Lcoi reviews 2013 16

LCOI-Reviews LOW-CARBON OPEN INNOVATION REVIEWS ОГЛЯДИ НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВИХ ВІДКРИТИХ ІННОВАЦІЙ ОБОЗРЕНИЯ НИЗКО-УГЛЕРОДНЫХ ОТКРЫТЫХ ИННОВАЦИЙ

No. 16, 30.12.2013

Збірка наукових праць видається Донецьким національним університетом (Донецьк, Україна) за проектом „Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України”, що фінансується Європейським Союзом за Тематичною програмою для довкілля та сталого управління природними ресурсами, зокрема енергією

Донецк - 2013

Проект фінансується Європейським Со Союзом

Проект реалізується Донецьким національним університетом, Україна

LCOI-Reviews

LOW-CARBON OPEN INNOVATION REVIEWS ОГЛЯДИ НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВИХ ВІДКРИТИХ ІННОВАЦІЙ ОБОЗРЕНИЯ НИЗКО-УГЛЕРОДНЫХ ОТКРЫТЫХ ИННОВАЦИЙ N o . 1 6, 3 0 . 1 2 . 2 0 1 3 Збірка наукових праць видається Донецьким національним університетом (Донецьк, Україна) за проектом „Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України”, що фінансується Європейським Союзом за Тематичною програмою для довкілля та сталого управління природними ресурсами, зокрема енергією

Collection of Scientific Papers of the 2 International Scientific and Practical Symposium on “LOW-CARBON OPEN INNOVATION FOR REGIONS OF UKRAINE” (30-31 October 2013) Збірка наукових праць 2 Міжнародного науково-практичного симпозіуму «НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВІ ВІДКРИТІ ІННОВАЦІЇ ДЛЯ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ» (30-31 жовтня 2013 р.) Сборник научных трудов 2 Международного научно-практического симпозиума «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» (30-31 октября 2013 г.)

Донецк - 2013

Проект фінансується Європейським Союзом

Проект реалізується Донецьким національним університетом, Україна

УДК 504.062.2, 504.062.4, 504.7 ББК 20.1, 20.3 С 232 Сборник научных трудов 2-го Международного научно-практического симпозиума «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» (30-31 октября 2013 г.) / Под общ. ред. С. В. Беспаловой и Н. С. Шеставина // LCOI-Reviews, No. 16, 30.12.2013. – Донецк: ДонНУ, 2013. – 154 с. Сборник содержит презентации и статьи, представленные на 2-м Международном научно-практическом симпозиуме «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ», который состоялся 30-31 октября 2013 г. в рамках проекта «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины», финансируемого Европейским Союзом. Также в сборнике представлены презентации, которые были подготовлены в рамках проекта для участия в других мероприятиях 2013 года. Сборник предназначен для научных и инженерно-технических работников, преподавателей высших учебных заведений, аспирантов и студентов естественнонаучных и экономических специальностей.

Редакционная коллегия: д.ф.-м.н., проф. Беспалова С.В. (отв. редактор), д.т.н., проф. Семко А.Н. (зам. отв. редактора), к.т.н. Шеставин Н.С. (отв. секретарь), д.т.н., проф. Недопекин Ф.В., к.т.н., с.н.с. Бескровная М.В., к.б.н., доц. Сафонов А.И., к.т.н. Казак О.В. Компьютерная верстка: вед. инж. Рева Е.В.

Адрес редакции: 83050, г. Донецк, ул. Щорса, 46/616, Донецкий национальный университет, Биологический факультет, Центр передачи низко-углеродных открытых инноваций, Web: www.lcoir-ua.eu , E-mail: lcoir@ukr.net

Мнения, отраженные в этой публикации, не обязательно совпадают с взглядами Европейской Комиссии и Правительства Украины

© Донецкий национальный университет, 2013 © Коллектив авторов, 2013

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

СОДЕРЖАНИЕ: Часть 1. Статьи, представленные для участия во 2-м Международном научно-практическом симпозиуме «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ»

5

Беспалова С.В. Результаты 2-го Международного научно-практического симпозиума «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ»

6

Адамовский И. Развитие народной экономики возобновляемых углеводородов северного Донбасса, как альтернативы коммерческой экономике ископаемых углеводородов

7

Бабченко Р.П. Стратегія екологічної політики та її впровадження в Україні

16

Бескровная М.В., Лучина А.Ю. Очистка возвратных вод с иловых площадок с целью снижения содержания парниковых газов

21

Безкровна М.В., Шмітько Я.В. Промислове застосування гідроімпульсної установки для гасіння газових факелів і локалізованих пожеж

29

Іншеков Є.М., Калинчик І.В. Комбіноване електропостачання виробничих систем

41

Казак О.В., Владыкина Н.Н. Особенности внедрения экологически безопасных металлургических печей постоянного тока с подовым электродом

48

Коюда А.Н. Экологические последствия промышленной рассолодобычи на территории г. Славянска

59

Осетров В.В., Шеставин Н.С. Потенциал палеозойских осадочных отложений Юзовской площади для долгосрочного хранения СО2

64

Приходько С.Ю. Решение вопросов безопасности в условиях природно-антропогенных воздействий

72

Семко А.Н., Тищенко П.И., Казак О.В., Осипова А.В. Новые технологии переработки отвалов железосодержащих отходов

77

Rosa-Hilda Chavez, Javier J. Guadarrama Theoretical and Experimental CO2 Capture at Power Plant

84

Semko A.N., Beskrovnaya M.V., Yagudina N.I. The Usage of High Speed Impulse Liquid Jets for Putting Out of Gas Flares

87

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Часть 2. Презентации, представленные для участия во 2-м Международном научно-практическом симпозиуме «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ»

96

Бескровная М.В. Результаты выполнения проекта «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины»

97

Киселев Н.Н. О возможностях и геомеханических особенностях добычи сланцевого газа в Донецком регионе

106

Осетров В. Перспективы геологического хранения диоксида углерода в осадочных породах Донецкого каменноугольного и Днепровско-Донецкого нефтегазоносного бассейнов

107

Осетров В. Юзовский проект: разведка и добыча природного газа уплотненных песчаников

109

Приходько С.Ю. Решение вопросов безопасности в условиях природно-антропогенных воздействий

111

Шеставін М.С. Громадськість та видобуток сланцевого газу: досвід США, Великобританії, Польщі

114

Saftic Bruno Principles of CO2 geological storage

117

Часть 3. Презентации, представленные для участия в мероприятиях 2013 года

120

Шеставин Н.С. Перспективы и механизмы внедрения низко-углеродных технологий в регионах Украины (Донецк, 19.04.2013)

121

INTERIM NARRATIVE REPORT (Donetsk, 24.05.2013)

125

Постеры для встречи с Послом ЕС в Украине (Донецк, 24.05.2013)

128

Шеставин Н.С. Концепция создания виртуальной интерактивной платформы для трансляции низко-углеродных открытых инноваций (Алушта, АР Крым, 20.09.2013)

131

Mykola S. Shestavin The Strategy of Creating a Virtual Interactive Platform for the Low-Carbon Open Innovations Relay (Paris, France, 08.10.2013)

136

Постер для конференции в Париже, Франция (08.10.2013)

138

INTERIM NARRATIVE REPORT (IEA, Paris, France, 09.10.2013)

139

Simon Bennett 2013 Technology Roadmap for Carbon Capture and Storage (IEA, Paris, France, 09.10.2013)

142

Keith Burnard Coal-Fired Power Generation (IEA, Paris, France, 09.10.2013)

145

Постер для конференции в Риге, Латвия (15.10.2013)

148

ANNEX A: GENERAL INFORMATION ABOUT A PROJECT “LOW-CARBON OPPORTUNITIES FOR INDUSTRIAL REGIONS OF UKRAINE (LCOIR-UA)”

149

ДОДАТОК Б: ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ ПРО ПРОЕКТ «НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВІ МОЖЛИВОСТІ ДЛЯ ІНДУСТРІАЛЬНИХ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ (LCOIR-UA)»

151

ПРИЛОЖЕНИЕ В: ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ (LCOIR-UA)»

153

4

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

РЕЗУЛЬТАТЫ 2-го МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОГО СИМПОЗИУМА «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» С.В. Беспалова Донецкий национальный университет Донецк, Украина 30-31 октября 2013 года в рамках проекта «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины (LCOIR-UA)», реализуемого Донецким национальным университетом при финансовой поддержке Европейского Союза, состоялся 2-й Международный научно-практический симпозиум «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» как заключительное мероприятие проекта. Симпозиум был посвящен следующим направлениям:  научные исследования, технологические разработки и промышленная демонстрация низко-углеродных технологий: o энергосберегающие технологии в различных сферах экономики и технологии повышения энергоэффективности энергетического, промышленного, транспортного и бытового оборудования; o технологии эффективного и экологически чистого сжигания ископаемого топлива; o технологии возобновляемых источников энергии; o технологии улавливания и хранения углекислого газа и т.п.;  вопросы интеллектуальной собственности на низко-углеродные технологии и применение принципов открытых инноваций для решения задач адаптации к изменениям климата и смягчения их последствий в Украине и мире;  политические, правовые, экономические и социальные проблемы внедрения низко-углеродных технологий в Украине и мире;  экологические проблемы восточных регионов Украины в нью-индустриальную эпоху (загрязнение атмосферы, водных и земельных ресурсов; сохранение и восстановление биоразнообразия, изменение климата; интенсификация потребления природных ресурсов, в том числе добыча сланцевого газа; и т.д.). На симпозиуме были представлены тезисы, статьи и презентации, которые отражают современное состояние научных исследований, практического применения и общественного мнения о возможностях внедрения в Украине низко-углеродных технологий. В работе симпозиума приняли участие более 40 научных работников и представителей общественных организаций. Также в работе симпозиума приняли виртуальное участие представители ряда стран Европейского Союза и других стран мира. Так как симпозиум являлся заключительным мероприятием проекта, то в этом сборнике приводятся презентации, которые были представлены на других семинарах, конференциях и круглых столах в Украине и в странах Европейского Союза.

5

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Часть 1. Статьи, представленные для участия во 2-м Международном научно-практическом симпозиуме «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ», который состоялся 30-31 октября 2013 г. в г. Донецке

6

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

РАЗВИТИЕ НАРОДНОЙ ЭКОНОМИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ СЕВЕРНОГО ДОНБАССА, КАК АЛЬТЕРНАТИВЫ КОММЕРЧЕСКОЙ ЭКОНОМИКЕ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ Адамовский И. Фонд стратегических разработок Общественная организация «Команда человечества» с. Адамовка, Славянского р-н, Донецкой обл., Украина Истощение запасов сравнительно легко извлекаемых углеводородов и неизменное увеличение стоимости углеводородного топлива, открывает возможности для новых технологий добычи углеводородов методом их подземного геотермального синтеза из твёрдых углеродосодержащих пластов, как например, в частности продвигаемый сегодняшней украинской властью коммерческий проект добычи сланцевого газа на «Юзовской» и «Олесской» площадях. (Имеется ввиду подземный геотермальный синтез метана, осуществляемый глубоко под землёй в сланцевых пластах метаногенными бактериями, в результате жизнедеятельности которых изымается углерод сланцев с выделением метана СН4, и окиси углерода частично связываемой сульфатредукцией. При подобном синтезе, донорами четырех молекул водорода метана является вода с катализаторами и химическими агентами, доставляемая к углероду сланцевых песчаников гидроразрывом пластов или фрекинга. ( Патент США 6543535 от 08.04.2003 г.). В тоже время экологические риски при добыче сланцевого газа и высокая первоначальная стоимость его добычи открывает широкие перспективы развития и повсеместного становления небольших производств, занятых извлечением углеродосодержащих продуктов из лесной и сельскохозяйственной биомассы, ежегодно связывающей до 220 миллиардов тонн двуокиси углерода из земной атмосферы. Становлению и обустройству небольших производственных народных артелей по выпуску углеводородного топлива из возобновляемого сырья посвящена эта работа. Фонд стратегических разработок является инвестором идей и технологий, которые не нарушают экологический баланс на планете. В настоящее время фонд развивает четыре проекта, связанные непосредственно с темой симпозиума. *** Первый, уже действующий проект, это разработанный, изготовленный и пущенный в эксплуатацию промышленный реактор гидрогенизации ненасыщенных триглицеридов (растительных масел и жиров птицы). Как известно, твердые жиры, состоящие преимущественно из стеариновой, пальмитиновой, миристиновой жирной кислоты синтезируются в основном наземными млекопитающими, растительные же масла, которые производят в Украине в основном состоят из жидких (ненасыщенных) жирных кислот. Промышленное производство стеариновой кислоты из-за сложностей процессов гидрогенизации жидких растительных масел, до последнего времени не получило должного развития. Из твердых растительных жиров, на Украинском рынке в основном представлены пальмовое и кокосовое масло, а также стеарин, производящийся из этих продуктов. Однако из-за вырубки экваториальных лесов под насаждения масленичных пальм происходит усугубление глобального потепления, и в интересах всего населения планеты, производить предельные или насыщенные триглицериды на более «северных» территориях из местного растительного жирового сырья. Нами был предложен универсальный аппарат-автоклав, который совмещает в себе нагрев сырья, перемешивание катализатора и реакционной среды струей участвующего в реакции жира, а также возвращение в зону реакции водорода без его вывода из автоклава. В итоге, мы получили компактное устройство, производящее 8 тонн стеаринового саломаса в 7

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

цикл, продолжительностью 8 часов, и занимающего площадь всего 4 м2. Обслуживает подобный аппарат один человек. Стеариновый саломас используется для производства мыла, свечей, резиновых изделий, как компонент пластичных смазок и прочее.

Рис. 1. На фотографии представлен малый прототип гидрогенизационного автоклава объемом 300 литров, промышленный аппарат объемом 10м3 запущен в 2012 году, к настоящему времени вышел на проектную мощность В гидрогенизационном аппарате предусмотрено несколько инновационных решений: Как известно присоединение водорода к несасыщеным жирным кислотам представляет собой экзотермическую реакцию, так присоединение одной молекулы водорода к этиленовой связи для соевого масла, найдено равным 26,1 ккал, по практическим данным понижение йодного числа масел во время гидрогенизации на одну единицу, вызывает подъем температуры реакционной смеси на 1,6-1,7оС. На введенном в действие опытном производстве это избыточное тепло уходит на образование технологического пара для других потребителей. Найденное инженерное решение выглядит следующим образом: Автоклав, через водяную рубашку нагревается горячей водой до 150оС, соответственно давление в рубашке соответствует 5,2-5,5 кг/см2. Далее, при начале реакции, давление в рубашке начинает возрастать, и когда оно доходит до 6 кг/см2, из барабана испарителя совмещенного с водяной рубашкой начинается отбор пара, тем самым температура реакционной смеси поддерживается на уровне 160оС. При установке четырех автоклавов, замкнутых водяными рубашками на кольцо, избыточную температуру работающего реактора передают следующему аппарату, готовящемуся к запуску, в то время как третий и четвертый аппараты проходят выгрузку и загрузку сырьем соответственно. При таком подходе подвод внешнего тепла для нагрева до температуры начала реакции происходит один раз при пуске завода, все остальное тепло он вырабатывает в результате основного технологического процесса. Следующим инновационным инженерным решением, внедренным в описываемом аппарате, является то, что не захваченный молекулами жира водород не изымается из аппарата, а при помощи жидкостно-газового инжектора из атмосферы верхней части аппарата вновь возвращается в нижнюю его часть, заполненную маслом, при этом рассеиваясь смешанной струей в мельчайшие пузырьки, способствующие устойчивой и быстрой реакции насыщения непредельных триглециридов. Тем самым объем газового пространства автоклава вместимостью 10 м3 составляет всего 0,5-1 м3. При подобном 8

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

инженерном решении отпала необходимость в комплимировании водорода, его осушке и нагреве перед вводом в реактор. Второе направление, в области которого ведутся исследовательские работы, и разрабатывается рабочая промышленная модель, это производство кормового гидролизного сахара, получаемого из отходов лесного и сельского хозяйства. Оставшийся от производства гидролизного сахара лигнин, является сырьем для третьего и четвертого развиваемого фондом проекта, это проекты по газификации древесины и изготовлению топливных пеллет, из смеси лигнина и отходов деревопереработки. Производство топливных гранул и топливных брикет непосредственно из опилок, соломы, лузги подсолнечника, без извлечения из них ценных составляющих является несколько расточительным по отношению к легко извлекаемым из них полисахаридам. Содержащиеся в сырье для их производства целлюлоза является ценным сырьем для производства кормовых дрожжей и биоэтанола, - потенциального альтернативного топлива для бензиновых двигателей. Биологическая жизнь в своем разнообразии и функциональности совершенно не расточительна! Как вы знаете, стенки клеток наземных растений на 50-70% состоят из сложных сахаров, в виде полисахаридов, остальную часть сухой древесины составляет лигнин. Полисахариды, являющиеся общим названием класса сложных высокомолекулярных углеводов состоящих из огромного количества мономеров – моносахаридов в основном представлены в составе биомассы целлюлозой, а также крахмалом инулином и гликогеном. В природе биосинтез моносахаридов происходит в клетках растений из углекислого газа и воды при фотосинтезе. Далее, как правило, с участием активированных производных моносахаридов - нуклеозид-дифосфатсахаров происходит биосинтез сложных углеводов, одним из самых распространенных полисахаридов на планете является целлюлоза. Полисахариды в результате несложной химической реакции гидролизуются до моносахаридов. Далее, полученный гидролизный сахар отправляются на ферментативное сбраживание, с целью извлечения этилового эфира, дрожжи и их белковая составляющая в свою очередь являются высококалорийной добавкой в корма животным. Не гидролизуемый лигнин, является печным топливом, в виде пеллет или источником генераторного газа при газификации древесины. Следующим направлением нашей деятельности является становление повсеместного производства биодизеля (метиловых или этиловых эфиров жирных кислот), получаемого методом их переэтерификации. Биодизель на сегодняшний день является одним из альтернативных углеводородных топлив для дизельных двигателей. Рапсовое и растительное масло для его получения, с относительно небольшой кислотностью является полноценным сырьем для его выработки. Однако, большое количество масла с повышенной кислотностью, произведенного из так называемой «малоценки» и кислых семян требует дополнительной обработки. В производственной практике это обычно щелочная нейтрализация жирных кислот, которая при кислотности 30, 50 и более мг. КОН становится нецелесообразной, в виду попутного омыления едкой щелочью большого количества нейтрального жира. Одним из перспективных направлений технологических решений, видится дистилляция жирных кислот с водяным паром, а также карбонатная нейтрализация жирных кислот. Нейтрализация по первому и второму способу, в экспериментальных условиях, показала их эффективность, и возможность применения в зависимости от потребительского спроса. Дистилированые жирные кислоты, а также соапсток получаемый при рафинации вышеуказанными методами, являются самостоятельными продуктами со стабильным спросом на внутреннем и внешнем рынке. Собрав воедино представленный материал можно определить перспективы и выбрать направления совместной кооперации в области альтернативной ископаемому углеводородному сырью деятельности.

9

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Одним из сравнительно легко реализуемых этапов является создание и функционирование сети заготовительных контор, в которых по образу «советских» заготконтор кроме заготовки фруктов, овощей, орехов, желудей и прочих объектов хозяйственного спроса производится заготовка биомассы. Это могут быть измельченные при заготовке ветки деревьев, оставшиеся после весенней обрезки приусадебных садов, листья осеннего листопада городов, трава, солома, содержащие в своем составе водорастворимые полисахариды и пектиновые вещества, гемицеллюлозу-А и Б, прочие полисахаридные комплексы. Заготовленные щепа, солома, листья, прочая пригодная для переработки биомасса далее поставляются на гидролизные заводы, в которых под действием ферментов или кислот происходит разрыв гликозидных связей, полисахариды переходят в моносахариды которые, как указывалось выше являются сырьем для производства кормовых дрожжей и биоэтанола. В качестве инженерного решения производственного процесса переработки биомассы, и выпуска гидролизного сахара является обустройство на территории одной из сельских территориальных общин кооперативного перерабатывающего производства. Это может быть гидролизный завод, либо гиролизно-ферментационный завод, в котором полученный при гидролизе кормовой сахар превращают в этиловый спирт. На территории соседней территориальной общины размещается биогазовый завод, далее завод топливных пеллет или пиролиза лигнина, в следующей общине обустраивается биодизельное производство. Развитие подобной отрасли экономики несет много других энергетических решений. Барда, оставшаяся после ферментации гидролизного сахара глицерин оставшийся при производстве биодизеля являются прекрасным сырьем для получения биогаза, лигнин – как продукт гидролизного производства является сырьем для получения топливных пеллет, или метана, метанола и древесного угля при пиролизном производстве, в свою очередь древесный уголь является высококалорийным печным топливом. Фактически, мы получаем целую углеводородную индустрию, извлекающую углеводороды из биомассы. Продуктами этой индустрии являются жидкое топливо, горючий газ, твердое органическое топливо и натуральные органические удобрения, образовавшиеся в результате метанового брожения отходов перечисленных производств. При таком подходе экологическая нагрузка на среду обитания минимальна. Углекислый газ, являющийся побочным продуктом некоторых из этих производств, направляется на производство мочевины (карбамида), который синтезируется по реакции Базарова в присутствии аммиака. Одновременно с новациями в переработке биомассы, должное внимание должно быть уделено возвращению плодородия землям, пострадавшим в результате агрессивной хозяйственной деятельности человека, созданием на них богатых видовым разнообразием биоценозов, путем формирования дендропарков, смешанных фруктово-ореховых лесов. Одним из перспективных направлений совместной с местными территориальными общинами деятельности фонда является модель биологического связывания двуокиси углерода из атмосферы по методике Анатолия Орлова, при которой истощенные земли, копируя процесс естественной природной субцессии (естественной смены природных сообществ) сначала засаживают разнообразными дикими и культурными кустарниками (пионерами 1 порядка), деревьями - пионерами 2 порядка (береза, осина, сосна, ива). Причем работа начинается с организации ограничивающей лесопосадки из деревьев и кустарников по периметру поля для ветро и снегозадержания. Затем подсадка деревьев и кустарников ведется от краев к центру, по направлению с юго-запада к северо-востоку для создания солнечных ловушек и локальных ячеек с благоприятным агрофоном для высаживания в них плодовых деревьев. В этот период желательно, по возможности засевание (с применением техники или вручную) голой земли медоносными растениями (многолетний люпин, кипрей, донник, фацелия, клевер, гречиха и т.д.), полосами тапинамбура. Медоносные растения и кустарники, кроме восстановления и подготовки почвы, позволят уже использовать поле для пасеки. Второй этап – высадка деревьев – пионеров 3 порядка (клен, липа, ясень),

10

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

одновременно между ними уже можно помещать фруктовые деревья, орехи. По мере подрастания леса и увеличения видового разнообразия можно приступать к созданию «вечного леса», подсаживая дубы, а также редкие виды, которые могут произрастать на территории Украины в условиях микроклимата, созданного предыдущими посадками (Гинко Билоба, сосны кедровые, секвойи, магнолии, рододендроны). Таким образом, через 10 лет можно будет полноценно использовать фруктовый сад, а лет через 20 - 30 можно будет получать урожай исключительно редких и дорогостоящих ореховых культур. Организация садов в лесах за счет создания благоприятного агрофона, поддерживающегося симбиозом разнообразных растений, дает возможность существования лесо-сада, как самоподдерживающейся системы, требующей минимального вмешательства людей в связи со снижением заболеваемости. В результате, кроме экономической выгоды, получаем также локальное смягчение климата за счет сдерживания ветра, подтягивания корнями деревьев грунтовых вод, усиления имеющихся родников и рек, а также увлажнение и очищение воздуха, очищение воды, почвы, создание плодородного слоя, увеличение видового биоразнообразия флоры и фауны. Биоконструирование – создание строительных конструкций (беседок, арок, заборов, загонов для животных, помещений хозяйственного назначения, культурных объектов и летних жилых домов) путем выращивания из переплетенных живых деревьев и лиан. Направление открывает широкие возможности создания неповторимого образа любого населенного пункта, возможно возведение огромного количества разнообразных объектов при минимальных финансовых затратах и умеренных трудовых. Единственный относительный минус – длительность создания (выращивания), по сравнению с классическим строительством из неживых материалов, что окупается на несколько порядков более длительным периодом эксплуатации, беззатратным ремонтом (обрезка, формировка), полным отсутствием неблагоприятного экологического следа (в отличие от современной строительной индустрии), созданием максимально благоприятной среды для жизни и здоровья человека. Для создания помещения из живых деревьев подходят хорошо сращивающиеся породы деревьев, не дающие прикорневой поросли (ива, липа, береза, осина, клен, ясень, лиственница, цуга и т.д.). Саженцы (или черенки) одной выбранной породы деревьев высаживаются на близком расстоянии друг от друга, согласно плану постройки. По мере вырастания, ветки заплетаются между собой. При этом для ускорения сращивания и получения четких конструкций, ветки стыкуют, зачищая на них кору, и скрепляют между собой. Таким образом, создается единая корневая система, что увеличивает долголетие и устойчивость всей живой конструкции. По мере подрастания деревьев, можно формировать из них многоэтажные постройки, путем сгибания и фиксации веток и верхушек. Из мест сгибов формируются новые стволы, которые естественным образом сами направляются и растут вверх, формируя стены следующих этажей. При расположении рядом живых построек, можно формировать между ними переходы на разных уровнях, строя, таким образом, целые лабиринты, галереи, поселения, города. В качестве строительного материала могут быть использованы также и плодовые, ореховые деревья (лещина, яблоня, шелковица, рябина, ирга, кедр), лианы со съедобными плодами (виноград, хмель и др.), что способствует также решению продовольственной программы. Особенно предпочтительны постройки из плодовых деревьев, в качестве жилищ и загонов для животных и домашней птицы, что периодически будет им обеспечивать корм. При необходимости, для ускорения создания живых объектов, можно сочетать строительство из растений с основой-каркасом из неживых материалов (металл, дерево, пластик, камень). В этом случае, выстроенный быстро каркас обвивается быстрорастущими лианами, обсаживается кустарниками, между которыми не торопясь могут подрастать деревья, которые в дальнейшем заменят собой отслужившую свой век неживую конструкцию. Эта методика очень подходит для возведения мастерских, складов, беседок, неотапливаемого жилища.

11

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Все эти инновации и проекты при нынешних условиях не могут быть реализованы без этической экономики, без участия консолидированных в единый инвестиционный организм территориальных общин и генераторов идей, без творческого сознания и силы ума, без видимости и прозрачности, без науки и духовности, без справедливости и терпимости, без честности и ответственности. В сложившихся условиях только организованные территориальные общины, представленные в инвестиционных договорах, непосредственно участвующие в коллективных хозяйственных проектах, получающие от их деятельности средства или часть продукции способны стать гарантами сохранения инвестиций. Альтернативой рейдерским захватам имущества, отсутствию свободной судебной системы, не коррумпированной исполнительной, последовательной государственнической, незаангажированной законодательной власти является непосредственная власть народа, власть людей, закрепленная в 5 статье, Конституции Украины. Более 17 лет в Украине принята и действует новая Конституция Украины, которая впитала в себя все наилучшие нормы международного законотворчества в области прав и свобод человека. Объявив Украину государством демократическим, правовым, социальным мы все еще не получили заявленный в Конституции реализованый опыт. Конституционные свободы и возможности реализации провозглашенных прав, закрепленных в основном законе Украины, предоставляют огромный спектр вариантов реализации поставленных перед украинским обществом целей, задач и вызовов. Ст. 15 Конституции Украины гласит: «Общественная жизнь в Украине основывается на принципах политического, экономического и идеологического многообразия». К основным правовым критериям многоукладности Украины можно отнести то, что каждый имеет право жить: - в правовом поле квазигосударственного коммерческого экономического пространства физических лиц - институт сервитута; - в правовом поле гражданин, семья, нация - гражданское общество; - в правовом поле человек, род, народ - народное сообщество; - в правовом поле духовных личностей и их сообществ. К сожалению, на сегодняшний день представительской властью Украины развито и продвигается только одно моноукладное направление развития страны посредством сервитута физических и юридических лиц, что делает наше государство уязвимым к внешней агрессии со стороны транснациональных корпораций. Сейчас уже ни для кого не секрет, что по отношению к Украине применено информационное оружие мировоззренческого, организационно- правового, финансово-экономического характера, что стало следствием многодесятилетней моноукладной системы гражданских отношений, доставшейся нам в наследство от Советского Союза и практически не претерпевшей какихлибо существенных изменений. Стало очевидным, что институт представительской власти в Украине, основанный на безответственном делегировании своего права власти посредством проставления галочки в избирательных бюллетенях, доказал свою полную неэффективность и привел к полномасштабному кризису во всех сферах общественной и социальноэкономической жизни общества. Институт посредничества привел к тому, что ситуация приобрела уже анекдотический характер: территориальная громада делегирует право власти своим представителям (депутатам) посредством создания органов местного самоуправления, у которых затем просит разрешения на осуществление какой-либо деятельности со своей собственностью, при этом за это право обязана сама себе платить налоги и сборы. В тоже время, в Конституции Украины предусмотрено право территориальной общины осуществлять самоуправление, т.е. осуществлять свою власть непосредственно, минуя органы местного самоуправления. Данное право закреплено в ст. 140 Конституции Украины, которая гласит: «Местное самоуправление осуществляется территориальной громадой в порядке, установленном законом, как непосредственно, так и через органы местного самоуправления...».

12

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Ст 142. Конституции Украины уточняет, каким образом территориальная громада может осуществлять непосредственное самоуправление: «Территориальные громады сел, поселков и городов могут объединять на договорных началах объекты коммунальной собственности, а также средства бюджетов для исполнения общих проектов или для совместного финансирования (содержания) коммунальных предприятий, организаций и учреждений, создавать для этого соответствующие органы и службы». Т.е. основой властной деятельности территориальной громады может стать договор территориальной громады. В целостной комплексной организационно-правовой властно-финансовой социальноэкономической системе народных территориальных громад вообще все будет осуществляться на договорах между людьми. Договор территориальной громады – это всего лишь один из инструментов согласно ст 143 Конституции Украины. Также еще одним инструментом осуществления экономической деятельности территориальных общин является заключение консорциальных договоров как внешних так и внутренних. Что же такое консорциальный договор — это соглашение между участниками договора об инвестировании денежных средств, имущества, труда в общий экономический некоммерческий проект с целью получения социального эффекта. При этом в рамках консорциального договора его участники не используют наемный труд, т.е. все трудовые взаимоотношения осуществляются на основе инвестиций трудом с получением результата от произведенного продукта, что закрепляется в соответствующем консорциальном субдоговоре. Также в рамках данного консорциального договора не происходит переход прав собственности на имущество, труд, деньги, что не подпадает под юрисдикцию контролирующих органов фискальной системы государства Украина. Фактически данный консорциальный договор позволяет оформить экономические взаимоотношения участников без привлечения посредников в лице государственных и местных органов власти. Правовое поле деятельности консорциальных договоров, договоров территориальной громады и их участников: • Всеобщая декларация прав человека; • Конституция Украины – Основной Закон Украины; • Международный пакт про экономические, социальные и культурные права; • Международный пакт о гражданских и политических правах; • Декларация о правах коренных народов; • Конвенция о коренных народах, которые ведут племенной способ жизни в независимых странах № 169; • Европейская хартия местного самоуправления; • Декларация прав национальностей Украины; • Конвенция о защите прав человека и основополагающих свобод; • Венская конвенция о консульских сношениях; • Венская конвенция о дипломатических сношениях • Конвенции Международной Организации Труда; • Венская конвенция о праве договоров между государствами и международными организациями или между международными организациями; • Унифицированные правила и обычаи Международной Торговой Палаты, в частности для документарных аккредитивов, для инкассо, по договорным гарантиям; • Закон Украины № 987-XII «Про свободу совести и религиозных организаций»; • Закон Украины № 1560-XII «Об инвестиционной деятельности»; • Закон Украины № 959-XII «О внешнеэкономической деятельности»; • Закон Украины № 280/97-ВР «О местном самоуправлении»; • основ государственной политики Украины в сфере прав человека и прав народов; • других нормативно-правовых актов в части утверждения прав и свобод человека, прав народов, защиты международной, некоммерческой, инвестиционной деятельности.

• обычаи и традиции людей, родов, межродовых союзов, народностей и народов.

13

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Правовое поле консорциальных договоров формируется также путем создания и наполнения властных суверенных организационно-правовых договорных форм и пространств самоуправления и самоорганизации людей — духовных личностей по мировоззрению, вере, собственной совести и убеждениям. На данной правовой базе на текущий момент осуществляет свою деятельность межрегиональная команда экономистов, правоведов, бухгалтеров и прочих специалистов, которая осуществляет непосредственную разработку, внедрение, правовое и техническое сопровождение участников договоров территориальных общин и консорциальных договоров. В рамках генерального инвестиционного проекта подписан международный консорциальный договор «Аратта», участниками которого являются люди со всех областей Украины, в частности: Черниговская, Донецкая, Черкасская, Днепропетровская, Николаевская и другие области. В Донецкой области реализуется региональный консорциальный субдоговор «Донбасс». Наша команда предлагает инновации в области организационных и правовых инструментов для эффективного возрождения, развития и использования научно-технического потенциала страны, обеспечения внедрения экологически чистых, безопасных, энерго- и ресурсосберегающих технологий, производства и реализации новых видов конкурентоспособной продукции без привлечения посредников в лице государственных и местных органов власти и транснациональных корпораций, хотя мы готовы к сотрудничеству с ними. Подводя итоги вышеперечисленного, можно констатировать следующее: 1. В Украине наполняется практическим смыслом республиканская система человеческого прямого народовластия территориальных общин.

2. Верховная Рада Украины уже сформировала великолепную многоукладную правовую систему Украины и продолжает удерживать тяжелую социально-экономическую ситуацию, до тех пор, пока народ сформирует суверенную властно-финансовую систему.

3. В Украине уже есть несколько сотен вольных суверенных народных клубов кредиторов на основе договоров территориальных общин, консорциальных и прочих экономических договоров, которые развиваются. Мы уверены, что клубы кредиторов Киева, Чернигова, Днепропетровска, Донецка, Львова и т.д. займут достойное место наряду с Римским, Парижским, Лондонским клубами кредиторов.

4. Народ Украины имеет все властно-финансовые и организационно-правовые инструменты эффективного вхождения в Евросоюз, на основе народных инвестиционноинновационных инструментов международных клубов кредиторов. В случае возникновения тяжелой экономической ситуации у субъектов коммерческого пространства, после вступления в Евросоюз, мы готовы предоставить им организационно-правовую и инвестиционно- инновационную поддержку.

5. Уже ведется практическая деятельность, которая поэтапно выведет Украину из модели сырьевого придатка транснациональных корпораций. Начаты предметные переговоры с народами по линии неправительственных организаций, которые в лице народных территориальных общин, наконец-то, увидели достойных партнеров.

6. Снимается социальная напряженность в стране путем переключения активных людей с протестных акций в развитие народной экономики, самообеспечению и самозащиты людей и территориальных общин, которая в конечном итоге приведет к снятию нагрузки на бюджет.

7. Развитие некоммерческой инвестиционно-инновационной народной экономики также приведет к процессам импортозамещения и значительного улучшения экспортноимпортных сальдо и платежного баланса НБУ и как следствие укрепление гривны и национальной безопасности.

8. Выведение экономики из тени, предоставление производителям инвестиционноинновационных инструментов, которые уже формируют внутренний народный рынок внутреннего валового продукта (ВВП) — который до появления наших инструментов вообще отсутствовал. Сейчас базарно-барахолочная торговая экономика — это система

14

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

внутреннего и внешнего валового товара (ВВТ), которая, не имея внутренней подпитки сужается с катастрофической скоростью.

9. Развитие народной экономики — это также создание фондовой социальной системы самофинансирования и самообеспечения ее участников, что и было описано в ряде десятилетних программ стратегического развития Украины в 2001 и 2003 годах.

10. Развитие народных территориальных общин, организация творческих людей на основе договоров — это реальный путь устранения депопуляции, деградации, деиндустриализации народа Украины, это новая парадигма взаимоотношений между людьми, родами, общинами и народами. Тенденция повсеместного развития очагов самоуправления, становление самодостаточных территориальных общин, требует переход от чисто декларативных прав и свобод к реализации закрепленных в Конституции принципов самоуправления. Без развития экономической составляющей непосредственного самоуправления территориальных общин, без привлечения общин к совместным хозяйственным проектам, без привнесения во все это идеологии единства, подкрепленной соответствующей социальной поддержкой членов, участников новых договорных отношений полноценное развитие общества невозможно.

15

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

СТРАТЕГІЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ЇЇ ВПРОВАДЖЕННЯ В УКРАЇНІ Бабченко Р.П. Макіївська міська громадська організація «Екологічна варта» м. Макіївка, Донецька обл.,Україна Розглянуто принципи Стратегії екологічної політики в Україні у зв’язку з плануванням розвитку цільових програм з екологізації окремих галузей національної економіки та адміністративно-територіальних одиниць, інтеграцію екологічної політики до документів, що містять політичні або програмні засади державного, галузевого(секторального), регіонального та місцевого рівнів. На принципах сталого(збалансованого) розвитку і міжсекторального партнерства влади, науки, громадськості, бізнесу тощо пропонується посилити роль громадськості, відповідальність держави у системі екологічного управління національними, регіональними програмами розвитку. У доповіді наводиться приклади ефективних з економічних, соціальних аспектів альтернативних інновацій у добутку та застосуванні низько-вуглецевих сполук у Донецькому регіоні. Останні 10 років у наукових, фахових, владних, громадських колах активно обговорювалися шляхи впровадження принципів сталого (збалансованого )розвитку в Україні. Економічна, екологічна та соціальна складові процесу розвитку країни повинні були розглядатися одночасно у взаємозв’язку і залежності одна від одної. Але , на жаль, у окремих секторах економіки розвиток промисловості, особливо у металургії, гірничій, енергетичній галузях, не відбувся. Так, наприклад, рентабельність металургійних виробництв низька, а собівартість продукції висока через неефективні технології виробництв у порівнянні з зарубіжними.

95% доменного виробництва в Україні морально та фізично застарілі, забруднюють довкілля та відносяться до об’єктів підвищеної небезпеки. Забруднення повітря викидами у металургії складають 34-36%, у вугільній галузі - 7%. Екологічні вимоги на вітчизняних виробництвах складають 47%, у світі - 3%. Конкурентоспроможність такого виробництва низька, як і попит на ринку, 80% вітчизняних металургійних підприємств працюють на експорт, а для того, щоби отримати гроші за продукцію, остання повинна відповідати показникам міжнародного рівня тобто виробляться на кращих прогресивних технологіях, в застосуванні яких ми відстаємо. Згідно Закону України «Про Основні засади (стратегію) державної екологічної політики на період до 2020 року» та Національного плану дій з охорони навколишнього природного середовища на 2011-1015 роки, на національному , регіональному, місцевому рінях державної екологічної політики повинні враховуватися екологічні наслідки управлінських рішень влади, керівників підприємств любої форми власності з метою стимулювання вітчизняних суб’єктів хазяйнування, які здійснюють модернізацію виробництва, зменшують негативний вплив на довкілля та здоров’я людей. Також розроблені нормативи повернення екологічного податку підприємствам, які в своїй діяльності планують введення екологічних заходів: ефективне використання енергії, матеріалів; використання вторинного сировини, рециклінгу; впроваджують нові механізми управління природними ресурсами-земельними, водними, енергетичними тощо. Таким чином, врахування екологічної складової під час розроблення регіональних стратегій, програм і планів забезпечить безпечний для здоров’я людини стан навколишнього природного середовища та екологічно, економічно, соціальне збалансоване природокористування.

16

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Прийняття Україною Стратегії зумовило підписання Угоди з Європейським Союзом про фінансування екологічних програм, підтримку політики реформ у напрямку підписання Угоди про асоціацію в ЄС. Такий підхід ,як інтеграція екологічної політики (ІЕП), в управлінні державою виник в Західній Європі наприкінці 80 років ХХ століття в умовах глибокої екологічної кризи, яка зараз охопила і українське суспільство. В наукових та соціальних інституціях Концепція «Інтеграції екологічної політики» вимагає змін у системі управління для того, щоби екологічні вимоги почали розглядатися на ранніх стадіях планування і враховувалися під час впровадження. Позитивні зміни, до яких може привести така інтеграція: застосування інструментів для економічної ефективності та екологічної якості в процесі прийняття урядових рішень. Нова державна екологічна політика України як частина реформ , що впроваджуються в процесі асоціації з Європейським Союзом, становить за мету стабілізацію і поліпшення стану навколишнього природного середовища країни, гарантування екологічно безпечного природного середовища для життя і здоров’я населення. Одними з основних завдань впровадження Стратегії та Національного плану дій на регіональному та секторальному рівнях в Україні є розробка комплексних регіональних і місцевих програм, спрямованих на вирішення актуальних екологічних проблем,розвиток партнерства «громадськість-влада-бізнес». З цією метою Мінприроди України розробляє посібник щодо підготовки, погодження та затвердження Місцевих планів дій з охорони навколишнього природного середовища (МПДОНПС) , що дозволить місцевим громадам визначити пріоритети місцевого розвитку. В Законах України «Про державне програмування та розроблення програм економічного і соціального розвитку України» (від 23 березня 2000 р. № 1602-ІІІ), «Про державні цільові програми», Постанові Кабінету Міністрів України від 16.11.2011р № 1186 «Про затвердження Порядку розроблення, проведення моніторингу та оцінки реалізації регіональних стратегій розвитку» визначаються економічні та організаційні засади формування окремих галузей економіки та окремих адміністративно - територіальних одиниць як складової частини загальної системи державного регулювання економічного і соціального розвитку, а також права та відповідальність учасників державного прогнозування та розроблення програм економічного і соціального розвитку України. На законодавчому рівні прийняті механізми державної політики на засадах сталого розвитку. Але за два роки з прийняття Стратегії екологічної політики в Україні впровадження екологічної складової розвитку у соціально-економічне планування розвитку регіонів, міст ,секторів та галузей економіки не відбулося взагалі, навпаки, проблем з управлінськими рішеннями та безвідповідальністю окремих представників влади, бізнесу стало більше. Причинами такого стану, на думку громадськості, є тривала відсутність на нормативно-правовому рівні (до 2010 року) Стратегії розвитку держави України згідно ратифікованої Програми дій на 21 сторіччя (Ріо-де-Жанейро, 1992р.), пріоритетності розвитку секторів, галузей промисловості, невиконання міжнародних зобов’язань влади у природоохоронному законодавстві між Україною та ЄС, відсутність політичної волі на розвиток Держави тощо. Можна костантувати, що Україна приєдналася до міжнародних угод з участі громадськості у процесах прийняття рішень , що стосуються охорони довкілля Орхуська Конвенція, (Данія, 1998р.), Йоханесбурський саміт зі сталого розвитку (Північна Америка, 2002 р.), Київська Конференція «Довкілля для Європи» 2003 року, інші, але ніхто не питається думки зацікавленої громадськості у прийнятті рішень, що стосуються розвитку енергетичної галузі - атомної енергетики, газового ринку, вугільної промисловості тощо. Доказом такої думки є боротьба громадських організацій у сфері застосування фрекінгу в Україні при розробці нетрадиційних вуглеводнів, в Донецькій області також.

17

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

За 2012-2013 роки відбулися засідання громадських Рад на предмет підписання керівниками України Угоди з компаніями Shell ,Сhevron на розробку та розподіл вуглеводнів на Юзовській ділянці, якими порушуються Конституція і Закони України. Науковці, фахівці, громадськість , мешканці селищ та міст, де вже проводять роботи компанії сказали – НІ ФРЕКІНГУ! Зібрані громадськими організаціями десятки тисяч підписів проти таких технологій, відправлені у Верховну Раду, Президенту, Прем’єр Міністру України, але нас не чують! Чи не є – така політика безвідповідальною до свого народу? Де патріоти у владі? Хочеться , щоби нашу думку почули сьогодні. Ніякі міліарні інвестиції в нашу економіку не змінять вектор розвитку країни, тільки її народ зможе відбудувати зруйновану країну і привести її до процвітання! Тому звертаюсь до учасників Симпозіуму з пропозиціями щодо альтернативи видобування сланцевих газів. Громадська рада НУО при держаному управлінні охорони навколишнього природного середовища в Донецькій області розглядала разом з експертами з Донецького державного регіонального геологічного підприємства альтернативний проект добутку газу з вугільних пластів, проектна готовність до впровадження складає 70 % та проаналізувала доцільність проект видобутку сланцевих газів у Донбасі – на території Національного парку «Святі гори», який звуть «зеленими легенями» промислового краю. Прийшли до висновку, що технологія видобутку газу з вугільних пластів не тільки здешевлює газовий ринок, а й вирішить екологічні та соціальні проблеми гірничої галузі у Донбасі – зменшення викидів в атмосферу метану та безпеку професії шахтаря. Техніка безпеки на шахтах до сих пір є гострою. Прикладом до її рішення можна навести проект утилізації шахтного метану на шашті ім. Засядько. Метод дегазації на шахтах дозволяє отримувати до 30 % метану. Якщо порівняти, світовий приклад запасів газу вугільних пластів, то Україна на 8 місці – 8 трлн.м3 у порівнянні з Росією, яка на 1 місці - 78 трлн.м3, і вже має досвід впровадження проекту «Метан Кузбасса» у 2010 році зі щорічним промисловим добутком газу вугільних пластів до 20 млрд.м3. Досвід Китаю – 2 місце світових запасів (68 трлн. м3), це - 700 млн. м3 альтернативного газу у 2009 році. Постає питання - якими чинниками (економічними,екологічними, соціальними або політичними) регулювати газове питання в Україні? Недоліків видобутку сланцевих газів багато – відносно висока собівартість; неможливість транспорту на великі відстані; швидкий термін використання свердловин та їх глибина до 2 км; низький рівень запасів у загальній структурі сировини; значні екологічні ризики; забруднення земельних, водних ресурсів тощо. В ЄС за 10 років узагальнено досвід застосування сланцевих технологій в Європі (Резолюції Європарламенту від 12.11.2012 р. та 21.11.2012 р. «О влиянии на окружающую среду деятельности по добыче сланцевого газа и сланцевой нефти», «О промышленных, энергетических и других аспектах сланцевого газа и нефти». В Резолюціях робиться наголос про недостатній досвід застосування методу гідророзриву пластів при розробці нетрадиційних вуглеводнів, про негативний вплив на довкілля в районах з шахтними виробками вугілля, заборів питної води, заповідних територій та екологічно незбалансованих промислових територіях. Введено заборону добутку сланцевих газів в районах з шахтним добутком вугілля! У техногенному Донбасі із запасами кам’яного вугілля на 100 років і більше до сих пір не впроваджують технології газофікації поверхневих вугільних пластів (а риють копанки) ,технології гідрогенізації вугілля, які дозволили б при менших фінансових збитках отримати економічний та екологічний ефект, знизити викиди диоксиду сірки на ТЕС головному користувачу вугілля. Вже давно НУО екологічного спрямування формують у населення країни принципи її збалансованого розвитку і в енергетиці також – це застосування альтернативних джерел

18

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

енергії на відновлювальних природних ресурсах (сонячних, повітряних, геотермальних, а також добутку біогазу тощо). Приклади застосування альтернативних джерел є в Дніпропетровській, Луганській ,інших областях, але їх замало для впровадження «зеленої» енергетики на національному, регіональному рівнях. Особисто, як голова Макіївської міської організації «Екологічна варта», член ВЕЛ, я проти застосування проекту видобутку сланцевих газів в Україні, Донбасі. З цього приводу виступала на Донецькому радіо в програмі «Акцент», Національному круглому столі у 2012р.з ініціативи Всеукраїнської екологічної ліги,де розглядалися недоцільність такого проекту . На мою думку - ми не маємо часу йти шляхом розвинених держав як США, треба набувати свій національний досвід розвитку! Треба консолідувати суспільство на ідеї сталого (збалансованого) розвитку і нарешті припинити деградацію довкілля, соціальну нерівність, екологічну імміграцію людей. В Донецькому краї живу понад 50 років і хочу залишити для нащадків, своїх онуків красу Національного парку «Святі гори», джерельну воду річки Сіверський Донець, ліси Північного Донбасу такими , що завжди оздоровлювали людей, дарували наснагу жити та творити , працювати та мріяти ,виховувати духовність. Закликаю, люди, будьте як ті дерева , бо вони повертають нам Небеса на землю!Ми самі повинні стати тією зміною, яку хочемо бачити в світі! Література 1. Білявський Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. // Основи загальної екології. – К.: Либідь, 1995 - С. 116-120.

2. Синельщиков Р. Г. Механизм управления экообразованием в контексте проекта Донбасс-2000-экология // Технологічний підхід в дидактиці: материалы II международной научно-практической конференции – Донецк: 1998. – С. 104.

3. Матеріали та документи 5-ої Пан-Європейської конференції міністрів охорони навколишнього середовища «Довкілля для Європи» – Київ: 2004. – С. 494.

4. Пащенко О.В. Освіта в інтересах збалансованого (сталого) розвитку: молодіжний рух та роль неформальної освіти // Екологічні партнерства порубіжних країн: участь громадськості: Матеріали 5 Всеукраїнської конференції екологічної громадськості (24-26 вересня 2004 р., м. Чернівці) – К., 2004. – С. 246-251.

5. Бабченко Р.П. Екологічна освіта і виховання учнів. Сценарій екологічного семінару // Біологія. – Х.: Основа – 2005. – № 32. – С. 5-12.

6. Збалансований розвиток України – шлях до здоров’я і добробуту нації // Матеріали Українського екологічного конгресу (21 вересня 2007 р., м. Київ). – К.: 2007.

– С. 289.

7. Марушевський Г.Б. Етика збалансованого розвитку // Монографія. – К.: Центр екологічної освіти та інформації, 2008. – 440 с.

8. Бабченко Р.П. Екоосвіта в інтересах збалансованого розвитку промислового міста // Пріоритети збалансованого (сталого) розвитку України. Матеріали Українського екологічного конгресу 27-28 жовтня 2008 р. Ч. 2. - К.: ТОВ «Центр екологічної освіти та інформації», 2008. – 523 с.

9. Закон України «Про Основні засади (стратегію) державної екологічної політики на період до 2020 року» // http://base.spinform.ru/index.fwx 10. Сланцевый газ в Украине: "Газпром" не верит, Америка – проверит (23.02.2011,8.00) // http://news.finance.ua/ru/~/2/0/all/2011/02/23/228856 11. Сланцевый газ // http://ru.wikipedia.org/ 12. Височін В.І. «Зелений» тариф як правовий механізм стимулювання виробництва електроенергії з альтернативних енергоджерел: світовий і український досвід // Перспективи впровадження моделі «зеленої економіки» в Україні: Матеріали VІІ Міжнародного бізнес-

19

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

форуму (Київ, 21 квітня 2011 р.): у 2 т. – К.: Центр екологічної освіти та інформації, 2011. Т. 2. - С. 468-472.

13. Марушевський Г.Б. Турбота про спільне благо як основа збалансованого природокористування // Перспективи впровадження моделі «зеленої економіки» в Україні:матеріали VІІ Міжнародного бізнес-форуму (Київ, 21 квітня 2011 р.). - К.: Центр екологічної освіти та інформації, 2011. - Т. 2. - С. 345-350.

14. Гахович Н.Г. Оцінка екологічних параметрів промислового виробництва // Матеріали VІІ Міжнародного бізнес-форуму 21 квітня 2011 р. - К.: Центр екологічної освіти та інформації, 2011. - Т. 2 - С. 441-442.

15. Рио+20. Будущее, которое мы хотим // http://www.un.org/ru/sustainablefuture/

20

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

УДК 628.35 ОЧИСТКА ВОЗВРАТНЫХ ВОД С ИЛОВЫХ ПЛОЩАДОК С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ Бескровная М.В., Лучина А.Ю. Донецкий национальный университет Донецк, Украина Аннотация. В данной статье рассмотрены анаэробные процессы (метаногенез и анаммокс) с целью получения биогаза на иловых площадках и снижения углеродного следа сооружений очистки сточных вод. Выданы рекомендации для оптимизации работы канализационных очистных сооружений. Ключевые слова: выделение парниковых газов, очистные сооружения, биологическая очистка, метаногенез, иловый осадок, биогаз.

В ряду глобальных экологических проблем сегодня остро стоит проблема изменения климата, на который влияют промышленные выбросы. За последние 200 лет в результате роста концентрации парниковых газов дополнительное увеличение тепловой мощности оценивается в 2,6 ватта на 1 м2. Причем 45% роста мощности обусловлены диоксидом углерода СО2, 23% – метаном СН4, 19% – фреоном и 3% – гемиоксидом азота N2O. Определение углеродного следа любого предприятия, как было впервые предложено в работе Института мировых ресурсов [1], может производиться в нескольких приближениях, различающихся масштабами охвата процессов. Для коммунальных очистных сооружений приближение 1 включает:  выбросы парниковых газов в процессе очистки сточных вод;  выбросы от использования покупаемого топлива для поддержания процесса очистки;  выбросы от транспортных операций в пределах производственной площадки. К неорганизованным (фугитивным) выбросам парниковых газов относятся:  выбросы метана (CH4) вследствие анаэробных процессов в первичных отстойниках;  выбросы закиси азота (N2O) вследствие процессов нитрификации и денитрификации;  выбросы метана в процессах сбраживания и компостирования осадка, передачи газа по трубам, компостирования, размещения на иловых площадках и полигонах. В приближении 2 учитываются выбросы парниковых газов при производстве покупаемой предприятием электроэнергии (она расходуется на перекачивание сточных вод, аэрацию, освещение производственных помещений и площадки, ультрафиолетовое обеззараживание), а также сопряжённые с производством энергии, расходуемой в форме тепла, пара, холода и т.д. В приближении 3 учитываются все выбросы парниковых газов, не учтенные в приближениях 1 и 2, но связанные с производственным процессом. Это, в первую очередь, транспортировка персонала (личный и общественный транспорт), а также доставка необходимых для очистки сточных вод расходных материалов (химические реагенты, запчасти). В ряде моделей учитываются также выбросы парниковых газов при производстве реагентов. В данном случае важно правильно выбрать «место учета», чтобы не было двойного счета. Так, если соли металлов (железа или алюминия) используются для удаления фосфора из сточных вод, то выбросы парниковых газов при их производстве должны быть учтены в углеродном следе КОС. Аналогичная ситуация возникает и с другими реагентами (метанолом, флокулянтами).

21

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Источниками выбросов парниковых газов на КОС являются:  метана – анаэробные процессы в первичных отстойниках, уплотнение и обезвоживание осадка на иловых площадках, утечки при сбраживании осадка в метантенках, размещение осадка на полигонах;  закиси азота – процессы нитрификации и денитрификации. Отметим, что в соответствии с принятыми подходами учета парниковых газов не учитывается выброс углекислого газа, образующегося в процессах очистки сточных вод и сжигания илового осадка. Считается, что тот углерод, который выбрасывается в атмосферу при разложении органических веществ, присутствующих в сточных водах, был когда-то, при создании биомассы из атмосферы изъят. Следует подчеркнуть, что подобное допущение принимается и при отказе от учета выбросов углекислого газа, образующихся при сжигании биотоплива, получаемого из таких возобновляемых источников, как древесина, тростник или водоросли.

Рис. 1. Выделение парниковых газов при биологической очистке сточных вод. Согласно [2, 3] выбросы метана при обработке сточных вод являются функцией количества разложения органических веществ в анаэробных условиях и коэффициентов выбросов, характеризующих степень образования метана. Общее количество органических веществ (биохимическое потребление кислорода – БПК) определено согласно [2], используя данные Госкомстата Украины о количестве городского населения и рекомендованный МГЭИК уровень генерации БПК в городских сточных водах равен 0,05 кг/чел. день. Данное значение МГЭИК по умолчанию хорошо согласуется со значениями, специфическими для страны. По данным Госкомжилкоммунхоза при обработке хозяйственно-бытовых сточных вод в Украине в анаэробных условиях разлагаются около 50% осадка первичных отстойников и около 50% избыточного ила сточных вод. Доля осадка первичных отстойников по оценкам экспертов и в соответствии с [4-7] принята равной 28% общего количества органических веществ, поступивших на очистные сооружения. В соответствии с теми же источниками доля активного ила в оставшихся 72% органического вещества сточных вод составляет 17,6%. Результаты расчетов выбросов метана представлены на рис. 2. Выбросы метана составили 71,89 тыс. т в 1990 г., постепенно увеличиваясь к 1996 г. до 76,55 тыс. т, затем происходит его уменьшение до 71,98 тыс. т в 2004 г., вызванное сокращением рекуперации метана. Рекуперация метана в метантанках уменьшилась с 6,24 тыс. т в 1990 г. до 0,01 тыс. т в 2004 г.

22

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Рис. 2. Результаты расчетов выбросов метана от систем очистки хозяйственно-бытовых сточных вод. В централизованной очистке хозяйственно-бытовых сточных вод осуществляется аэробная очистка с применением процесса активированного ила, которая наряду с бесспорными достоинствами имеет и ряд существенных недостатков, а именно высокие затраты на аэрацию и утилизацию больших количеств избыточного ила. Обычно биологическое удаление минерального азота из сточных вод с участием активного ила включает два процесса: окисление ионов аммония до нитрат-ионов (нитрификация) и, затем, восстановление последних до молекулярного азота (денитрификация). Оба эти процесса весьма сложны и включают несколько стадий каждый с промежуточным участием соединений азота во всех возможных степенях окисления от –3 до +5. Нитрификация – это процесс биохимического окисления аммонийного азота сначала до солей азотистой кислоты или нитритов, а потом до солей азотной кислоты или нитратов. Реакция осуществляется нитрифицирующими автотрофными микроорганизмами (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter и Nitrocystis) [8], для которых источником углерода является СО2, и протекает в две стадии: NH4+ + 1,5O2 → NO2- + 2H+ + H2O NO2– + 0,5O2 → NO3-

(1) (2)

Нитрифицирующие бактерии растут медленно. Скорость их роста на порядок ниже скорости роста обычных гетеротрофных бактерий активного ила. Для осуществления процесса нитрификации в отсутствии или при недостатке органического субстрата для построения биомассы нитрифицирующих бактерий требуется искусственная добавка источников неорганического углерода в виде НСО3- или СО2 из расчета 2 мг-экв на 1 мг-экв окисленного аммонийного азота. Нитрифицирующие микроорганизмы являются автотрофными, использующими для синтеза энергию, которая выделяется при окислении аммиака и углерод углекислого газа. Энергетические реакции автотрофов представляют собой последовательные процессы. Первая фаза нитрификации, окисления аммиака до нитритов, которую осуществляют микроорганизмы рода Nitrosomonas, состоит из ряда последовательных ступеней: аммоний → гидроксиламин → гипонитрит → нитрит [9].

23

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Для проведения процесса глубокой нитрификации необходимы следующие условия:  низкая нагрузка на ил в пределах 150-250 мг/г*сут, при которой не происходит ингибирования нитрификаторов легкоокисляемыми органическими веществами;  поддержание высокого возраста активного ила от 15 до 70 суток, при котором снижается прирост биомассы и не происходит вымывания нитрифицирующих микроорганизмов;  рН иловой смеси не менее 7-7.5, оптимальное значение составляет 8.4, так как необходимо наличие карбонатной щелочности, достаточное для нейтрализации активной реакции среды при подкислении воды нитратными и нитритными анионами;  температура иловой смеси от 15 до 30оС, при снижении температуры метаболические процессы бактерий-нитрификаторов существенно замедляются;  минимальное количество свободного аммиака и солей тяжелых металлов, ингибирующих процесс нитрификации;  количество растворенного кислорода в иловой смеси не менее 2 мг/л [9]. Денитрификация – это процесс окисления органических веществ кислородом, который входит в состав нитритов и нитратов, с одновременным восстановлением азота, который выделяется в атмосферу [10]. Анаэробная гетеротрофная денитрификация протекает в четыре стадии: 8 NO3-(aq) + 2CH3COOH → 8NO2-(aq) + 4CO2 + 4H2O 8 NO2-(aq) + CH3COOH + 2H2O → 8NO(g) + 2CO2 + 8OH8NO(g) + CH3COOH → 4 N2O(g) + 2CO2 + 2H2O 4N2O(g) + CH3COOH → 4N2(g) + 2CO2 + 2H2O 8NO3-(aq) + 5CH3COOH → 4N2(g) + 10CO2 + 6H2O + 8OH-

(3) (4) (5) (6) (7)

Процесс денитрификации является следствием метаболической деятельности гетеротрофных бактерий, которые при окислении органических веществ используют как акцептор электронов молекулярный кислород, а в его отсутствие изменяют акцептор электронов, используя нитриты и нитраты. Нитраты восстанавливаются до нитритов, а нитриты – до молекулярного азота. Денитрифицирующие бактерии способны использовать самые разнообразные источники энергии, в том числе биологически окисляемые органические (углеводы, спирты, органические кислоты, продукты распада белков, избыточный активный ил, а также осветленные или неочищенные сточные воды) и неорганические вещества. Наибольший интерес среди органических субстратов с этой точки зрения представляют вещества, содержащиеся в сточных водах и иле, – так называемые внутренние источники энергии. Среди экзогенных источников углерода и энергии наибольший интерес представляют метанол и уксусная кислота, если по каким-либо причинам не представляется возможным использовать стоки промышленных производств (например, стоки пивных производств). Для проведения эффективной денитрификации требуются следующие условия [9]:  создание анаэробных или аноксидных условий, с концентрацией кислорода менее 0,5мг/л;  оптимальное значение рН в пределах 7-7.5;  присутствие органического субстрата - любые биологически разлагаемые вещества (углеводы, спирты, органические кислоты, избыточный активный ил, исходные или прошедшие механическую очистку городские сточные воды). Необходимо соотношение органических веществ по БПК к нитратному азоту примерно 4:1;  механическое перемешивание иловой смеси;  повышение концентрации активного ила, например, с использованием контактных носителей.

24

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Однако метод биологической нитри-денитрификации достаточно дорог, так как требует значительных затрат на аэрацию и добавление источника органических веществ, необходимых для роста денитрификаторов. В наши дни ANAMMOX-процесс считается наиболее перспективным, экономически выгодным и эффективным способом удаления аммония из сточных вод, т.к. позволяет исключить стадию гетеротрофной денитрификации и значительно уменьшить стоимость аэробной нитрификации. Анаэробное окисление аммония, ANAMMOX – биохимический процесс окисления иона аммония нитрит-анионом в анаэробных условиях. Служит источником энергии для фиксации углекислого газа. Описан у следующих родов бактерий: Brocadia, Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia, Scalindua. Все они относятся к планктомицетам. Процесс был открыт в 1986 году. Сейчас создана новая технология очистки сточных вод от соединений азота с помощью осуществляющих анаэробное окисление аммония бактерий. В Роттердаме (Нидерланды) построена и запущена первая очистная станция на её основе. Важными достоинствами данной технологии являются уменьшение выбросов CO2 в атмосферу на 85-90% по сравнению с традиционными методами, а также относительная дешевизна. Центральную роль в процессе играют недавно открытые бактерии, осуществляющие анаэробное окисление аммония нитрит-ионами, т.н. ANAMMOX бактерии (ANaerobic AMMonium OXidation). Энергетическую основу их жизнедеятельности составляет химическое превращение: NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O; ДG = –86 ккал

(8)

Таким образом, аммоний может быть окислен, выступая донором электронов в реакции денитрификации, причем свободная энергия такой реакции эквивалентна энергии процесса нитрификации. Этот новый способ также был назван процессом ANAMMOX [11]. Такой автотрофный процесс – это альтернатива денитрификации нитрита, которая не требовала бы органического углерода и характеризовалась бы пониженным образованием шламов. Полная реакция приведена ниже [12]:

NH 4  1,3NO2  0, 042CO2  0, 042  биомасса   N 2  0, 22 NO3   0, 08OH   1, 67 H 2O

(9)

Из этого уравнения можно заключить, что микроорганизмы катализируют две любопытные реакции: анаэробное окисление аммония в газообразный азот и анаэробное окисление нитрита в нитрат. Приведенная реакция иллюстрирует новый микробиологический процесс удаления азота [12], детальный механизм которого до сих пор до конца не выяснен. Существует предположение, что нитрит превращается вначале в гидроксиламин (NH2OH), который затем реагирует с аммонием с образованием гидразина (N2H4). Последний затем окисляется до газообразного азота [13]. В активном прикрепленном иле присутствуют аэробные и анаэробные микроорганизмы, а также функционирует метаногенное микробное сообщество, которое осуществляет полную анаэробную деградацию органических соединений до метана и углекислоты. Метаногенез – метановое брожение, процесс превращения биомассы в энергию с образованием метана осуществляется в три этапа: растворение и гидролиз органических соединений, ацидогенез и непосредственно метаногенез. В энергоконверсию вовлекается только половина органического материала (1800 ккал/кг сухого вещества по сравнению с 4000 ккал при термохимических процессах), но остатки, или шлаки метанового «брожения» используются в сельском хозяйстве как удобрения. В процессе метаногенеза участвуют три группы бактерий.

25

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, пропионовую и молочную кислоты (этап растворения и гидролиза органических соединений); вторые превращают эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ (этап ацидогенеза), а затем метанобактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать уксуснокислые бактерии. В природных условиях метанобактерии тесно связаны с водообразующими бактериями: эта трофическая ассоциация выгодна для обоих типов бактерий. Первые используют газообразный водород, продуцируемый последними, в результате чего его концентрация снижается и становится безопасной для водообразующих бактерий. Биогаз, получающийся в ходе метаногенеза, представляет собой смесь, содержащую от 65% до 75% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода (Н2S) и незначительные количества азота, кислорода, водорода и закиси углерода. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м3 природного газа или 20,8 л нефти. На очистные сооружения г. Донецка в настоящее время поступает 350-400 тыс.

3 м /сутки сточных вод. С иловых площадок ежесуточно возвращается в среднем по 4-5 тыс. м3 чрезвычайно загрязненных иловых вод, ХПК которых составляет 20000 мг/дм3, а содержание аммонийного азота около 350 мг/дм3. Такие воды существенно осложняют технологию очистки коммунальных сточных вод, и поэтому их аэрируют в течение 6-7 суток, для того чтобы снизить концентрацию загрязнений. Лабораторные исследования по очистке реальных иловых вод [14] и выяснили, что, во-первых, из них можно получить значительное количество (более 25000 м3) биогаза с концентрацией метана в нем около 75%, т.е. около 19000 м3 метана (общей стоимостью 15000 долларов США в сутки), а, во-вторых, после метаногенеза в этих водах можно организовать ANAMMOX-процесс, который позволит в десятки раз снизить концентрацию аммонийного азота. После такой двойной обработки иловые воды можно подавать на очистные сооружения без всякого ущерба для технологии очистки основной массы сточных вод города. Обращаясь к опыту западноевропейских стран, рассмотрим несколько позитивных примеров обработки илового осадка. Около 5 лет назад большинство очистных сооружений в Литве не имелo должной обработки илового осадка и обычным способом его утилизации было депонирование на полигонах (свалках бытовых отходов). В 2005 г. приблизительно 3,7 млн. тонн oсадка в оставалось на иловых площадках. Одно из самых больших иловых хранилищ, находящееся вблизи свалки бытовых отходов в поселке Кариотишкес (недалеко от столицы Литвы – Вильнюса), было закрыто в 2007 году [15]. Литва является относительно небольшой страной с ограниченными энергетическими ресурсами, в связи с этим необходимо найти местные возобновляемые источники энергии. Анаэробное сбраживание осадка является наиболее предпочтительной схемой обработки осадков сточных вод в связи с низким потреблением энергии и дополнительным преимуществом – производством биогаза. Биогаз может быть использован для отопления очистных сооружений и производства электроэнергии. В Литве один из первых анаэробных реакторов с мезофильным режимом сбраживания был построен на Утянских очистных сооружениях. На данных очистных сооружениях образуется иловой осадок из первичных и вторичных отстойников (в среднем около 8100 кг сухого вещества в день), но на сегодняшний день в метантенки поступает только сырой осадок из первичных отстойников, который составляет приблизительно 70% от общего количества илового осадка. Два реактора по 1000 м3 каждый могут производить от 1050 до 2000 м3 биогаза в сутки из 50-160 м3 уплотненного первичного осадка (2008); содержание метана в производимом биогазе варьируется от 65 до 75%, теплоемкость - 22600-25100 кДж/м3 (ккал/м3 5400-6000).

26

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

В 2006 и 2007 годах 40 и 44% потребляемой на очистных сооружениях электроэнергии соответственно было произведено за счет переработки биогаза. В будущем на станции планируется строительство еще одного реактора (2000 м3), после чего в реакторах планируется сбраживать смесь сырого осадка из первичных отстойников и активного ила из вторичных отстойников. Другой предпочтительной технологией утилизации илового осадка является его использование в качестве удобрения. Использование илового осадка в качестве удобрения, а также сжигание в государствах-членах ЕС являются наиболее частыми способами утилизации. В настоящее время 2,26 млн. тонн по сухому веществу в год илового осадка производится на муниципальных очистных сооружениях Германии. Начиная с 2005 года осадок должен быть обработан перед утилизацией на полигоне. В настоящее время более половины илового осадка (52,5%) утилизируется путем сжигания (2008). Вследствие этого 15 моносжигательных заводов общей мощностью в 500000 т сухого остатка в год находятся в эксплуатации [15]. С 2005 года в Германии нельзя вывозить органический осадок с очистных станций на полигоны для хранения отходов. Менее половины ила, производимого на очистных сооружениях Германии, используется в сельском хозяйстве, для рекультивации ландшафтов, компостировании и т.д. Сценарий, подобно этому, будет основным путем развития в сфере утилизации илового осадка во всех Европейских странах. Европейский Союз не запретит сельскохозяйственное использование илового осадка в ближайшем будущем из-за экономичности данного варианта утилизации илового осадка, но, в то же время, в следующем десятилетии следует ожидать ужесточения правил и требований к качеству осадка. Поэтому сжигание осадков будет становиться все более и более важным. Выводы Поскольку процесс очистки сточных вод и утилизации осадка очистных сооружений сопровождается выделением метана и закиси азота, можно дать ряд рекомендаций по снижению выбросов этих веществ. Сжигание илового осадка, несомненно, в плане уменьшения углеродного следа имеет приоритет перед размещением осадка на полигонах. Но более эффективной мерой является сбраживание осадка в метантенках со сбором выделяющегося биогаза, имеющего высокую теплотворную способность (от 21 до 25 МДж/м3). Последующее сжигание этого газа для целей производства тепла и электроэнергии позволит получить некоторое уменьшение величины углеродного следа. С целью оптимизации потребления энергии, с одной стороны, может быть произведена целевая оптимизация режима работы станции или отдельных ее технологических компонентов, с другой стороны, могут быть внедрены новые этапы процесса с целью оптимизации ситуации в энергетическом секторе. Например, может быть внедрена предварительная обработка осадка до анаэробной стабилизации или строительство комбинированной станции по производству тепла и электричества. Основная цель всех этих оптимизаций – снижение потребления внешнего источника энергии, с целью достижения станции сточных вод с локальным источником энергии. В этом контексте можно подчеркнуть, что очень важно оптимизировать использование органического вещества осадка сточных вод, с целью как можно большего производства биогаза в биореакторах. Биогаз может быть использован в качестве сырья для отопления и производства электроэнергии вместо других видов топлива. Следовательно, это приведет к снижению выбросов парниковых газов в атмосферу.

27

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Список используемой литературы 1. World Resources Institute. The greenhouse gas protocol: A Corporate Accounting and Reporting Standard // World Business Council for Sustainable Development. The Hague – 2001. – 27 p.

2. Пересмотренные руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов. МГЭИК. – Т. 2. – 1996.

3. Руководящие указания по эффективной практике и учету факторов неопределенности в национальных кадастрах парниковых газов. МГЭИК. – 2000.

4. Хоружий П.Д., Ткачук А.А., Батрак П.И. Эксплуатация систем водоснабжения и канализации. Справочник – К.: Строитель, 1993.

5. Васильченко В.В., Рапцун М.В. Украина и глобальный парниковый эффект / Источники и поглотители парниковых газов. – К., 1997.

6. Яковлев С.В. Канализация. – М.: Стройиздат, 1988.

7. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. – М.: Стройиздат, 1988.

8. Ступин А.Б. Математическое моделирование процесса биологической очистки сточных вод от минерального азота / А.Б.Ступин, М.В. Бескровная, В.С. Оверко., С.Л. Литвиненко // Вiсник Донецького унiверситету. Природничi науки. – 2007.

9. Нитрификация и денитрификация городских сточных вод. Методические указания к курсовому проекту "Очистка городских сточных вод" для студентов специальности 290800 дневного и заочного форм обучения. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 1998. – 19 с. – http://www.rgsu.ru/files/uploads/users/butko_d/AZOT-MU.pdf 10. Очистка сточных вод. / М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-Кур-Янсен, Э. Арван – М.: «Мир», 2006. – 480 с.

11.

Effects of aerobic and microaeribic conditions on anaerobic ammonium-oxidazingng (ANAMMOX) sludge / M. Strous, K. Gerven, U.J. Kuenen [et al.] // Applied and Environmental Microbiology. – 1997. – V. 63. – P. 2446-2448.

12.

Lindsay M.R. Cell compartmentalization in planctomycetes: novel types of structural organization for the bacterial cell / M.R. Lindsay, R.I. Webb, M. Strous // Archive of Microbiology.

– 2001. – V. 175. – P. 413-429.

13.

Van Niftrik L.A. The ANAMMOXosome: an intracytoplasmic compartment in ANAMMOX bacteria / L.A. Van Niftrik, J.A. Fuerst, J.S.S. Damste [et al.] // FEMS Microbiology Letters. – 2004. – V. 233. – P. 7-13.

14. Бескровная М.В. Возможности применения нового процесса ANAMMOX для удаления минерального азота из сточных вод Донецкой области // Збірник наукових праць СНУЯЕтаП. – Севастополь: СНУЯЕтаП. – 2011. – Вип. 2. – С. 82-87.

15.

International Water Association. Обработка осадка сточных вод в Литве до и после входа в ЕС. Интервью Йорга Керинга – технического директора WTE Wassertechnik GmbH, немецкой компании, лидера в секторе водоснабжения и обработки осадка. http://www.aquaby.by/index.php/news/1069/56/obrabotka-osadka-stochnyh-vod-v-litve-do-i-poslevhoda-v-es.

28

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

УДК 614.844+621.227 ПРОМИСЛОВЕ ЗАСТОСУВАННЯ ГІДРОІМПУЛЬСНОЇ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГАСІННЯ ГАЗОВИХ ФАКЕЛІВ І ЛОКАЛІЗОВАНИХ ПОЖЕЖ Безкровна М.В., Шмітько Я.В. Донбаська національна академія будівництва і архітектури Макіївка, Донецька обл., Україна Анотація: Ця робота присвячується огляду промислових гідроімпульсних установок для гасіння факелів і локалізованих пожеж, а також розробці проекту власної ефективної установки для гасіння факелів і локалізованих пожеж. Ключові слова: імпульсний струмінь рідини високої швидкості, гасіння газового факела, імпульсний водомет, конструкція порохового імпульсного водомету, технічні характеристики на базових автомобілях

В Україні та країнах СНД при гасінні газових факелів використовуються засоби, які мають низьку дальність подачі вогнегасної речовини, що неприпустимо в умовах високого теплового випромінювання газового факела. Таким чином, в галузі пожежогасіння газових фонтанів найбільш перспективним є розробка пристроїв, здатних забезпечувати подачу вогнегасних сумішей з відстаней, які перевищують критичні для людини по тепловому випромінюванню. Одним з найперспективніших рішень такої проблеми є створення установки подачі імпульсних струменів рідини високої швидкості за допомогою гідрогармати або імпульсного водомета. Загальновідомо, що найбільш простій спосіб гасіння смолоскипів це метод гасіння суцільними струменями води з лафетних стовбурів [1, 2]. У більшості випадків цей спосіб полягає в тому, що струмені води, що подаються з лафетних стовбурів зі швидкістю до 50 м/с, спрямовуються на гирло свердловини на основу струменю фонтану. Потім синхронно підіймають водяні струмені вверх по стовпу полум'я до повного його відриву (рис. 1). Лафетні стволи застосовуються при гасінні газових, газоконденсатних та нафтових фонтанів невеликої потужності, оскільки стовбури мають встановлюватися на відстані 15 м [2], що в умовах сильного теплового випромінювання смолоскипу з великим дебітом не допустимо. Крім цього, цей спосіб вимагає хорошої кваліфікації стовбурщиків і синхронності їх дії.

Рис. 1. Гасіння пожежі смолоскипу водяними струменями: І – гарячий смолоскип; II – на смолоскип направлені струмені води, нижче яких горіння припинилося; ІІІ – піднімаючи одночасно (синхронно) струмені вгору, відривають полум'я

29

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Відомі способи [3, 4], при яких на гирлове обладнання встановлюються стаціонарні стовбури, спрямовані співвісно з нафтогазовим струменем або під деяким кутом до нього (рис. 2). В цьому випадку вода подається безпосередньо в зону утворення горючої суміші і збільшується ефективність гасіння. Недоліком цього способу є необхідність встановлення стовбурів на кожній свердловині і прокладання до них захищених рукавних ліній, що з економічної точки зору неефективно. Відомі способи поєднання водяних струменів з порошковими вогнегасниками [3], які додатково дозволяють вводити інгібітори горіння в смолоскип.

Рис. 2. Деякі зразки пожежних танків зі стаціонарними лафетними стовбурами У ряді країн виготовляються та використовуються для гасіння пожеж різних пожежні машини на гусеничному або колісному броньованому шасі з встановленим стаціонарним лафетним стовбуром різної потужності: ГПМ-54, ГПМ-54м, ГПМ-64 (СРСР, Україна), SPOT55 (Чехія, Словаччина), "Nona" (Росія), китайський пожежний танк [5-8]. Їх фото представлені на рис. 2.2. Їх головною перевагою є захищеність особового складу бронею, що дозволяє здійснювати гасіння лісових пожеж, складів боєприпасів і т.ін. Недолік таких машин – обмежений запас вогнегасної речовини, тому вони практично не можуть використовуватися для гасіння таких великих спалахів, як пожежі нафтогазових фонтанів. Ефективним і поширеним способом гасіння газових фонтанів є використання спеціальної техніки, яка дозволяє безперервно доставляти в зону горіння газоводневий струм високої швидкості. В залежності від виконання, базою для цих машин може служити вантажний автомобіль, як у АГВТ-100 і АГВТ-150 (СРСР, країни СНД), танк, як машинах "The Big Wind" (Угорщина) і JFR-250 (Україна), або гусеничний самохідний пором, як у ПСУГВТ-200 (Україна) [9]. Газоводневі струмені, які створюються цими установками, являють собою суміш відпрацьованих газів турбореактивного двигуна і розпиленої води. У газоводневому струмені автомобіля міститься близько 60% води і 40% газу, на виході з сопла концентрація кисню не більш 14%, по мірі віддалення від сопла вміст кисню збільшується і в 30

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

робочому перерізі, тобто на відстані 12-15 м складає 17-18%. Вода частково випаровується, потрапляючи в струмінь розжареного газу, а в зону горіння вода потрапляє в розпорошеному стані. Експериментально встановлено, що газоводневий струмінь володіє високим охолоджуючим ефектом, наприклад: при подачі 60 л/с води (АГВТ-100) протягом 5 хв. температура фонтанної арматури знижується з 950 до 100-150°С. Головними недоліками використання машин газоводневого гасіння є мала дальність ефективного гасіння (не більше 15 м) і великі витрати вогнегасної речовини (рис. 3). Ще одним варіантом безперервної струменевої доставки вогнегасної речовини в зону горіння є використання автомобілів порошкового гасіння, здатних подавати вогнегаснучий порошок з продуктивністю 50 кг/с на дистанції до 50 м [8]. Однак цей спосіб не набув поширення в силу його високої вартості і великого забруднення навколишнього середовища (рис. 1.4).

Рис. 3. Машини газоводневого гасіння

Рис. 4. Гасіння газового смолоскипу порошковим струменем

31

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Відомі розробки [9], засновані на струменевомої доставки в зону горіння інертних газів з певними параметрами (швидкість доставки, кількість інертного газу). Однак реально для гасіння нафтогазових фонтанів ці способи ніколи не застосовуються. При гасінні імпульсними установками пожежогасіння, використовують різні вогнегасні речовини. Одним з перспективним способів пожежогасіння з імпульсною доставкою вогнегасної речовини в зону горіння, зокрема, при тушінні пожеж нафтогазових смолоскипів. Перевагами імпульсного пожежогасіння є: підвищення ефективності гасіння за рахунок збільшення дисперсності струменю, збільшення дальності подачі вогнегасної речовини і підвищена мобільність установок гасіння. Ефективним способом гасіння нафтогазових фонтанів є застосування імпульсного викиду заряду вогнегасного порошку різними установками [10, 11]. Гасіння пожежі здійснюється за рахунок інгібуючої дії на палаючий смолоскип вогнегасного порошку, викид якого здійснюється енергією стисненого повітря або порохового заряду. В зоні горіння фонтану протягом короткого часу (1÷2) імпульсно створюється вогнегасна концентрація порошку шляхом спрямованого залпового викиду установкою. На Україні розроблені та активно застосовуються возивні пневматичні порошкові полум'япригнічувачі ППП-200, містять 200 кг вогнегасного порошку, що викидаються за один постріл (рис. 5) [12-13]. Полум'япригнічувач ППП-200 добре показав себе під час гасіння газових фонтанів різної потужності, однак у разі його застосування залишаються невирішеними проблеми малої дальності ефективного гасіння (до 20 м) і негативного впливу вогнегасного порошку на шкіру, органи дихання і центральну нервову систему людини, а також на навколишнє середовище. Крім того, за один постріл викидається велика кількість вогнегасного порошку, що впливає на вартість гасіння.

Рис. 5. Пневматичний порошковий полум'япригнічувач ППП-200 перед пострілом Відомі розробки [14], в яких використані стаціонарно встановлені імпульсні порошкові установки пожежогасіння, автоматично спрацьовують при виникненні пожежі, визначається інфрачервоними випромінювачами або тепловізорами. Недолік таких установок – необхідність їх стаціонарного розміщення та організації роботи на кожній свердловині, що спричиняє великі матеріальні витрати.

32

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

На базі танкових шасі в Україні створені потужні установки імпульсного пожежогасіння Імпульс-1, Імпульс-2, Імпульс-3М, а також Імпульс-Шторм (рис. 6) [12]. Машини мають 50 стовбурів (Імпульс-1 – 40), кожен з яких заряджається по 30 кг порошку. Імпульс-Шторм здатний доставити у вогнище пожежі за 4 секунди 1,5 тонни вогнегасного порошку. Це дозволяє створити потужне вогнегасну дію відразу і одночасно по всій площі або об'єму. Основною відмінністю даної установки є потужне ударне вплив на вогнище пожежі в поєднанні з вогнегасними ефектами, що виробляються спеціальними порошковими сумішами. Дальність ефективного гасіння становить до 50 м.

Рис. 6. Установка імпульсного пожежогасіння "Імпульс-Шторм" Головними недоліками "Імпульсів" є негативний вплив, який чинить полум'япригнічувальний порошок на організм людини і навколишнє середовище, складність конструкції, висока вартість пристрою, необхідність великої кількості пострілів для потрапляння в смолоскип і великі витрати вогнегасного порошку (300-1500 кг за постріл). Найбільш безпечною вогнегасною речовиною з точки зору впливу на людину і навколишнє середовище є вода. Застосування її для гасіння газових фонтанів в імпульсному режимі подачі реалізовано фірмою iFEX у вигляді установок залпового водяного пожежогасіння, встановлених на шасі позашляховика, вертольота або танка Leopard 1 [13]. Найбільш вражаючим пристроєм з перерахованих є Fire Commander (рис. 7). Ця машина здатні за хвилину виробляти до 6-7 імпульсних викидів 25-літрового водяного заряду на дистанцію до 65 м. Крім цього, Fire Commander оснащений системами низового пожежогасіння або охолодження поверхні землі, системами ствольної безперервної подачі води, системою імпульсного ручного пожежогасіння "IFEX hand impulse gun". Для забезпечення безперервної подачі води машина оснащена насосною установкою. Хоча на сьогодні авторам не відомі результати випробувань даної установки для гасіння нафтогазових фонтанів, очевидним є перспективи її використання. Однак безвідмовність роботи складних систем Fire Commander не перевірена в умовах роботи у прифонтаної зоні – при високій температурі навколишнього середовища і забрудненому повітрі. Крім цього, Fire Commander дуже дорогий. Одним з способів при якому застосовують вибухову речовину для зриву і гасінні палаючого смолоскипу використовують при гасінні газових фонтанів, що є одним з перших способів боротьби з подібними загоряннями та інколи використовується й донині [14-16].

33

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Рис. 7. Fire Commander Заряд вибухової речовини подається до гирла свердловини або по сталевому тросу, перекинутому через блоки, підвішені на спеціальних опорах, або на візку з укосини по рейковим шляхам, прокладеним до гирла свердловини (рис. 8). Головними недоліками цього методу є його висока небезпека і необхідність великої кількості вибухової речовини (1001000 кг). При цьому внаслідок наявності потужної ударної хвилі вже при кількості вибухової речовини 100 кг безпечну відстань для людини становить понад 150 м, а гирлове обладнання руйнується на відстані менше 40 м.

Рис. 8. Гасіння пожежі газового фонтану вибухом заряду ВВ: 1 – заряд ВВ; 2 – лафетний стовбур; 3 – ручний ствол Відомий також спосіб гасіння нафтогазових фонтанів, при якому заряд вибухової речовини закладають по колу біля гирла свердловини, а зверху укладають контейнери з вогнегасним порошком [17]. При вибуху заряду ВВ полум'япригнічувальний порошок потрапляє в зону запального кільця фонтану і надає потужну інгібуючу дію. У разі застосування цього способу кількість ВВ може бути зменшено в кілька разів, порівняно з вибуховим способом, описаним раніше (з розрахунку 1 кг ВР на 100 кг вогнегасного порошку). Однак для реалізації цього способу необхідно виконати величезний обсяг складних і небезпечних підготовчих робіт, які не завжди можна виконати. Одним із сучасних та перспективних способів тушіння локальних пожеж є спосіб без доставки вогнегасної речовини в зону горіння. Для гасіння пожеж нафтогазових фонтанів застосовуються металеві ковпаки різної конструкції або залізобетонні плити, які насовують на гирло фонтануючої свердловини [18-20]. Цим припиняється подача окислювача в зону

34

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

реакції і горіння припиняється. Однак ці способи дуже рідко використовується, що обумовлене їх низькою ефективністю та складністю. В умовах Крайньої Півночі при низьких негативних температурах навколишнього повітря і сильних вітрах іноді використовується метод ліквідації відкритих фонтанів в полум'ї пожежі, тобто без його попереднього гасіння [18-20]. Необхідність застосування такого методу пояснюється тим, що після гасіння полум'я фонтану через деякий час може відбуватися займання "розлитих" біля гирла вуглеводнів. Як правило, для цього застосовують різні натаскувачі (превентори): канатні, гідравлічні, шарнірні. Після установки цих пристроїв з допомогою засувок свердловина герметизується – припиняється подача нафтогазопродуктів (рис. 9). Для гасіння потужних фонтанів виробляють буріння похилій свердловини по відношенню до основного стовпа[16]. Таких свердловин може бути кілька. Після того, як додаткові свердловини з'єднаються з основною, тиск та швидкість потоку в останній значно впаде і її можна заглушити за допомогою превентора або загасити полум'я будь-яким із наведених вище способів.

Рис. 9. Установка превентора В результаті аналізу пристроїв для гасіння смолоскипів, гідродинамічних параметрів порохового імпульсного водомети і експериментальних досліджень гасіння факелів за допомогою порохового ІВ були визначені тактико-технічні дані установки "Факел", які призначені для гасіння факелів за допомогою імпульсних струменів рідини високій швидкості [21, 22] (табл. 1, 2). Ескіз порохового ІВ і основні розміри наведено на рис. 10.

2 3

1

4

5

6

102

7

8 72

M110 40

40

1020

132

102

Рис. 10. Ескіз імпульсного водомету для гасіння факелів: 1 – притискна гайка (затвор), 2 – капсуль (запальник), 3 – патрон з порохом, 4 – пиж для штовхання води, 5 – стовбур, 6 – вода, 7 – конічне сопло, 8 – заглушка

35

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Наводячи габаритні розміри установки необхідно сказати, що: довжина – 1060 мм, зовнішній діаметр – 132 мм, внутрішній діаметр (калібр) – 102 мм, вихідний діаметр сопла – 72 мм, довжина сопла – 102 мм, кут конусності – 45. Таблиця 1 – Тактико-технічні дані установки "Факел" Швидкість імпульсного струменю 350 м/с Кількість стволів 20 Вогнегасна рідина вода Маса заряду рідини 150 кг Маса порохового заряду 2,8 кг Мобільність самохідна установка на автомобільному шасі Автономність немає необхідності у зовнішніх ресурсах Скорострільність 1 залп/30 хв. Час приведення у готовність 30 хв. маса у спорядженому стані 3000 кг Обслуговуючий персонал 2 чол. Таблиця 2 – Тактико-технічні дані одного стволу установки Швидкість імпульсного струменю 350 м/с Маса заряду рідини 7,5 кг Маса порохового заряду 0,140 кг Довжина ствола 1020 мм Внутрішній діаметр стовбура 102 мм Зовнішній діаметр стовбура 132 мм Маса стовбура 45 кг Імпульс струменя 2000 Нс Тривалість пострілу 8 мс Швидкість віддачі стовбура при пострілі 40 м/с Сила віддачі при пострілі 2,5·105 Н Для практичного застосування установки для гасіння факелів і локалізованих пожеж нами запропоновано змонтувати технічне обладнання у залежності від комплектності на базі шасі автомобіля УАЗ-3151 В або ЗІЛ-131Н. Ескіз установки з габаритними розмірами наведено на рис. 11, та технічні данні (табл.

3). В даному варіанті установка зроблена на базі автомобіля УАЗ-3151 В.

Рис. 11. Установка для гасіння факелів на базі шасі автомобіля УАЗ-3151 В

36

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Таблиця 3 –Технічні данні автомобіля УАЗ-3151 Модифікація Паливо Швидкість КПП 3151 А-76 та вище 110 км/год. МКПП 4 Потужність 90 Л.С Робочий об'єм 2450 см3 Макс. швидкість км/год. Розгін до 100 км/год. Секунди Тип палива А-76

Рік 2005

Автомобіль УАЗ 3151 був обраний, як найбільш оптимальний варіант умов для міського і приміського типу руху. Невеликі габаритні розміри у поєднанні з хорошою прохідністю дозволяють йому оперативно і швидко дістатися до заданої точки. ЗІЛ-131Н – автомобіль підвищеної прохідності. Ця вантажівка (рис. 12), що відрізняється своєю підвищеною прохідністю, був обраний мною в силу наступних фактів: 1) Автомобіль спроектований на базі сімейства вантажівок ЗІЛ-130.

2) ЗІЛ 131Н випускався, як автомобіль для перевезення ракет, і розроблявся спеціально для зенітно-ракетний військ.

3) Шасі ЗІЛ 131Н було розроблено таким чином, щоб на нього можна було встановити спецобладнання, таке як цистерну, паливозаправники і маслозаправники. Така можливість модернізації не залишилася не поміченою, з часів минулого століття і донині, ми можемо спостерігати ЗІЛ-131Н серед машин пожежної служби, аварійної та багатьох інших (табл. 4).

Рис. 12. – Установка для гасіння факелів на базі шасі автомобіля ЗІЛ-131Н

37

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Таблиця 4. – технічні характеристики ЗІЛ-131Н Колісна формула Споряджена маса: без лебідки с лебідкою Повна маса: без лебідки с лебідкою Вантажопідйомність: по ґрунту Допустима маса причепа: по дорогам по ґрунту Дорожній просвіт: Під передньою віссю Під задньою віссю Підвіска: Передня Задня Витрата палива на 100 км і швидкістю 60 км/год. Запас ходу Радіус розвороту Гальмівний шлях з швидкості 50 км/год. Трансмісія: Зчеплення коробка передач

6х6 6135 кг 6400 кг 10 185 кг 11 925 кг 3500 кг 6500 кг 4000 кг 330 мм 355 мм ресорна балансирна ресорна 35 л 850 км 10,8 м 29 м

привід задніх мостів розмір шин

однодискове, сухе механічна, 5-ступінчаста (синхронізатори 2-3 і 4-5) 2-х ступінчаста (2,08:1 і 1:1) подвійна пара конічних і пари циліндричних шестерень (7,339:1) послідовний, прохідний 12,00-20"

Прохідність: Подоланий брід, м Подоланий підйом, град.

1,4 30

роздавальна коробка головна передача

Двигун: карбюраторний, чотиритактний, 8-ми циліндровий, V-подібний верхньоклапанний, рідинного охолодження Діаметр циліндра, мм 100,0 хід поршня, мм 95,0 Робочий об'єм, л 6,0 Ступінь стиснення 6,5 Потужність двигуна, к.с. (кВт) 148 (108,9) при 3000 об/хв. (з обмежувачем числа обертів) крутний момент, кГс*м (Нм) 41,0 (410) при 1600-1800 об/хв.

38

90°,

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Висновки 1. Наведено методи гасіння смолоскипів. Найбільш економічно вигідний і простіший – метод гасіння суцільними струменями води з лафетних стволів. Однак, ряд недоліків при використанні цього методу, а саме – відносно невелика відстань до полум'я факелу, вимагає більш вдосконалювати цей метод.

2. Наведено зразки сучасних пожежних машин як українського так і зарубіжного виробництва: зі стаціонарними лафетними стволами; газоводневого гасіння; імпульсної доставки вогнегасної речовини. У роботі також проаналізовано суттєві недоліки кожного виду з вищевказаного обладнання.

3. Аналізуючи механізм взаємодії імпульсного струменя рідини високої швидкості було визначено основні гідродинамічні параметри порохового імпульсного водомету для гасіння газових факелів і локалізованих пожеж та розроблено ескіз ІВ.

4. Визначено конструкцію порохового ІВ для гасіння факелів, розраховано його тактико-технічні параметри. Підібрано загальноприйнятий стандартний для цієї установки діаметр ствола (калібр) 102 мм, довжина ствола 900 мм. Це дозволяє використовувати, в економічному сенсі, більш стандартні, а значить і більш дешеві заготовки і витратні матеріали.

5. Визначено тактико-технічні параметри установки для гасіння факелів і компактних пожеж за допомогою імпульсних струменів рідини високої швидкості. Виконано передпроектне пророблення установки, складено ескіз із зазначенням габаритних розмірів. Наведено технічні характеристики базових автомобілів до яких відносяться УАЗ-3151 В та ЗІЛ-131Н – автомобіль підвищеної прохідності, які характеризуються своєю надійністю та прохідністю. Список використаної літератури 1. Физические величины: Справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под. ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

2. Вервейко В. Н. Анализ применимости уравнений Тэйта к различным классам веществ в конденсированном состоянии / В. Н. Вервейко, М. В. Вервейко, Ю. Ф. Мелихов // Ученые записки. Электронный научный журнал Курского государственного университета. – Курск, 2006. – №1. http://scientific-notes.ru.

3. Cooley W. C. Development and Testing of a Water Cannon for Tunnelling / W. C. Cooley, W. N. Lucke // Proc. 2nd International Symposium on Jet Cutting Technology. – Cambridge (England). – 1974. – Paper J3.

4. Кавитационный эффект в экспоненциальном струйном насадке / Б. В. Войцеховский, Ю. А. Дудин, Ю. А. Николаев и др. // Динамика сплошной среды. – Новосибирск: ИГД СО АН СССР. – 1971. – Вып. 9. – C. 7-11.

5. Решетняк В. В. Применение метода Родионова для расчета квазиодномерных движений идеальной сжимаемой жидкости» / В. В. Решетняк, А. Н. Семко // Прикладная гидромеханика. – 2009. – Т. 9 (81), №3. – С. 56-64.

6. Решетняк В. В. Оптимизация параметров гидропушки: Дис. канд.т.н.: 01.02.05. Донецк: ДонНУ, 2010. – 167 с.

7. Тихомиров P.A. Гидрорезание судостроительных материалов / P.A. Тихомиров, В.Ф. Бабанин, E.H. Петухов и др. – Л.: Судостроение, 1987. – 200 с.

8. Барзов А.А. Полифункциональные возможности ультраструйной технологии обработки материалов и жидкостей / А.А. Барзов, А.Л. Галиновский // Уфа: УГАТУ, 2009 – Т.12, № 4 (33). – С. 116 – 120.

9. Абашин М.И. Численное моделирование гидрофизических процессов в зоне ударнодинамического взаимодействия ультраструи жидкости с твердотельной мишенью /

39

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

М.И. Абашин, А.А. Барзов, А.Л. Галиновский и др. // Препринт. - Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 2011 г. – 36 с.

10. Атанов Г.А. Пороховая гидропушка широкого спектра действия / Г.А. Атанов, Э.С. Гескин, А.В. Ковалев, А.Н. Семко // Прикладная гидромеханика. - 2004. - Т. 6 (78). № 3. - С. 3 -9.

11. Повх И.Л. Техническая гидромеханика / Повх И.Л. – М.: Машиностроение, 1976. – 504 с.

12. Семко А. Н. Внутренняя баллистика порохового водомета и гидропушки // Теорет. и прикл. механика. – Харьков: Основа, - 2002. - Вып. 35. – С. 181 - 185.

13. Semko A. Internal ballistics of a powder impulsive water device // Proc. 14th International Conference on Jetting Technology / Edited by H. Louis, 1998, Belgium, Brugge, 21-23 September, BHR Group Conference Series Publication No. 32. - P. 195 - 202.

14. Черный А.А. Теоретические предпосылки разработки эффективных газовых вагранок: уч. пособие / А.А. Черный – Пенза, 2008. – 39 с.

15. Теребнев В.В. Промышленные здания и сооружения / В.В. Теребнев, Н.С. Артемьев, Д.А. Корольченко и др. // Серия "Противопожарная защита и тушение пожаров", Кн.

2. – М.: Пожнаука, 2006. – 416 с.

16. Карпов В.Л. Пожаробезопасность регламентних и аварийных выбросов горючих газов. Часть 1. Предельные условия устойчивого горения и тушения диффузионных факелов в неподвижной атмосфере / В.Л. Карпов // Пожаровзрывобезопасность. – 1998. – №3. – С. 37-43.

17. Карпов В.Л. Пожаробезопасность регламентних и аварийных выбросов горючих газов. Часть 2. Предельные условия устойчивого горения и тушения диффузионных факелов в подвижной атмосфере / В.Л. Карпов // Пожаровзрывобезопасность. – 1998.

- №4. – С. 46-52.

18. Пат. 27155 України, МПК6 А 62 С 3/06, 31/02, 31/03, Е 21 В 35/00. Спосіб гасіння пожежі газового та нафтового фонтана та пристрій для його здійснення / Нода О.О., Свириденко М.Ф. та ін.; заявник та патентовласник Нода Олександр Олексійович. - № 96124654; заявл. 13.12.1996; опубл. 28.02.2000, Бюл. №1.

19. Watson A.J. IMPACT PRESSURE CHARACTERISTICS OF A WATER JET / A.J. Watson, F.T. Williams. R.G. Brade. // 6th International Symposium on Jet Cutting Technology 6-8, April, 1982 20. Полищук Е.С. Измерительные преобразователи / Е.С. Полищук – Киев.: «Выща школа», 1981. – 296 с.

21. Патент на корисну модель № 66434 «Установка для гасіння пожеж» / Ларін О.М., Семко О.М., Грицина І.М., Виноградов С.А. - МПК (2011.01). А62С 27/00. Номер заявки u 2011 03022. Дата подання заявки 15.03.2011. Дата публікації відомостей 10.0.1.2012, Бюл. №1.

22. Патент на корисну модель № 66434 «Спосіб гасіння газового факела» / Семко О.М., Безкровна М.В., Український Ю.Д., Виноградов С.А., Гріцина И.Н. - МПК (2013.01).

A62C 2/00. Номер заявки u 2012 12587. Дата подання заявки 05.11.2012.. Дата публікації відомостей 25.07.2013, Бюл. №14.

40

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

УДК 621-523.8 КОМБІНОВАНЕ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ Іншеков Є.М., Калинчик І.В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» Київ, Україна Анотація. Запропоновано комбіновану систему електропостачання підприємства хімічної промисловості. Виконано техніко-економічне обґрунтування та екологічний аналіз. Проведено аналіз викидів парникових газів, зокрема діоксину вуглецю, підприємства до та після введення додаткових потужностей міні-ГЕС та турбогенератора, що працює на відпрацьованій теплоті. Вироблено стратегію приєднання відновлюваних джерел до мережі підприємства з використанням електроенергії об’єднаної енергосистеми України як основного джерела. Ключові слова: електропостачання, комбінована енергосистема, відновлювальна енергетика, екологічний аналіз. Аннотация. Предложено комбинированную систему электроснабжения предприятия химической промышленности. Проведено технико-экономическое обоснование и экологический анализ. Проведен анализ выбросов парниковых газов, в частности диоксида углерода, предприятия до и после введения дополнительных мощностей мини-ГЭС и турбогенератора, работающего на отработанной теплоте. Разработана стратегия присоединения возобновляемых источников к сети предприятия с использованием электроэнергии объединенной энергосистемы Украины как основного источника. Ключевые слова: электроснабжение, комбинированная энергосистема, возобновляемая энергетика, экологический анализ.

Abstract. A combined electricity supply system for chemical enterprise is proposed. Feasibility study and ecological analysis were performed. Analysis of greenhouse gases emissions, particularly CO2, was conducted before and after implementation the additional capacities of mini-HES and turbine-generating set which works on the heat produced during technological process. A strategy for accession renewable energy sources to enterprise’s electricity network using electricity from the UPS of Ukraine as a basic supplier was designed.

Keywords: electricity supply, combined power system, renewable power generation, ecological analysis.

Вступ У світі спостерігається тенденція до сприяння зменшенню викидів парникових газів та зниження енергоємності ВВП держав. Окрім екологічних, енергетичних та економічних причин, використовуються юридичні договірні документи для такого стимулювання як на державному, так і на локальному рівні. Європейські держави стимулюють зниження викидів діоксину вуглецю в тому числі і за рахунок урізноманітнення джерел енергії відновлюваними. Директива 2001/77/ЄС Європейського Парламенту та Ради "Про створення сприятливих умов продажу електроенергії, виробленої з відновлюваних енергоджерел, на внутрішньому ринку електричної енергії" від 27.01.2001 р. [1] та директива Європейського Парламенту та Ради 2009/28/ЄС від 23.04.2009 р. про заохочення до використання енергії, виробленої з відновлюваних джерел [2], коригують введення відновлюваних джерел (ВДЕ) у енергобалансі ЄС. Україна ратифікувала ряд міжнародних договорів в тому числі Кіотський протокол. Відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України № 243 до 2015 р. [3] в Україні очікується зниження викидів забруднюючих речовин на 15-20%. Питання зменшення викидів діоксину вуглецю набуває більшої актуальності у зв’язку з підписанням Угодою мерів «Плану 20-20-20», згідно якого країни Євросоюзу (і ті, що прагнуть приєднатися) мають знизити викиди діоксину вуглецю на 20% до 2020 р. Україна має великий потенціал зменшення викидів саме за рахунок впровадження ВДЕ. Так у Оновленій стратегії показник впровадження ВДЕ становить 10 % від загальної генерованої потужності до 2030 р. Наразі країни ЄС вимагають від України показника у 22 %.

41

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Серед галузей промисловості найбільш забруднюючими вважаються металургія, гірничодобувна та хімічна промисловість. Зменшення викидів у промисловості можливе за рахунок або згортання виробництва, або використання менш забруднюючих технологій, або за рахунок зменшення енергоємності продукції підприємств. Останнє можливо досягти в тому числі і за рахунок диверсифікації джерел енергії шляхом впровадження комбінованих систем постачання на базі альтернативних джерел енергії. Це також відповідає державній цільовій програмі енергоефективності на 2010-2015 рр., затвердженій постановою КМУ від 01.03.2010р. № 243 [3]. Альтернативні джерела енергії дозволяють не тільки зменшити викиди, але й покращити надійність енергосистем. Часто відновлювана енергетика може конкурувати з традиційною за собівартістю одиниці енергії. Одним із найвагоміших важелів є діючі в Україні «зелені» тарифи, тобто тарифи, які стимулюють впровадження ВДЕ, зменшуючи термін окупності відновлюваних електростанцій [4]. Оцінюючи закордонний досвід, можна прийти до висновку, що введення ВДЕ доцільно не тільки з екологічних причин, але й з економічних та технічних. Тим не менш, для об’єктивної оцінки можливості впровадження ВДЕ та підключення необхідно враховувати еко-кліматичні обмеження регіону, де планується їхня побудова. Сьогодні в Україні постачання електроенергією загалом здійснюється від об’єднаної енергосистеми (ОЕС) України. Генерація здебільшого здійснюється атомними, тепловими та великими гідроелектростанціями. В останні роки широко впроваджуються установки, що працюють на біомасі, біогазі, а також малі ГЕС та сонячні панелі. Вони можуть встановлюватися як окремо для генерації, так і комбіновано з традиційною генерацією енергії. Сьогодні вартість електроенергії, виробленої на міні- та мікро-ГЕС є нижчою за об’єктивну вартість традиційної електроенергії. Вартість електроенергії, виробленої вітровими електростанціями (ВЕС), зрівнялася з собівартості електроенергії, генерованої на газотурбінних станціях з комбінованим циклом, що мають найвищі показники ефективності серед традиційних енергосистем. Фотовольтаїка залишається одним із найдорожчих ВДЕ. Установки на біогазі та біомасі знайшли свого споживача у агропромисловому комплексі, тваринництві та інших галузях з високим рівнем природних відходів. Собівартість електроенергії від традиційних джерел досить висока через зношеність обладнання та підвищення вартості паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР), використовуваних на електростанціях. Існує проблема нерівномірного розподілення вартості електроенергії через різноманітні дотації від держави енергетичному сектору. За відміни субсидіювання галузі тарифи виросли би у рази. Введення ВДЕ є можливим за властивостями та потенційними несучими потужностями мереж та їхньою розгалуженістю. У роботі синтезується комбінована система електропостачання підприємства та проводиться аналіз доцільності її впровадження з екологічної точки зору. Викладення основного матеріалу Підприємства хімічної промисловості забезпечуються централізовано від ОЕС України. За даними НЕК «Укренерго» хімічна та нафтохімічна промисловість спожила у 2011 р. 6248,5 млн. кВт·год, що становить 4,1 % від загального споживання (для порівняння у 2010 р. споживання склало 5328,2 млн. кВт·год, що відповідно складало 3,6 %). Питання можливості електрозабезпечення від альтернативних джерел на даний момент вивчено недостатньо. Ресурси для їхнього впровадження, потреби мережі та повноту вигоди неможливо об’єктивно оцінити. Розглянуте підприємство не продукує відходів для біогазової установки. Екокліматичні умови не сприяють встановленню геотермальних станцій, ВЕС та сонячних електростанцій (СЕС) [5]. Проаналізувавши технологічний процес вироблення аміаку, виявлено, що окрім електричної енергії підприємство споживає значну кількість газу (як енергоресурсу) і технологічної води. Втручання у технологічний процес не є доцільним за наявними даними. Підприємство здійснює водозабір насосами із річки, яка за своїми характеристиками напору і

42

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

витрат води має значний енергетичний потенціал. Річка є достатньо повноводною, що дозволяє використовувати її як енергоресурс протягом року. Під час технологічного процесу отримана теплота у вигляді пари тиском у 105 атм не виконує корисної роботи. Додаткова енергія витрачається на роботу компресорів та насосів, що працюють на охолодження. Використання тепла, що виділяється шляхом перетворення енергії відпрацьованої пари в електричну енергію, матиме енергозберігаючий ефект. Отже, при побудові комбінованої системи електропостачання хімічних підприємств доцільно розглядати окрім централізованого електропостачання побудову міні-ГЕС для забезпечення водопостачання і установку турбогенератора, який буде працювати на теплоті, що виділяється в результаті технологічного процесу. Таким чином, енергосистема хімічного підприємства може бути посилена введенням комбінованої системи електропостачання на базі наступних елементів: ОЕС України, турбогенератор та міні-ГЕС. Розроблена схема електропостачання підприємства включає можливість отримання електричної енергії протягом доби від різних джерел живлення. Елементи даної комбінованої електроенергетичної системи (КЕЕС) працюють у паралельному режимі (рис. 1).

Енергосистема

Міні-ГЕС

Турбогенератор

СПОЖИВАЧІ Рис. 1. Схема комбінованої електроенергетичної системи підприємства Технологічний процес вироблення аміаку споживає значну кількість технічної води. Подача води здійснюється безперервно. На діючому підприємстві водовідвід здійснюється безперервно із водозбірників насосами загальною потужністю Р = 600 кВт. Водозбірники розраховані на трьохдобовий злив води. Враховуючи трьохзонні тарифи диференційовані за зонами доби, економічно обґрунтованим є встановлення трьох насосів в додаток до уже функціонуючих для досягнення сумарної потужності 2163 кВт та ввімкнення їх на нічну роботу. Попередня встановлена потужність генерації міні-ГЕС складає 600 кВт. Потужність турбогенератора, який працює теплоті, що виділяється в результаті технологічного процесу складає 12 500 кВт. При недостатній кількості пари, що утворюється в результаті технологічного процесу, для забезпечення роботи турбогенератора може використовуватись пара власної котельні, що приводить до деяких витрат природного газу. Режим роботи комбінованої системи електропостачання – цілодобовий. Математична модель КЕЕС матиме наступний вигляд. Елементи КЕЕС, та їх позначення: i – елемент системи: і =1 - об’єднана енергосистема України,

43

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

і =2 - міні-ГЕС, і =3 - турбогенератор. У загальному випадку цільова функція математичної моделі має вигляд: N

V (T )   (e1  c1n  y1n  e2  c 2 n  y 2 n  e3  c3n  y 3n )  min ,

(1)

n 1

де еі – коефіцієнт, що враховуватиме, наприклад, екологічність установки та лежить в межах від 0 до 1; сі – питома вартість одиниці електричної енергії від і-го елемента; yi(t) – кількість одиниць електричної енергії отриманої від і-го елемента; nі – конструктивні параметри і-го елемента; ki – коефіцієнт корисної дії процесу перетворення енергії джерела в електричну енергію і-го елемента. Екологічність установок можна оцінювати за різними показниками. В даній роботі в коефіцієнті екологічності розглядаються викиди діоксину вуглецю на одиницю енергії, виробленої установкою. Викиди генеруючих потужностей ОЕС України складають в середньому 450 кг/МВт·год СО2. Турбогенератор працює на парі, отриманій від технологічного процесу, який забезпечується електроенергією від ОЕС України. Тим не менш, у зимовий період нестача пари компенсується парою з власної котельної. Отже, частково генерація буде сприяти викидам у розмірі 450 кг/МВт·год СО2. Викиди діоксину вуглецю від малих ГЕС в середньому становлять 5-25 кг/МВт·год. Якщо прийняти е1=1 для ОЕС України з показником у 450 кг/МВт·год СО2, то коефіцієнт екологічності малих ГЕС становитиме е2=0.011-0.056. Для опису виходу для елементу і=1, а саме енергосистеми, використаємо рівняння: T

y1 (t )   S (t )  y 2 (t )  y3 (t )dt .

(2)

t0

Хімічні підприємства мають безперервний цикл роботи, тому вони використовують тарифи на електроенергію, диференційовані за зонами доби. Розглянемо складові оцінки вартості електричної енергії отриманої від і-го елемента: - об’єднаної енергосистеми України: c  k нп , для t  Tнп  (3) с1 (t )   c  k п , для t  Tп ,  c  k , для t  T н н  де с – тарифна ставка на електроенергію від об’єднаної енергосистеми, kп, kнп, kн – тарифні коефіцієнти одноставочного трьохзонного тарифу в часових зонах відповідно піковій Tп, напівпіковій Tнп та нічній Tн.

- установок, використовуючих безкоштовні джерела енергії, міні-ГЕС і турбогенератор, який працює на теплоті, що виділяється в результаті технологічного процесу: ci = cу.і. + сд.о.і. + со.і.(t), (4) де су.і - питома вартість установки; сд.о.і - питома вартість додаткового обладнання; со.і - питома вартість обслуговування установки та додаткового обладнання. При недостатній кількості пари, що утворюється в результаті технологічного процесу, для забезпечення роботи турбогенератора може використовуватись пара власної котельні, що приводить до деяких витрат природного газу. Тоді вартість електроенергії від турбогенератора буде визначатись: ci  c у.і  сд.о.і  со.і (t )  cпал.і (t ) , (5)

44

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

де спал.і(t) – питома вартість додаткового палива для забезпечення роботи турбогенератора. Для побудови математичної моделі допускаємо, що відоме прогнозне значення електроспоживання – S(t). Розв'язування задач такого типу у загальному вигляді невідоме, тому отриману модель слід перетворити до виду, прийнятного для використання відомих методів, алгоритмів, програм. Скористаємося адитивною властивістю інтеграла T



f (t ) dt 

tm

M



m 1 t m 1

t0

f (t ) dt 

M



m 1

M

f m  (t m  t m 1 )   f m   t .

(6)

m 1

Таким чином, якщо інтервал функціонування системи розбити на рівні частини тривалістю Δt (у свою чергу, таку тривалість легко звести до "одиничної", Δt = 1, вважаючи "одиницею" рік, квартал, місяць, тиждень, день, годину, тощо) та здійснити апроксимацію функцій їх усередненими значеннями на проміжках поділу, то сформовану вище математичну модель можна подати у вигляді: N

V (T )   (e1  c1n  y1n  e2  c 2 n  y 2 n  e3  c3n  y 3n )  min ,

(7)

y1n  S n  y 2 n  y 2 n ,

(8) (9)

n 1

Sn - y2n - y3n - y3n - y3n ≥ 0.. З урахуванням конструктивних особливостей ni та коефіцієнту корисної дії ki запишемо y2n = k2 ·x2n· n2 · a2n, , y3n = k3 ·x3n· n3 · a3n, ,

(10) (11)

Тоді цільова функція буде представлена у виді N

V (T )   ((e1  c1n  S n  e2  (c у 2  cд 2 n  cо 2  c1n )  k 2  x 2 n  n2  a 2 n  n 1

(12)

 e1 (c у 3  cд3n  co 3  c пал 3  c1n )  k 3  x3n  n3  a3n )  min З обмеженнями: S n  k 2  x2 n  n2  a 2 n  k 3  x3n  n3  a3n  0 .

(13)

Дана математична модель забезпечує мінімізацію викидів діоксину вуглецю при виробленні електроенергії комбінованою енергосистемою з урахуванням затрат на генерацію. За допомогою коефіцієнтів ми можемо ввести такі додаткові критерії оптимізації та розширити розглянуті екологічні параметри. Повна потужність підприємства складає приблизно 70 МВт. На рис. 2 показано графік навантажень комбінованої енергосистеми для підстанції хімічного підприємства, до якої можуть бути підключені альтернативні джерела енергії. При введені в експлуатацію КЕЕС, як уже було вказано раніше, спостерігатиметься зменшення викидів СО2 за рахунок зниження пікових навантажень підприємства, що приводить до пропорційного зменшення генеруючої потужності в об’єднаній енергосистемі України. Враховуючи, що на 1 кВт•год викиди СО2 складають 450 грам, то для нашого випадку (зниження пікової потужності на 600 кВт) зменшення викидів в рік може скласти 2487 т. У випадку впровадження комбінованої енергетичної системи з сумарною потужністю альтернативних джерел енергії 13 100 кВт і річним виробленням енергії без додаткових джерел енергії для зимового періоду 114 756 918 040,8 МВт•год зменшення викидів СО2 може скласти 541 640 312 т.

45

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

25000

Навантаження, кВт

20000

15000

10000

5000

0 1

2

3

4

5

6

7

8

Енергосистема

9

10

11

12

13

Час,год Турбогенератор

14 15

16

17

18

19

20 21

22

23

24

Міні-ГЕС

Рис. 2. Графік навантаження комбінованої електроенергетичної системи Проаналізуємо співвідношення часток вироблення електричної енергії різними елементами КЕЕС для різних сезонів (зима – літо). Споживання електроенергії в зимовий період на 15% більше ніж в літній період. Видно, що частка спожитої електроенергії від альтернативних джерел енергії влітку більша на 3% і складає 22%. Проте взимку для забезпечення роботи турбогенератора можуть появитись додаткові витрати газу так як частина теплової енергії технологічного процесу витрачається на потреби підприємства. Співвідношення часток вироблення електричної енергії різними елементами КЕЕС для різних сезонів (зима – літо) представлено у вигляді кругових діаграм на рис. 3. Зима

Турбогенератор 18%

Літо

Міні-ГЕС 1%

Енергосистема; 81%

Турбогератор 21%

Міні-ГЕС 1%

Енергосистема 78%

Рис. 3. Діаграма відсоткових співвідношень електроспоживання від джерел КЕЕС Розрахунковий режим роботи альтернативних джерел цілодобовий. Проте найбільший ефект від їхнього використання досягається в години максимального навантаження ОЕС. Окрім економічного ефекту, ми отримуємо стійкий сумарний екологічний вплив.

46

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Висновки 1. Проведений аналіз показав, що вартість електричної енергії, виробленої альтернативними джерелами енергії знаходиться на одному рівні з традиційними електростанціями.

2. Аналіз технологічного процесу показав, що при побудові комбінованої системи електропостачання хімічних підприємств доцільно розглядати окрім централізованого електропостачання побудову міні-ГЕС для забезпечення водопостачання і установку турбогенератора, який буде працювати на теплоті, що виділяється в результаті технологічного процесу.

3. Розроблена математична модель, яка забезпечує мінімізацію викидів діоксину вуглецю при виробленні електроенергії комбінованою енергосистемою з урахуванням затрат.

4. Проведені експериментальні дослідження показали високу ефективність комбінованої електроенергетичної системи, яка дозволяє як знизити затрати на електропостачання, так і зменшити викиди СО2 в атмосферу. Література 1. Директива 2001/77/ЄС Європейського Парламенту та Ради "Про створення сприятливих умов продажу електроенергії, виробленої з відновлюваних енергоджерел, на внутрішньому ринку електричної енергії" від 27.01.2001 р.

2. Директива 2009/28/ЄС Європейського Парламенту та Ради від 23.04.2009 р.

3. Постанова Кабінету Міністрів України № 243 до 2015 р.

4. Енергоефективність та відновлювані джерела енергії / С.М. Бевз [та ін.]; під заг. ред. А. К. Шидловського: - НАН України, Підприємство "Укренергозбереження". - К.: Українські енциклопедичні знання, 2007. - 560 с. - ISBN 978-8578-08-3 5. Денисюк С.П. Принципи побудови автономних систем енергопостачання на базі нетрадиційних джерел енергії / Денисюк С.П. - Новітні технології в сфері нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії, №2. - К.: Державний комітет з енергозбереження України, НАН України, АТ "Укренергозбереження". - 1999. - С.39-42.

6. К. Лі. Диверсифікація та локалізація енергетичних систем для сталого розвитку та енергетичної безпеки. - Energy Policy, т.3, № 17, -2005. С. 2237-2243.

47

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

УДК 537.84:669.001:519.63 ОСОБЕННОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОДОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ Казак О.В., Владыкина Н.Н. Донецкий национальный университет Донецк, Украина Аннотация. В работе приведен анализ технических особенностей внедрения экологически безопасных печей постоянного тока с подовым электродом. Проведено численное моделирование процессов, протекающих в печи. В ходе работы показано, что основной причиной, препятствующей дальнейшему распространению печей этого типа, является повышенный износ футеровки в области подового электрода, обусловленный интенсивными потоками расплава металла под действием электровихревых течений. Ключевые слова: дуговая электросталеплавильная печь, подовый электрод, электровихревые течения, износ футеровки.

Введение В настоящее время в связи с обострением экологических проблем возникла актуальная задача разработки и внедрения экологически безопасных металлургических агрегатов для выплавки стали. Наиболее перспективным в этом направлении являются дуговые сталеплавильные печи постоянного тока с подовым электродом. Эти печи зарекомендовали себя как экологически безопасные и экономически более выгодные в сравнении с другими металлургическими агрегатами для выплавки стали, в частности в сравнении с дуговыми печами переменного тока. На сегодняшний день дуговые печи постоянного тока составляют около 70% от общего количества электросталеплавильных печей. Дальнейшему распространению дуговых сталеплавильных печей постоянного тока с подовым электродом препятствует низкая надежность подового электрода и футеровки в его окрестности. Следует отметить, что, несмотря на значительные успехи последних лет в изучении тепловых и гидродинамических процессов в электрометаллургии, достигнутых благодаря численным экспериментам, задача корректного описания поведения электровихревых течений даже в упрощенных лабораторных условиях далека от своего решения. Это вызвано главным образом отсутствием необходимого количества надежных опытных данных по турбулентной структуре электровихревых течений, что обусловлено существенными, в ряде случаев непреодолимыми трудностями, с которыми сталкиваются экспериментаторы при использовании в этих условиях традиционных (термометрический, кондукционный, ультразвуковой и др.) методов исследования турбулентности. Электровихревые течения широко распространены в технологических и природных процессах. Наряду с возрастающим теоретическим интересом к электровихревым течениям большинство работ посвящено их практическому использованию. Несмотря на это, существует ограниченное количество работ, в которых систематизированы и достаточно полно освещены все аспекты прикладного значения электровихревых процессов. Место печей постоянного тока с подовым электродом в металлургии ЭВТ вызывают интерес во всех электросталеплавильных установках [13, 18, 21, 2931]. Большое количество первоначальных работ по ЭВТ с учетом тепловой конвекции относится к технологии электрошлакового переплава [16, 27, 34]. Задачи по изучению структуры ЭВТ возникают при исследовании процессов в электролизерах, которые усложняются химическими реакциями [8, 15]. Особый интерес ЭВТ вызывают в электросталеплавильных печах различной конструкции, которые получили большое распространение в металлургии [19, 20, 22, 23, 25, 32].

48

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

В настоящее время в развитии металлургического производства появилась устойчивая мировая тенденция ликвидации мартеновского производства стали [24, 28, 33]. Электрометаллургия рассматривается как наиболее эффективная и гибкая технология получения металлов широкого назначения [24]. Все это обуславливается целым рядом преимуществ использования электросталеплавильных печей: малые капиталовложения, технологическая и организационная гибкость, возможность полного исключения вредных экологических воздействий и многое другое. На рис. 1 приведены общие схемы наиболее распространенных электросталеплавильных печей переменного и постоянного тока с подовым электродом [17]. Внутреннюю часть ванны выкладывают футеровкой, к материалу которой предъявляется особые требования, такие как высокая устойчивость к температурным и механическим воздействиям, отсутствие химических реакций с расплавом и др. в зависимости от конкретного назначения печи. Футеровка электропечи работает в условиях постоянного изменения температуры. Во время загрузки шихты, стены и подина печи охлаждаются, а при расплавлении шихты и в периоды окисления примесей и доведения металла до нужного состава футеровка нагревается. Во избежание растрескивания и скалывания футеровки, огнеупорный материал ее должен обладать достаточной термостойкостью. Также при выполнении огнеупорной кладки печи учитывают объемное расширение и сжатие материала. Расширение материала может привести к раздавливанию кладки, а уменьшение в объеме материала – к потере прочности кладки, поэтому при выполнении кладки создают технологические соединения между кладками огнеупорных кирпичей. При работе электрической печи футеровка подвергается химическому воздействию жидких шлаков, пылегазовой смеси и других негативных факторов. Кладку печей, работающих кислым процессом, изготовляют из динаса и кварцевого песка, а кладку печей, выплавляющих сталь основным процессом, из магнезитового кирпича. Проблема повышенного износа футеровки в области подового электрода Управление электровихревыми течениями является наиболее перспективным направлением в теории ЭВТ. Однако, несмотря на то, что ЭВТ присутствуют в широком спектре технологических и природных процессов, существует ограниченное количество работ, посвященных изучению возможности управления ЭВТ. Наибольший интерес вызывают работы по управлению ЭВТ в электрометаллургических печах, в частности электрометаллургических печах постоянного тока с подовым электродом. В таких печах ЭВТ носят как положительный, так и отрицательный характер. Электровихревое перемешивание металла, возникающее вследствие неравномерного распределения плотности тока в области токоподводящих электродов, положительно сказывается на равномерном распределении химического состава приготовляемого металла и выравнивании его температуры. По мнению большинства экспертов, вихревое движение металла оказывает негативное воздействие, размывая подовый электрод и футеровку в его окрестности, что снижает продолжительность работы печи между капитальными ремонтами и приводит к аварийной остановке печи и дорогостоящему ремонту. На данном этапе существует всего несколько общеизвестных способов управления ЭВТ в дуговых электросталеплавильных печах постоянного тока с подовым электродом. Наиболее распространенными из них являются:  увеличение площади поперечного сечения токоподводящего электрода с целью снижения неоднородности плотности тока, вызывающей ЭВТ;  попеременное подведение тока к нескольким подовым электродам с определенной частотой, что приводит к взаимодействию нескольких электровихревых потоков и снижению скорости движения расплава. Существуют и другие способы управления ЭВТ, среди которых можно отметить предложенный фирмой «Danieli» [5] метод снижения негативного воздействия ЭВТ путем уменьшения температуры подового электрода. Практическое использование такого метода 49

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

показало уменьшение анодной ямы, но потребовало более строгого температурного контроля подового электрода в электропечи для предотвращения прожога водного канала. В патенте [2] уменьшение воздействия ЭВТ на футеровку и подовый электрод предлагается осуществить путем охлаждения за счет эндотермического эффекта реакции крекинга гидрокарбонатов, смесь которых вдувается в ванну через специальные каналы. Информации об использовании этого метода на данный момент нет. Однако все эти методы управления технологически сложны в применении, а некоторые из них снижают общую интенсивность движения расплава по всему объему, что в свою очередь негативно сказывается на перемешивании металла, однородном распределении легирующих добавок и выравниванию температуры по объему расплава. Также на данный момент не существует общеизвестного численного критерия оценки влияния движущегося расплава на износ поверхности футеровки. Моделирование ЭВТ в дуговых печах постоянного тока с подовым электродом Основными элементами электросталеплавильной печи постоянного тока с подовым электродом являются: корпус с защитным слоем футеровки, ванна с расплавом металла, верхний и подовый электроды. Типовая схема такой печи разработки фирмы «Danieli» приведена на рис. 2 [7]. Основные характеристики такой печи: емкость печи – 100 т, диаметр печи – 5500 мм, максимальная глубина печи – 1100 мм, диаметр электродов – 500 мм, толщина футеровки – 650 мм, величина постоянного тока – 80-100 kА, максимальное напряжение – 500-1000 В, мощность – 40-100 МВт, полярность электродов – «+» на подовый электрод. В работе электродуговой печи постоянного тока с подовым электродом можно выделить несколько основных периодов:  нагрев и плавление шихты;  жидкий период, во время которого приготавливается сталь;  слив жидкого металла. Время жидкого периода колеблется от 15 до 60 % от общего времени плавки в зависимости от марки приготовляемой стали и исходного сырья [6, 9, 11, 12]. В жидкий период плавки металл полностью расплавлен, а разность температур по объему металла может колебаться в зависимости от режима работы печи. Так при включенной на полную мощность дуге температура изменяется от 3500 ˚C в зоне горящей дуги возле катода до 1650 ˚C в окрестности подового электрода и вдоль поверхности футеровки. Максимальные градиенты температуры на этом режиме наблюдаются в зоне горения дуги. На минимальных режимах работы дуги разность температур по объему не превышает 50 ˚C [32]. В сталеплавильной печи наблюдается как термоэлектрические, так и гальваномагнитные эффекты. Термоэлектрические эффекты представляют совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью тепловых и электрических процессов в металлах и полупроводниках. К этим эффектам относятся эффект Зеебека, Пельтье и Томсона. В некоторой степени все эти эффекты одинаковы, поскольку причина всех термоэлектрических явлений – нарушение теплового равновесия в потоке носителей. Эффект Зеебека для соединений меди и железа в местах контакта электродов с расплавом составит 24 106 В/град, что ничтожно мало в сравнении с током проводимости. Эффект Пельтье для контактов электродов составит 22 Дж, что много меньше тепла выделяемого по закону Джоуля-Ленца. Эффект Томсона составит 84 Дж/с, что также ничтожно мало в сравнении с джоулевым теплом. Для оценки эффектов все данные о расплаве и электродах были взяты из источника [26]. Гальваномагнитные эффекты представляют совокупность эффектов, связанных с воздействием магнитного поля на электрические свойства проводников (металлов и полупроводников), по которым течёт ток. Наиболее существенны гальваномагнитные эффекты в магнитном поле, которое направленно перпендикулярно току.

50

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

К гальваномагнитным эффектам относятся: эффект Холла, магнетосопротивление, эффект Эттингсгаузена, гигантское магнитное сопротивление. Расчеты показали, что перечисленные эффекты оказывают ничтожно малое воздействие на протекающие процессы в печи и поэтому ими можно пренебречь. Оценим некоторые характеристики ЭВТ в промышленной дуговой печи в жидкий период. Характерная скорость движения расплава, обусловленная электровихревыми силами, может быть оценена как v0  j0 L  0   0,3 м/с [14]. Число Грасгофа, характеризующее относительную интенсивность конвективных потоков, существенно зависит от разности температур, и для электровихревых течений в печи в разные периоды колеблется от Gr  TgL v0 2  102  T  102  1850  18,5  1 (при максимальной мощности дуги) до Gr  0,5  1 (при минимальной мощности дуги), что соответствует существенному и незначительному вкладу конвекции в общий характер движения [14]. Согласно этим оценкам на режимах работы печи с большой мощностью необходимо учитывать конвективные потоки, а при работе на малой мощности ими можно пренебречь. Относительная мощность джоулева тепла в сравнении с теплом, которое выделяется j02 L электрической дугой, невелика и составляет Q   10  3  1 , что соответствует cv0 T значительному преобладанию тепла от электрической дуги над джоулевым теплом. Тепловое число Пекле, характеризующее относительную роль конвективного переноса тепла в сравнении с его переносом за счет молекулярной теплопроводности Pe  v0 L   10 5  1 , что обозначает преобладание молекулярного теплопереноса над конвективным. Магнитное число Рейнольдса входит в уравнение магнитной индукции. При малых магнитных числах Рейнольдса, как в рассматриваемой задаче ( Re m   0v0 L  0,4  1 ), движение проводящего расплава не сказывается на параметрах магнитного поля. Поэтому магнитное поле можно рассчитывать без учета закона электромагнитной индукции Фарадея. По предварительным оценкам число Рейнольдса при движении расплава в печи составляет величину порядка Re  v0 L  106, что соответствует развитому турбулентному движению. Учитывая анализ известных решений и расчеты, проведенные для лабораторной установки, движение расплава описывалось в рамках k   модели турбулентности. Процессы в печи при выплавке металла нестационарные. Однако они протекают достаточно медленно и с хорошей точностью могут описываться в стационарной постановке. Для стационарных процессов система уравнений магнитной гидродинамики, описывающих турбулентное движение расплава металла в печи, имеет вид: уравнение Навье-Стокса













v  v     pI    T  v  v T  2 3  v I  g  j  B ; 











(1)

уравнение неразрывности

   v   0 ;

(2)

уравнения k   модели турбулентности





v  k      

T k

    k   T Pv    2 k   v   ;    3   

(3)

51

LCOI-Reviews, 2013, No. 16





v        

T 

где

 Pv   уравнения Максвелла

   C 1     2 k    C 2  2      P ( v )    ;   v     T   k  3     k   

 C  k 2 2  v 2   ,  ; T    3 v  v T  v

     B  0 j ,   B  0 ;     E  0 ,   E  e  0 ;

обобщенный закон Ома для движущейся среды     j  E vB ;



закон сохранения заряда



(4)

(5)

(6) (7)

(8)

  j  0;

(9)

C p v  T    ((a  aT )T )  j 2  .

(10)

уравнение теплопроводности

  Здесь v ,  и p – скорость, плотность и давление жидкости; I – единичный тензор, g   – ускорение свободного падения; j – плотность тока; B – индукция магнитного поля;  – коэффициент динамической вязкости расплава; T – турбулентная вязкость; C 1 , C 2 , C  – константы модели турбулентности; k ,  – параметры модели турбулентности;  – удельная  проводимость среды; E – напряженность электрического поля, T – температура, a – коэффициент теплопроводности, aT – турбулентный коэффициент теплопроводности, j 2  – мощность джоулевых источников тепла, C p – удельная теплоемкость расплава. В   уравнении (4.1) учтены силы:  pI – давления,   (  T )(u  (u )T ) – вязкого трения,    g – тяжести, j  B – электромагнитная сила Лоренца. Рассматриваемая задача не имеет аналитического решения и поэтому решается численно. По результатам анализа численных методов и предварительных расчетов, были выбраны методы конечных элементов и конечных объемов [10] и их программная реализация в пакетах прикладных программ ANSYS Multiphysics [1], ANSYS CFX [3] и COMSOL [4]. Задача относится к классу мультифизических и стратегия решения такой задачи состоит из следующих этапов: 1-й этап – моделирование электромагнитных полей; 2-й этап – моделирование тепловых процессов; 3-й этап – моделирование электровихревых течений с учетом теплообмена и конвекции. Такая последовательность расчета обусловлена особенностями решения задач мультифизики в рамках стандартных пакетов программ, которое проводится методом итераций. На 1-ом этапе результатом моделирования электромагнитных полей являются значения силы Лоренца и других электромагнитных параметров, а также количества джоулева тепла, полученные для каждой узловой точки по объему расплава.

52

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

На 2-м этапе определяется температура расплава в каждой расчетной точке по заданным граничным условиям и мощности источников джоулева тепла, полученных на первом этапе. На 3-м этапе рассчитывается поле скоростей и давлений расплава с учетом силы Лоренца и конвекции. На этом заканчивается текущая итерация и проводится следующая итерация, в которой на 1-ом и 2-ом этапах учитывается поле скоростей, полученное при расчете на 3-м этапе предыдущей итерации. Расчет проводится до тех пор, пока итерации не сойдутся с заданной точностью. Однако существуют различия в реализации алгоритма в различных пакетах программ. Так в ANSYS Multiphysics рассчитывается 1-й этап алгоритма методом конечных элементов, затем результаты расчета передаются в ANSYS CFX, где реализуются 2-й и 3-й этапы расчета методом конечных объемов. В пакете COMSOL расчеты для всех трех этапов проводятся методом конечных элементов на одной расчетной сетке поэтапно до сходимости результатов. Для моделирования процессов, протекающих в объеме расплава, за основу возьмем параметры промышленной дуговой сталеплавильной печи постоянного тока с подовым электродом, приведенные на рис. 3, а также геометрические размеры печи в миллиметрах, изображенной на рис. 3. Здесь 1 – футеровка, 2 – расплав металла, 3 – электроды, 4 – окружающая среда (воздух). Расчетная область в силу осевой симметрии задачи составляет половину реальной области. Расчеты проводились при следующих граничных условиях, которые ставились на границах B1 – B9, изображенных на рис. 3 и приведены в таблице № 1. На всех границах расплава используется граничное условие прилипания для задачи гидродинамики, даже на поверхности расплава (граница B8), где находится шлак, вязкость которого значительно больше вязкости расплава. Для всех типов анализа на оси симметрии расчетной области ставились условия осевой симметрии. При моделировании использовались следующие физические данные для расплава, электродов и футеровки: – удельная проводимость жидкого железа принята постоянной, равной значению 1 = 0,712·106 (Омм)-1 при температуре 1750С, т.к. слабо зависит от температуры и в интервале 1550-2730 ˚С; – удельная проводимость электродов 2 = 0,2·106 (Омм)-1; – относительная магнитная проницаемость железа и электродов  = 1; – относительная магнитная проницаемость среды  = 1; – относительная диэлектрическая проницаемость среды  = 1; – удельная теплоемкость стали слабо зависит от температуры и при температуре 1500-2000С составляет C p = 750 Дж/(кгК); – теплопроводность жидкой стали практически не зависит от температуры и в интервале температур 1500-2500 С и составляет а = 32 Вт/мК; – плотность и вязкость расплава считаются известными функциями температуры, которые заданы таблично [26]. В k   модели турбулентности были выбраны следующие константы C   0,09 ,

C 1  1,44 , Ck 2  1,92 ,  k  1,0 ,    1,3 . Расчеты проводились на различных сетках с использованием различных видов анализа. На каждом этапе решения создавалась своя расчетная сетка, задавались соответствующие типы анализа и граничные условия в соответствии с рис. 3 и таблицей № 1. На 1-м этапе моделирования в ANSYS Emag (электромагнитный анализ) использовалась стандартная расчетная сетка, размеры ячеек которой подбирались так, чтобы дальнейшее уменьшение их размеров не влияло на результаты расчетов. В областях с большими градиентами параметров размеры ячейки сетки уменьшались, а в областях с малыми градиентами – увеличивались.

53

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Расчетная сетка для моделирования гидродинамических и тепловых параметров создавалась отдельно с учетом перечисленных выше критериев. Расчетная область разбивалась на элементы неравномерно: в области подового электрода и на границах расплава, где большие градиенты всех параметров, элементы расположены густо и имеют небольшие размеры порядка 0,01 радиуса электрода. На остальных участках расчетной области, где градиенты параметров не столь существенны, элементы расположены реже и имеют размеры значительно больше (примерно в 10 раз). На рис. 4 приведено векторное и контурное поля силы Лоренца в области подового электрода, полученные в трехмерной постановке. На рис. 5 приведено поле модуля и вектора скорости, а также изолинии движения расплава без учета конвекции. Как видно из графика в расплаве возникает интенсивное вихревое движение. Вихрь образуется вблизи подового электрода. Поток расплава на оси симметрии восходящий. Достигая верхней границы объема расплава, он движется вдоль поверхности расплава, а затем устремляется вниз. Вблизи верхнего электрода виден вихрь в расплаве с противоположным направлением движения. Максимальная скорость вихревого движения наблюдается в центре печи на оси электродов и достигает 0,3 м/с. Скорость расплава у торца анода возле футеровки около 0,1 м/с. Сравнение результатов в плоской осесиметричной и объемной постановках показало несущественное различие в значениях всех электромагнитных характеристик и составило порядка 1-3 %. Однако время расчета в трехмерной постановке на порядок больше, чем в осесимметричной. Из этого следует, что проводить расчеты для данного типа печи на режимах без азимутального вращения целесообразно в плоской осесимметричной постановке. На следующем этапе были смоделированы тепловые процессы в расплаве металла в осесимметричной постановке в неизотермический период работы печи. На рис. 6 приведено поле температур в расплаве металла. Как видно из графика, максимальная температура локализована вблизи катода, где горит электрическая дуга, на расстоянии порядка радиуса электрода. В распределении температуры имеется радиальный градиент, который, как показано в [1], приводит к возникновению конвекции в электровихревых течениях. Причем направление циркуляции конвективного движения зависит от знака градиента температуры: при отрицательном градиенте ( T r  0 ) циркуляция происходит по часовой стрелке, а при положительном ( T r  0 ) – против часовой стрелки. В первом случае конвективное движение будет совпадать с электровихревым движением, и усиливать его, а во втором случае – ослаблять. На следующем этапе, согласно стратегии решения задачи, были смоделированы гидродинамические процессы в расплаве металла в осесимметричной постановке с учетом конвекции и силы Лоренца. На рис. 7 приведены поле модуля и вектора скорости, а также изолинии движения расплава. Как видно из графиков, в расплаве возникает интенсивное вихревое движение. Конвективное движение совпадает по направлению с электровихревым и усиливает его. Вихрь образуется в области подового электрода, как показано на рис. 7, и там имеет максимальную скорость. Поток расплава на оси симметрии восходящий и, достигая верхней границы объема расплава, устремляется вниз. Максимальная скорость вихревого движения наблюдается на оси электродов и достигает 0,5 м/с, что примерно в 1,5 раза больше скорости движения без конвекции. Скорость расплава у торца анода возле футеровки около 0,3 м/с. В области верхнего электрода виден небольшой вихрь с обратным направлением вращения, создаваемый неравномерным распределением плотности тока в области верхнего электрода. Как показали расчеты, при учете конвекции в движение вовлекается весь объем расплава и отсутствуют застойные зоны вблизи края ванны печи. Кроме того, уменьшился вихрь в области верхнего электрода. Основной вклад в вихревое движение расплава вносит электромагнитная сила Лоренца. Учет конвекции приводит к увеличению максимальной скорости вихревого движения расплава на 1/3 по сравнению со скоростью электровихревого движения только под действием силы Лоренца.

54

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Выводы Работа посвящена проблемам моделирования и управления электровихревых течений в дуговых электросталеплавильных печах постоянного тока с подовым электродом, которые в последнее время получили широкое распространение. Сделан существенный вклад в понимание процесса возникновения электровихревых течений и оценке его интенсивности. Практическое использование полученных результатов позволит снизить негативное воздействие электровихревых течений на защитный слой футеровки. Список использованной литературы: 1.

ANSYS: «Theory Reference. Electromagnetic Field Fundamentals. Ninth Edition» / ANSYS inc. // Release 9, Pittsburgh. – 2008. – 135 p.

Berger H., Mittag P., Steins J. Bottom electrode for a metallurgical vessel. Patent US 2.

5529598.

CFX: «11.0 USER MANUAL – Solver Modelling, Multiphase Flow Modelling»/ 3.

ANSYS CFX inc. // Release 11.0, Pittsburgh. – 2008. – 150 p.

COMSOL Multiphysics Version 3.5: «Modeling guide – COMSOL Multiphysics 4.

Modeling Guide» / COMSOL inc. // USA, Boston. – 2008. – 503 p.

G. Gensini, M. Pavlicevic. Cooled bottom electrode for a direct current electric 5. furnace. Patent US 5651024.

Henning B. DC furnace containment vessel design using computational fluid 6. dynamics / B. Henning, M. Shapiro, L.A. le Grange // Proceedings: Tenth International Ferroalloys Congress, INFACON X: «Transformation through Technology», 1-4 February 2004, Cape Town, South Africa. – 2004. – P. 565-574 Latest Technological Achievements / DANIELI inc. – [Электронный ресурс] – 7. Режим доступа: http://www.danieli.com/technology/Latest-Technological-Achievements Severo S. Modelling magnitohydrodaynamics of aluminum electrolysis calls with 8.

ANSYS and CFX / S. Severo, Andre F. Schneider, Elton C.V. Pinto, Vanderlei Gusberti, Vinko Potocnik // Light metals. – 2005. – P. 127- 138 Szekely J. Heat-transfer fluid flow and bath circulation in electricarc furnaces and dc 9. plasma furnaces / J. Szekely, J. McKelliget and M. Choudhary // Ironmaking and Steelmaking. – 1983. – Vol. 10, N 4. – P. 169-179 Trif D. Basics of fluid mechanics and introduction to computational fluid dynamics / 10.

D. Trif, T. Petrila. – Boston: Springer Science Business Media Inc. – 2005. – 438 p.

Ushio M. Mathematical modelling of flow field and heat transfer in high-current arc 11. discharge / M. Ushio, J. Szekely, and C.W. Chang // Ironmaking and Steelmaking. – 1981. – No. 6.

– P. 279-286.

Wang F. Numerical study of dc arc plasma and molten bath in dc electric arc furnace 12. / F. Wang, Z. Jin, Z. Zhu // Ironmaking and Steelmaking. – 2006. – Vol. 33, N 1. – P. 39-44 Бояревич В.В. Влияние продольного магнитного поля на движение среды при 13. электродуговом и электрошлаковом процессах / В.В. Бояревич, В.И.Шарамкин, Э.В.Щербинин // Магнитная гидродинамика. – 1977. – № 1. – С. 115-120 Бояревич В.В. Электровихревые течения / В.В. Бояревич, Я.Ж. Фрейберг, Е.И.

14. Шилова, Э.В.Щербинин. – Рига: Зинатне. – 1985. – 315 с. Будилов И.Н. Моделирование магнитно-гидродинамических процессов в 15. промышленных электролизерах в ANSYS / И.Н. Будилов, Ю.В. Лукащук УГАТУ (Уфа) // ANSYS Solutions. Русская редакция. Инженерно-технический журнал, Осень 2007. – С. 13-18. Жилин В.Г. Экспериментальное исследование поля скоростей в 16. осесимметричном течении в цилиндрическом контейнере / В.Г. Жилин, Э.В.Щербинин // Магнитная гидродинамика. – 1986. – № 3. – С. 110-116 Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: Учебник для вузов / 17. В.А. Кудрин. – М.:«Мир», ООО «Издательство ACT». – 2003. – 528 с.

55

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

18. Ласис У.А. О влиянии схемы токоподвода на МГД-течение в жидкой ванне вакуумного дугового переплава / У.А. Ласис, В.Н. Мошняга, Ю.В. Чернов, В.И. Шарамкин // Магнитная гидродинамика. – 1980. – № 2. – С. 127-130122 Линчевский Б.В. Металлургия чёрных металлов / Б.В. Линчевский, А.Л.

19. Соболевский, А.А. Кальменев. – М.: 1986. – 360 с. Макаров, А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. Текст. / А.Н.

20. Макаров. – Тверь: ТГТУ, 1998. – 184 с. Мошняга В.Н. Экспериментальное исследование электровихревого течения в 21. цилиндрической емкости / В.Н. Мошняга, В.И.Шарамкин // Магнитная гидродинамика. – 1980. – № 1. – С. 77-80 Поволоцкий Д.Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов / Д.Я.

22. Поволоцкий, В.Е. Рощин, Н.В. Мальков. – М.: Металлургия. – 1995. – 592 с. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи / А.Д. Свенчанский, 23. М.Я. Смелянский. – М.:1970. – 264 с. Смляренко В.Д. Электросталеплавильное производство в первом десятилетии 24.

XXI века / В.Д. Смляренко, Ф. Мюллер // Электрометаллургия. – 2004. – № 8. – С.2-6 Сойфер В.М. Дуговые печи в сталелитейном цехе / В.М. Сойфер, Л.Н.

25. Кузнецов. – М.: Металлургия. – 1989. – 176 с. Таблицы физических величин. Справочник. // Под ред. И.К. Кикоина. – М.: 26. Атомиздат. – 1976. – 1008 с. Тир Л.Л. Электромагнитные устройства для управления циркуляцией металла в 27. электропечах / Л.Л. Тир, М.Я. Столов. – М.: Металлургия. – 1991. – 280 с. Фукс Г. Опыт поэтапной реконструкции мартеновского цеха с переходом на 28. электросталеплавильное производство / Г. Фукс, Б. Пельц // Сталь. – 2002. – № 9 – С. 49-53 Шарамкин В.И. МГД-течения при подводе тока двумя параллельными 29. электродами / В.И. Шарамкин // Магнитная гидродинамика. – 1977. – № 4. – С. 121-125. Шарамкин В.И. Характер течений в ванне жидкого металла при вакуумном 30. дуговом переплаве / В.И. Шарамкин, Ю.В. Чернов // Сталь. – 1977. – № 8. – С. 713-714. Шарамкин В.И. Экспериментальное исследование влияния продольного 31. магнитного поля на давление при некоторых электрошлаковых процессах / В.И. Шарамкин // Магнитная гидродинамика. – 1977. – № 2. – С. 139-141. Ячиков И.М. Моделирование электромагнитных процессов в электродуговых 32. печах постоянного тока / И.М. Ячиков, О.И. Карандаева, Т.П. Ларина, И.В.Портнова. – Магнитогорск: МГТУ. – 2005. – 139 с. Ячиков И.М. Определение экономически оптимальной мощности 33. электродуговой печи / И.М. Ячиков, И.В. Портнова, А.Ф. Миляев // Новые программные средства для предприятий Урала.125 Вып. 2: Сб. тр. Регион. Научно.-техн. Конф. / Под ред. В.Д. Тутаровой. – Магнитогорск: МГТУ. – 2003. – С. 78-82 Ячиков Игорь Михайлович. Математическое моделирование электровихревых 34. течений и тепломассопереноса в токонесущих расплавах металлургических агрегатов: Дис. д.т.н. / Ячиков Игорь Михайлович. – Челябинск, 2009. – 363 с.

56

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Рис. 1. Схемы дуговых печей переменного а) и постоянного б) тока (1 – электроды; 2 – свод; 3 – рабочее окно; 4 – ванна; 5 – механизм наклона; 6 – сливной желоб; 7 – корпус; 8 – подовый электрод (анод) и система быстрой замены анода на ДСП постоянного тока)

500 650

5500

1100

Рис. 2. Промышленная дуговая электросталеплавильная печь постоянного тока с подовым электродом

57

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Рис. 3. Схема цилиндрической печи постоянного тока

Таблица № 1. Граничные условия для расчетной области Обозначение границы Электрические

/

B1

B2

B3

B4

B5

jn  0

j0

B6

j0

B7

B8

jn  0

j0

E 1  E 2 , D n1  D n2 , Bn1  Bn2 , B1  B 2

Магнитные Тепловые

-

-

-

-

-

Гидродинамические

-

-

-

-

-

Т2=1980 К

Т3 = 1900 К

 v 0

Рис. 4. Векторное и контурное поля силы Лоренца

58

B9

Т1=3300К

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Рис. 5. Поле модуля и вектора скорости и изолинии движения расплава без учета конвекции

Рис. 6. Контурное поле и изолинии распределения температур

Рис. 7. Поле модуля и вектора скорости и изолинии движения расплава с учетом конвекции

59

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ РАССОЛОДОБЫЧИ НА ТЕРРИТОРИИ Г. СЛАВЯНСКА Коюда А.Н. ДОГО «Природоохоронний Рух «Джерела» Славянск, Донецкая обл., Украина

Славянск - город областного значения в Донецкой области Украины. Расположен в северной части области на реке Казенный Торец (приток Северского Донца, бассейн реки.Дон). Население - на начало 2004 года 122,7 тыс. человек. Транспортный узел Донбасса, один из старейших грязелечебных курортных центров Украины. С 19 апреля 2011 года является курортом государственного значения. Здесь расположены уникальные комплекс солёные озёр карстового происхождения. Озёра обладают целебными свойствами и являются основой санаторно-курортной индустрии города. Самые крупные — озеро Слепное, озеро Рапное и Вейсово озеро. С 1975 года эти озёра находятся под охраной как гидрологические природные памятники общегосударственного значения. История добычи каменной соли (галита), неразрывно связана с возникновением и распространением процессов карстообразования. Под карстом, согласно определению Ф.П. Соваренского, понимают "... явления, связанные с деятельностью подземных вод выражающиеся в выщелачивании растворимых горных пород и образовании пустот, сопровождающихся часто провалами и оседаниями кровли и образований воронок, озер и других впадин на земной поверхности. По определению А.И. Дзенс-Литовского (1966 г.) "Соляной карст это совокупность геологических, гидрогеологических и гидрохимических процессов, вызываемых водой и атмосферой на соляных месторождениях. Под действием этих процессов создаются своеобразные карстовые формы и естественные рассолы. Несмотря на различную трактовку понятия “карст”, основой сущности карстового процесса в определенных природных условиях является растворение пород водой. Начало периода эксплуатации участка естественных рассолов по разным данным датируется срединой 16-го века это период появления первых солеваренных заводов. Вызывает интерес то обстоятельство, что с возникшей возможностью свободной доставки на внутренний рынок страны более дешевой крымской соли, производство Славянской (Торской) соли сократилось, вплоть до издания в 1782 году указа о прекращении выварки соли. В 20-е же годы 19 века в городе возобновилось солеварение на каменном угле из Лисичанска. К середине века тут было уже 12 частных солезаводов. Бурение первых скважин на естественные рассолы начато 1872-1874 г.г. по материалам исследований проф. С.И. Залесского. За период с 1872 по 1953 год на месторождении пробурена 81 скважина, добыча соли в период с 1881по 1896 год, т.е. за 15-ти летний период 4-мя скважинами составила 41 млн. пудов- 671580 тонн в год. С 1924 года послевоенное восстановление и пуск Содового завода по 1946 год, пуск Новосодового завода добыча рассолов достигла 1.5 млн. м. куб в год(около 450 т. соли) без учета процессов естественного выщелачивания и как следствие по результатам наблюдений проведенных в 1950 году на территории рассолопромысла произошли значительные изменения в режиме рассольных вод, приведшие к значительному опреснению добываемых рассолов и снижению уровня соленых вод. Одновременно с этим усиленный рассолозабор отрицательно сказался на режиме грязевых озер Славянского курорта, наметилось их обмеление и опреснение, усилились процессы карстообразования. NaCl - каменная соль, как редкий вид ископаемого практически исчез, разумеется с промышленной точки зрения, с территории участка естественных рассолов расположенного на северо-восточной окраине г. Славянска на площади до 2.5 кв.км. на левобережной террасе р. Казенный Торец в районе Славянских минеральных озер и с "Восточного" участка расположенного в пойме реки Колонтаевка во

60

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

второй санитарной зоне Славянского курорта. Исчезло или перестало представлять промышленный интерес месторождение, объем которого по разны оценкам составлял 804551 тыс. тонн соли разных категорий в подсчитанных запасах. Нет ничего невероятного в этих цифрах потребление рассола как основного сырья Содового завода в различные периоды росло с 250 до 335 м/куб в час. В связи с этими обстоятельствами с конца 1951 года были начаты работы по разведке Райгородского участка. (Из материалов МХII - СССР Главгеохим разведка Центральная геолого-разведочная контора, Н.И. Шевченко). "Восточный участок" расположенный как упоминалось выше в пойме реки Колонтаевка несущей свои предельно насыщенные загрязнениями воды к рекам К. Торец и святыне края Северскому Донцу и стал своеобразным полигоном для применения инновационной по тем временам технологии, метода так называемого "гидровруба" Основные действия по разработке этого участка можно отнести к началу 1950 года, с этого момента в эксплуатацию поочередно вводились 4-ре скважины которые эксплуатировались с применением технологии камерно-этажной разработки пластов каменной соли методом «гидровруба». А сейчас обратимся к главному. Технология глубинного выщелачивания характерна большим объемом камер выщелачивания, растворения пластов соли, который по отдельным скважинам достигает объема в 800 000 м. куб. и использования для управления процессом нерастворителей на основе нефтепродуктов. Общий же фактический объем камер растворения соли по 4-м скважинам по наблюдениям проведенным комиссией п/о «Химпром» в 1979 году составил 2 млн. 272 тыс. 880 м. куб пустот и принимая во внимание давность приведенной информации и отсутствие сведений о более ранних наблюдениях, может сложиться впечатление, что в последующие 34-ре года какие либо исследования в этом направлении не проводились вовсе. Ну и пожалуй самая непредсказуемая фаза «гидровруба» по крайней мере с точки зрения воздействия на окружающую среду, это введение в камеру нефтепродуктов, наличие и объем которых и регулировал в свою очередь процесс растворения соли водой. Так вот этого нерастворителя по самым оптимистичным для нас с вами оценкам , закачано в скважины 887 м куб. Посредством этого метода добыто 12959620 м. куб. рассола или 4059144тонны соли. Ниже приведены параметры некоторых скважин эксплуатировавшихся на рассольном участке: Скважина №36г. Пробурена в августе 1950 г. на глубину 439 м. Введена в эксплуатацию в ноябре 1953 г. По скважине добыто рассола 2706833 м3, извлечено соли 742997 т. На подготовку вруба закачено нерастворителя (нефтепродукты-солярка) 127м3, извлечено 81м3. Общий объем камер 459м3. Размываются Подбрянцевский и Брянцевский пласты соли. Наибольший диаметр камер 88 м. До глубины 30 м скважина закреплена трубами диамет-ром 450 мм. В интервале 0-151,5 обсадные трубы ø 250 мм. Рабочие колонны ø 200-100 мм остались на глубине 351,8-352,4 м. Скважина №45г. Пробурена в декабре 1953 г. На глубину 406,8 м. Введена в эксплуатацию в апреле 1957 г. По скважине добыто рассола 4943209 м3, извлечено соли 1732392 т. Закачено нерастворителя при отработке вруба 820м3, извлечено - нет данных. Объем камер 833880 м3, высота камеры 28 м, диаметр камеры 95 м. Закреплена трубами 324 мм на глубину 349,5 м. Добыча рассолов методом «гидровруб» интенсифицировала естественные процессы выщелачивания, что нашло свое отражение в активизации просадочных деформаций, сопровождавшихся внезапными провалами. Совместными усилиями треста "Артемгеология" Донецкого политехнического института и содового комбината, Артемовской геофизической экспедицией и других организаций был выполнен большой объем разнообразных исследований, позволивших установить, что: 1) в северо-восточной части г.Славянска на площади около 5 км2, охватывающей рассолопромысел, сформировалась классическая мульда оседания (черт. 8,18). Данные

61

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

режимных маркшейдерских наблюдений на протяжении более 30 лет свидетельствовали, что эта мульда расширяется в основном в южном и юго-восточном направлениях, оседание земной поверхности в ее центре за этот период составило около 1800 мм, при темпе его в отдельные годы до 385 мм/год (черт. 6); 2) почти все провалы приурочены к участкам расположения эксплуатационных скважин; 3) с увеличением добычи рассолов соответственно уменьшается минерализация вод в озерах, что ставит под угрозу существование курорта; 4) время и место образования провальных деформаций не поддаются прогнозированию. В связи с изложенным, рассолопромысел был закрыт в начале 1961 года . Однако, как и следовало ожидать, это не дало немедленного эффекта прекращения или замедления просадок. Прекращение рассолодобычи привело к резкому увеличению выноса в р. Казенный Торец через аллювиальный водоносный горизонт и р. Колонтаевку солей, в основном каменной соли. Если в 1960 г. подземными и поверхностными водами в реку было вынесено 30 тыс. тонн солей, в том числе 27 тыс. тонн каменной соли, то уже в 1964 г. Вынос солей достиг 60 тыс. тонн, в том числе 53 тыс. тонн каменной соли. Примерно таким остается вынос солей в реку и в настоящее время, что соответствует образованию карстовых пустот объемом 28.5 тыс. м3. Просадки земной поверхности, компенсирующие карстовые пустоты, не превышают в среднем 18 тыс. м3. За 84 года эксплуатации рассолов из массива было извлечено около 12 млн. тонн твердой каменной соли, что соответствует образованию пустот объемом 5.7 млн. м3. Одновременно с этим происходил вынос солей из массива подземными водами. К сожалению, данных для количественной оценки роста карста за последние годы эксплуатации нет. Таким образом, среднегодовой, за многолетний период эксплуатации прирост карстовых пустот составил: 5.7 х 84 = 478.8 тыс. м3, что, конечно же, гораздо больше, чем могло компенсироваться просадками. Для сравнения приведем следующие данные: за период наблюдений с июля 1952 г. по сентябрь 1953 г. было добыто 238 тыс. м3 соли, мульда оседания за этот период увеличилась всего на 44 тыс. м3, т.е. объем карстовых пустот компенсировался всего примерно на 40%. В последующие годы забор рассолов уменьшался, просадки, наоборот, возрастали в следующем году наблюдений добыто 172.8 тыс. м3 объем просадок - 56.3 тыс. м3, в 1954-55 гг. соответственно 163,3- 76.1 тыс. м3, в 1955-56 гг. соответственно 150.5-87.9 тыс. м3, то есть накопившийся запас пустот компенсируется с нарастающей интенсивностью. Ну и в заключение о самых удручающих обстоятельствах этого «процесса» потребления природных ресурсов. Проектом «Укргипронефтехим» по ликвидации скважин № 36, 42, 44, 45 Славянского участка Славянского П/О «Химпром» (г. Киев 1994 г.) предусмотрен ряд природоохранных мероприятий, в частности заключением Комиссии по обследованию отработанных скважин рассолопромысла П/О «Химпром», созданной распоряжением городского Совета народных депутатов № 209-р от 09.07.1991 года предложены мероприятия по обеспечению безопасности населения и охране окружающей среды, зданий и сооружений, а именно: 1. Реконструировать наблюдательную станцию на Восточном участке (последняя не сохранилась до наших дней, от автора).

2. Разработать графики проведения маркшейдерских наблюдений с частотой 1 раз в 2-а года (данную службу постигла участь наблюдательной станции).

3. Предусмотреть тампонаж основных (эксплуатационных) стволов скважин с условием перекрытия аллювиального и подземного (триасового) водоносных горизонтов (нет каких либо документальных подтверждения выполнения работ, а проведенные наблюдения дают все основания предполагать, что работы не проводились).

4. При решении вопросов тампонажа использовать материалы геофизических исследований стволов скважин.

62

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

5. На вспомогательной скважине № 1/45 предусмотреть оборудование глубинного репера в пропластке между верхней и нижней камерами. Дополнительную скважину № 2/45 затампонировать (следы проведения работ не обнаружены).

6. Используя результаты маркшейдерских наблюдений за оседанием земной поверхности иматериалы обследования скважин выдать прогноз сдвижения горных пород на участке скважин № 36,44,45 на ближайшие 20 лет. В результате проведенных наблюдений и визуального обследования остатков скважин можно с уверенностью утверждать, что запланированные мероприятия та и остались в стадии проекта, а вся ситуация по состоянию на настоящий момент пущены на самотек. Тому подтверждением разграбленные изувеченные колонны скважин ставшие добычей «металлистов», изливающийся в грунт рассол с дизельным топливом, разрушенная в середине 90-х наблюдательная станция и П/О «Химпром» - предприятие которое вот-вот войдет в черные странички нашей истории и унесет с собой правду о возможных, а возможно необратимых последствиях рассолодобычи.

63

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ПОТЕНЦИАЛ ПАЛЕОЗОЙСКИХ ОСАДОЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЮЗОВСКОЙ ПЛОЩАДИ ДЛЯ ДОЛГОСРОЧНОГО ХРАНЕНИЯ СО2 Осетров В.В.1, Шеставин Н.С.2 1 ГРГП «Донецкгеология» Артемовск, Донецкая обл., Украина 2 Донецкий национальный университет Донецк, Украина Аннотация: Показана важность технологий УХУ в решении проблемы снижения выбросов углекислого газа в атмосферу. Проанализированы результаты зарубежных работ по геологическому хранению СО2 в различных формациях. Показано, что на территории востока Украины существуют геологические формации, пригодные для долгосрочного хранения СО2. На примере Юзовской площади (северо-западные окраины Донецкого бассейна) рассматривается возможность геологического хранения СО2 в терригенных осадочных породах карбона. В вопросе изучения геологического хранения СО2 в палеозойских осадочных отложениях Донбасса сделаны общие предварительные выводы, определены наиболее важные проблемы, поставлены новые задачи. Ключевые слова: эмиссия СО2, улавливание СО2, геологическое хранение СО2, осадочные породы, песчаник.

Введение В настоящее время уже происходят реальные изменения климата, главной причиной которых являются антропогенные выбросы парниковых газов (СО2) и в наибольшей степени выбросы диоксида углерода из стационарных источников. Это было обосновано и намечены пути решения возникающих проблем еще в первых докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). После проведения тщательных экономических исследований проблем, возникающих в связи с изменение климата, были сделаны выводы о целесообразности интенсивного внедрения новых технологий улавливания и хранения диоксида углерода (УХУ) в энергетику всех стран мира как основного инструмента противодействия уже происходящим процессам глобального изменения климата. Технологии УХУ сейчас уже разрабатываются и внедряются в исследовательских, пилотных и промышленных масштабах, а также определены перспективы их развития до 2050 года, когда использование технологий УХУ позволит вместо увеличения эмиссии СО2 к 2050 году на 130% по сравнению с уровнем 2005 года достигнуть уменьшения эмиссии СО2 до 50%. Сейчас необходимо выполнить оценки возможных сценариев внедрения технологий УХУ в энергетической сфере Украины и, прежде всего, на предприятиях восточных регионов, где сосредоточены основные энергетические и промышленные мощности Украины, которые выбрасываю значительные объемы парниковых газов, а также имеются глубокие геологические формации, очевидно пригодные для целей долговременного хранения сверхкритического СО2. Выполнение таких исследований, а также последующих технологических разработок с их внедрением на энергетических предприятиях, позволят Украине внести достойный вклад в решении проблем, вызванных глобальным изменением климата. Тенденции эмиссии СО2 В начале 90-х годов Украина занимала второе место в Европе по объемам выбросов СО2, а в 2011 году уже занимает шестую позицию и имеет тенденцию постепенного увеличения этих объемов, в то время как большинство стран мира поставили перед собой цели по уменьшению выбросов СО2 в ближайшее десятилетие. Если рассмотреть распределение объемов эмиссии СО2 по регионам Украины, то можно выделить пять областей Украины, в которых выбросы СО2 превышают 10 млн. т в год [8]. В этих областях (Донецкой, Днепропетровской, Запорожской, Луганской и Харьковской) 64

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

как раз и сосредоточены крупнейшие тепловые электростанции (ТЭС), которые учитываются в Национальном кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов в Украине: Запорожская, Змеевская, Зуевская, Криворожская, Кураховская, Луганская, Приднепровская, Славянская, Старобешевская и Углегорская. Кроме того, в этих областях расположены основные мощности металлургических заводов (по объемам выбросов СО2 эти предприятия занимают 2-е место после энергетики), а также коксохимических, цементных и химических заводов. В этом исследовании не учитываются выбросы СО2 из мобильных источников (автотранспорт, железнодорожный, водный и авиационный транспорт) и от жилищнокоммунального сектора (особенно, частный жилой сектор). Потенциал резервуаров хранения СО2 Закачивание СО2 в геологические формации насчитывает более чем тридцатилетний опыт работ по повышению нефте- и газоотдачи пластов. Кроме этого, в последнее время в различных странах проводятся многочисленные исследования по геологическому хранению СО2. В качестве долгосрочных хранилищ СО2 рассматривают главным образом поровые или трещиноватые осадочные породы (коллекторы), ограниченные от окружающей горной среды и земной поверхности слабопроницаемыми или практически непроницаемыми породами (флюидоупорами или покрышками) [9]. Следует отметить, что природные хранилища газов (в том числе и горючих) естественного генезиса являются надежными на протяжении сотен тысяч и миллионов лет, утечки газов из них пренебрежимо малы. Выделяются три основных типа формаций, в которых возможно геологическое хранение СО2: истощенные или находящиеся на стадии истощения нефтегазоносные бассейны, глубоко залегающие соленосные формации, и не имеющие промышленного значения угольные пласты. Среди других возможных вариантов геологических формаций также рассматриваются базальты и горючие сланцы, однако их потенциал еще пока недостаточно изучен. Успешность геологического метода хранения СО2 подтверждается результатами экспериментов, проводимых в разное время компаниями MRCSP, MGSC, SECARB, SWP, WESTCARB, Big Sky, PCOR (США), а также в рамках проектов Weyburn, Fenn Big Valley (Канада), Sleipner (Норвегия), Yubari (Япония), Qinshui Basin (Китай) и др. Поиск и выбор геологических структур и горизонтов, способных служить долгосрочными хранилищами СО2 в нефтегазоносных бассейнах основывается, как правило, на результатах предыдущих поисковых и геологоразведочных работ. Анализ и обоснование проблемы На территории Украины расположены крупные нефтегазоносные провинции с большим объемом продуктивных горизонтов. Один из самых крупных нефтегазоносных районов – Днепровско-Донецкий бассейн расположен в границах двух больших структур – Днепровско-Донецкий впадины (ДДВ) и Донецкого каменноугольного бассейна (Донбасса). Газоносность Днепровско-Донецкого бассейна тесно связана с терригенными осадочными породами среднего-верхнего карбона и нижней перми. Метановая газоносность Донбасса также связана с угленосной толщей карбона. Результаты предыдущих геологоразведочных работ показали, что в геологических условиях ДДВ и Донбасса одними из перспективных в отношении газоносности районами являются участки с сохраненными гидрохимическими отложениями нижнепермского возраста [6]. Важная роль гидрохимических отложений заключается в их хороших изоляционных свойствах (чередование непроницаемых для нефти и газа слоев каменной соли, плотных ангидритов и гипсов). Также важно расположение гидрохимических отложений в верхней части крупного седиментационного цикла, в литолого-фациальном составе которого преобладают породы,

65

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

обладающие хорошими коллекторскими свойствами. Эти факторы в совокупности с большой мощностью газопроницаемых осадочных пород создали благоприятные условия для свободной миграции углеводородов и их концентрации под непроницаемым покровом гидрохимических отложений. В Донбассе нижнепермские гидрохимические образования развиты в его северо-западной части в границах Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловин (рис. 1). Практически вся территория этих структур лежит в границах Юзовской площади, разработкой которой с 2012 года занимаются корпорация «Шелл» и ООО «Надра Юзовская». Территория Юзовской площади – около 8 тыс. км2, прогнозные ресурсы природного газа оцениваются в 4 трлн м3. По данным Государственной службы геологии и недр Украины, на территории Юзовской площади можно производить добычу газа как из традиционных, так и не традиционных источников (газ уплотненных песчаников). В структурном строении Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловин принимают участие три этажа: палеозойский, мезозойский и кайнозойский. Мезозойский и кайнозойский структурные этажи являются неперспективными в отношении геологического хранения СО2. Это обусловлено их небольшими мощностями (обычно не более 500 м) и залеганием в верхней части осадочного чехла без газонепроницаемой покрышки. Палеозойский структурный этаж, залегающий под покровом мезозойских и кайнозойских отложений, является перспективным в отношении изучения возможностей геологического хранения СО2.

Рис. 1. Геологическая схема домезозойских отложений северо-западной части Донецкого бассейна (a) и геологический разрез к ней (b).

66

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Это подтверждается его высокой потенциальной газоносностью, установленной в результате многочисленных исследований и разнонаправленных геологоразведочных работ. Так, например, анализ геологического строения и газоносности северного борта Бахмутской котловины, выполненный в УкрНИИгаз, показал, что из трех структурных этажей потенциально газоносным является палеозойский [3]. Палеозойский этаж северо-западных окраин Донбасса состоит из отложений пермской, каменноугольной и девонской систем. Пермская система представлена нижним отделом в составе ассельского и сакмарского ярусов. Каменноугольная система представлена в полном объеме и представляет собой непрерывный разрез в основном угленосной толщи. Отложения девонской системы в границах Юзовской площади залегают на больших глубинах (обычно более 5 км) и выходят на поверхность докайнозойского этажа в пределах купольных структур (Беляевский, Новодмитровский, Картамышский). По литолого-фациальным особенностям в Донбассе выделяются региональные стратиграфические подразделения – свиты. Отдельные свиты нижнепермского возраста состоят преимущественно из гидрохимических газонепроницаемых пород. Свиты верхнего и среднего карбона (пенсильваний) состоят главным образом из осадочных терригенных угленосных отложений (песчаников, алевролитов, аргиллитов) с подчиненными пластами известняков и каменных углей. Свиты нижней перми, пенсильвания с терригенным составом структурно залегают ниже гидрохимических отложений. В общем разрезе нижнепермских отложений Донбасса выделяются следующие свиты: картамышская (P1kr), никитовская (P1nk), славянская (P1sl) (ассельский ярус) и краматорская (P1km) (сакмарский ярус). Из них соленосными являются свиты P1sl и P1km, которые состоят преимущественно из осадочных гидрохимических пород – гипсов, ангидритов, каменной соли. Подчиненное значение имеют глинистые и карбонатные породы. В границах Бахмутской котловины соленосные отложения достигают максимальной мощности и отмечаются площадной выдержанностью практически на всей её территории за исключением поднятий, где соленосные отложения отсутствуют (рис. 1). В разрезах свиты P1sl гипс, ангидрит и каменная соль образуют многочисленные пласты, которые часто чередуются между собой, иногда достигая мощности нескольких десятков метров. Наиболее мощные пласты каменной соли достигают мощности до 40-50 м. Общая мощность славянской свиты в Бахмутской котловине достигает до 500 м. В отличие от Бахмутской, в Кальмиус-Торецкой котловине свита P1sl представлена в основном песчано-глинистыми отложениями, что снижает ее газоизоляционные возможности. Свита P1km имеет ограниченное распространение в погруженных частях основных синклинальных структур северо-западной части Донбасса в пределах Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловин. В составе свиты P1km доминируют гидрохимические осадки, которые составляют 92% ее разреза, из них каменная соль составляет 80-85%. Максимальная мощность свиты наблюдается в Бахмутской котловине и составляет до 400-530 м. Суммарная мощность гидрохимических отложений в Бахмутской котловине достигает до 1000 м. Между свитой P1sl, в которой преобладают соленосные отложения и свитой P1kr, состоящей преимущественно из терригенных отложений, расположена толща со смешанным составом. Эта толща выделяется в отдельную свиту – P1nk. В составе свит верхнего и среднего карбона преобладают терригенные осадочные породы, большую долю которых составляют песчаники, алевролиты и аргиллиты. Эти породы характеризуются, как правило, хорошими коллекторскими свойствами, а некоторые горизонты обладают промышленной газоносностью. Лучшими фильтрационно-емкостными параметрами среди палеозойских пород Донбасса обладают песчаники. Некоторые свиты верхнего и среднего карбона содержат в своем составе мощные горизонты песчаников, составляющие значительную часть их общего объема. Такими свитами являются: C33, C32, C2-31 (гжельский и касимовский ярусы), C27, C26, C25 (московский ярус), С24 (башкирский ярус).

67

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Наибольшей долей песчаников в общем составе обладают свиты С24, С25, С26 и С32 (30-47% разреза), в других свитах среднего и верхнего карбона доля песчаников составляет 20-30%. Для сравнения: в свитах С21 и С22 (башкирский ярус) песчаники составляют лишь 16-20%. Как правило, песчаники в разрезе представлены маломощными прослоями и пластами, мощность которых достигает до 35-60 м (редко – до 100 м). Практически на всей территории Донецкого бассейна повышенная газоносность отмечается в песчаниках нижней части свит С31 и С25 и верхней части свит С27 и С24, иногда С26 [5]. Обсуждение результатов исследований В результате анализа геологического строения Донецкого бассейна были определены формации, играющие наиболее важную роль в механизмах долгосрочного геологического хранения СО2 на территории северо-западных окраин Донбасса, в том числе на территории Юзовской площади: - пермская галогенная формация; - каменноугольная терригенная угленосная формация; Важным моментом в оценке возможностей геологического хранения СО2 в любом бассейне является определение количественных значений критериев процесса хранения. Такими критериями являются: 1.1. Коллекторские и газоемкостные параметры пород; 1.2. Проницаемость газоизоляционной покрышки; 1.3. Максимальная и минимальная глубина хранения СО2. Рассмотрим эти критерии более подробно.

1.1. Основными параметрами коллекторских и газоемкостных свойств песчаников являются: открытая пористость, степень заполнения пор газом, влажность, проницаемость. Открытая пористость характеризует емкость песчаника, доступную флюидам и не отражает характера флюида. Можно сказать, что открытую пористость в отдельности можно использовать лишь в теоретических идеальных случаях, когда поровое пространство породы не заполнено водой и газом. В реальности на коллекторские свойства песчаников влияют и другие многочисленные факторы. Так, например, метановая газоносность песчаников находится в сильной зависимости от их влажности (обводненности) [7]. Средние значения открытой пористости песчаников Донбасса в разных районах варьируются в пределах 2-10% и зависят от размеров породообразующих зерен, степени их окатаности, стадии катагенеза, степени уплотнения [1]. Результаты исследований по некоторым шахтам Донбасса показывают, что степенью заполнения пор газом выше 50% (промышленная метановая газоносность) обладают песчаники с влажностью менее 2% и открытой пористостью в пределах 7-11% [7]. Открытая пористость песчаников верхнего карбона в бортовых частях Бахмутской и КальмиусТорецкой котловин составляет от 10-13% до 20-22% [5]. Необходимо отметить, что коллекторские свойства песчаников и других терригенных пород Донбасса в отношении углекислого газа пока остаются неизученными. Неизвестно, как будут зависеть СО2-емкостные свойства песчаников от вышеперечисленных параметров. Для оценки СО2-емкостных потенциалов песчаников Донбасса необходимо провести комплекс экспериментальных исследований.

1.2. Проницаемость покрышки определяется не только физическими свойствами слагающих пород, но также и ее целостностью. В случае нарушения пластов геологическими разломами их газоизоляционные свойства значительно снижаются.

1.3. Минимальная глубина хранения СО2 определяется давлением и температурой, при которых СО2 переходит в жидкую фазу и составляет примерно 800 м. Плотность СО2 при этих условиях будет находиться в пределах 50-80% от плотности воды, что сопоставимо с плотностью некоторых видов сырой нефти [9]. Это ограничение задает минимальную глубину залегания горизонтов коллекторов и совместно с другими критериями должно использоваться при определении перспективных участков для хранения СО2.

68

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Однако следует учитывать, что это значение было получено в бассейнах с иными горно-геологическими условиями, и в Донецком бассейне глубина с сопоставимыми термобарическими параметрами может быть другая. Максимальная глубина залегания коллектора определяется экономической рентабельностью и технологическими возможностями. Среди возможных вариантов реализации процесса нагнетания и последующего хранения СО2 на территории Юзовского учатска предлагаются: 2.1. Нагнетание СО2 в негазоносные горизонты, обладающие свойствами коллекторов.

2.2. Нагнетание СО2 в угленосные породы, обладающие малой газоносностью для повышенного извлечения метана (ПИМ).

2.3. Нагнетание СО2 в отработанные нефтегазоносные коллекторы. Рассмотрим каждый из этих вариантов более подробно.

2.1. В осадочной толще верхнего палеозоя Донбасса известны горизонты, обладающие хорошими коллекторскими свойствами, но не обладающие газоносностью. Эти горизонты теоретически могут быть использованы в качестве коллекторов СО2.

2.2. На данный момент принимается, что промышленной газоносностью обладают породы, со степенью заполнения пор газом более 50%. Добывать газ из коллекторов с более низкими показателями газоносности экономически не выгодно, однако эта оценка может измениться в будущем при появлении новых технологий. Одной из таких технологий является повышение извлечения метана (ПИМ) путем его вытеснения из углей и вмещающих горных пород нагнетаемым через скважины сжатым CO2 [9]. При этом решаются две важные задачи: повышение дебита природного газа-метана и утилизация СО2. В случае экономической рентабельности процесса непромышленные газовые проявления (со степенью заполнения пор газом менее 50%) могут котироваться как месторождения. Нижний предел газоносности для таких месторождений будет определяться рентабельностью их разработки с применением ПИМ. На территории Юзовской площади потенциальными районами для изучения возможности ПИМ, являются поднятия, в районе которых угленосные отложения расположены максимально близко к поверхности.

2.3. Полностью отработанные горизонты часто используются в качестве временных хранилищ природного газа. Такие хранилища могут использоваться для долговременного хранения СО2. Варианты 2.1 и 2.2 являются актуальным на данный момент, особенно учитывая то, что в Донбассе известны горизонты песчаников со значительными запасами газа, не являющимися промышленными, а также песчаников и алевролитов, не обладающих высокой метановой газоносностью. Предлагается следующая последовательность действий при выделении перспективных участков размещения геологических участков долговременного хранения СО2 на территории северо-западных окраин Донбасса: 3.1. Выделение площадей, в разрезе которых присутствуют породы – коллекторы (песчаники и алевролиты), залегающие на глубинах 800 м и более, перекрытые изолирующей толщей пород.

3.2. Построение литологических колонок с выделением перспективных горизонтов – коллекторов.

3.3. Построение карт поверхности выделенных горизонтов. Оконтуривание площадей горизонтов, залегающих ниже глубины 800 м.

3.4. Нанесение на карту контуров шахтных полей, площадей месторождений, подземных горных выработок, геологоразведочных и эксплуатационных скважин и всех имеющихся структурных элементов (тектонических нарушений, соляных штоков, интрузивных тел и др.).

3.5. Анализ полученных данных, оконтуривание перспективных участков.

69

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Далее следует этап, включающий аналитические исследования коллекторских свойств каждого горизонта на разных глубинах, минералого-петрографические анализы пород, слагающих горизонт, изучение гидродинамических, гидрогеологических и структурнотеконических особенностей всей толщи до глубины предполагаемого хранения. На основании этих данных можно проводить подсчет емкости коллекторов. Только после того, как будет выполнен полный комплекс исследований, сделаны выводы о пригодности выделенных горизонтов для долговременного хранения СО2, а главное – заключения экологических служб о безопасности процесса закачивания и хранения СО2 для окружающей среды и людей, можно будет переходить к этапу подготовки экспериментальных исследований. В юго-восточной части Бахмутской котловины каменную соль славянской свиты разрабатывают подземным способом. В связи с этим необходимо также провести прогноз всех возможностей миграции СО2 и предотвращения его проникания в горные выработки. В Донецком бассейне, в том числе в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах есть участки, осложненные многочисленными тектоническими нарушениями, которые нарушают целостность горного массива и газонепроницаемой покрышки, создают возможность миграции жидких и газообразных веществ к поверхности земли. Кроме тектонических нарушений в северо-западной части Бахмутской котловины развиты соляно-купольные структуры девонского возраста, которые прорывают вышележащие отложения палеозоя и мезозоя и в комплексе с тектоническими нарушениями также служат зонами миграции жидких и газообразных веществ к поверхности земли. В связи с этим дальнейшие количественные оценки возможностей геологического хранения СО2 в Донбассе следует проводить с учетом тщательного анализа их структурнотектонического строения. Выводы На основании вышеизложенного материала был составлен следующий перечень первостепенных задач, которые необходимо решить для количественной оценки возможностей геологического хранения СО2 на территории северо-западных окраин Донбасса: 1. Определение количественных значений критериев процесса геологического хранения СО2 с учетом горно-геологических и гидрогеологических условий.

2. Выделение наиболее перспективных участков – потенциальных полигонов.

3. Выполнение геохимического, структурно-тектонического и гидрогеологического анализов перспективных участков с целью определения количественных величин фильтрационно-емкостных параметров осадочных пород и выделения газовых ловушек – потенциальных резервуаров СО2.

4. Анализ и обобщение полученных результатов, выделение эффективных горизонтов-коллекторов в границах перспективных участков и подсчет их емкостного СО2 потенциала. Решение этих задач позволит оценить не только емкостной СО2-потенциалЮзовской площади, а и обосновать возможности повышения выхода природного газа в процессах начавшегося промышленного освоения газовых ресурсов северо-западных окраин Донбасса. Список литературы 1. Баранов В.А. Влияние структуры на пористость песчаников Донбасса / В.А. Баранов // Геотехническая механика. – 2010. – № 88. – С. 70 – 76. Беспалова С.В. Оценка возможностей улавливания и хранения СО2 в 2. палеозойских осадочных отложениях Донбасса / С.В. Беспалова, Н.В. Жикаляк, В.В. Осетров, Н.С. Шеставин // Сб. материалов международной научной конференции «Сучасні проблеми літології осадових басейнів України та суміжних територій» - Киев, 2012. – С. 18.

70

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

3. Горяйов С. Оценка перспектив газоносности новых литологических ловушек на северном борту Бахмутской котловины / С. Горяйов, М. Лакоба, С. Павлов // Геолог Украины. – 2011. – №2. – С. 99 – 102. Жикаляк Н.В. Геологические перспективы хранения СО2 в палеозойских 4. осадочных отложениях Донбасса / Н.В. Жикаляк, В.В.Осетров // Збірка доповідей національного екологічного форуму «Екологія промислового регіону», том 1 - Донецьк, 2012. – С. 50 – 53. Жикаляк Н.В. Неосвоенные газовые ресурсы песчаников Донбасса с низкой 5. проницаемостью / Н.В. Жикаляк // Геолог Украины. – 2011. – №2. – С. 103 – 107. Чирвинская М.В. О границах распространения, условиях залегания и 6. газонефтеносности хемогенных образований нижней перми Днепровско-Донецкой впадины / М.В. Чирвинская // Материалы по геологии и газоносности нижнепермских отложений юга Русской платформы. – Харьков, 1961. – С. 51 – 57. Шкуро Л.Л. Оценка газоносности песчаников в горных выработках, с учетом 7. показателей пористости и влажности / Л.Л. Шкуро, Г.Н. Горбачева // Геотехническая механика. – 2010. – № 88. – С. 118 – 123. Довкілля України: Статистичний збірник / Державна служба статистики 8. України; за редакцією Н.С. Власенко. – Київ:, 2011. – 205 с. Специальный доклад МГЭИК: улавливание и хранение двуокиси углерода.

9. Резюме для лиц, определяющих политику и Техническое резюме / Межправительственная группа экспертов по изменению климата. – 2005. – 58 с.

71

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

УДК 622.831.3.02 (075.8) РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ БЕЗОПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННІХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Приходько С.Ю. Донецкий национальный технический университет Донецк, Украина Аннотация: Разработка стратегической модели и механизма эффективного функционирования природно-промышленных систем на основе концепции устойчивого развития внедрения новейших техникотехнологических и геоинформационных методов на предприятиях угольной, металлургической, машиностроительной отрасли с целью повышения качества жизни за счет ресурсосбережения, повышения эффективности, сокращения расходов на ликвидацию техногенных кризисных явлений. Используется системный метод количественной и качественной оценки устойчивости напряженного состояния слоистой структуры массива горных пород. Ключевые слова: градиент вертикального смещения, полная энергия открытой системы массива горных пород, знак начальной энергии системы.

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами Ключевым компонентом природно-промышленной системы является массив горных пород, от динамики протекающих в нем физико-химических процессов зависит устойчивое функционирование всей природно-промышленной системы. Многолетнее применение методов прогноза выбросоопасности в угольной промышленности хотя и сыграло важную роль на практике, но фактически не дало ничего для совершенствования научных представлений о природе и механизме внезапных выбросов угля и газа. Эти обоснованные выводы приведены в работе [1]. Метод прогноза должен быть пригодным не только для установления выбросоопасных зон, но и для решения таких задач, как оценка эффективности способов борьбы с внезапными выбросами и установление приемлемости применяемой на выбросоопасных пластах технологии ведения горных работ. Метод должен давать однозначный ответ об опасности независимо от того, является ли, например, зона пласта невыбросоопасной по своей природе или же выбросоопасность устранена в результате предварительного применения специального способа борьбы с внезапными выбросами. Применяемые методы прогноза “не работают“ и дают искаженные результаты в случае, если выбросоопасность снята в процессе применения способа борьбы с внезапными выбросами. Методы прогноза могут ошибочно показывать, что выбросоопасность пласта после применения определенного способа предотвращения внезапных выбросов не только снизилась, а наоборот увеличилась. Например, такой распространенный показатель выбросоопасности, как начальная скорость газовыделения из стенок скважин и шпуров, намного увеличивается после отработки защитного пласта, хотя выбросоопасность защищаемого пласта полностью устраняется. Следовательно, методы прогноза, основанные на существующих принципах и показателях, оказываются непригодными для оценки эффективности способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа и применяемой на шахте технологии ведения горных работ. Это является третьим недостатком [1,2]. Анализ состояния вопроса свидетельствует о необходимости поиска новых подходов к разработке методов прогноза неблагоприятных ситуаций, способствующих проявлению внезапных выбросов в шахтах [3]. Цель работы – установление методами системного анализа комплексных показателей устойчивости напряженного состояния массива горных пород.

72

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Материалы и обсуждение работы В работе [4] рассмотрено модельное уравнение, которое учитывает зависимость амплитуды вертикального смещения, а, следовательно напряжений на земной поверхности, от взаимодействия внешнего и внутреннего суммарных потенциалов Полная энергия открытой системы массива горных пород, сохраняющей энергетический баланс:

E (h(t )) :

2c1  1 2c2   1  2 2 h  h  dx,  ht  h   2   1  

После интегрирования по времени, мы получаем закон сохранения полной энергия системы, т.е.

E (h(t ))  E (h(0)), E (h(0)) 

 2c1  1 2c 1  2 2 h0 ( x)  2 h0 ( x) dx.  h1 ( x)  h0 ( x)   2   1  

с учетом h



 0, h

t 0

 h0  x  , ht

t 0

 h1  x  ,

где h0 ( x) - некоторая начальная геометрия горного массива, а h1 ( x) - его начальная скорость изменения. Из теории бинарных систем, хорошо известно, что знак начальной энергии системы существенно влияет на ее поведение, например, если начальная энергия отрицательна, то это приводит к фазовому переходу. Применительно к нашей ситуации, это означает следующее: если E (h(0))  0 , то в системе, при определенных значениях параметров, возможен быстрый рост градиента амплитуды инверсионного подъема. Анализ математической модели показал, что случаи 0    1 и   1 существенно отличаются. Результаты анализа поведения градиента

 h

2

dx позволяют сделать вывод о

возможности прогнозирования динамики процессов в горном массиве. Определяя поведение градиента вертикального смещения (который связан с тензором деформаций H ) мы тем самым определяем поведение соответствующих напряжений в горном массиве. Найденная зависимость между значением начальной энергии системы и поведением градиента вертикального смещения, а как следствие и самого вертикального смещения, позволяет получать информацию о поведении напряжений внутри горного массива. Накопленный опыт горных работ в Донбассе показывает, что почти все зарегистрированные случаи внезапных выбросов угля и газа неизменно связаны с присутствием в зоне выброса геологических нарушений (дизьюнктивов, складок, участков “препарированного”, т.е. раздробленного угля и др.). Это вполне естественно, поскольку только они могут создать условия для скопления значительного количества газа. Научная ценность Рассмотренные критерии устойчивости напряженного состояния слоистой структуры массива горных пород для 2-Д математической модели могут быть использованы при построении объемной 3-Д математической модели путем интегрирования 2-Д моделей отдельных слоев.

73

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Практическая ценность Результаты прогноза устойчивого напряженного состояния слоистой структуры массива горных пород важны не только для горной промышленности, но и для многих других отраслей народного хозяйства: жилищно-коммунальное хозяйство, градостроительство, МЧС, транспорт, охрана окружающей среды, объекты энергетики, угольная промышленность, промышленное строительство. В частности, результаты прогноза были бы полезны при решении задач в проекте “Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины (LCOIR-UA)”. Результаты прогноза будут передаваться в виде рекомендаций для принятия оптимальных управленческих решений по указанным отраслям народного хозяйства. Предприятия угольной, металлургической и машиностроительной промышленности объекты повышенной опасности, высоких рисков и чрезмерного использования энергоресурсов, которым потенциально присущи чрезвычайные ситуации техногенного характера и аварии, которые угрожают жизни, здоровью людей и окружающей бреде. Многообразие рисков, несовершенство хозяйственного механизма, регулирующего стратегическое развитие отдельных отраслей, территорий на основах оптимизации отношений государственного и негосударственного секторов экономики определяют необходимость комплексного подхода для сокращения вредных выбросов аварий и катастроф, а также системы мониторинга и прогнозирования проблем эколого-техногенного характера. функционирования Современное состояние и экологическая опасность промышленных предприятий, вызванные устарелостью технико-технологического обеспечения и отсутствием комплексного исследования наиболее влиятельных факторов устойчивости развития в текущем времени и на перспективу, требуют объединения усилий специалистов разных отраслей науки, ориентации на практические результаты, позволяющие своевременно ответить на вызовы природно-техногенных кризисов. Существующие разработки позволяют моделировать и прогнозировать уровень устойчивости и условия дальнейшего устойчивого развития природно-промышленных систем, отдельных регионов, отраслей, предприятий на основе мониторинга текущих геодинамических процессов, совершенствования хозяйственного механизма управления со стороны государства, внедрение методов и принципов самоуправления, самоокупаемости затрат на защиту окружающей среды и сокращения расходов на непредвиденные природные и техногенные катастрофы. Для достижения этой цели планируется решить следующие задачи: - разработать концепцию устойчивого развития природно-промышленных систем с сочетанием возможностей технико-технологических, экономико-организационных и техногенно-экологических ресурсов; - обосновать методы интегральной оценки качества жизни населения, оценки, мониторинга и прогнозирования объективных условий циклического развития и вероятностей техногенных катастроф под влиянием тенденций глобальных сдвигов в естественном, индустриальной, общественной сфере мирового пространства; - разработать математическую и экономическую модель эффективного механизма отношений собственности, оптимизации государственного и согласования негосударственного регулирования развитием предприятий отраслей, регионов с учетом глобальных техногенных и экономико-экологических кризисных явлений; - дальнейшее развитие и практическое внедрение новейших технологий в производственные процессы угольной, металлургической, машиностроительной отраслей на основе совершенствования геоинформационных ресурсов, композиционных методов ориентированных средств; телекоммуникационных условий функционально жизнеобеспечения естественно промышленных систем;

74

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

- исследовать причины, взаимосвязи и последствия геодинамических угроз устойчивому развитию природно-промышленных систем с оценкой эколого-экономической эффективности повышения уровня безопасности хозяйственной деятельности, ресурсосбережения, улучшения здоровья и благосостояния населения. Ожидаемое использование результатов на уровне государства: - повышение качества жизни, благосостояния и здоровья населения; - внедрение в долгосрочную стратегию концепции устойчивого развития; - регулирование отношений между государственными и негосударственными секторами экономики; - формировать хозяйственный механизм отраслевого управления с учетом проблем и технико-технологических, экономико-организационных, техногенно-экологических ресурсов устойчивого развития государства, регионов, отраслей и предприятий. на уровне отраслей и предприятий: - использование методов оценки, мониторинга и прогнозирования гео - техногенных кризисных явлений , что позволит избежать непредвиденных расходов на их ликвидацию; - внедрение высокоэффективных геоинформационных, модульных, композиционных, магниторезонансных и других технологий, что позволит существенно сократить затраты на производство, обеспечить необходимое повышение качества и эффективности производства за счет ресурсосбережения, а также защита окружающей среды; - совершенствование хозяйственного механизма производства высокоэффективной продукции в рыночных условиях требует развития соответствующей инфраструктуры и инструментов мотивации комплексного подхода к внедрению стратегии устойчивого развития; - сокращение негативного влияния техногенных факторов промышленного развития на окружающую среду, здоровье , качество и продолжительность жизни населения; - получение дополнительных финансовых возможностей за счет внедрения наиболее эффективных технологий, экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов, обеспечит выполнение условий европейского вектора стратегического развития государства. Библиографический список 1. Чернов О.И. Прогноз внезапных выбросов угля и газа / О.И.Чернов, В.Н.Пузырев - М.: Недра. - 1979. - 296 с. Софийский К.К. Исследование состояния выбросоопасного угольного пласта / 2. К.К. Софийский, В.В. Зборовский, В.А. Нечитайло // Уголь Украины. - 1998. - № 8, 9. – С. 9. Некрасовский Я.Э. Новые представления о природе внезапных выбросов угля, 3. породы и газа./Я.Э.Некрасовский, О.В.Колоколов // Безопасность труда в промышленности.1979. - № 6. - С. 8-10. Приходько С.Ю. Новый подход к анализу поведения горного массива / 4. С.Ю. Приходько, Р.М. Таранец, С.А. Матвиенко // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Научный журнал. Т. 22 (61), География, 2009. - С. 79-89. Колоколов О.В., Приходько С.Ю. Закономерности влияния космогонических 5. факторов на выбросоопасность угольных пластов в зонах геологических нарушений / О.В. Колоколов, С.Ю. Приходько // Сборник научных трудов НГА Украины №13, том 4. – Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2002. - С. 45- 52. Дополнительный список литературы 1. Приходько С.Ю. Пути выхода из техногенного кризиса Донбасса / С.Ю. Приходько, А.П. Сердюк // Материалы 10-й международной конференции “Геоинформационные технологии в управлении территориальным развитием”, Ялта. - 2007. С. 34-36.

75

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

2. Лобков Н.И. Определение разрушающих напряжений от прогиба слоев над выработанным пространством / Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко и др. // Физико-технические проблемы горного производства, вып. № 10. - Донецк: ИФГП НАНУ, 2007. – С. 119-127 3. Приходько С.Ю. Исследование влияния внешних и внутренних сил на поведение горного массива / С.Ю. Приходько, Р.М. Таранец // Материалы 11-й технологии в управлении международной конференции “Геоинформационные территориальным развитием”, Ялта. - 2008. - С. 28-32.

4. Приходько С.Ю. Применение новых технологий при анализе техногенных природно-промышленных систем / С.Ю. Приходько // Материалы IV Международной научно-практической конференции “Обеспечение экологической безопасности в чрезвычайных ситуациях”, Воронеж, 2008. - С. 22-24.

5. Приходько С.Ю. К теории устойчивости региональных природнопромышленных систем / С.Ю. Приходько, П.И. Поляков // Проблеми екології. - Донецьк: ДонНТУ, 2009, № 1-2, С. 70-74.

6. Приходько С.Ю. Перспективі применения ГИС-технологий в мониторинге техногенной и экологической безопасности Донбасса / С.Ю. Приходько, В.Б. Скаженик // Проблеми екології. Загальнодержавний науково-технічний журнал. - 2010. - Донецьк. С. 25-32.

7. Приходько С.Ю. Перспективы применения ГИС-технологий в региональном управлении Донбасса / С.Ю. Приходько, В.Б. Скаженик., Л.П. Полякова // Збірник наукових праць Донецького державного університету управління. – Донецьк - 2010, т. XI, серія “Технічні науки ”, В. 158 – С. 178-187.

8. Приходько С.Ю. Информационно-телекоммуникационная среда системы жизнеобеспечения региональных природно-промышленных систем / С.Ю. Приходько // Материалы VI Международной научно- практической конференции “Обеспечение экологической безопасности в чрезвычайных ситуациях”, Воронеж, 2010. - С. 89-94.

9. Приходько С.Ю. Перспективы применения ГИС-технологий в региональном управлении Донбасса / С.Ю. Приходько, В.Б. Скаженик., Л.П. Полякова // Збірник наукових праць Донецького державного університету управління. – Донецьк - 2010, т.XI, серія “Технічні науки”, В. 158 – С.178-187.

10.

Prihodko S. Conceptual aspects of the development of information – telecommunication environment of the system of life support region (on the example of Donbas) / S. Prihodko, P. Polyacov, L. Polyacova // The International Symposium “Euro-ECO-Hanover 2010”: Environmental, Engineering-Economic and Legal Aspects for Sustainable Living. – 2010.

11. Приходько С.Ю. Концептуальные аспекты разработки информационнотелекоммуникационной среды системы жизнеобеспечения региона (на примере Донбасса) / С.Ю. Приходько, Л.П. Полякова // Сучасні інформаційні технології ефективного управління бізнесом: Матеріали II Міжнар. наук.-практ. конф. - 2011. - Донецьк. - С. 10-14.

12. Приходько С.Ю. Гірнично-геологічна концепція проекту “4-Д Донбас” / С.Ю. Приходько, В.О. Привалов // Вісті Донецького гірничого інституту. - 2011. - Донецьк. С. 111-115.

76

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

УДК 669.187.2 НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛОВ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ Семко А.Н., Тищенко П.И., Казак О.В., Осипова А.В. Донецкий национальный университет Донецк, Украина Аннотация. В работе приведен анализ существующих методов переработки отвалов металлургического производства, а также приведен технико-экономический анализ нового метода выплавки стали из шлаков с низким содержанием железа. Дальнейшее внедрение нового метода позволит перерабатывать шлаки с низким содержанием железа при наименьших затратах ресурсов. Ключевые слова: металлосодержащие отходы, утилизация, электропечь с подовыми электродами, энергоэффективность, экологическая безопасность.

Постановка проблемы В условиях высоких и нестабильных цен на металлолом и чугун, применяемые в сталеплавильном производстве, актуальной становится задача использования металлизованного сырья, полученного не только из рудных материалов, но и из техногенных отходов (окалина, пыли и шламы), в качестве частичной замены традиционных видов шихты. Накопленные ранее и воспроизводимые на металлургических предприятиях разработку новых энергоэффективных и техногенные отходы делают актуальной экологически безопасных технологий их рециклинга. Анализ последних исследований и публикаций Попытки утилизации техногенных отходов в виде неметаллизованных (сырых) брикетов с добавками углеродистого восстановителя и связующего путем использования их в шихте дуговых сталеплавильных печей вместо части традиционного металлолома (до 10…15%) заметного успеха не имели [1]. Брикеты из-за низкой механической прочности разрушались, и оксиды железа практически полностью переходили в шлак. Поэтому, металлизация оксидных материалов (твердо- или жидкофазная) представляется необходимой предварительной процедурой их рециклинга. В мировой практике металлизованное сырье (МС) получают твердофазными («Midrex», «Energiron-HYL», «ITmk3» и др.) и жидкофазными («Corex», «Finex»,«OxyCup» и др.) процессами [2], причем последние являются более производительными и менее критичными к качеству исходной шихты. Процесс «Midrex» представляет собой технологию плавления в шахтной печи, основанную на использовании природного газа, в ходе которой оксид железа в форме окатышей или кусковой руды преобразуется в железо прямого восстановления (DRI). Оксид железа, в форме окатышей или кусковой форме, подается через дозирующий бункер в верхнюю часть шахтной печи. По мере продвижения железной руды по шахтной печи под действием силы тяжести, руда нагревается и из нее удаляется кислород (восстановление) с помощью противоточных газов с высоким содержанием Н2 и СО. Данные газы вступают в реакцию с Fe2O3 в железной руде и превращают ее в металлическое железо с выделением Н2О и СО2. Металлизированные окатыши (95% Fe; 0,7 – 1,0% C) охлаждают в печи циркулирующим инертным газом до 50 – 65 º С, после чего непрерывно загружают в бункер, где они хранятся в инертной атмосфере перед загрузкой в электропечь. Металлизированный продукт также может выгружаться в горячем виде и подаваться на брикетный пресс для производства НВІ или загружаться горячим в виде в электродуговую печь. Одним из главных недостатков технологии Midrex является высокий расход природного газа – до 400 куб. м на 1 т продукции.

77

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Процесс «Energiron-HYL» предусматривает использование восстановительного газа с повышенным содержание водорода (70-87 %), высокого избыточного давления в реакторе (более 550 кПа) и высокой температуры в зоне восстановления (более 920°С). Типичной шихтой для процесса HYL-III является смесь окатышей (70 %) и кусковой железной руды (30%). Недостатками этой технологии являются использование в большом количестве природного газа, подвергая его конверсии и требование предварительной подготовки рудного сырья и переплава получаемого железа в электропечах. Процесс COREX является промышленно и коммерчески опробованный процессом прямого восстановления железа, который допускает экономичное и экологически безвредное производство чугуна непосредственно из железной руды и некоксующегося угля. В основе процесса лежит газификация угля кислородом в кипящем слое, осуществляемая в плавильном агрегате-газификаторе. Полученный восстановительный газ используется для восстановления железорудных материалов до степени металлизации около 96% в шахтной печи. Губчатое железо из шахтной печи поступает в плавильный агрегат-газификатор, где для его расплавления используется тепло реакций газификации угля. Продуктом плавки является жидкий чугун с температурой 1450 – 1550ºС. Процесс позволяет использовать в качестве железорудных материалов кусковую руду, окатыши или агломерат.

FINEX – это плавильно-восстановительный процесс, основанный на прямом использовании некоксующегося угля и железорудной мелочи и являющийся наиболее востребованной технологией производства чугуна на современном рынке. В процессе FINEX железорудная мелочь предварительно нагревается и восстанавливается до железа прямого восстановления (DRI) в трех или четырехступенчатой системе с реакторами с псевдоожиженным слоем. Процесс FINEX позволяет производить чугун на основе непосредственного использования угля и железорудной мелочи. Характерной чертой всех технологий является их высокая капиталоемкость (не ниже 250…300 млн. долл.), что делает экономически приемлемым срок окупаемости при годовом объеме производства 200…500 тыс. т. продукта. В условиях металлургических предприятий Украины актуальной является технология утилизации железосодержащих отходов в количестве, соответствующем их объему образования (20-50 тыс. т. в год) при сроке окупаемости инвестиций не более 1-2 лет. Такими показателями ни один из процессов не обладает, но наиболее приемлемыми для получения МС из техногенных отходов представляются «ITmk-3» и «OxyCup». Процесс «ITmk-3» [3] состоит в производстве чугуна в виде оплавленных гранул без использования кокса и агломерата. В печь с вращающимся подом загружают в виде тонкого слоя окатыши, полученные из металлосодержащих отходов, низкосортного угля и связующего. В печи окатыши нагревают до 1350…14500С, железо быстро восстанавливается, науглероживается и частично расплавляется. Весь процесс занимает около 10 мин. На выходе получают гранулированный чугун с содержанием железа 95-97 %. Расход энергии составляет 13,5 ГДж/т продукта. К недостаткам процесса относится его зависимость от природного газа, используемого для отопления печи и высокий, по условиям приемлемого срока окупаемости, порог производительности – не ниже 200 тыс. т. в год. Процесс «OxyCup» [4] заключается в восстановлении и плавлении в шахтной печи брикетов, содержащих техногенные железосодержащие отходы, восстановитель в виде коксовой мелочи, известь в качестве флюса и связующее. Продуктом является жидкий чугун, содержащий до 4 % углерода. Расход дутья и коксовой мелочи на 1 т. чугуна 1100-1200 м3, и 200…300 кг соответственно, продолжительность процесса около 1,5 часа. Недостатками технологии является дорогостоящее производство брикетов (смеситель, пресс, сушка), а также недостаточная гибкость относительно производительности – не менее 200 тыс. т. в год [5], что связано с приемлемым сроком окупаемости инвестиций. Процесс производства стали является основным источником выброса всего объема мировых парниковых газов. Для решения этих проблем исследователи из Массачусетского Технологического Института (MIT) разработали новый процесс, позволяющий в

78

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

значительной мере сократить выбросы парниковых газов, связанных с производством стали. Также новая разработка позволит сократить стоимость и улучшить чистоту и качество стали. Профессор МIT Donald Sadoway выступает за литой окисный электролиз (Molten Oxide Electrolysis (MOE)), как альтернативу существующим безуглеродным технологиям получения металла. Литой окисный электролиз (MOE) – электролитическое разложение металлической окиси, наиболее предпочтительно в жидкий металл и кислород. Успешное развертывание MOE зависит от существования инертного анода, способного к длительному кислородному развитию. Ранние попытки производить оксид металла с помощью электролиза не продвинулись дальше пределов лаборатории. Варианты МОЕ были получены с намерением изучить возможные пути производства кислорода на Луне. В процессе этой работы, при использовании электролиза расплавленных оксидов в создании кислорода из оксида железа в лунной почве, сталь была получена как побочный продукт. Успех МОЕ зависел от существования устойчивого инертного анода, способного к длительному кислородному развитию. По результатам экспериментов, проведенных профессором Donald Sadoway, выяснено, что в качестве материала для выделения кислорода на аноде оксидного расплава при очень высоких температурах может служить иридий [5]. Однако, иридий является слишком дорогостоящим и его природное содержание в земной коре слишком мало, чтобы удовлетворить потребности мировой сталелитейной промышленности [6]. В предложенной технологии от ученых из MIT применен новый подход – исследователи совместили процесс электролиза расплавленного оксида с разумным использованием сплава железа и хрома. Было обнаружено, что полученное ими железо намного чище, полученного с помощью традиционных методов. Электролиз потребляет меньше энергии, чем доменные печи, а если электроэнергия поступает от ветра и солнечных источников, то он может быть безуглеродным способом получения железа. Сплав хромированного железа работает, т.к. он образует пленку из оксида алюминия на поверхности, которая защищает анод от коррозии, достаточно толстую для предотвращения дальнейшего разрушения кислородом и достаточно тонкую, чтобы свободно пропускать электрический ток. Так же, эта технология не требует высокочистого хрома, что делает его практичным для крупномасштабного использования. Этот сплав способен заменить иридий в процессе электролиза расплавленных оксидов и уменьшить общую стоимость технологии [7]. Фирмой «РОУД» проведены лабораторные исследования двухстадийного процесса рециклинга железосодержащих отходов в электродуговой печи [9], в котором первую стадию твердофазного предварительного восстановления компактированных отходов проводят в сводовой камере печи отходящими газами плавки, а вторую жидкофазную стадию – в жидкой ванне печи с получением чугуна. Однако, проблемы, связанные с непостоянством восстановительного потенциала отходящих газов электродуговой печи и совмещением различных по физической сути стадий в одном агрегате, не позволили достичь высокой энергоэффективности и экологической безопасности этой технологии. Таким образом, предприятия черной металлургии Украины испытывают потребность в конкурентоспособных технологических процессах производства МС в объеме, ограниченном 20-50 тыс. т. в год. Потенциальными потребителями продукта в Донецком регионе являются «ООО» Электросталь, г. Курахово; ЧП «ДЭМЗ», г. Донецк; ООО «Азовэлектросталь», г. Мариуполь; ОАО «Энергомашспецсталь», г. Краматорск. С подобными проблемами, учитывая определенной специфики, сталкиваются и предприятия цветной металлургии. Цель настоящей работы заключается в разработке малозатратного, энергетически эффективного и экологически безопасного процесса восстановления рудных материалов и техногенных отходов, содержащих оксиды железа, меди и других металлов, для последующего рециклинга полученного полупродукта.

79

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Новая технология выплавки стали В основе технологии [10] лежит использование углеродотермического восстановления оксидных материалов, в т.ч. техногенных отходов, в печи, где основная часть энергии, необходимой для процесса, выделяется в шлаковой ванне при прохождении через нее электрического тока. Дополнительное тепло, как альтернативу электроэнергии, получают при продувке ванны металла кислородом в результате окисления углерода. При использовании постоянного тока определенное развитие получает электролиз, обеспечивая осаждение восстанавливаемого металла из шлакового расплава на катоде. Шихта, представляющая собой смесь железосодержащих материалов, восстановителя в виде низкосортного угля и шлакообразующих поступает в ванну через шахту в плавильной камере печи, а жидкий металл – продукт восстановления накапливается в горне-копильнике, откуда его периодически сливают в ковш. Важную конструктивную роль играют подовые электроды, обеспечивающие электрическую цепь без использования верхних графитированных электродов с соответствующими механизмами перемещения и управления, что в значительной мере снижает инвестиционные расходы, упрощает организацию движения столба шихтовых материалов и улавливание пылегазовыделений из печи, физическое тепло которых частично используется на предварительный нагрев шихты. Подовый электрод (их в печи два) представляет собой биметаллический стержень, нижняя медная водоохлаждаемая часть которого соединена с источником тока, а верхняя стальная контактирует с расплавом. При работе печи стальная часть расплавляется до термически равновесной толщины, становясь частью ванны. Согласно технологической схеме процесса, приведенной на рис.1, производство МС включает следующие операции: – непрерывную загрузку предварительно перемешанных компонентов шихты в шахту печи, где в условиях противотока с горячими отходящими газами процесса происходит предварительное твердофазное восстановление; – плавление шихтовых материалов и жидкофазное восстановление металла за счет тепла Джоуля, выделяемого в шлаковой ванне при прохождении электрического тока между подовыми электродами, а также при окислении углерода шихты и металлической ванны газообразным кислородом; – периодический выпуск металлического расплава – восстановленного МС и шлака через специальные летки. Основными узлами установки являются плавильная печь, состоящая из горна – копильника 1 и корпуса 2, футерованная огнеупорными материалами, и шахта 3 для подачи в печь и предварительного восстановления исходных шихтовых материалов. В горне печи установлены подовые электроды 4. Установка снабжена системой загрузки шихтовых материалов включающей бункера 5 для железосодержащих материалов (5.1), восстановителя (5.2) и шлакообразующих (5.3), а также смесителем 6. Эвакуация пылегазовыделений из печи производится посредством системы газоудаления 7. Для периодического выпуска жидкого металла (МС) и шлака предусмотрены летки 8 и 9. Горн - копильник оборудован системой продувки жидкой ванны кислородом 10. Жидкофазный плавильно-восстановительный процесс в электрической печи с подовыми электродами был опробован на лабораторной установке вместимостью до 50 кг по жидкому металлу. Режимные параметры и результаты опробования представлены в табл. 1 и 2. Эксперименты выполняли на переменном токе (опыты 1-3) при следующих электрических параметрах: напряжение 68-75 В, сила тока 1,75-1,90 кА, а также на постоянном токе при аналогичных электрических параметрах (опыт 4) для оценки роли электролиза в процессах восстановления. В качестве исходной шихты опробованы следующие техногенные железосодержащие отходы (ЖСО): в опытах 1 и 4 – окалина прокатных цехов, в опыте 2 – шлам доменного цеха, в опыте 3 – колошниковая пыль доменного цеха.

80

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

В качестве восстановителя в опытах 1-3 применяли уголь марки АР в количестве 25 % от массы ЖСО, в качестве шлакообразующего – известь в количестве около 10 % от массы ЖСО. Продувку ванны кислородом производили сверху через расходуемую трубку. В опыте 4 на постоянном токе углеродистый восстановитель и продувку кислородом не использовали. Конечным продуктом процесса был жидкий чугун. Старт процесса с целью первоначального создания электрической цепи и выделения тепла Джоуля, необходимого для разогрева печи, производили на электропроводной коксовой мелочи, которую помещали между подовыми электродами. Выход годного при восстановлении железосодержащих отходов оценивали отношением массы железа в чугуне к массе общего железа в ЖСО с учетом потерь железа со шлаком. При оценке энергетического баланса процесса в лабораторной установке исходили из соотношения тепла, выделяемого в шлаковой ванне при прохождении электрического тока, и тепла, полученного от окисления углерода газообразным кислородом, равного 1,4-1,6, и теплового к.п.д. печи 0,6. Согласно приведенным данным, ЖСО в виде окалины являются наиболее приемлемыми исходными материалами, обеспечивая выход годного 94 % и расход электроэнергии 2,12 кВт.ч/кг продукта. С учетом тепла экзотермических реакций в жидкой ванне при продувке кислородом, в предположении, что последний расходуется преимущественно на окисление углерода, общий удельный расход энергии составил на лабораторной установке 12-13 МДж/кг продукта, что соответствует показателю процесса «ITmk-3». Показатели процесса при использовании других видов ЖСО: шлам и плавильная пыль ухудшаются на 20-25 % как по выходу годного, так и по энергоэффективности. В случае восстановления электролизом показатели процесса снижаются примерно в 2 раза. Ожидаемое потребление электроэнергии на процесс при переходе к пилотной установке, с учетом данных, полученных в лабораторных условиях и с поправкой на повышение теплового к.п.д. печи с 0,6 до 0.7, составит 1,7-1,8 тысяч кВт.ч. Общий ожидаемый удельный расход тепла (с учетом экзотермических реакций в ванне при продувке кислородом) не превысит 10-12 ГДж на тонну жидкого МС. Таким образом, процесс, по энергоэффективности ожидается на уровне наиболее прогрессивного аналога – «ITmk-3». Энергия расходуется на протекание эндотермических процессов восстановления оксидов железа (50-60 %); нагрев, плавление и перегрев металла и шлака до температуры выпуска (20-25 %); потери тепла с отходящими газами процесса и через поверхность агрегата (остальное). Плавильно-восстановительный процесс был также опробован для переработки медьсодержащих шлаков класса А с целью восстановления меди для последующего рециклинга продукта. Исходные параметры и результаты экспериментов приведены в табл. 3. Эксперименты проводили на переменном токе при следующих электрических параметрах: напряжение 68-75 В, сила тока 1,75-1,90 кА. В качестве шихты в опытных плавках использовали смесь медьсодержащего шлака класса А (35 кг), угля марки АР в качестве восстановителя (7 кг) и извести (3 кг). Средний расход электроэнергии составил 3,56 кВтч/кг продукта. Продувку ванны кислородом не проводили. Согласно приведенным данным, процесс весьма эффективен при восстановлении меди. Вместе с тем, рафинирование расплава от примесей других цветных металлов, присутствующих в исходном шлаке (свинец, олово, цинк) не достигается, что необходимо учитывать при выборе общей стратегии рециклинга. Задачей дальнейших исследований является создание и опробование пилотной установки мощностью 1-3 тыс. т. жидкого чугуна в год с целью наработки технологической и технико-экономической базы, необходимых для решения вопроса о строительстве промышленной установки производительностью 20-50 тыс. т. металлизованного сырья в год.

81

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Выводы Разработан и опробован в лабораторных условиях жидкофазный углеродотермический плавильно-восстановительный процесс в электрической печи с подовыми электродами. Процесс не критичен к выбору шихтовых железосодержащих материалов: окалина, пыли и шламы доменного и сталеплавильного производства. Использование подовых электродов позволяет существенно снизить инвестиционные затраты на оборудование, повысить энергоэффективность и экологическую безопасность процесса. Показана возможность получения жидкого чугуна из основных видов техногенных железосодержащих отходов металлургического производства. Выход годного составляет 7194 %, расход электроэнергии 2,12-2,29 кВт.ч/т продукта, общий расход энергии – 12-13 МДж/кг продукта. Показана возможность восстановления меди из шлаковых отходов медеплавильного производства. Список использованной литературы: 1.

H. Kim, J. Paramore, A. Allanore, D.R. Sadoway. Electrolysis of molten iron oxide with an iridium anode: the role of electrolyte basicity / Journal of the Electrochemical Society.

USA, 2011. - p. 1…3.

D. Wang, A.J. Gmitter, D.R.Sadoway. Production of oxygen gas and liquid metal by 2. electrochemical decomposition of molten iron oxide / Journal of the Electrochemical Society. USA, 2011. - p. 1…4.

D.R.Sadoway. Eco-friendly steelmaking/MIT Technology Review. 2013. - p.1…2.

3. Антонов В.С., Летучий Ф.М.,. Белявский П.Ю. Практика применения 4. оксидоуглеродных брикетов при выплавке стали в электродуговых печах на ЗАО «ВМЗ Красный Октябрь» / Труды 8-го конгресса сталеплавильщиков (Нижний Тагил, 2004). М.: 2005, С. 270…273. Коновалов Ю.В., Троянский А.А., Тимошенко С.Н. Металлургия. Учебное 5. пособие для бакалавров вузов в трех книгах. Книга 1. Производство чугуна, железа, стали и ферросплавов. - Донецк: ДонНТУ, 2011. – 430 с.

H. Tanaka, R. Miyagawa, T. Harada/ Fastmet, Fastmelt and ITmk3: development of 6. new coal-based Ironmaking process/ Direct from Midrex. Special Report. Winter 2007/2008.

P. 8…13. Ю. Блатц. Технологии повторного использования пыли из фильтров и других 7. отходов металлургического производства/ Металлургическое производство и технология (русское издание MPT International), 2005, № 2. С. 6…13. Стовпченко А.П., Пройдак Ю.С., Камкина Л.В. Современное состояние 8. переработки пыли дуговой сталеплавильной печи / Матер. VI Междунар. Конф. «Сотрудничество для решения проблемы отходов». Харьков: ЭкоИнформ, 2009. - С. 61…63. Троянский А.А., Тищенко П.И., Тимошенко С.Н., Тищенко А.П. Разработка 9. основ непрерывного плавильно-восстановительного процесса в дуговой печи // Наукові праці Донецького національного технічного університету / Редкол.: Мінаєв О.А. (голова) та інш.Донецьк: ДонНТУ, 2002. - Вип. 40 (сер.: Металургія). С. 76…81. Патент 97745 Україна, С22В4/00. Спосіб виплавки металів та агрегат для 10. виплавки металів / П.І. Тіщенко, М. Павлічевич, О.А. Троянський та інш. ПП «Фірма РОУД». №201013890; заявлено 22.11.2010; опубл. 12.12.2011. Бюл. №23. – 6 с.

82

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Рис. 1. Технологическая схема установки и процесса (обозначения даны по тексту) Таблица 1. Режимные параметры и результаты опытных плавок. № опыта 1 2 3 4

Состав исходной шихты (ЖСО), % Fe2O3 + FeO 90,9 63,5 66,8 90,9

CaO +MgO 1,0 4,4 6,9 1,0

Состав продукта (чугун), %

SiO2

MnO

Zn

C

Fe

C

Mn

S

P

Zn

3,2 14,0 8,6 3,2

0,4 0,06 0,2 0,4

0,1 1,5 -

0,26 5,8 9,4 0,26

96,5 94,8 94,6 97,3

2,2 3,4 4,1 2,2

0,32 0.12 0,14 0,33

0,040 0,065 0,055 0,040

0,08 0,12 0,11 0,08

0,08 0,34 -

Таблица 2. Некоторые результаты опытных плавок.

Fe2O3 + FeO

CaO +MgO

SiO2

ЖСО

продукта

шлака

Время плавки, мин.

9,4 17,9 15,2 4,8

64,5 41,8 40,3 57,3

11,9 32,7 33,8 32,2

42,0 39,5 38,9 25,5

27,5 17,4 15,7 8,4

6,5 15,8 13,4 6,2

57 68 66 125

Состав шлака, %

Масса, кг

Выход годного, % 94 76 71 48

Расход на 1 кг продукта Электроэнергии, кВт.ч 2,12 2,25 2,29 4,54

кислорода, м3.

0,25 0,28 0,28 -

Таблица 3. Условия и результаты плавок медных шлаков. № опыта 1 2 3

Элементный cостав исходного шлака, % Cu 19,58

Pb 2,85

Sn 1,15

Zn 3,98

Ni 0,10

Элементный состав продукта, % Fe Остальное

Cu 78,1 76,9 80,3

Pb 2,13 2,16 1,82

Sn 10,5 11,9 10,2

Zn 0,89 0,82 0,94

Ni 0,78 0,92 0,73

Fe Остальное

83

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL CO2 CAPTURE AT POWER PLANT Rosa-Hilda Chavez1 and Javier J. Guadarrama2 1 Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares La Marquesa, Ocoyoacac, Mexico 2 Instituto Tecnológico de Toluca Metepec, Mexico ABSTRACT. The main challenge of the chemical absorption CO2 capture processes is reducing the energy requirement in the stripper with the reboiler at post-combustion method when ambient air is used as an oxidant. This paper discusses several CO2 capture process configurations and most important parameters necessary to obtain 90% capture rate and lowest energy consumption at solvent regeneration for CO2 capture from flue gas of thermoelectric power plant. Carbon dioxide is removed by chemical absorption processes from the flue of power plant with monoethanol-amine (MEA). Absorption of CO2 was conducted using an experimental packed column of three different structured packing materials. The mass transfer characteristics were determined by experimental absorption columns and modeling columns with Aspen Plus using RADFRAC. The results show decreased reboiler energy consumption from the base case process configuration with 8MJ/kg of CO2 at solvent regeneration.

KEYWORDS: CO2 capture efficiency, numerical simulation, re-boiler energy requirement at stripper, structured packing, liquid/gas flows ratio

INTRODUCTION A major concern in developed countries is climate change and consequently the effect of CO2 emissions. These have subsequently generated great interest in efficient CO2 capture studies and resourceful methods to enhance energy-intensive processes [1], [2].

The G-8 has risen to have more than 20 industrial scale projects in operation by 2020 in order to maintain its timeline regarding effective mitigation option [3]. International Energy Agency (IEA) suggests in case CO2 Capture and Sequestration (CCS) are not used as a mitigation option, the cost of achieving required reductions would increase by 70%. The conclusion is that all mitigation measures are required because there is no single solution to climate change [4], [5], [6].

Three CCS methods are being developed: Pre-combustion, oxy-combustion and postcombustion. The last alternative works properly well; this is applicable to power generation technologies (5-20% CO2). Advantages include over 60 years experience, no risk, low pressure of 0.1MPa, currently in use, and CO2 recovery for carbonated beverages. On the other hand, disadvantages include, high investment cost and power consumption, and large equipment size [6], [7], [8]. This process provides a high capture efficiency and selectivity, and lower cost than other processes [9], [10], [11].

Among all the different techniques for capturing CO2, absorption with aqueous alkanolamine is recognized as a proper commercial option for capturing CO2 in gas diluted flows, which contain 10% to 12% of CO2 volume [12]. The carbon dioxide capture with Monoethanolamine (MEA) aqueous solution consists of gas stream contact with amine aqueous solution which reacts with carbon dioxide to form a soluble carbonate salt, by reaction acid-base neutralization [12], [13], [14].

CO2 capture simulation using MEA with Aspen Plus™, helps to obtain chemical and physical component properties, equilibrium properties of ionic and molecular species by the electrolyte-NRTL models; also it helps to evaluate different case studies and to compare three different structured packings: ININ 18, Sulzer BX and Mellapak 250Y, this way it is feasible to choose which one fits the requirements of greater CO2 absorption and lower height of mass transfer unit.

With all the previous configurations in mind, it has been established that the purpose of this work is to evaluate the minimum energy consumption for solvent regeneration and maximum CO2 absorption with 600 ton/day flue gas flow treated by Aspen Plus™ of CO2 capture process, using MEA at 30 % weight.

84

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Parameters that determine technical and economic feasibility of CO2 absorption systems are [6], [12], [13]: Flue gas flow. The absorption column size is determined by characteristics of combustion gas flow: its flow and composition of components. The first one to obtain diameter of the column, and the second one, the number of mass transfer stages in order to separate one o more components from one to another composition.

CO2 concentration. Flue gas is at atmospheric pressure, partial pressure of CO2 is between 3 to 15kPa under these conditions, and amine chemical solvent in aqueous solution is most suitable.

CO2 separation. CO2 recovery is a parameter related to absorber height.

Solvent flow. It determines equipment size used to capture CO2.

Power requirements. It involves thermal energy to regenerate solvent and power energy to operate pumps.

Cooling requirements. To bring flue gas and regenerated solvent to required temperatures, unless there is a gas desulphurization process where gas combustion temperature leaves at an appropriate temperature to enter the absorption process.

METHODOLOGY The MEA solvent was selected to make a system model for CO2 removal by absorption/stripping. Both the absorber and the stripper used RateSepTM to rigorously calculate mass transfer rate. The accuracy of the new model was assessed using a pilot plant run with 30% MEA. A rigorous model adopted from the literature, built on RATEFRAC of Aspen Plus is used to simulate the complex reactive absorption behavior. The reactions employed were defined by internal software “wizard” [15], [16], [17].

The methodology was divided in two sections: Hydrodynamic analysis. Column was performed by exploring different regions of 1) operation: preload, loading and flooding regimens, in order to find L G flow ratio per each packing in order to ensure loading at turbulent regimen and optimum mass transfer operation.

The hydrodynamics of each packing was obtained by determining the pressure drop over packed bed height, P Z , due to the passage of gas through the packed bed, either dry (zero liquid flow) or with liquid flow [18].

2) Mass transfer model was developed to calculate and analyze the effect of mass transfer unit height (HTU) on the gas and liquid phases. The Double Film theory correlates height of global mass transfer unit HTU OG and HTUOL , with height of gas mass transfer unit HTU G and liquid mass transfer unit HTU L for a system [12].

CONCLUSIONS - ININ18 packing showed a higher pressure drop than the other two structured packings.

This one reached flood with lower liquid and gas flow values.

- Sulzer BX packing showed the highest mass transfer efficiency due to having the lowest HTU OG value than the other two structured packings, as a result of its highest geometric area.

- Sulzer BX packing was the most efficient in CO2 whole capture with MEA and showed greater efficiency in the absorption column, although requiring a larger number of mass transfer stages. It showed lower mass transfer height in both columns; also, highest CO2 absorption efficiency and CO2 capture efficiency.

- The minimum energy consumption for solvent regeneration was 120MW at energy requirement in order to carry out the regeneration of the MEA. - For CO2 absorption, gas film resistance is important for this type of CO2 capture with chemical reaction with absorber loading and removal.

- The accuracy of the new model was assessed using a recent pilot plant run with 30% MEA. Absorber loading and removal were matched and the temperature profile was approached within 5ºC. 85

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

REFERENCES [1] IPCC, Climate Change: The scientific basis, contribution of working group 1 to the third assessment report of the intergovernmental panel on climate change, U.K. 2001, Cambridge University Press.

[2] Thompson A.M., Hogan K.B., Hoffman J.S., Methane reductions: Implications for global warming and atmospheric climate change, Atmos Environ, 26, (2003), pp. 2665-2668.

[3] NETL, Carbon Sequestration ATLAS for North America, USA 2008. Department of Energy, Office of Fossil Fuels.

[4] Rubin E., Marks A., Mantipragada H., Versteeg P., Kitchin J., Report to the Congressional research Service, Washington D.C., 2010, Carnegie Mellon University.

[5] Hougton J.T., Callander B.A., and Varney S.K., Climate Change: The IPCC Scientific Assessment. U.K. 1990, Cambridge University Press.

[6] Leites I.L., Sama D.A., Lior N., The theory and practice of energy saving in the chemical industry: some methods for reducing thermodynamic irreversibility in chemical technology processes, Energy 28, (2003), pp. 55-97.

[7] Amrollahi Z., Ertesvag I.S., Bolland O., Ystad P.A.M., Optimized Process Configurations of Post-combustion CO2 Capture for Natural-gas-fired Power Plant – Power Plant Efficiency Analysis, Proceeding of Third ICEPE, (2011), pp. 629-640.

[8] Kawabata M., Iki N., Murata O., Tsutsumi A., Koda E., Suda T., Matsuzawa Y., and Furutani H., Energy Flow of Advanced IGCC with CO2 capture Option, Proceeding of ASME2010, IMECE, (2010), pp. 1-6.

[9] Wilson M.A., Wrubleski R.M. and Yarborough L., Recovery of CO2 from power plant flue gases using amines, Energy Convers. Mgmt. 33 No. 5-8, (1992), pp. 325.331.

[10] Austgen D.M., Rochelle G.T., Peng X., and Chen CC., Model of vapor-liquid equilibria for aqueous acid gas – alkanolamines systems using the electrolyte – NTRL equation, Ind. Eng., Chem. Res., 28, (1989) pp. 1060-1073.

[11] Jassim M.S. and Rochelle G.T., Innovative absorber/stripper configurations for CO2 capture by aqueous monoethanolamine, Innovative absorber/stripper configurations for CO2 capture by aqueous monoethanolamine, Ind. Eng. Chem. Res. 45. No. 8, (2006), pp. 2465-2472.

[12] Danckwerts P.V., McNeil K.M., The absorption of Carbon Dioxide into aqueous amine solutions and the effects of catalysis, Trans. Inst. Chem. Eng, 45, (1967), T32.

[13] Dey A., Aroonwilas A., Carbon dioxide absorption characteristics of blended monoethanolamine and 2-Amino-2-methyl-1-propanol, Faculty of Engineering, University of Regina, Regina, Saskatchewan, (2006), IEEE. [14] Asrarita G., 1964, The influence of carbonation ratio and total amine concentration on carbon dioxide absorption in aqueous monoethanolamine solutions, Chem Eng Sci, 19, (1964), pp.95-103.

[15] Pacheco M.A., Rochelle G.T., Rate-based modeling of reactive absorption of CO2 and H2S into aqueous Methyldiethanolamine, Ind.Eng.Chem.Res. 37, (1998), pp. 4107-4117.

[16] Plaza J.M., Van Wagener, Rochelle G.T, Modeling CO2 capture with aqueous Monoethanolamine, Energy Procedia 1, Elsevier, (2009), pp. 1171-1178.

[17] Chang H., Shih Ch.M., Simulation and optimization for power plant flue gas CO2 absorption-stripping systems, Separ Sci Technol, 40, (2005), pp. 877-909.

[18] Stichlmair J., Bravo J.L., and Fair R.J., General model for prediction of pressure drop and capacity of countercurrent gas/liquid packed columns, Gas Sep Purif, 3, (1989), pp. 19-28.

86

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

UDC 614.844+621.227 THE USAGE OF HIGH SPEED IMPULSE LIQUID JETS FOR PUTTING OUT OF GAS FLARES Semko A.N., Beskrovnaya M.V., Yagudina N.I. Donetsk National University Donetsk, Ukraine Abstract. The researches results of gas flame suppression by high speed pulse liquid jets which are generated powder pulse hydro cannon are shown in this article. The velocity of the pulse jet was depended on charge energy and it ranged from 300 to 600 m/s. The flow photographing was held. The head jet velocity right near the gas flame was measured by laser non-contact measuring instrument. It is shown, that the high-speed cloud of splashes with the big cross-section is formed around the pulse liquid jet of high speed. This cloud effectively forces down a flame of the gas flame on distances 5 - 20 m from installation.

Key words: suppression, gas torch, high speed pulse liquid jet, powder pulse hydro cannon, measurement of jet speed

Introduction Fire extinguishing represent a complicated man-caused emergency. Response actions to such an emergency require substantial financial expenditure and involvement of a great number of firefighting equipment units and manpower. Open blowouts as for their power level are divided into [1]: - small-scale with gas output less than 0,5 mln m3 per day and oil output less than 100 t per day; - medium-scale with gas output (0,5÷1,0) mln m3 per day and oil output (100÷300) t per day; - powerful with gas output (1,0÷10,0) mln m3 per day and oil output (300÷1000) t per day; - high-power with gas output more than 10 mln m3 per day and oil output more than 1000 t per day.

Practice shows that fire and accident occurrence in oil and gas wells amounts on average to 0,12 cases in 100 wells [2]. For instance, in the fields based in Texas number of blowouts during prospecting drilling amounts to approximately 244, during development drilling on a well it makes up 180, during well completion − 64, during well work over (also called reworking) − 197, during well operation − 85. In the fields located on American continental shelf, number of blowouts is lower and makes up respectively 45, 49, 25, 23 and 12. It is due to a smaller quantity of wells and to the usage of more reliable well casing design and down hole and wellhead equipment.

1. Modern methods of putting out of gas blowout However, cases of fires in the gas fields take place [3], the causes are any source of ignition: - sparks from stones being thrown and equipment in an emergency, - lightning, - failure of electrical equipment, - sparks at using steel tools in the course of emergency work, etc.

At least ten different methods of fire extinguishing of oil and gas blowouts have been developed because of an outstanding complexity of the technical problem on one hand, and of limited efficiency of each method on the other hand [4]. In the paper [5] are provided main methods of putting out of gas flame fires according to their type: - water bull heading into the well or closing of preventer stopcock and blowout prevention equipment; - putting out by jets of gas-water firefighting cars;

87

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

- impulse delivery of powder by special setups; - water jets from carriage hoses; - explosion of high explosive charge; - vortex-powder method; - fire extinguisher powder from firefighting cars; - combined method; - drilling of inclined well and special solution bull heading (also called injection).

The carriage barrels (hydraulic monitors), gas-water firefighting cars (AGVT-100 and AGVT -150) and pressure-operated powder flame-arresters (PPP-200) are widely used in Ukraine and in other CIS countries for the purpose of fire extinguishing in open blowouts [4].

Quenching of fires and oil and gas fountains is a complex man-made disaster, coupled with significant financial costs and the need to attract a large number of fire-fighting equipment and personnel [6]. Several different methods that take into account the diversity of specific situations and the technical complexity of the problem, designed for extinguishing fires of oil and gas fountains [6, 7]. In Ukraine and CIS the fire monitors (hydromonitors), gas-extinguishing vehicles AGVT-100 and AGVT-150, pneumatic powder flame-suppressor SPT-200 are most often used in fire-fighting of gushers [4].

Fire monitors are used in fire fountains of small capacity, as they must be located at a distance of 10 - 15 m, which is not permissible with a strong thermal radiation from a fountain with a large flow rate (fig 1). The supply of water jets is carried out in two stages to extinguish of fountains of average power when several fire monitors are used. For a long time this method takes a leading place in extinguishing of gas fountains. In this technique, a jet of water is supplied from the fire monitors at the wellhead, i.e. at the base of the fountain. Then water jets synchronously lift up the pillar of fire to his complete liftoff. Portable fire monitors or trunks installed on the tank chassis - setting GPM-64, are used for this purpose [7]. In the Czech Republic the installation of this type has been modernized under the name SPOT-55 [8]. It has been successfully used to extinguish fires fountains and other types of fires.

Automobiles of gas-water extinguishment AGVT-100 and AGVT-150 are applied for fighting fires of all kinds of fountains, but more often for fighting fires of powerful fountains [5] (fig 2). Gas-water jets that are generated by these installations are a mixture of exhaust gases of turbo-jet engine and sprayed water. About 60% water and 40% of the gas are contained in the gaswater jet; the oxygen concentration is not more than 14% at the outlet of the nozzle. In process of removal from the nozzle oxygen content increases and equal to 17-18% in the area of extinguishing at a distance of 12-15 m. The water is partially vaporized in the exhaust gas jet and into the dispersed state in the combustion zone. It was established experimentally that the finely dispersed gas-water jet has a high cooling effect. For example, when applying 60 l / s water (AGVT-100) for 5 minutes, the temperature of flowing wellhead equipment decreases from 950 to 100-150 째 C. The quenching efficiency in this way depends on the water content in the jet, which is equal to (55-60) l/s. Analogous setup under the name Big Wind was developed in Hungary, also known as T-34 with Mig-21 engines, which was used to extinguish fires of fountains in Kuwait [6].

Pneumatic powder flame-suppressor SPT-200 are used for fighting fires of fountains of high power [4]. Great contribution to the theoretical and practical development of this method extinguishing of oil and gas fountains was made by [9, 10]. The fire was extinguished by spray powder which was ejected out of the barrel with compressed gas. Fire extinguishing is performed by the atomized powder, which is ejected from the barrel with compressed gas. Extinguishing powder concentration is impulsive generated in the combustion zone of the fountain for a short time (1 - 2) with a directional peak emission by installation [7].

This principle is implemented in installations on the basis of chassis of tank T-62 "Impulse1", "Impulse-2", "Impulse-3" and "Impulse-Storm" [7] (fig. 3). Machines have from 15 to 50 barrels each of which is charged to 30 kg of extinguishing powder. The installation "Impulse-Storm" is able to deliver to the seat of fire 1.5 tons of fire extinguishing powder in 4 seconds. This allows to create powerful extinguishing impact simultaneously over the entire area or volume. The main difference

88

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

of this installation is a powerful percussive effect on the seat of fire in the compound with extinguishing effects produced by special powder formulations. The optimal distance for fighting fires in this way is about 15 m.

Method of detonation of the explosive charge, which creates a shock wave of high speed (up to 1000 m / s), which disrupts the flames and extinguish the fire [11], not rarely is used to extinguish fires of fountains. Explosive charge is supplied at the mouth of the borehole or a steel rope thrown over the blocks brace-suspended, or on a cart with a cantilever on rail tracks laid to the mouth of the borehole. The main disadvantages of this method are high risk, high volume and complexity of the preparatory work, as well as a large amounts of explosive substances (100-1000 kg).

New highly efficient way of extinguishing gas and oil fountains with vortex rings, which are created by distributed explosive charge, is developed at the Institute of Hydrodynamics of the USSR Academy of M.A. Lavrentyev [12]. According to the authors, the main advantage of this method is the simplicity and the possibility of quick implement at application of small amounts of extinguishing agents.

In work [13] different ways of extinguishing intensive local fires (wood piles, boxes, oil and gas fountains, etc.) are analyzed, and the conclusion that modern mechanical, pneumatic, hydraulic fitting of supply of the extinguishing agents do not provide the operational firefighting due to the large time that required for the delivery and deployment of firefighting equipment, as well as to achieve the desired mode [14], is made. The existing firefighting machinery is unable to handle with the developed fire due to low parameters of the jet quenching: power, speed, range, area of the front cover, the penetrating power. Multilateral installation of impulsive feed of the fire extinguishing agents on the basis of chassis of tanks, trailers, carriages, jeeps, are the most promising for solutions of such problems, fig. 4 shows the project of such installation, that can extinguish the flare by impulse high-speed jets (fig 4). Impulsive installation has shown their ability to not only put out high-output fountains, but also to prevent large-sized gas environment from fire and explosion.

In this paper we propose a method of extinguishing the burning fountains by means pulsed high speed liquid jets, which generates a pulsed water jet with tapered conical nozzle [15].

Application of tapered nozzle allows increasing velocity of pulsed jet of fluid, and its range. Pulse jet feature is that for some time the liquid jet flows with almost constant rate of about 300 m/s from the nozzle jet. The high speed of the jet contributes to the formation around it the finely divided high speed cloud, which effectively extinguishes the torch. In work the preliminary experimental studies of extinguishing flames in such a way that have been confirmed experimentally, were carried out.

2. Promising areas of development of gas blowout extinguishing devices Through all times the most available and simple fire-fighting resource has been water. Water is widely used in firefighting practice. It is evident that among gas blowout extinguishing mediums water is the most used agent compared to other extinguishing means due its availability, cheapness, simple delivery and use, as well as its high fire extinguishing properties.

The most promising fire-fighting method is the using of fine-water mist. The main mechanism of putting out the fire by fine-water mist is cooling of burning material and formation of a steam cloud, which localizes the burning center. If the drops do not have enough kinetic energy, they will not be able to overcome the barrier of convective stream of hot gas, which is generated by flame, and as the result will not be able to reach the flame surface and neutralize this process. In this case fine-water mist could only be used as an auxiliary mean and not the main fire-fighting method.

The drop diameter influences mainly the effectiveness of putting out procedure. Decreasing of drop diameters in fine-water mist can considerably decrease water rate necessary for putting out of the flame. At the same time decreasing of particle size obstructs maintenance of drop high speed and promotes faster drop evaporation in zone, which is previous to flame.

89

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

This factors decrease the effectiveness of fine-water mist putting out. The analyses of different author’s works prove that optimal drop diameter is equal to d к  (100  150) mkm [17].

For water delivery from safety distance to the burning flame it is necessary to support the high speed at firefighting device output. Calculated value of this speed should take into account losses during the jet flight and provide required speed directly before blow out for overcoming of convective stream as well as “separated” impact on blow out [18, 19]. The equilibrium position of blow-out flame drifts with flow with increasing of the flow speed. This is the substance of “separated” impact. The recent aero-team ignitable mixture becomes more and more diluted with moving away due to reciprocal diffusion with steam. This mixture speed decreases proportionally to the dilution degree and exceeds the burning speed at some critical steam value; the jet is broken for a moment, and the flame is driven upward and separated from it.

The analysis of specific data concerning flame character changes with increasing of the speed of burning jet shows that separation of diffusion flame is going on at 80 – 100 m/s. It is evident that mentioned values of speed from safety distance (110 – 130 m) could be guaranteed with high speed liquid jets. These jets are generated by devices which are similar to impulse hydro cannons. 3 3. The schemes of the experiment Fig. 5 is a schematic diagram of the experiment (fig. 5).

From the powder IWC 1, which was located at a predetermined distance from the torch 3, a series of shots of high-speed water jets 2 have been produced towards the gas torch. The burnout of the torch was qualitatively recorded, as well as the speed of high-speed jet was measured directly in front of torch using non-contact laser speed detector, which consists of two blocks 4 and 5 [20]. The mass of a powder charge and the distance from the IWC to the torch varied during the experiments, the last one was measured by a tape measure. Changing of these two parameters allows adjusting of impulse jet speed before the torch in a wide range from 60 to 430 m/sec, registered in the experiments. The aiming was performed by means of a special laser sight, which was mounted on the trunk of impulse water cannon. The speed of impulse jet liquid at which the quenching of the gas torch occurred was measured during the experiments. Speed measuring device allowed recording the speed in the range from 50 to 3000 m/sec.

A series of shots from a distance of 5, 10 and 12 for powder charges with a mass of 5, 10 and 15 g was conducted. In the experiments, the rate of head pulsed jet of liquid before the torch was measured, photographing and video shooting of jet at different stages of its spreading was carried out (fig. 6 ). The results are presented in Table 1. (tab. 1) It can be concluded from the analysis of the experimental results that the rate of the impulse liquid jet head which provides for the hearth extinguishing of the model fire gas fountain ranges from (80 ÷ 90) m/sec, which confirms the experimental studies obtained by other authors.

A series of experiments in which the dependence of the rate of the head of pulsed jet from the traveled distance was measured, was conducted. Some results of these experiments are shown in Table. 2 and in Fig. 6 in which dependency diagrams the velocity of the jet of the head the distance traveled are depicted.(tab. 2, fig. 7) It is clear that the testimonies of 2-5 modules are close and differ markedly from the testimony of the 1st module, which was closest to the IWC at a distance of 1 m from the installation. These differences in the r testimonies of the modules are connected solely with features of the expiration of pulsed jet of fluid from IWC. The jet IWC begins to run with almost zero speed, which rapidly increases, reaches a maximum and then decreases relatively slowly.

Therefore, the 1st module detects the velocity of the head jet at the beginning of expiration, which is far from the maximum and increases during expiration. Velocity of the head jet reaches a maximum at the approach to the second module, the distance to which is 2 m. In the future, the speed of the head of jet is slightly reduced due to the air diffusion. The results of measuring the velocity of the head of jet on the stationary section are in good agreement between itself. Maximum estimated speed of the jet discharge for IWC in the specified mode is about 350 m/sec.

90

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

The specific nature of the dependence of the outflow speed of the liquid jet of hydro-cannon from time (a fast increase in the beginning of outflow from zero to maximum, and afterwards a drop practically up to zero) determines the patterns of diffusion of impulse jet. At the beginning of outflow process the fastest particles of outflowing from hydro-cannon nozzle liquid go through the lower, escaped earlier ones. Consequently in the stream occurs the radial flow that leads to the increase of the jet cross section. The speed of radial flow vr can be estimated on the basis of Bernulli equation for the excess pressure in the jet that occurs in the collision of the faster backward section of the jet with its slower front section that escaped earlier [21-23]. These estimations show that the speed of radial flow is proportional to square root from excess pressure v r ~ p ~ v , that its turn is proportional to the square of speed difference v of the self-crushing liquid sections.

That is why at the initial phase of outflow the speed of the head of jet increases until the high-speed sections have not reached the head of the stream. Afterwards the jet head diminishes due to deceleration by air. Radial flow causes the thickening of the jet and formation around it of a halo of splashes that moves with the speed that differs to a little extent from the speed of the jet core.

Conclusions Experimental studies of the modeling gas torch extinguishing by means of the high speed impulse liquid jets, generated by impulse powder water cannon, have been carried out. The experiments measured the speed of the jet head by the multi-laser speed measuring system of the original design, video footage of the process was made. The maximum design speed of the pulse jet in the dependence of the charge energy was 300-600 m / s, which is in good agreement with the measured values. It is shown that during the propagation process the impulse high-speed fluid jet suffers strong aerodynamic resistance from the air, and high-speed spray cloud of large cross section, which effectively knocked down the gas torch flame distant at 5-15 m, is formed around it.

The experimental results confirmed the theoretical assumptions about the possibility of extinguishing of the gas flares with pulsed liquid jets. The resulting jet velocity for torch tear is consistent with known experimental data. Further research in this area should be aimed to optimize the parameters of the powder IW, the choice of a rational design of IW, the study of the dynamics of pulsed liquid jet in the air and the interaction of the jet and a torch.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

References Recommendations for fire extinguishing of gas and oil fountains (1976) M.: RIС HEFTS Ministry of Internal Affairs of the USSR, 83 p.

Chabaev L.U. Methods of liquidation of open gas fires and fountains during the construction and operation of wells (2009) Proceedings of Higher Education. Oil and gas, № 1, pp. 9297 Field Manual of Firefighting Service (approved by the Chairman of the Committee for State Control and Supervision of the Ministry of Emergency Situations of Emergency Situations of the Republic of Kazakhstan dated 27.12.05, № 373).

Povzik Y.S. Fire tactics (2004) Moscow: ZAO "Special", 416 p.

Vinogradov S.A. Analysis of the methods of fire suppression of oil and gas fountains / Vinogradov S.A., Gritsyna I.N. (2011) Materials of XIII Ukrainian scientific-practical conference of rescuers, 20-21 September 2011, Kyiv, pp. 202-205 Robert D. Grace. Blowout and Well Control Handbook (2003) Gulf Professional Publishing; Elsevier Science (USA), 439-442 р., ISBN 0-7506-7708-2 Igor S (2010) Fire fighting tanks of the USSR. EnglishRussia blog [/2010/08/06/firefighting-tanks-of-the-ussr/3/] Accessed 6 August 2010 Ministry of Defence & Armed Forces of the Czech Republic [http://www.army.cz/scripts/detail.php?id=6084] Official website, Editor-in-Chief: Lieutenant Colonel Pavla Polakova, Prague, 2012 Abduragimov I.M. Quenching of fires of flammable liquids and gases Survey Inform. Ser. Safety and Health (1987) VNIIEgazprom, Moscow, Issue. 6, 32 p.

91

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

10. Abduragimov I.M. Extinguish the flame with cannons (2010) Oil of Russia: Research Journal, , № 90, pp. 78-82 Patent of the Russian Federation “Method of extinguishing of gas and oil fountain fires and device for its realization / Noda A.A. (UA); Svyrydenko N.F. (UA) and other. Patent number 2,130,113, published on 10.05.1999, the application number 97116327/03. The date of application filing 24.09.1997 11. Mamikonyants G.M. Fire fighting of powerful oil and gas fountains (1971) Nedra, Moscow, 95 p.

12. Website of Institute of Hydrodynamics of. MA Lavrentyev Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences [http://hydro.nsc.ru/person/Lugovtsov4.php] / Official website. – Novosibirsk. – 2006 13. Zahmatov V.D. Effective, fast and safe extinguishing of fires in warehouses of ammunition. / V.D. Zahmatov, O.S Voloshkіna, O.M. Trofimchuk (chief ed.) (2008) Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv National University of University of Engineering and Architecture, Academy of Sciences of Ukraine, Institute of Telecommunications and Global Information Space, Kyiv, Issue 2, pp.199 - 217 14. The patent for utility model with number 66434 "Facility for fire fighting" / Larіn O.M., Semko A.N., Gritsina І.M., Vinogradov S.A. - MPC (2011.01). A62C 27/00. Application Number u2011 03022. The date of application filing 15.03.2011. Date of data publication 10.0.1.2012, Bull. Num. 1.

15. The patent «Method of extinguishing of gas flare» / Semko A.N., Beskovnaya M.V., Ukrainskyiy J.D., Vinogradov S.A., Gritsina I.N. - № 4391/ЗУ/13, 25.02.2013. Application № u2012 12587, the date of application filing 05.11.2012.

16. Holand P. Offshore Blowouts. Causes and control (1997) Gulf Publishing Company Houston, Texas, 163 p.

17. Abramov Y.A., 2001, Processes modeling in fire-hose nozzles, Kharkov, Folio, 195 pp. (in Russ.).

18. Karpov V.L. Fire safety of routine and accidental releases of flammable gases. Part 1.

Extreme conditions of steady burning and extinguishing diffusion flames in a fixed environment (1998) Fire and explosion safety, № 3, pp. 36 - 43.

19. Karpov V.L. Fire safety of routine and accidental releases of flammable gases. Part 2.

Extreme conditions of steady burning and extinguishing diffusion flames in the mobile atmosphere (1998) Fire and explosion safety, № 4, pp. 46 - 52 20. The patent for utility model «The non-contact laser device for measurement of speed of a pulse jet’s head of a liquid» / Semko A.N. , Beskovnaya M.V., Makarov D.G., Ukrainskiy U.D., Djantimirov A.G.– № 17206/ЗУ/13, 07.08.2013. Application number u2013 04407.

Date of submission 08.04.2013.

21. Chermenskiy, G.P. The excessive pressure in the impulse fluid jet, 1970, Vol. 1, pp. 174176 (PMTF).

22. Dunne B. Velocity discontinuity instability of liquid jet / Dunne B., Cassen B. // J. Applied Phys., 1956,Vpl. 27, No 6, June., p. 57 - 582.

23. Noumi M. and Yamamoto K. Flow characteristics and impact phenomena of pulsed water jets // Proceedings of The Third Pacific Rim International Conference on Water Jet Technology, 1992, Nov. 30 - Dec. 2 ( Tai-nan, Taiwan).

92

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Figures and tables

Fig.1. Hydromonitors

Fig.2. Automobile of gas-water extinguishment AGVT-150

Fig. 3. Impulse-Storm 93

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Fig. 4. Project of the installation on the basis of chassis.

1 – chassis, 2 – sight, 3 – hatch for operator, 4 – gun turret, 5 – module of barrels.

5 1

2

6

3

4

Fig. 5. The scheme of the experiment to extinguish a gas torch.

1 - powder-IWC, 2 - pulse jet, 3 - gas torch, 4 and 5 - blocks of speed meter, 6 - laser beams.

Fig.6. Videogram of the extinguish experiment

94

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

v, м/с 300 200 100 0

1

2

3

4

5

х, м

Fig. 7. A dependence diagrams of the velocity of the head jet from the traveled distance Table 1. The experimental results № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Powder mass, g

5

10

15

Distance from hydro-cannon to the torch, m

Speed at the torch, m/sec

5 10 15 12 5 10 15 12 5 10 15 12

227 87 63 71 338 105 69 82 428 125 78 108

Table 2. The speed measurements of the head pulsed liquid jet № module 1 2 3 traveled distance , m 1 2 3 velocity, m/sec 125 366 371

Result of putting out the torch: + - extinguished – - not extinguished

+ + + + + + + +

4 4 366

5 5 349

95

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Часть 2. Презентации, представленные для участия во 2-м Международном научно-практическом симпозиуме «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ», который состоялся 30-31 октября 2013 г. в г. Донецке

96

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Конкретные цели проекта: проекта: Проект выполняется НаучноНаучнообразовательным центром «Конвергенция нанонано-, биобио- и инфоинфотехнологий для сбалансированного регионального развития» развития»

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Результаты выполнения проекта «НизкоНизко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины» Украины» Рекомендации по внедрению технологий улавливания и хранения диоксида углерода на востоке Украины Бескровная М.В., к.т.н., PhD, вед. науч. сотр.

Проект «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины» Исследование выполнено в рамках грантового контракта № DCI/ENV 2010/243-865 Проект финансируется Европейским Союзом

2-й Международный научно-практический симпозиум «Низко-углеродные открытые инновации для регионов Украины» 30-31.10.2013 – Донецк

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

- Улучшить знания украинского контента для осуществления климатических технологий - Определить потенциальные объекты для актуальных программ адаптации в Украине климатических технологий - Создать в основных заинтересованных сторонах осознание климатических технологий, технологий, как инструмента борьбы с изменением климата Проект финансируется Европейским Союзом

- Начать сотрудничество в сфере климатических технологий между Украиной и Европейским сообществом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

1 компонента проекта: Донецкий национальный университет (ДонНУ), параллельно выполняет три компоненты проекта: 1. Исследования национального и регионального контекста возможностей использования климатических технологий Результатами этой части: 1) обзоры о мировом контексте; 2) о существующих украинских политических течениях, законах и нормативных актов; 3) о заинтересованности сторон; 4) рекомендации по созданию потенциала климатических технологий в Украине. Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Целевые регионы и группы проекта:

Общие цели проекта: - Содействовать и помогать фактическому осуществлению деятельности по внедрению чистых угольных технологий и технологий улавливания и захоронения углерода (далее климатических технологий) технологий) в Украине

30-31.10.2013 – Донецк

Целевыми регионами проекта являются Донецкая, Донецкая, Днепропетровская, Днепропетровская, Запорожская, Запорожская, Луганская и Харьковская области Украины Целевые группы проекта следующие: следующие: - Представители административного и инженерноинженерно-технического персонала региональных энергетических и промышленных компаний - Представители региональных образовательных, образовательных, научных и инженерных сообществ - Региональные представители государственных органов власти и местного самоуправления - Студенты и аспиранты естественных и экономических факультетов Донецкого национального университета - Представители средств массовой информации - Учащаяся молодежь

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

2 компонента проекта: 2. Оценка: создание географических информационных систем (ГИС) В рамках этой компоненты проекта с целью оценки возможностей и препятствий для развертывания климатических технологий в Украине создана ГИС источников и поглотителей СО2. Также даны рекомендации по внедрению технологий улавливания и хранения диоксида углерода на Востоке Украины

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

97

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

3 компонента проекта: 3. Обмен знаниями Обмен знаниями, созданными и накопленными в процессе выполнения, осуществляется путем организации и проведения следующих мероприятий: образовательная сессия для представителей власти и бизнеса; круглые столы для педагогов, ученых и инженеров; международная научно-практическая конференция по актуальным вопросам изменения климата и использования климатических технологий; лекции для студентов старших курсов и аспирантов ДонНУ естественных и экономических специальностей.

Publications of the project The project published 28 scientific articles, posters and theses as well: - Booklets project in Ukrainian and English languages - Promotional Material Project (Calendars for 2011, 2012 and 2013) - Quarterly Bulletin (8 editions posted on the project website) - Ukrainian translation and publication of brochures CO2GeoNet “What does CO2 geological storage really mean?”

В рамках проекта издана: монография, учебные пособия, методические рекомендации и руководство по использованию климатических технологий, труды конференции, а также создан веб-сайт, направленный на разных пользователей из целевых групп проекта. Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Інтерактивний науковоInteractive Scientific and Methodical Center LCOIR-UA LCOIR навчальний кабінет

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

е столы 3.2.Круглы Круглі столи ДонНУ организовывает круглые столы каждый квартал. квартал. Круглые столы посвящены различным аспектам проекта: проекта: - Политическим, Политическим, правовым и экономическим аспектам внедрения климатических технологий (для представителей региональных администраций и местных советов); советов); - Техническому использованию климатических технологий в соответствующей мировой практике (для инженерноинженерно-технического персонала промышленности и энергетики, энергетики, ученых и педагогов); педагогов); - Перспективам применения климатических технологий в Украине (для представителей научных, научных, образовательных, образовательных, административных, административных, промышленных кругов и бизнесбизнес-сообществ). сообществ).

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Образовательная сессия 3.1. Освітня сесія 14-15 сентября 2011 р. ДонНУ в рамках проекта LCOIR-UA совместно с ДонОДА организовал образовательную сессию “Низко-углеродные технологии для стабилизации климата” для руководителей региональных органов государственной власти и местного самоуправления, а также руководителей предприятий энергетики і промышленности.

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Международная конференция Международный научно-практический симпозиум «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» для ведущих ученых и специалистов, которые получили значительные результаты в области климатических технологий, а также по другим проблемам изменения климата, запланирована на завершающий этап проекта. Конференция включает пленарные и секционные доклады, стендовые сессии и круглые столы по актуальным вопросам изменения климата и использовании климатических технологий. Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

98

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Библиотека публикаций (электронная та печатная) печатная)

Интернет-сайт проекта: http://www.lcoir-ua.eu В ДонНУ по проекту создан веб-сайт, направленный на разных пользователей: - Население в целом, в том числе и средства массовой информации (общая популярная информация); - Руководителей регионов и предприятий (законодательные документы и примеры их использования); - Инженерно-технический персонал предприятий (технические решения и документы, методики); - Ученых (предложения для научных исследований и их результаты); - Студентов и аспирантов (курсы дистанционного обучения по вопросам изменения климата и использования климатических технологий). Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Internetproject: Internet-siteІнтернетproject: Інтернет http://www.lcoir-ua.eu сайт проекту: проекту:

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Экологическая безопасность Экологическая безопасность общества тесно связана с уровнем культуры, образованности и воспитанности людей в нашем обществе. Так, известный хирург и биокибернетик Н.Н. Амосов в 1990 году подвел итоги предложенного им опроса интеллигенции из широкого круга проблем. На вопрос: "Каким процентом своего нынешнего благосостояния Вы готовы пожертвовать, чтобы предотвратить грядущую экологическую катастрофу?". Анализ опрос дал следующие результаты: если катастрофа ожидается через 20 лет, то почти половина респондентов готова отчислить более 10% доходов; если через 50 лет, то таких набралось лишь четверть; а если кризис отодвинуть на 100 лет, 40 % респондентов вообще ничего не пожертвуют, а другие - лишь 1 % доходов или меньше. Повторение аналогичного опроса службой ВЦИОМ в 1992 г. для более широкого круга респондентов дало еще более плачевный результат: экологическая катастрофа, будущая через 20 лет, "собрала" менее 2 % доходов, а озабоченность кризисом, если отодвинули бы на 50 лет, была настолько мала, что получила почти нулевую материальную выразительность. Эти результаты делают очень слабую надежду на "внеэкономическую" перестройку потребительских идеалов людей и экологизацию их поведения в убыток сиюминутному благополучию. Нынешнее состояние данной проблемы вызывает обеспокоенность общественности и этому способствует постоянная реклама с экранов телевидения, Интернета и других средств массовой информации. Современные средства более ярко освещают модели различных катастроф, но прежде, всего индекс цивилизованности во время проведения общественной мысли занимает ключевое положение.

Проект финансируется Европейским Союзом

3.5. Бібліотека публікацій Virtual Library http://libr http://libr--lcoir.narod.ru/ lcoir.narod.ru (електрона та печатна) печатна/ )

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Дякую за увагу!

Prospects for the project in 2013: 1. An international conference on the project (October 2013); 2. Published Collection of scientific papers of the conference; 3. Published 2 Manuals for students and graduate; 4. Published a Monograph on the project; 5. Published 5 Article of the project 6. Registered Electronic Edition “LowLow-Carbon Open Innovation Reviews (LCOI(LCOI-Reviews)” Reviews)” 7. Received 2 Patents of Ukraine for technical solutions for project; 8. Posted 2 applications for European patents on technical solutions for project; 9. Publication and distribution of promotional materials.

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

99

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

1-й Международный научнонаучно-практический симпозиум «НИЗКОНИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ (LCOIR(LCOIR-UAUA-2012)» 2012)» Участники:

ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УЧЕНЫМИ ПО СЛАНЦЕВОМУ ГАЗУ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ: ЧТО ДУМАЮТ ЛЮДИ

Персоглия Сергио - генеральный секретарь Европейской ассоциации экспертов по геологическому хранению СО2 (Италия)

Проведенные исследования в этой сфере:

Голдторпе Вард - руководитель программами улавливания и хранения углерода фирмы "Зе Кровн Эстеит" (Великобритания)

Профессором Сара О'хара, Школа Географии, Университет Ноттингем

Воджиски Адам - руководитель департамента структурного геологического картирования Польского геологического института - Национального исследовательского института (Польша) Уириски Кит - советник по вопросам энергетики и улавливания и хранения СО2 Международной общественной организации "Беллона" (Норвегия) Левина Эллина - аналитик по вопросам энергии Международного энергетического агентства (Франция) Жикаляк Николай Васильевич - генеральный директор Государственного регионального геологического предприятия "Донецкгеология“ (Украина) Киселев Николай Николаевич - директор Научно-технического центра охраны недр и сооружений при УкрНИМИ НАН Украины (Украина) Высоцкий Сергей Павлович - заведующий кафедрой экологии и природопользования Автомобильно-дорожного института Донецкого национального технического университета (Украина) Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Профессором Бригиттой Нерлич, Школа Социологии и Социальной Политики, Университет Ноттингему (Великобритания); Д-ром Мэтью Хамфри, Школа Политики и Международных Отношений, Университет Ноттингему; Д-ром Руси Жаспал, Школа Социологии и Социальной Политики, Университет Ноттингема; Ms Марианна Побережская, Школа Политики и Международных Отношений, Университет Ноттингема. Проект финансируется Европейским Союзом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Хотя в Великобритании разработки сланцевого газа находятся на очень ранней стадии, стадии, но уже выдано большое количество и принято решение о выдаче лицензий на добычу сланцевого газа на добывающих площадках возле Блэкпула. Блэкпула. В прессе сланцевый газ, газ, и в частности, частности, его метод экстракции (fracking) fracking) получил значительное освещение (рис. рис. 1) более 1000 статей в ведущих британских газетах и многочисленных сообщениях о новостях из текущих программ. программ.

Количество информационных сообщений, которые относятся к сланцевому газу в Великобритании национальные документы с 2008 года (январь-май 2012) Проект финансируется Европейским Союзом

Оценка уровня осведомленности общества Великобритании Было проведено на национальном уровне три обзора для оценки уровня знаний и безопасности сланцевого газа, его эксплуатации в Великобритании (табл. 1). Исследования, проведенные YouGov, были в марте, апреле и июне 2012 года.

Проект реализуется Донецким национальным университетом

ОСВЕЩЕНИЕ В СРЕДСТВАХ МАССОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Будущее газа: В ближайшем будущем состоится движение относительного баланса ископаемого топлива, в котором доля использования природного газа значительно увеличится, и в соответствии с двухгодичным докладом в IEA-2 (Париж, 18-19 октября 2011 г.) (МЭА Международное энергетическое агентство), произойдет быстрое развитие ‘нетрадиционных’ ресурсов природного газа, особенно сланцевого газа, что предвещает "золотой век на газ", превосходя долю угля к 2030 году, а к 2035 года и природного газа и может составить 25% всех мировых энергетических потребностей, влияние сланцевого газа на энергетический ландшафт является впечатляющим. В течение нескольких лет этот вид топлива прошел путь от малоизвестного и мало используемого энергетического ресурса к центру тяжести энергетики в условиях перехода к низко-углеродной экономики.

30-31.10.2013 – Донецк

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Динамика опроса: Ключевым словом для ассоциации в этом вопросе был термин "fracking", которая используется, в упомянутых докладах о сланцевом газе. В марте всего 38% респондентов правильно определили сланцевый газ из списка реальных и вымышленных ископаемых топлив. Примерно столько же (39%) - "не знает", а 17% считают, что ископаемое топливо-уголь " - наиболее популярный выбор после сланца. В следующем опросе (в апреле) определение выросло примерно на 7%, до почти 45%, которое было проведено вскоре после сообщений в прессе, но этот показатель упал до чуть более 40%, в июне после опроса.

Таблица 1. Даты и количество респондентов исследований проведенных YouGov

Динамика опроса, по сланцевого газа в Великобритании, в марте-июне 2012 года

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

100

4

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Следующие вопросы опроса:

Связь между сланцевым газом и землетрясением в Великобритании (март-июнь 2012 г.)

Лицам, которые определились относительно сланцевого газа, затем был задан ряд вопросов, в том числе, связывают ли они добычу сланцевого газа с землетрясением, загрязнением воды, является ли это чистое топливо или дешевое топливо. Далее на рисунках отражен уровень результатов ответов на эти вопросы для каждого из трех обследований.

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Связь между сланцевым газом и

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Связь между сланцевым газом и чистой энергией (Великобритания, март-июнь 2012 г.)

загрязнением воды 3.2. Круглі столи (Великобритания, Великобритания, мартмарт-июнь 2012 г.)

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект финансируется Европейским Союзом

Связь между сланцевым газом и выбросами парниковых газов (Великобритания, март-июнь 2012 года)

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

РЕЗЮМЕза ОПРОСОВ Дякую увагу:! Исследования английских ученых показывают, что, несмотря на растущий уровень интереса к сланцевому газу в Великобритании и шквал внимания средств массовой информации, за последние месяцы более половины людей, опрошенных ими, ничего не знают по отношению к этому ресурсу, а также о спорах, которые возникают вокруг этой темы. Хотя большинство респондентов, которые способны определить сланцевый газ, связывают это с землетрясениями, из этих исследований ясно, что существует высокая степень неопределенности относительно точных последствий добычи и использования для окружающей среды. В то же время, существует опасение, что сланцевый газ может привести к загрязнению питьевой воды и что это не "чистое топливо”, но этих взглядов не придерживается большинство. Кроме того, существует мнение, что люди склоняются к тому, что сланцевый газ - дешевое топливо и считают, что необходимо разрешить добывать газ из сланцев в Великобритании. По поводу выбросов парниковых газов существует опять таки высокий уровень неопределенности, со значительным количеством ‘не знает’ во всех трех опросах. Среди тех, кто верит государству, мы видим небольшую тенденцию близкой к мысли, что сланцевый газ приведет к снижению выбросов парниковых газов. В целом, сланцевый газ, пожалуй, является источником топлива, по которому общественности еще предстоит принять решение.

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

101

5

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Наблюдаемые и смоделированные изменения температуры: температуры: только природные причины

Ключевой вопрос: В июне 2012 года был добавлен вопрос: “необходимо разрешить разведку на добычу сланцевого газа в Великобритании?” Однако, лица, которые определились в отношении сланцевого газа, определились неоднозначно. Около 53% всех респондентов высказались “за” и еще 20%, заявили, что они не знают. Только 27% опрошенных респондентов заявили, что газ не должен изыматься из сланца. Разница между мужчинами и женщинами была значительной. Принимая во внимание, что более 60% мужчин заявили, что добыча газа из сланцев должна быть разрешена, то показатель для женщин был меньше на 37%, чуть более 30%, заявили, что они не знают.

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Наблюдаемые и смоделированные изменения температуры: температуры: природные и антропогенные причины

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Глобальная температура от 1856 г. до 2006 г.

Розподіл емісії парникових Парниковый эффект газів за джерелами у світі

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Розподіл Выбросы СО2 вемісії Европе парникових и Украине в 2011 г. (распределение по регионам) ) регионам газів за джерелами у світі

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

102

6

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Обоснование необходимости Схеми процесів уловлювання СО2 з улавливания СО2 из атмосферного атмосферного повітря воздуха

Схемы процессов улавливания и геологического хранения СО2 3 этапа процессов:

3 варианта улавливания:

Объемы выбросов СО2 на Украине по статистическим данным

Улавливание после сжигания

Объемы выбросов СО2 на Украине по категориям МГЭИК

Улавливание

Транспортирование

Улавливание при кислородном сжигании

Улавливание до сжигания

Хранение

Глубоко залегающие соленосные формации

Истощенные нефтегазоносные бассейны

Не имеющие промышленного значения угольные пласты

3 варианта хранения: Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

На 2010 год в мире действует 141 проект по улавливанию и хранению углекислого газа

Сокращение в 2 раза выбросов СО Розподіл емісії парникових с 2005 г. по 2050 г. с целью предотвращения увеличения температуры на 2у - 2,4 °C газів за джерелами світі 2

Уровень выбросов согласно Базовому сценарию = 62 Гт

30-31.10.2013 – Донецк

Улавливания и хранения углерода (УХУ) УХУ)  Применение УХУ в индустрии –  Применение УХУ в энергетике –

9% 10 %

 Внедрение термоядерной энергетики –

6%

 Внедрение возобновляемых источников энергии – 21 %  Повышение эффективности генерации энергии –

7%

 Уменьшение использования ископаемого топлива – 11 %  Повышение эффективности потребления энергии – 12 %

Уровень выбросов согласно Сценарию BLUE Map = 14 Гт

Проект финансируется Европейским Союзом

 Повышение эффективности использования топлива – 24 %

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

62 проекта в Европе

Существующие улавливания Схеми процесів схемы уловлювання СО2 з СО2атмосферного из атмосферного воздуха повітря

- исследования - демонстрация - промышленность - рабочие - потенциальные - 93 проекта, ориентированных на улавливание или интегрированные - 48 проектов, ориентированных на хранение

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

103

7

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Глобальна температура від 1856 р. до 2006 р.

Проект фінансується Європейським Союзом

15.12.2011 р., м. Запоріжжя

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Где можно хранить СО2 под землей Схеми процесів уловлювання СО2 з (в геологических ) формациях атмосферногоформациях) повітря

Проект финансируется Европейским Союзом

Методыпроцесів улавливания СО2 при сжигании Схеми уловлювання СО2 з топлива и при других производственных атмосферного повітря процессах

Улавливание СО2 после сжигания топлива

Выбросы СО2 в процессах производства металла и стали Проект финансируется Европейским Союзом

Улавливание СО2 при кислородном сжигании топлива

Улавливание СО2 до сжигания топлива

Выбросы СО2 в процессах производства цемента

Выбросы СО2 в процессах производства аммиака

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Схеми процесів уловлювання СО2 з Эволюция форм СО2 в процессе повітря егоатмосферного геологического хранения

Проект финансируется Европейским Союзом

Риски утечки СОуловлювання Схеми процесів СО2 з 2 из геологических коллекторов (хранилищ, , резервуаров) хранилищ резервуаров) атмосферного повітря

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Схеми процесів уловлювання СО2 з Выбор участков геологического атмосферного хранения СО2 вповітря Европе

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

104

8

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

GIS участков хранения СО2 в целевых регионах Украины на сайте 2 компонента проекту : проекта: проекта: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

Источники выбросов Уловлювання СО2СО2 в восточной Украине по данныим після BELLONA Девонские Девонські соляные соляні штоки штоки

Пермские соленосные отложения

ДнепровскоДонецкий газои нефтеносный бассейн

Каменноугольные угленосные отложения

Южная граница распространения палеозойских осадочных отложений

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Граница девонских соленых водоносных горизонтов

Донецкий каменноугольный бассейн

Проект финансируется Европейским Союзом

GIS источников эмиссии СО2 в целевых регионах Украины на сайте 2 компонента проекту : проекта: проекта: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Схеми процесів уловлювання СО2 з Выбор участков геологического атмосферного повітря хранения СО2 в Донбассе Геологическая схема домезозойских отложений северо-западной части Донецкого бассейна (a) и геологический разрез к ней (b).

Схема геолого-промышленного районирования Донецкого бассейна.

Перспективные районы: 1 – Новомосковский, 2 – Петриковский, 3 – Лозовской, 4 – Старобельский, 5 – Северо-западные окраины Донбасса. Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Assessment of porosity rocks in which you intend to store CO2 by XX-ray tomography on the European Synchrotron Radiation Facility

2 компонента проекту:

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

30-31.10.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

GIS ділянок зберігання СО2 у цільових регіонах України на сайті 2 компонента проекту : проекту: проекту: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

Проект фінансується Європейським Союзом

10-11.10.2013 – Киев

Проект реалізується Донецьким національним університетом

105

9

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

О возможностях и геомеханических особенностях добычи сланцевого газа в Донецком регионе Киселев Н.Н., канд. геол.-минер. наук, директор Госпредприятия «Научно-технический центр охраны недр и сооружений при УкрНИМИ НАН Украины»

а

б

Зависимость изменения коэффициента проницаемости k от главных напряжений (∆σ1 – превышение осевой нагрузки над боковой) для опасного по выбросам песчаника (а) и соответствующие диаграммы деформации (б)

Особенности формирования техногенных коллекторов газа

Схема управления водными ресурсами при добыче сланцевого газа

106

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Изучение зарубежного опыта Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект выполняется НаучноНаучнообразовательным центром «Конвергенция нанонано-, биобио- и инфоинфотехнологий для сбалансированного регионального развития» развития»

Перспективы геологического хранения диоксида углерода в осадочных породах Донецкого каменноугольного и ДнепровскоДнепровскоДонецкого нефтегазоносного бассейнов

Осетров Владислав «Донецкгеология», Артемовск, Донецкой обл., Украина

Проект «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины (LCOIR-UA)» Исследование выполнено в рамках грантового контракта № DCI/ENV 2010/243-865 2-й Международный научно-практический симпозиум "НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ" Проект финансируется Европейским Союзом 30.10.2013 – Донецк

Изучение зарубежного опыта Выделяются три основных типа формаций, формаций, в которых возможно геологическое хранение СО2: - истощенные или находящиеся на стадии истощения нефтегазоносные бассейны; бассейны; - глубоко залегающие соленосные формации; формации; - не имеющие промышленного значения угольные пласты. пласты.

Геологическое строение Донбасса

Одним из перспективных решений долгосрочного хранения CO2 является геологическое хранение в горных породахпородах- коллекторах. коллекторах. В число наиболее важных решаемых задач входят определение местоположения, местоположения, объёма и глубины залегания горных пород, пород, физические параметры которых отвечают параметрам коллекторов. коллекторов. Такими породами могут быть пористые осадочные породы – песчаники, песчаники, известняки. известняки. При поиске коллектора так же важно знать структурное строение территории. территории. Одним из главных ограничений является глубина залегания горных пород – 800 и более м, на которой CO2 переходит из газообразного в другое фазовое состояние – жидкое. жидкое.

Геологическое строение Донбасса По современным представлениям Донбасс является комплексным газогазоугольным бассейном. бассейном. Метановая газоносность Донецкого бассейна генетически связана с осадочными породами среднегосреднего-верхнего карбона и нижней перми. перми. Некоторые коллектора метана после дегазации могут являться перспективными хранилищами СО2.

Геологическое строение Донбасса Мощность палеозойских осадочных отложений в Донбассе и ДДВ достигают в некоторых районах до 20 км

107

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Поиск коллекторов Лучшими фильтрационнофильтрационноемкостными параметрами среди палеозойских пород Донбасса обладают песчаники. песчаники. Основными параметрами коллекторских и газоемкостных свойств песчаников являются: являются: - открытая пористость (характеризует емкость песчаника, песчаника, доступную флюидам ); - степень заполнения пор газом; газом; - влажность; влажность; - проницаемость. проницаемость.

Выделение перспективных районов Наиболее перспективными районами для хранения СО2 СО2 являются Бахмутская и КальмиусКальмиус-Торецкая котловины, котловины, в пределах которых находится мощная изолирующая покрышка соленосных отложений нижней перми. перми. Непосредственно под ними залегает мощная терригенная угленосная толща верхнего - среднего карбона, карбона, которая содержит пласты пород, пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, свойствами, в ряде случаев – метановой газоносностью, газоносностью, а также пласты каменного угля. угля. Важным моментом также является то, то, что изиз-за большой мощности покрывающих пермских и мезокайнозойских мезо отложений на территориях Бахмутской и КальмиусКальмиус-Торецкой котловин, котловин, угольные пласты там не разрабатываются. разрабатываются.

Постановка задач будущих исследований 1. Определение количественных значений критериев процесса геологического хранения СО2 с учетом горногорногеологических и гидрогеологических условий геологических районов Донбасса и его окраин. окраин.

2. Выделение наиболее перспективных участков – потенциальных полигонов. полигонов.

3. Выполнение геохимического, геохимического, структурноструктурнотектонического и гидрогеологического анализов перспективных участков с целью определения количественных величин фильтрационнофильтрационно-емкостных параметров осадочных пород и выделения газовых ловушек – потенциальных резервуаров СО2.

4. Анализ и обобщение полученных результатов, результатов, выделение эффективных горизонтовгоризонтов-коллекторов в границах перспективных участков и подсчет их емкостного СО2 потенциала. потенциала.

108

Выделение перспективных районов Согласно Схемы геологогеологопромышленного районирования Донецкого бассейна были выделены перспективные участки для последующего детального изучения. изучения. Квадратами показаны места расположения угольных шахт, шахт, цифрами отмечены перспективные районы: районы: 1 – Новомосковский, Новомосковский, 2 – Петриковский, Петриковский, 3 – Лозовской, Лозовской, 4 – Старобельский, Старобельский, 5 – СевероСеверо-западные окраины Донбасса Бахмутская и КальмиусТорецкая котловины и прилегающие к ним участки..

Создание интерактивных карт потенциальных хранилищ СО2 Первые выводы: выводы: Среди возможных вариантов реализации процесса долгосрочного хранения СО2 в Донбассе предлагаются: предлагаются: -Нагнетание СО2 в негазоносные горизонты, горизонты, обладающие свойствами коллекторов. коллекторов.

-Нагнетание СО2 в неразрабатываемые угольные пласты и вмещающие угленосные породы для повышенного извлечения угольного метана (ПИМ). ПИМ).

- Нагнетание СО2 в отработанные газоносные коллекторы на периферии бассейна. бассейна.

Перспективы Логическим продолжением выполненных исследований является комплекс научнонаучноисследовательских работ с поставленными вышеперечисленными задачами. задачами. Решение этих задач позволит дать объективную и количественную оценку возможностей геологического хранения СО2 в Донбассе, Донбассе, а так же создать базу для экономического обоснования перехода к завершающей стадии исследований – пилотным проектам. проектам.

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ЮЗОВСКИЙ ПРОЕКТ: РАЗВЕДКА И ДОБЫЧА ПРИРОДНОГО ГАЗА УПЛОТНЕННЫХ ПЕСЧАНИКОВ Осетров В., геолог ГРГП «Донецкгеология» Донецкгеология»

Что такое сланцевый газ? Это обычный природный газ, газ, то есть преимущественно метан, метан, залегающий в труднодоступных сланцевых породах на большой глубине. глубине. Использование для получения такого газа традиционных вертикальных скважин, скважин, первая из которых была пробурена еще в позапрошлом веке, веке, позволяло получить незначительное количество энергоносителя изиз-за низкой пористости и, как следствие, породы. следствие, недостаточной проницаемости породы. Повысить объемы добычи смогли технологии так называемого горизонтального бурения, бурения, когда после создания глубокой вертикальной скважины бур отклоняется под углом 90 градусов и далее движется горизонтально. горизонтально. В сочетании с последующим гидроразрывом — закачиванием в скважину воды, воды, песка и специальных химических компонентов для разрушения перегородок сланцевых структур — эта технология позволила значительно увеличить эффективность добычи сланцевого газа. газа.

СЛАНЦЕВЫЕ БАССЕЙНЫ В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ

РАЗНООБРАЗИЕ ТИПОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА

ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ СЛАНЦЕВОГО ГАЗА

109

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ТАК НАС ПУГАЮТ

А ТЕПЕРЬ ВНИМАНИЕ: ВНИМАНИЕ: НА ЮЗОВСКОМ УЧАСТКЕ ПЛАНИРУЕТСЯ ДОБЫВАТЬ НЕ СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ На Юзовском участке прогнозируется наличие природного газа уплотненных песчаников. песчаников. Это один из трех видов так называемого нетрадиционного газа. газа. К нетрадиционному также относится газ угольных пластов и сланцевый газ. газ. На Украине все виды нетрадиционного газа называют «сланцевым» сланцевым», хотя разница между ними есть. есть. Обычно сланцевый газ залегает в сланцевых породах на глубине около 1,51,5-2,5 километров и добывается с помощью горизонтальных скважин, скважин, проходящих параллельно водоносным горизонтам. горизонтам. Природный газ уплотненных песчаников, песчаников, который «Шелл» Шелл» планирует добывать в своих украинских проектах на суше, суше, залегает на глубине 3-5 километров. километров. Его планируют добывать с помощью вертикальных и наклонных скважин. скважин.

ГЛУБИНА ЗАЛЕГАНИЯ ГАЗОНОСНЫХ ПОРОД ИСЧИСЛЯЕТСЯ КИЛОМЕТРАМИ

ПЛОЩАДЬ ЮЗОВСКОЙ ПЛОЩАДИ СОВПАДАЕТ С ТЕРРИТОРИЕЙ, ТЕРРИТОРИЕЙ, ПЕРСПЕКТИВНОЙ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СО2 СО2

110

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Донецкий национальный технический университет

Глобальный экологический кризис

Donetsk National Technical University

Данные, Данные, характеризующие современный уровень антропогенного влияния на биосферу планеты

Решение вопросов

• Увеличение вредных техногенных газопылевых выбросов в атмосферу в 20 раз за последние полвека.

безопасности в условиях

• Более четверти поверхности мирового океана покрыто углеводородной пленкой. В результате биопродуктивность океана снизилась на 15-25%.

природно-антропогенных воздействий

• Энергозатраты человечества удваиваются примерно каждые 27 лет. За столетие они возросли в 12 раз.

• Ежегодно превращается в пустыню до 10 млн. га плодородных земель и ещё 20 млн. га теряют половину своей продуктивности.

к.т.н.,доцент .,доцент Приходько С.Ю.

2-й Международный научно-практический симпозиум «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» 30 октября 2013 г., г. Донецк

1

Техногенная нагрузка

Типичная панорама индустриального В Донецкой области действует Донбасса около 2000 предприятий,, из них

около 2000 предприятий из них 800 крупных - более 1/3 всего промышленного потенциала Украины и 37% вредных выбросов. выбросов.

Величина техногенной нагрузки (интегральный показатель / Т)

< +2,11 +2,11 +2,10 +1,26 +1,25 +0,46 +0,45

ниже средней

средняя

выше среднего

высокая

-0,39 -0,40 > -0,40

очень высокая

2

3

Агроэкологическая оценка грунтов

Загрязнение поверхностных вод

Оценка грунтов по их агроэкологическому потенциалу (синтетический показатель / АП) АП)

< +1,71 +1,71

Степень загрязнения (индекс суммарного загрязнения) загрязнения)

+1,70 -1,70

<5

-1,71

допустимая

-5,09

5 10 15 20 > 20

умеренная

-5,10

повышенная

-8,49 -8,50

высокая

> -8,50

условно благоприятные удовлетворительные условно удовлетворительные ухудшенные экологическое бедствие

очень высокая

4

5

111

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Загрязнение атмосферного воздуха

Загрязнение атмосферного воздуха в мегаполисах

чрезвычайно высокий очень высокий высокий повышенный умеренный

Интегральный показатель ИЗА

допустимый низкий

Уровень суммарного максимального загрязнения

2 10

6

Общая заболеваемость населения

20

40

55

1 мм диаметра соответствует 2,5 ед. ИЗА

7

Проблема твердых отходов

Среднее число заболеваний на 100 000 чел. чел. по области, области, тыс. тыс.случ. случ.

< 100

условно благоприятные

100 101

удовлетворительные

110 111

условно удовлетворительные

120 121

ухудшенные

130 131

экологическое бедствие

> 131

8

9

Для достижения этой цели планируется решить следующие задачи: Необходима разработка стратегической модели и механизма эффективного функционирования природно-промышленных систем на основе концепции устойчивого развития, внедрения новейших технико-технологических и геоинформационных методов на предприятиях угольной, металлургической, машиностроительной отрасли с целью повышения качества жизни за счет ресурсосбережения, повышения эффективности, сокращения расходов на ликвидацию техногенных кризисных явлений

112

• разработать концепцию устойчивого развития природно-промышленных систем с сочетанием возможностей технико-технологических, экономикоорганизационных и техногенно-экологических ресурсов; • обосновать методы интегральной оценки качества жизни населения, оценки, мониторинга и прогнозирования объективных условий циклического развития и вероятностей техногенных катастроф под влиянием тенденций глобальных сдвигов в естественном, индустриальной, общественной сфере мирового пространства;

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Для достижения этой цели планируется решить следующие задачи:

Для достижения этой цели планируется решить следующие задачи:

• разработать математическую и экономическую модель эффективного механизма согласования отношений собственности, оптимизации государственного и негосударственного регулирования развитием предприятий отраслей, регионов с учетом глобальных техногенных и экономико-экологических кризисных явлений;

• исследовать причины, взаимосвязи и последствия геодинамических угроз устойчивому развитию природно-промышленных систем с оценкой экологоэкономической эффективности повышения уровня безопасности хозяйственной деятельности, ресурсосбережения, улучшения здоровья и благосостояния населения

• дальнейшее развитие и практическое внедрение новейших технологий в производственные процессы угольной , металлургической , машиностроительной отраслей на основе совершенствования геоинформационных ресурсов , композиционных методов функционально ориентированных средств , телекоммуникационных условий жизнеобеспечения естественно промышленных систем ;

Уголки сохранившейся природы Донецкого края

Ожидаемое использование результатов на уровне государства: - повышение качества жизни, благосостояния и здоровья населения - внедрение в долгосрочную стратегию концепции устойчивого развития; - регулирование отношений между государственными и негосударственными секторами экономики; - - использование методов оценки, мониторинга и прогнозирования гео-техногенных кризисных явлений, что позволит избежать непредвиденных расходов на их ликвидацию - сокращение негативного влияния техногенных факторов промышленного развития на окружающую среду, здоровье, качество и продолжительность жизни населения;

17

18

113

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Проект “Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України”

Розташування родовищ нетрадиційного газу у США

2-й Міжнародний науково-практичний симпозіум “НИЗЬКО-ВУЗЛЕЦЕВІ ВІДКРИТІ ІННОВАЦІЇ ДЛЯ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ”

Шеставін М.С., к.т.н., провідний науковий співробітник Донецького національного університету Проект фінансується Європейським Союзом

Проект реалізується Донецьким національним університетом, Україна

Основні перестороги американських громадян щодо видобутку сланцевого газу

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Переваги від видобутку сланцевого газу в США

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Джерела інформації про сланцевий газ у США

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

114

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Мапи розташування родовищ сланцевого газу у Великобританії

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Яким є Ваше становлення до потенційного впливу масштабного видобутку сланцевого газу на бізнес у Великобританії?

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Наскільки Ви підтримуєте продовження розвідки у Вашій місцевості для того, щоб зрозуміти потенціал природного газу зі сланців у Великобританії?

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Мапи розташування родовищ сланцевого газу у Польщі

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Ставлення громадян Польщі до видобутку нетрадиційного газу

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

115

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Ставлення громадян Польщі до видобутку газу біля місця їх проживання

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

30.10.2013 - Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

116

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

117

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

118

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

119

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Часть 3. Презентации, представленные для участия в различных мероприятиях 2013 года

120

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Розподіл Выбросы СО2 вемісії Европе парникових и Украине в 2011 г. (распределение по регионам) ) регионам газів за джерелами у світі Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект выполняется НаучноНаучнообразовательным центром «Конвергенция нанонано-, биобио- и инфоинфотехнологий для сбалансированного регионального развития» развития»

ПЕРСПЕКТИВЫ И МЕХАНИЗМЫ ВНЕДРЕНИЯ НИЗКОНИЗКОУГЛЕРОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РЕГИОНАХ УКРАИНЫ Шеставин Н.С., координатор проекта «Низко-углеродные возможности для индустриальных регионов Украины» Исследование выполнено в рамках грантового контракта № DCI/ENV 2010/243-865 Проект финансируется Европейским Союзом

Фестиваль науки и научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов в Донецком национальном университете 19.04.2013 – Донецк

Проект финансируется Европейским Союзом

Сокращение в 2 раза выбросов СО Розподіл емісії парникових с 2005 г. по 2050 г. с целью предотвращения увеличения температуры на 2у - 2,4 °C газів за джерелами світі

Уровень выбросов согласно Сценарию BLUE Map = 14 Гт

3 этапа процессов:

Улавливания и хранения углерода (УХУ) УХУ)  Применение УХУ в индустрии –  Применение УХУ в энергетике –  Внедрение атомной энергетики –  Внедрение возобновляемых источников энергии –  Повышение эффективности генерации энергии –  Уменьшение использования ископаемого топлива –  Повышение эффективности потребления энергии –

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Схемы процессов улавливания и геологического хранения СО2

2

Уровень выбросов согласно Базовому сценарию = 62 Гт

19.04.2013 – Донецк

3 варианта улавливания: Улавливание после сжигания

9% 10 %

Улавливание

6% Транспортирование

Улавливание при кислородном сжигании

21 % 7% 11 % 12 %

 Повышение эффективности использования топлива – 24 %

Хранение

Глубоко залегающие соленосные формации

Истощенные нефтегазоносные бассейны

Улавливание до сжигания Не имеющие промышленного значения угольные пласты

3 варианта хранения: Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Методыпроцесів улавливания СО2 при сжигании Схеми уловлювання СО2 з топлива и при других производственных атмосферного повітря процессах

Улавливание СО2 после сжигания топлива

Выбросы СО2 в процессах производства металла и стали Проект финансируется Европейским Союзом

Улавливание СО2 при кислородном сжигании топлива

Улавливание СО2 до сжигания топлива

Выбросы СО2 в процессах производства цемента

Выбросы СО2 в процессах производства аммиака

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Где можно хранить СО2 под землей Схеми процесів уловлювання СО2 з (в геологических ) формациях атмосферногоформациях) повітря

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

121

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Перспективы развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Использование биомассы Биогазовая установка

Система сбора биогаза

энергии Базовый сценарий Энергетической стратегии Украины до 2030 года, данные в млн.т условного топлива Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Биогазовая установка на свиноферме

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Солнечные электростанции

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Ветровые электростанции

СЭС малой мощности

СЭС большой мощности

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Соотношение и источники затрат на процесс коммерциализации результатов НИР

Малые гидроэлектростанции 140

Действующие МГЭС

120 100 80 60

ия зац али и рц ме Ком

40

Проектируемые МГЭС

20 0 Научноисследовательские работы

Опытноконструкторские работы

Государственное финансирование

Проект финансируется Европейским Союзом

122

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

Создание опытного образца Частное финансирование

19.04.2013 – Донецк

Создание пилотного произодства

Создание массового производства

Венчурное финансирование

Проект реализуется Донецким национальным университетом

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Углеродоемкость ВВП стран с переходной экономикой

Углеродоемкость регионов Украины Донецкая область

Углеродоемкость ВВП страны, региона, отрасли или предприятия определяется соотношение массы (в кг) выброшенного СО2 при производстве продукции стоимостью в 1000 US$

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Валовая добавленная стоимость на душу населения по областям Украины в зависимости от энергоэффективности

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Общее число проектов совместного осуществления по странам и типам Украина

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Число украинских проектов совместного осуществления распределенное по секторам и по величине сокращения выбросов парниковых газов

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Число и объемы финансирования проектов по схеме “зеленых” зеленых” инвестиций Донецкая область

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

123

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

В Украине высокий уровень потребления энергоносителей

Число

Потребление энергоресурсов средней производственно й единицей в Украине в 3 раза превышает аналогичный показатель в ЕС

Проект финансируется Европейским Союзом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

19.04.2013 – Донецк

Проект финансируется Европейским Союзом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Инфраструктурная схема Сетевой платформы низконизко-углеродных технологий

Число

НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ

Установлены контакты с 18 Центрами ТТ в странах ЕС

СЕТЕВАЯ ПЛАТФОРМА ПЛАТФОРМА ЦЕНТРОВ НИЗКО-УГЛЕРОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

УГЛЕРОДОЕМКОСТЬ

Проект финансируется Европейским Союзом

Проект реализуется Донецким национальным университетом

19.04.2013 – Донецк

Проект финансируется Европейским Союзом

Финансирование инновационных низко-углеродных проектов

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Сетевая платформа низконизко-углеродных технологий Центр трансфера технологий НОЦ ДонНУ – отраслевой сегмент низко-углеродных технологий Национальной сети трансфера технологий

НУЛЕВОЙ ЭТАП ПЕРВЫЙ ЭТАП ВТОРОЙ ЭТАП

ЭКСПЕРТЫ БАЗА ДАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ ИНСТИТУТЫ, УНИВЕРСИТЕТЫ

ФИРМЫ ТИПА START-UP SPIN-OFF

ИНТЕРАКТИВНАЯ АУДИО-ВИЗУАЛЬНАЯ СЕТЕВАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ УНИВЕРСИТЕТОВ, ОРГАНИЗАЦИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ

ФИРМЫ, КОМПАНИИ, ПРЕДПРИЯТИЯ

ФОРМИРОВАНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ АЛЬЯНСОВ

ВЕБ-СЕРВЕР СРЕДСТВА ДЛЯ ОН-ЛАЙН КОНФЕРЕНЦИЙ

БАЗА ДАННЫХ КОНТАКТОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ ИНСТИТУТОВ И УНИВЕРСИТЕТОВ

ТРЕТИЙ ЭТАП ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП

НАУЧНЫЙ НАУЧНЫЙ ПАРК ПАРК «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ОТКРЫТЫЕ ИННОВАЦИИ ДЛЯ ДЛЯРЕГИОНОВ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ» УКРАИНЫ»

Координатор проекта LCOIR-UA: Шеставин Николай Степанович E-mail: lcoir@ukr.net Web: www.lcoir-ua.eu

ВЕНЧУРНЫЕ ФОНДЫ Проект финансируется Европейским Союзом

124

19.04.2013 – Донецк

Проект реализуется Донецким национальным университетом

Проект финансируется Европейским Союзом

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Thematic Programme for Environment and Тематична програма ЄС sustainable management of natural та resources, проекти в Україні including energy: energy: A project implemented by Donetsk National University (Ukraine)

Research and Education Center “Convergence Convergence NanoNano-, BioBio- & InfoInfoTechnologies for the Balanced Balanced Regional Development ” Development”

INTERIM NARRATIVE REPORT Implementation period (01/01/2011(01/01/2011-31/12/2012) Grant contract No. DCI/ENV 2010/2432010/243-865 Project “LowLow-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIRLCOIR-UA) UA)” Duration of the project: 2011-2013 Funding from the EU: 129’409.00 EURO (stage 1: 75’205.00 EURO) This project is funded by the European Union

Meeting with the Ambassador of the EU Delegation to Ukraine 24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Direction “Cooperation on clean coal technology (CCT) and carbon capture and storage (CCS)” Project “Low-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIR-UA)” The contractor – Donetsk National University

Project is funded by the European Union

- To initiate cooperation in CCT and CCS between Ukraine and the European community.

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Targeted groups from the selected industrial regions: - Donetsk, Donetsk, Dnipropetrovsk, Dnipropetrovsk, Kharkiv, Kharkiv, Lugansk and Zaporizhzhya regions); - Representatives of the regional state bodies and local selfself-government authorities;

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

The specific objectives are as follows:

The overall objectives of the Action are as follows: - To promote and help the actual implementation of CCT and CCS activities in Ukraine.

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

- To improve the knowledge of the Ukrainian context for implementation of CCT and CCS. - To define potential sites for adaptation programs of CCT and CCS technologies in Ukraine.

- To have the main stakeholders aware of the CCT and CCS technologies as a tool against climate change.

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

first component of the project: 1 The компонента проекту: I. Assessing national and regional context of the opportunities of deployment of climate technologies in Ukraine The results of this part of 8 reviews about the global context, on current Ukrainian political trends, laws and regulations, for stakeholders and technical aspects of the CCT and CCS technologies, and also Recommendations on capacity building climate technologies in Ukraine.

- Administrative and engineerengineer-technical staff of regional energetic and industrial companies; - Representatives of regional educational and research communities; - Students and postpost-graduates of natural and economic faculties.

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

125

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

The second component of the project:

GIS sources of CO2 emissions in the target regions of Ukraine on the project website:

2 компонента проекту: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

II. Screening: construction of a Geographical Information System (GIS) Under this component of the project to assess the opportunities and obstacles for the deployment of climate technologies in Ukraine created GIS sources and sinks of CO2.

Also, make Recommendations for the actual implementation of environmental technologies for multiple objects in industrial regions of Ukraine.

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

GIS promising CO2 storage in the target regions of Ukraine on the project website: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

2 компонента проекту: 1.

Donets coal Basin

2.

Dnieper-Donets gasoil basin

3.

Southern border of diffusion of paleozoic sedimentary deposits

4.

Permian salt-bearing section

5.

Carboniferous coalbearing sediments

6.

Devonian saline aquifers

7.

Devonian salt rods

8.

Biliaivka, Kharkiv obl.

9.

Power Plants

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Future directions of transport of CO2 in the target regions of Ukraine on

2 компонента проекту: Google Earth

10. 10. Iron & Steel Works Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

Assessment of porosity rocks in which you intend to store CO2 by XX-ray tomography on the European Synchrotron Radiation Facility

2 компонента проекту:

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

The third component of the project: III. Knowledge sharing - Sharing of knowledge, created and accumulated during project execution will be realized through organisation and holding of a educational session and round tables for the representatives of authorities and business, as well as for teachers, scientists and engineers.

- International conference on the topical issues of climate change and use of climate technologies.

- Lectures for senior students and postgraduates of universities.

- A monograph, books on use of climate technologies.

- Quarterly informational bulletins will be published and a web-site will be created within the project.

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

126

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Інтерактивний науковоInteractive Scientific and Methodical Center LCOIR-UA LCOIR навчальний кабінет

Events Project in 20112011-2012: 1. March 23, 2011 - Start Meeting Project: Donetsk - 47 participants 2. September 14-15, 2011 - Education Session of the project: Donetsk - 57 participants 3. December 15, 2011 - Roundtable on the project: KievDnepropetrivsk - 46 participants 4. October 23, 2012 - Roundtable on the project: Donetsk - 64 members (12 members online) - 8 foreign participants (5 foreign website on-line) 5. November 29, 2012 - Internet conference: Donetsk, Luhansk - 52 members (36 members online) 6. December 19, 2012 - Webinar: Donetsk-Kharkiv - 27 participants (24 participants online) 7. December 26, 2012 - Reporting Workshop Project Participants: Donetsk - 32 participants (8 members online)

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Internetproject: Internet-siteІнтернетproject: Інтернет http://www.lcoir-ua.eu сайт проекту: проекту:

Publications of the project The project published 28 scientific articles, posters and theses as well: - Booklets project in Ukrainian and English languages - Promotional Material Project (Calendars for 2011, 2012 and 2013) - Quarterly Bulletin (8 editions posted on the project website) - Ukrainian translation and publication of brochures CO2GeoNet “What does CO2 geological storage really mean?”

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

3.5. Бібліотека публікацій Virtual Library http://librhttp://libr-lcoir.narod.ru/ (електрона та печатна) печатна)

Дякую за увагу!

Prospects for the project in 2013: 1. An international conference on the project (October 2013); 2. Published Collection of scientific papers of the conference; 3. Published 2 Manuals for students and graduate; 4. Published a Monograph on the project; 5. Published 5 Article of the project 6. Registered Electronic Edition “LowLow-Carbon Open Innovation Reviews (LCOI (LCOI--Reviews)” Reviews)” 7. Received 2 Patents of Ukraine for technical solutions for project; 8. Posted 2 applications for European patents on technical solutions for project; 9. Publication and distribution of promotional materials.

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

24.05.2013, Donetsk, Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

127

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Постеры для встречи с Послом ЕС в Украине (24.05.2013)

128

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

129

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

130

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Глобальная температура от 1856 г. до 2006 г. Проект реалізується Донецьким національним університетом (м. Донецьк, Донецьк, Україна) Україна)

Проект виконується НауковоНауковонавчальним центром ДонНУ „Конвергенція нанонано-, біобіо- та інфоінфотехнологій для збалансованого регіонального розвитку” розвитку”

Тематична програма Європейського Союзу для довкілля і сталого управління природними ресурсами, ресурсами, зокрема енергією

Проект „НизькоНизько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України” України” Шеставин Н.С., к.т.н. Донецкий национальный университет

Концепция создания виртуальной интерактивной платформы для трансляции низконизко-углеродных открытых инноваций Проект фінансується Європейським Союзом

9 международная научно-практическая конференция “Энергетика, Экология, Экономика: Эффективные пути комплексного развития” 19-23.09.2013 г., г. Алушта, АР Крым

Наблюдаемые и моделируемые изменения температуры: температуры: только природные факторы

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

2 частина Європейського Кругооборот СО2 в природе проекту LCOIRLCOIR-UA

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Наблюдаемые и моделируемые изменения температуры: температуры: природные и антропогенные факторы

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Розподіл емісії парникових Парниковый эффект газів за джерелами у світі

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

131

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Прогноз мирового распределения отклонения показателя влажности от данных 2000 года

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Прогноз мирового распределения отклонения показателя влажности от данных 2000 года

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

Проект реалізується Донецьким національним університетом

На 2010 год в мире действует 141 проект по улавливанию и хранению углекислого газа

Сокращение в 2 раза выбросов СО Розподіл емісії парникових с 2005 г. по 2050 г. с целью предотвращения увеличения температуры на 2у - 2,4 °C газів за джерелами світі 2

Уровень выбросов согласно Базовому сценарию = 62 Гт

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Улавливания и хранения углерода (УХУ) УХУ)  Применение УХУ в индустрии –  Применение УХУ в энергетике –

9% 10 %

 Внедрение ядерной энергетики –

6%

 Внедрение возобновляемых источников энергии – 21 %  Повышение эффективности генерации энергии –

7%

 Уменьшение использования ископаемого топлива – 11 %  Повышение эффективности потребления энергии – 12 %

Уровень выбросов согласно Сценарию BLUE Map = 14 Гт

Проект фінансується Європейським Союзом

 Повышение эффективности использования топлива – 24 %

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Глобальна температура від 1856 р. до 2006 р.

62 проекта в Европе - исследования - демонстрация - промышленность - рабочие - потенциальные - 93 проекта, ориентированных на улавливание или интегрированные - 48 проектов, ориентированных на хранение

Проект фінансується Європейським Союзом

15.12.2011 р., м. Запоріжжя

Проект реалізується Донецьким національним університетом

132

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Методыпроцесів улавливания СО2 при сжигании Схеми уловлювання СО2 з топлива и при других производственных атмосферного повітря процессах

Схемы процессов улавливания и геологического хранения СО2 3 этапа процессов:

3 варианта улавливания: Улавливание после сжигания

Улавливание

Транспортирование

Улавливание при кислородном сжигании Улавливание СО2 после сжигания топлива

Истощенные нефтегазоносные бассейны

Выбросы СО2 в процессах производства цемента

Выбросы СО2 в процессах производства аммиака

Не имеющие промышленного значения угольные пласты

Выбросы СО2 в процессах производства металла и стали

3 варианта хранения: Проект фінансується Європейським Союзом

Улавливание СО2 до сжигания топлива

Улавливание до сжигания

Хранение

Глубоко залегающие соленосные формации

Улавливание СО2 при кислородном сжигании топлива

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Розподіл Выбросы СО2 вемісії Европе парникових и Украине в 2011 г. (распределение по регионам) ) регионам газів за джерелами у світі

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Обоснование необходимости Схеми процесів уловлювання СО2 з улавливания СО2 из атмосферного атмосферного повітря воздуха Объемы выбросов СО2 на Украине по статистическим данным

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

Где можно хранить СО2 под землей Схеми процесів уловлювання СО2 з (в геологических ) формациях атмосферногоформациях) повітря

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Объемы выбросов СО2 из стационарных источников на Украине по категориям МГЭИК

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Схеми процесів уловлювання СО2 з Эволюция форм СО2 в процессе повітря егоатмосферного геологического хранения

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

133

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Риски утечки СОуловлювання Схеми процесів СО2 з 2 из геологических коллекторов (хранилищ, , резервуаров) хранилищ резервуаров) атмосферного повітря

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

GIS участков хранения СО2 в целевых регионах Украины на сайте 2 компонента проекту : проекта: проекта: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu Девонские Девонські соляные соляні штоки штоки

Пермские соленосные отложения

ДнепровскоДонецкий газои нефтеносный бассейн

GIS источников эмиссии СО2 в целевых регионах Украины на сайте 2 компонента проекту : проекта: проекта: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

GIS ділянок зберігання СО2 у цільових регіонах України на сайті 2 компонента проекту : проекту: проекту: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

Граница девонских соленых водоносных горизонтов

Каменноугольные угленосные отложения

Южная граница распространения палеозойских осадочных отложений

Донецкий каменноугольный бассейн

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

Выбросы парниковых газов в ЕС при 80% сокращению относительно уровня 1990 года (100%)

04.10.2012 р., м. Донецьк

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Повышения эффективности и замена топлива в конечном счете дает более половины сокращений 1. Технологии повышения энергетической эффективности генерации и смены видов топлива – 3(7)%; 2. Ядерные технологии – 8(6)%; 3. Технологии сокращения использования ископаемого топлива – 12(11)%; 4. Технологии сокращения потребления топлива и повышения КПД использования электроэнергии – 42(36)%; 5. Технологии возобновляемых источников энергии – 21(21)%; 6. Технологии улавливания и хранения углерода – 14(19)%.

1. При сохранении текущей политики; 2. Энергетический сектор; 3. Жилищнокоммунальное хозяйство; 4. Промышленность; 5. Транспорт; 6. Сельское хозяйство; 7. Другие секторы.

Источник: МЭА, 2012(2008)

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

134

4

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Схема развития сетевой платформы для низконизко-углеродных технологий

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Схема инфраструктуры сетевой платформы низконизко-углеродных технологий

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Структура связей сетевой платформы низконизко-углеродных технологий

Структура взаимодействия Центра трансфера технологий ДонНУ

NTTN – Национальная сеть трансфера технологий при МОН Украины – партнер Российской сети трансфера технологий CORDIS – Информационный сервис по координации научныъ исследований и технологического развития.

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

Схема взаимодействия между элементами платформы

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Інтернет-сайт

Web-элементы платформы: www.vip-lcoir.eu www.lcoir-ru.eu www.lcoir-ua.eu www.lcoir-by.eu Координатор проекта LCOIRLCOIR-UA: Шеставин Н.С. < lcoir@ukr.net > Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

Проект фінансується Європейським Союзом

19-23.09.2013 - Алушта, АР Крым

Проект реалізується Донецьким національним університетом

135

5

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Thematic Programme for Environment and Тематична програма ЄС sustainable management of natural та resources, проекти в Україні including energy: energy: A project implemented by Donetsk National University (Ukraine)

Research and Education Center “Convergence Convergence NanoNano-, BioBio- & InfoInfoTechnologies for the Balanced Balanced Regional Development ” Development”

The Strategy of Creating a Virtual Interactive Platform for the LowLow-Carbon Open Innovations Relay Dr. Mykola S. Shestavin Donetsk National University, Ukraine Project “LowLow-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIR(LCOIR-UA)” UA)” This project is funded by the European Union

ICESD 2013 : International Conference on Environmental Science and Development, October 07-08, 2013, Paris, France

Direction “Cooperation on clean coal technology (CCT) and carbon capture and storage (CCS)” Project “Low-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIR-UA)” The contractor – Donetsk National University

Project is funded by the European Union

- To initiate cooperation in CCT and CCS between Ukraine and the European community.

Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

The specific objectives are as follows:

The overall objectives of the Action are as follows: - To promote and help the actual implementation of CCT and CCS activities in Ukraine.

08.10.2013, Paris, France

- To improve the knowledge of the Ukrainian context for implementation of CCT and CCS. - To define potential sites for adaptation programs of CCT and CCS technologies in Ukraine.

- To have the main stakeholders aware of the CCT and CCS technologies as a tool against climate change.

Project is funded by the European Union

The Strategy of Creating a Virtual Interactive Platform for the LowLowCarbon Open Innovations Relay

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

EU GHG emissions towards an 80% domestic reduction (100% =1990)

- A strategy for the creation of a Virtual Interactive Platform (or Networking Platform) to combine the four webweb-baseness of expert systems on the transfer and diffusion of lowlow-carbon technologies.

- Used the concept of “Open Innovation” Innovation” and “Triple Helix” Helix” with regard to theories of “Green Growth” Growth” and “Carbon Footprint” Footprint”.

- Interpreters expert systems operate on the basis of models of the “PredatorPredator-Prey” Prey” for the process of transfer and diffusion of technologies, taking into account the features caused by the need to mitigate the effects of climate change.

Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

136

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Efficiency improvements and fuel switching in the endend-use sectors account for more than half of the reductions

Scheme Infrastructure for Networking Platform of LowLow-Carbon Technologies

1. Power generation efficiency and fuel switching - 3%; 2. Nuclear - 8%; 3. End-use fuel switching - 12%; 4. End-use fuel and electricity efficiency - 42%; 5. Renewables - 21%; 6. Carbon Capture and Storage - 14%.

Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

Scheme Development of the Networking Platform of LowLow-Carbon Technologies

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

The structure of connections Networking Platform of LowLow-Carbon Technologies NTTN – National Technology Transfer Network (Ukraine). – http://www.nttn.org.ua CORDIS – Community R&D Information System (European Union). – http://cordis.europa.eu

Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

Diagram of interaction between the elements of the virtual interactive platform -

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Coordinator LCOIR-UA project: Dr. Mykola Shestavin E-mail: lcoir@ukr.net Web: www.lcoir-ua.eu

Web-elements of the VIP: www.vip-lcoir.eu www.lcoir-ru.eu www.lcoir-ua.eu www.lcoir-by.eu Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

08.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

137

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Постер для конференции в Париже, Франция (08.10.2013) International Conference on Environmental Science and Development

138

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Thematic Programme for Environment and Тематична програма ЄС sustainable management of natural та resources, проекти в Україні including energy: energy: A project implemented by Donetsk National University (Ukraine)

Research and Education Center “Convergence Convergence NanoNano-, BioBio- & InfoInfoTechnologies for the Balanced Balanced Regional Development ” Development”

INTERIM NARRATIVE REPORT Implementation period (01/01/2011(01/01/2011-31/10/2013) Grant contract No. DCI/ENV 2010/2432010/243-865 Project “LowLow-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIR(LCOIR-UA)” UA)” This project is funded by the European Union

Meeting in the International Energy Agency October 09, 2013, Paris, France

Direction “Cooperation on clean coal technology (CCT) and carbon capture and storage (CCS)” Project “Low-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIR-UA)” The contractor – Donetsk National University

Project is funded by the European Union

- To initiate cooperation in CCT and CCS between Ukraine and the European community.

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Targeted groups from the selected industrial regions: - Donetsk, Dnipropetrovsk, Dnipropetrovsk, Kharkiv, Kharkiv, Lugansk and Zaporizhzhya regions); - Representatives of the regional state bodies and local selfself-government authorities;

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

The specific objectives are as follows:

The overall objectives of the Action are as follows: - To promote and help the actual implementation of CCT and CCS activities in Ukraine.

09.10.2013, Paris, France

- To improve the knowledge of the Ukrainian context for implementation of CCT and CCS. - To define potential sites for adaptation programs of CCT and CCS technologies in Ukraine.

- To have the main stakeholders aware of the CCT and CCS technologies as a tool against climate change.

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

first component of the project: 1 The компонента проекту: I. Assessing national and regional context of the opportunities of deployment of climate technologies in Ukraine The results of this part of 8 reviews about the global context, on current Ukrainian political trends, laws and regulations, for stakeholders and technical aspects of the CCT and CCS technologies, and also Recommendations on capacity building climate technologies in Ukraine.

- Administrative and engineerengineer-technical staff of regional energetic and industrial companies; - Representatives of regional educational and research communities; - Students and postpost-graduates of natural and economic faculties.

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

139

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

The second component of the project:

GIS sources of CO2 emissions in the target regions of Ukraine on the project website:

2 компонента проекту: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

II. Screening: construction of a Geographical Information System (GIS) Under this component of the project to assess the opportunities and obstacles for the deployment of climate technologies in Ukraine created GIS sources and sinks of CO2.

Also, make Recommendations for the actual implementation of environmental technologies for multiple objects in industrial regions of Ukraine.

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

GIS promising CO2 storage in the target regions of Ukraine on the project website: www.lcoirwww.lcoir-ua.eu

2 компонента проекту: 1.

Donets coal Basin

2.

Dnieper-Donets gasoil basin

3.

Southern border of diffusion of paleozoic sedimentary deposits

4.

Permian salt-bearing section

5.

Carboniferous coalbearing sediments

6.

Devonian saline aquifers

7.

Devonian salt rods

8.

Biliaivka, Kharkiv obl.

9.

Power Plants

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Future directions of transport of CO2 in the target regions of Ukraine on

2 компонента проекту: Google Earth

10. 10. Iron & Steel Works Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

Assessment of porosity rocks in which you intend to store CO2 by XX-ray tomography on the European Synchrotron Radiation Facility

2 компонента проекту:

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

The third component of the project: III. Knowledge sharing - Sharing of knowledge, created and accumulated during project execution will be realized through organisation and holding of a educational session and round tables for the representatives of authorities and business, as well as for teachers, scientists and engineers.

- International conference on the topical issues of climate change and use of climate technologies.

- Lectures for senior students and postgraduates of universities.

- A monograph, books on use of climate technologies.

- Quarterly informational bulletins will be published and a web-site will be created within the project.

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

140

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Інтерактивний науковоInteractive Scientific and Methodical Center LCOIR-UA LCOIR навчальний кабінет

Events Project in 20112011-2012: 1. March 23, 2011 - Start Meeting Project: Donetsk - 47 participants 2. September 14-15, 2011 - Education Session of the project: Donetsk - 57 participants 3. December 15, 2011 - Roundtable on the project: KievDnepropetrivsk - 46 participants 4. October 23, 2012 - Roundtable on the project: Donetsk - 64 members (12 members online) - 8 foreign participants (5 foreign website on-line) 5. November 29, 2012 - Internet conference: Donetsk, Luhansk - 52 members (36 members online) 6. December 19, 2012 - Webinar: Donetsk-Kharkiv - 27 participants (24 participants online) 7. December 26, 2012 - Reporting Workshop Project Participants: Donetsk - 32 participants (8 members online)

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Internetproject: Internet-siteІнтернетproject: Інтернет http://www.lcoir-ua.eu сайт проекту: проекту:

Publications of the project The project published 28 scientific articles, posters and theses as well: - Booklets project in Ukrainian and English languages - Promotional Material Project (Calendars for 2011, 2012 and 2013) - Quarterly Bulletin (8 editions posted on the project website) - Ukrainian translation and publication of brochures CO2GeoNet “What does CO2 geological storage really mean?”

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Дякую за увагу!

Prospects for the project in 2013: Coordinator LCOIR-UA project: Dr. Mykola Shestavin E-mail: lcoir@ukr.net Web: www.lcoir-ua.eu

1. An international conference on the project; 2. Published Collection of scientific papers of the conference; 3. Published 2 Manuals for students and graduate; 4. Published a Monograph on the project; 5. Published 5 Article of the project 6. Registered Electronic Edition “LowLow-Carbon Open Innovation Reviews (LCOI(LCOI-Reviews)” Reviews)” 7. Publication and distribution of promotional materials.

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

Project is funded by the European Union

09.10.2013, Paris, France

Project implemented by Donetsk National University Ukraine

141

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

142

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

143

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

144

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

145

1

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

146

2

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

147

3

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Постер для конференции в Риге, Латвия (15.10.2013) International Scientific Conference “Environmental and Climate Technologies”

148

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ANNEX A: GENERAL INFORMATION ABOUT A PROJECT “LOW-CARBON OPPORTUNITIES FOR INDUSTRIAL REGIONS OF UKRAINE (LCOIR-UA)”

The project is implemented by the Donetsk National University (Donetsk, Ukraine) - Research and Education Center “Convergence of Nano-, Bio- and Info- Technologies for Sustainable Regional Development”, - and funded by the European Union Thematic Programme for Environment and Sustainable Management of Natural Resources, including Energy (direction “Cooperation in Clean Coal Technology and technology of Carbon Capture and Storage”).

CONCEPTION OF PROJECT

Ukraine is the seventh country in Europe in terms of CO2, and more than 70% of these emissions result from the energy sector, mainly from the burning of domestic coal (5th report of Ukraine on Climate Change, Kiev, 2009). Most power plants, located in the eastern part of Ukraine, namely in the regions selected for the project.

The remaining industries: metallurgy, mining companies and chemical industries - are enormous users of coal for energy and most of these factories are also located in the regions to be studied.

In recent decades, in Ukraine there is a reduction of CO2 emissions from industrial production and folding of the regular closing of factories. To revive the industrial sector without excessive increase of CO2, in Ukraine, as well as in the Donbass industrial region in the main, it is necessary to begin implementation of clean coal technologies and technologies of carbon capture and storage (climate technology).

The main problem faced by the Ukrainian energy sector is the deterioration of the equipment: a large part of which has been operating for over 50 years. Equipment is already very old, to be adapted to less emission and climate technologies, and thus should be dismantled and replaced by new technologies.

Now is the time for Ukraine to update their technology and choose the most effective. So there is a need and the need to enhance knowledge in the area of climate technology for policy-makers, industrialists, engineers and scientists.

AIMS OF PROJECT The overall objectives of the project are:  

Encourage and assist the actual implementation of activities to introduce climate technologies in Ukraine; Cooperation in the area of climate technology between Ukraine and the European Community.

The specific objectives are as follows:   

Improve knowledge of Ukrainian context for climate technology; Identify potential targets for the current programs of adaptation to climate technologies Ukraine; Creation of a major stakeholder views on climate technology as a tool to combat climate change.

149

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Target groups of selected industrial regions (Donetsk, Dnipropetrovsk, Zaporizhzhya, Luhansk and Kharkiv regions) are:  Regional governments and local authorities;  Administrative and technical staff of regional energy and industrial companies;  Representatives of regional educational and scientific communities;  Students and graduates of natural sciences and economics departments of universities.

COMPONENTS OF PROJECT

Donetsk National University (DonNU) has three components of the project: 1. Research on a national and regional context the possibilities of using climate technology

The results of this section will be reviews of the global context, the existing Ukrainian political trends, laws and regulations; of stakeholders, as well as advice on building climate technologies in Ukraine.

2. Rating: creation of geographic information systems (GIS)

To assess the opportunities and challenges of climate deployment of technologies in Ukraine will be created GIS sources and sinks of CO2, but also provided recommendations for the actual implementation of the climate technology for facilities in the industrial regions of Ukraine.

3. Exchange of knowledge

Sharing of knowledge created and accumulated during the project implementation will be carried out by organizing and conducting the following activities: educational sessions and round tables for representatives of government and business, for educators, scientists and engineers, an international scientific-practical conference on topical issues of climate change and the use of climate technologies, lectures for undergraduate students and graduate students DonNU. The project will be published: monograph, manuals on the use of climate technologies, quarterly newsletters, as well as to create a Web site aimed at different target groups of the project.

For more information contact:

Donetsk National University Universitetska str., 24 Donetsk, 83001 Ukraine Tel./fax: +380 (62) 302 9223 E-mail: research.div@donnu.edu.ua Web: http://research.donnu.edu.ua Co-ordinator of project: Dr. Mykola Shestavin Mob. tel.: +380 (50) 217 9443 E-mail: lcoir@ukr.net Web: http://www.lcoir-ua.eu The views expressed on this web-site do not necessarily reflect the views of the European Commission and Government of Ukraine

150

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ДОДАТОК Б: ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ ПРО ПРОЕКТ «НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВІ МОЖЛИВОСТІ ДЛЯ ІНДУСТРІАЛЬНИХ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ (LCOIR-UA)»

Проект виконується за Тематичною програмою Європейського Союзу для довкілля і сталого управління природними ресурсами, зокрема енергією (напрямок „Співробітництво у галузі чистих вугільних технологій і технологій уловлювання і зберігання вуглецю”). Проект реалізується Донецьким національним університетом (м. Донецьк, Україна) Науково-навчальним центром „Конвергенція нано-, біо- та інфо- технологій для збалансованого регіонального розвитку”, та фінансується Європейським Союзом. Концепція проекту

Україна є шостою країною у Європі по обсягам викидів CO2, і більше 70% цих викидів є результатом діяльності енергетичного сектора, в основному, за рахунок спалення місцевого вугілля (5-е Повідомлення України з питань зміни клімату, Київ, 2009). Більшість теплових електростанцій розташовані в східній частині України, а саме в регіонах, вибраних для реалізації проекту. Решта галузей промисловості – металургія, гірничодобувні підприємства, а також хімічні виробництва – є величезними споживачами вугілля для отримання енергії і велика частина цих заводів також знаходиться в регіонах, які досліджуватимуться. В останні десятиліття відбувається зниження викидів СО2 в Україні в результаті згортання промислового виробництва і регулярного закриття заводів. Щоб пожвавити промислові галузі без надмірного зростання викидів CO2, в Україні, а також у Донбасі, як в основному індустріальному регіоні, необхідно започаткувати упровадження чистих вугільних технологій і технологій уловлювання і зберігання вуглецю (кліматичні технології). Основна проблема, з якою стикається український енергетичний сектор, є знос устаткування, велика частина якого працює вже більше 50 років. Устаткування є дуже старим, щоб бути адаптованим до менш емісійних кліматичних технологій і, таким чином, повинно бути демонтовано і замінено новими технологіями. Зараз настав час для України відновити свої технології і вибрати найефективніші. Отже, існує потреба і необхідність розширення знань у сфері кліматичних технологій для осіб, що визначають політику, промисловців, інженерів і учених. Целі проекту: Загальні цілі проекту наступні: - Сприяти та допомагати фактичному здійсненню діяльності з впровадження кліматичних технологій в Україні; - Розпочати співпрацю у сфері кліматичних технологій між Україною і Європейським співтовариством. Конкретні цілі полягають у наступному: - Поліпшити знання українського контексту для здійснення кліматичних технологій; - Визначити потенційні об'єкти для актуальних програм адаптації в Україні кліматичних технологій; - Створити в основних зацікавлених сторін усвідомлення про кліматичні технології як інструменти боротьби із зміною клімату.

151

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Цільові групи із обраних індустріальних регіонів (Донецької, Дніпропетровської, Запорізької, Луганської та Харківської областей) такі: - Регіональні органи державного управління і органи місцевого самоврядування; - Адміністративний та інженерно-технічний персонал регіональних енергетичних і промислових компаній; - Представники регіональних освітніх та наукових спільнот; - Студенти та аспіранти природничих й економічних факультетів університетів. Компоненти проекту

Донецький національний університет виконує три компоненти проекту: 1. Дослідження національного та регіонального контексту можливостей використання кліматичних технологій Результатами цієї частини будуть доповіді про світовий контекст; про існуючі українські політичні рухи, закони та нормативні акти; про зацікавлені сторони, а також рекомендації щодо створення потенціалу кліматичних технологій в Україні.

2. Оцінка: створення географічних інформаційних систем (ГІС) Для оцінки можливостей та перешкод розгортання кліматичних технологій в Україні будуть створені ГІС джерел і поглиначів СО2, а також надані рекомендації із фактичного здійснення кліматичних технологій для об'єктів в індустріальних регіонах України.

3. Обмін знаннями Обмін знаннями, створеними і накопиченими в процесі виконання, буде здійснюватися шляхом організації та проведення наступних заходів: освітньої сесії та круглих столів для представників влади та бізнесу, для освітян, науковців та інженерів; міжнародна науково-практична конференція з актуальних питань зміни клімату та використання кліматичних технологій; лекції для студентів старших курсів і аспірантів. У рамках проекту будуть видані: монографія; огляди основних проблем, що виникають при зміні клімату, та шляхів їх вирішення; навчальний посібник з питань змін клімату та кліматичних технологій; інфо-бюлетені. За проектом створений веб-сайт, спрямований на різні цільові групи проекту. За додатковою інформацією звертайтеся:

Донецький національний університет Університетська вул., 24 Донецьк, 83001 Україна Тел./факс: +380 (62) 302 9223 E-mail: research.div@donnu.edu.ua Web: http://research.donnu.edu.ua Координатор проекту: Шеставін Микола Степанович Моб. тел.: +380 (50) 217 9443 E-mail: lcoir@ukr.net Web: http://www.lcoir-ua.eu Думки, відображені у цій публікації, не обов’язково співпадають з поглядами Європейської Комісії та Уряду України

152

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

ПРИЛОЖЕНИЕ В: ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ «НИЗКО-УГЛЕРОДНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ (LCOIR-UA)»

Проект реализуется Научно-образовательным центром «Конвергенция нано-, био- и инфо- технологий для сбалансированного регионального развития» Донецкого национального университета (г. Донецк, Украина), и финансируется Европейским Союзом по Тематической программе Европейского Союза для окружающей среды и устойчивого управления природными ресурсами, в частности энергией (направление «Сотрудничество в области чистых угольных технологий и технологий улавливания и хранения углерода»). Концепция проекта

Украина занимает шестое место в Европе по объемам выбросов CO2, и более 70% этих выбросов являются результатом деятельности энергетического сектора, в основном, за счет сжигания местного угля (Пятое Сообщение Украины по вопросам изменения климата, Киев, 2009 г.). Большинство тепловых электростанций расположены в восточной части Украины, а именно в регионах, выбранных для реализации проекта. Остальные отрасли промышленности - металлургия, горнодобывающие предприятия, а также химические производства - огромные потребители угля для получения энергии и большая часть этих заводов также находится в регионах, которые будут исследоваться. В последние десятилетия происходит снижение выбросов СО2 в Украине в результате свертывания промышленного производства и регулярного закрытия заводов. Чтобы оживить промышленные отрасли без чрезмерного роста выбросов CO2 в Украине, а также в Донбассе, как в основном индустриальном регионе, необходимо начать внедрение чистых угольных технологий и технологий улавливания и хранения углерода (климатических технологий). Основной проблемой, с которой сталкивается украинский энергетический сектор, является износ оборудования, большая часть которого работает уже более 50 лет. Оборудование очень старое, чтобы быть адаптированным к менее эмиссионным климатическим технологиям и, таким образом, должно быть демонтировано и заменено новыми технологиями. Сейчас настало время для Украины восстановить свои технологии и выбрать наиболее эффективные. Итак, существует потребность и необходимость расширения знаний в области климатических технологий для лиц, определяющих политику, промышленников, инженеров и ученых. Цели проекта: Общие цели проекта следующие: - Содействовать и помогать фактическому осуществлению деятельности по внедрению климатических технологий в Украине; - Начать сотрудничество в сфере климатических технологий между Украиной и Европейским сообществом. Конкретные цели заключаются в следующем: - Улучшить знания украинского контекста для осуществления климатических технологий; - Определить потенциальные объекты для актуальных программ адаптации в Украине климатических технологий; - Создать у основных заинтересованных сторон понимание климатических технологий как инструмента борьбы с изменением климата.

153

LCOI-Reviews, 2013, No. 16

Целевые группы проекта из избранных индустриальных регионов (Донецкой, Днепропетровской, Запорожской, Луганской и Харьковской областей) таковы: - Региональные органы государственного управления и органы местного самоуправления; - Административный и инженерно-технический персонал региональных энергетических и промышленных компаний; - Представители региональных образовательных и научных сообществ; - Студенты и аспиранты естественных и экономических факультетов университетов. Компоненты проекта

Донецкий национальный университет выполняет три компоненты проекта: 1. Исследования национального и регионального контекста возможностей использования климатических технологий Результатами этой части будут обозрения о мировом и региональном контексте, о существующих украинских политических условиях, законах и нормативных актах, о заинтересованных сторонах, а также рекомендации по созданию потенциала климатических технологий в Украине .

2. Оценка: создание географических информационных систем (ГИС) Для оценки возможностей и препятствий развертывания климатических технологий в Украине будут созданы ГИС источников и поглотителей СО2 , а также даны рекомендации по фактическому осуществлению климатических технологий для объектов в индустриальных регионах Украины.

3. Обмен знаниями Обмен знаниями, созданными и накопленными в процессе выполнения проекта, будет осуществляться путем организации и проведения следующих мероприятий: образовательной сессии и круглых столов для представителей власти и бизнеса, для педагогов, ученых и инженеров; международная научно-практическая конференция по актуальным вопросам изменения климата и использования климатических технологий; лекции для студентов старших курсов и аспирантов. В рамках проекта будут изданы: монография; обзоры основных проблем, возникающих при изменении климата, и путей их решения, учебное пособие по вопросам изменения климата и климатических технологий; инфо-бюллетени. По проекту создан веб-сайт, направленный на различные целевые группы проекта. За дополнительной информацией обращайтесь:

Донецкий национальный университет Университетская ул. 24 Донецк , 83001 Украина Тел. / Факс: +380 (62) 302 9223 E-mail: research.div@donnu.edu.ua Web: http://research.donnu.edu.ua Координатор проекта: Шеставин Николай Степанович Моб. тел.: +380 (50) 217 9443 E-mail: lcoir@ukr.net Web: http://www.lcoir-ua.eu Мнения, отраженные в этой публикации, не обязательно совпадают с взглядами Европейской Комиссии и Правительства Украины 154