - 3276 млн. м 3 Введено в разработку в 1977 г. Разрабатывается в условиях проявления газового режима разработки. На 01. 2005 из залежи отобрано 62, 7 % от начальных запасов. Возможный объем подземного хранения водорода в выработанном месторождении – 126, 42 млн. м 3

Возможности подземного хранения водорода в Ставропольском крае n n Казино-Грачевское газовое месторождение Расположено в Грачевском и Петровском административных районах Ставропольского края Начальные балансовые запасы газа - 219, 1 млн. м 3 Введено в опытно-промышленную эксплуатацию в 1987 г. С начала разработки отобрано 2, 4 % от начальных запасов. Возможный объем подземного хранения водорода в выработанном месторождении – 79, 1 млн. м 3

Возможными потребителями водорода в Ставропольском крае могут стать: n n n Строящаяся под Армавиром радиолокационная станция высокой заводской готовности "Воронеж" метрового диапазона; АГНКС (автомобильные газонаполнительные станции), Объем заправок СПГ по «Кавказтрансгазу» в 2006 г. составил около 60 млн. м 3. Крупнейший авиаперевозчик Юга России «Кавминводыавиа» , базирующийся в г. Минеральные Воды Ставропольского края и осуществляющего авиаперевозки по городам России, Германии и Армении. Ставропольская ГРЭС (2400 МВт) – самая мощная электростанция на Северном Кавказе. ООО «Кавказтрансгаз» при компримировании и транспортировке газа для уменьшения коэффициентов гидравлического сопротивления газопроводов.

Выводы n n n Результаты исследований показали принципиальную возможность создания подземных хранилищ Н 2 по аналогии с подземным хранением углеводородных и неуглеводородных газов. При этом необходимо учитывать различие их физических свойств. В ряде случаев будет целесообразно хранить смесь H 2 и CO 2 (Киотский протокол) Необходимо повышенное внимание и, возможно, принятие дополнительных мер по предотвращению утечек Н 2 через покрышку хранилища Для обеспечения герметичности оборудования и скважин при эксплуатации хранилищ Н 2 потребуются специальные марки стали и тампонажных материалов. Для обеспечения надежного устойчивого развития водородной энергетики необходимо оптимальное размещение подземных хранилищ Н 2 вблизи его крупных потребителей

Ближайшие международные конференции по водородной тематике: n n n 15 -19 июня 2008 г. - 17 -я Всемирная конференция по водородной энергетике WHEC. Квинсленд, Австралия. Октябрь 2008 г. - Международная Октябрь 2008 г. специализированная выставка водородных и топливных технологий (H 2 Expo / International Trade Fair for Hydrogen and Fuel Cell Technologies). Гамбург, Германия. Май 2010 г. - 18 -я Всемирная конференция по водородной энергетике WHEC. Эссен, Германия.

Спасибо за внимание !!!