Recommendations ccs ua

Р Рееккоом мееннд дааццііїї ррооззррооббл леенніі ззаа ппррооееккттоом м ««Н моож жл лииввооссттіі д дл ляя ііннд дууссттррііаал лььнниихх Нииззььккоо--ввууггл лееццееввіі м ррееггііоонніівв УУккррааїїннии ((LLC CO OIIR R--U UA A))»»,, щ щоо ррееаал лііззууєєттььссяя Д м ууннііввееррссииттееттоом м Дооннееццььккиим м ннааццііооннаал лььнниим ззаа ггррааннттооввиим м ккооннттррааккттоом м № №D DC EN CII//E NV V 22001100//224433--886655 ттаа ф фііннааннссууєєттььссяя Є Єввррооппееййссььккиим мС Соою юззоом м

Д Дооннееццьькк -- 22001133

УДК 504.062.2, 504.062.4, 504.7 ББК 20.1, 20.3 Рекомендації з впровадження технологій уловлювання і зберігання діоксиду вуглецю на сході України: Брошура / Шеставін М.С., Осетров В.В., Юрченко В.В.

– Донецк: ДонНУ, 2013. – 47 с.

Рекомендації розроблені за проектом «Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України (LCOIR-UA)», що реалізується Донецьким національним університетом за грантовим контрактом № DCI/ENV 2010/243-865 від 29 грудня 2010 р. та фінансується Європейською Комісією за Тематичною програмою Європейського Союзу для навколишнього середовища та сталого управлення природними ресурсами, зокрема енергією

Думки, відображені у цій публікації, не обов'язково збігаються з поглядами Європейської Комісії та Уряду України

© Донецький національний університет, 2013 © Шеставін М.С., Осетров В.В., Юрченко В.В., 2013

ЗМІСТ І. ВСТУП

4

ІІ. ТЕНДЕНЦІЇ ЕМІСІЇ СО2

5

ІІІ. ПОТЕНЦІАЛ ДЖЕРЕЛ ЕМІСІЇ СО2

9

ІV. ПОТЕНЦІАЛ РЕЗЕРВУАРІВ ЗБЕРІГАННЯ СО2

10

V. АНАЛІЗ І ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОБЛЕМИ

11

VI. КРИТЕРІЇ ПРОЦЕСУ ЗБЕРІГАННЯ СО2

15

VII. ВАРІАНТИ ПРОЦЕСІВ НАГНІТАННЯ І ЗБЕРІГАННЯ СО2

16

VIII. РЕКОМЕНДАЦІЇ ПО ВИЗНАЧЕННЮ ДІЛЯНОК ЗБЕРІГАННЯ СО2

17

IX. ВАРІАНТИ ТРАНСПОРТУВАННЯ СО2

20

Х. ВИСНОВКИ

25

ХІ. ЛІТЕРАТУРА

27

ДОДАТОК А: Перелік рисунків, що відображають шари інтегрованої ГІС джерел емісії, дільниць геологічного зберігання та шляхів транспортування СО2

30

ДОДАТОК Б: Загальна інформація про проект «Низько-вуглецеві можливості для індустріальних регіонів України (LCOIR-UA)»

45

Рекомендації з впровадження ...

РЕКОМЕНДАЦІЇ З ВПРОВАДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЙ УЛОВЛЮВАННЯ І ЗБЕРІГАННЯ ДІОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ НА СХОДІ УКРАЇНИ І. ВСТУП В даний час вже відбуваються реальні зміни клімату, головною причиною яких є антропогенні викиди парникових газів і найбільшою мірою викиди діоксиду вуглецю (СО2) із стаціонарних джерел. Це було обґрунтовано і намічені шляхи вирішення виникаючих проблем ще в перших доповідях Міжурядової групи експертів зі зміни клімату (МГЕЗК) [1]. Такі ж тенденції і перспективи глобального розвитку підтверджуються і в даний час в останніх доповідях МГЕЗК і в доповідях інших компетентних міжнародних організацій [2]. Після проведення ретельних економічних досліджень проблем, що виникають у зв'язку зі змінами клімату, були зроблені висновки про доцільність інтенсивного впровадження нових технологій уловлювання та зберігання діоксиду вуглецю (УЗВ) в енергетику всіх країн світу як основного інструменту протидії процесам глобальної зміни клімату, що вже відбуваються [3, 4]. Технології УЗВ зараз вже розробляються і впроваджуються в дослідних, пілотних і промислових масштабах, а також визначено перспективи їх розвитку до 2050 року, коли використання технологій УЗВ дозволить замість збільшення емісії СО2 до 2050 року на 130 % порівняно з рівнем 2005 року сягнути зменшення емісії СО2 до 50 % [5-7]. Однак в Україні не проводиться «секвестрація СО2, який викидається в процесі спалювання вуглецевомістких видів палива для цілей довгострокового зберігання, наприклад, в геологічних формаціях» [8, с. 90]. Прийнята в 2006 році Енергетична стратегія України до 2030 року [9] не планує найближчим часом досліджувати, розробляти і впроваджувати технології УЗВ в енергетику України. Тому зараз необхідно виконати оцінки можливих сценаріїв впровадження технологій УЗВ в енергетичному секторі України і, насамперед, на підприємствах східних регіонів, де зосереджені основні енергетичні та промислові потужності України, які викидають значні обсяги парникових газів, а також є глибокі геологічні формації, очевидно придатні для цілей довготривалого зберігання надкритичного СО2. Виконання таких досліджень, а також подальших технологічних розробок з їх впровадженням на енергетичних підприємствах, дозволять Україні зробити гідний внесок у вирішенні проблем, викликаних глобальною зміною клімату.

4

Рекомендації з впровадження ...

ІІ. ТЕНДЕНЦІЇ ЕМІСІЇ СО2 На початку 90-х років Україна займала друге місце в Європі за обсягами викидів СО2, в 2009 - сьоме, а в 2011 році вже займає шосту позицію (рис. 1) і має тенденцію поступового збільшення цих обсягів, у той час як більшість країн світу поставили перед собою цілі щодо зменшення викидів СО2 в найближче десятиліття [10].

Німеччина Великобританія Італія Франція Польща Україна Іспанія

Рис. 1. Тренди обсягів емісії СО2 в країнах Європи за 1990-2011 рр. Ґрунтуючись на статистичних даних України за 2010 рік [11] можна відзначити, що більше 83 % обсягів емісії СО2 відбувається від стаціонарних джерел забруднення (рис. 2), коли не беруться до уваги викиди СО2 від приватного житлового сектора, що відрізняється від статистичних вимог МГЕЗК. Така відмінність у вимогах до статистичних даних щодо викидів СО2 з різних джерел і відмінність в списках джерел емісії СО2 вже призвели до позбавлення України статусу відповідності вимогам Кіотського протоколу. У 2012 році був підготовлений новий варіант Національного кадастру антропогенних викидів із джерел і абсорбції поглиначами парникових газів в Україні за 1990-2010 рр. [8] з урахуванням вимог МГЕЗК (рис. 3) і цей статус зараз відновлений. При цьому 74 % викидів СО2 виробляють підприємства енергетичного, металургійного та хімічного секторів економіки України. При цьому до металургійного сектору відносяться також коксохімічні заводи. У подальшому як раз і враховуватимуться такі підприємства.

5

Рекомендації з впровадження ...

4

5

7 6 8 9

10 1 3

2

Рис. 2. Викиди СО2 в атмосферу стаціонарними та мобільними джерелами забруднення за видами економічної діяльності у 2010 році в тис. т за офіційними статистичними даними [11]: 1. Автомобільний транспорт; 2. Авіаційні, залізничні, морські перевезення і виробнича техніка; 3. Виробництво і розподіл електроенергії, газу і води; 4. Виробництво металів і виробництво готових металевих виробів; 5. Виробництво коксу, продуктів нафтопереробки; 6. Хімічна і нафтохімічна промисловість; 7. Діяльність транспорту і зв'язку; 8. Виробництво неметалічних мінеральних продуктів; 9. Виробництво харчових продуктів, включаючи напої, і тютюнові вироби; 10. Інші види економічної діяльності.

Категорії джерел емісії СО2, які прийняті у статистичній звітності України, істотно відрізняються від категорій МГЕЗК. Тому в Національному кадастрі антропогенних викидів [8] представлені дещо інші дані, зокрема: по категорії 1.А.1.а - Виробництво електроенергії і тепла: викиди СО2 при спалюванні всіх видів палива становлять 94 404 тис. т; а по категорії 1.А.4.b - Приватний житловий сектор: 40 962 тис. т; і по категорії 1.А.2.a - Чорна металургія: 38 378 тис. т.; по іншим категоріям менше 10 000 тис. т. Щоб надалі уникнути цих розбіжностей в даних, необхідно ввести в статистичні форми звітності підприємств категорії МГЕЗК та відображати у офіційних статистичних даних регіонів та країни відповідні категорії МГЕЗК.

6

Рекомендації з впровадження ...

3 4

7 5

2

6 8

9 10 11 1

12

Рис. 3. Викиди СО2 в атмосферу стаціонарними та мобільними джерелами забруднення за видами економічної діяльності у 2010 році в тис. т за даними Національного кадастру антропогенних викидів [8]: 1. Електрика і тепло; 2. Приватний житловий сектор; 3. Чорна металургія; 4. Інші галузі промисловості і будівництва; 5. Виробництво твердих видів палива і інші енергетичні галузі; 6. Хімічна промисловість; 7. Комерційний сектор і органи управління; 8. Харчова промисловість; 9. Нафтопереробка; 10. Кольорова металургія; 11. Сільське, лісове і рибне господарство; 12. Інші раніше невраховані.

Якщо розглянути розподіл обсягів емісії СО2 по регіонах України [12] (рис. 4) , то можна виділити п'ять областей України, в яких викиди СО2 перевищують 10 млн. т на рік (виділені пунктиром на рис. 4 ). У цих областях (Донецькій, Дніпропетровській, Запорізькій, Луганській та Харківській) якраз і зосереджені найбільші теплові електростанції (ТЕС), які враховуються в Національному кадастрі антропогенних викидів [8]: Запорізька, Зміївська, Зуївська, Криворізька, Курахівська, Луганська, Придніпровська, Слов'янська, Старобешівська та Вуглегірська. У Вініцькій, Івано-Францівській та Київській областях також є крупні ТЕС: Ладижинська, Бурштинська та Трипільська, які теж викидають значні обсяги СО2.

7

Рекомендації з впровадження ...

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Рис. 3. Викиди СО2 від стаціонарних джерел забруднення в регіонах України у 2010 році в млн. т: 1. Донецька область; 2. Дніпропетровська область; 3. Запорізька область; 4. Луганська область; 5. Харківська область; 6. Київська область 7. Івано-Франківська область; 8. Місто Київ; 9. Вінницька область; 10. Одеська область; 11. Черкаська область; 12. Полтавська область4 13. Львівська область; 14. Хмельницька область;

15. Чернівецька область; 16. Миколаївська область; 17. Сумська область; 18. Автономна республіка Крим; 19. Рівненської області; 20. Тернопільська область; 21. Житомирська область; 22. Кіровоградська область; 23. Волинська область; 24. Херсонська область; 25. Місто Севастополь; 26. Закарпатська область; 27. Чернігівська область.

; Поблизу Трипільської ТЕС розташовано Прип’ятський басейн, де можливо є ділянки для геологічного зберігання СО2. А для зберігання СО2 від Ладижинської та Бурштинської ТЕС слід шукати ділянки на територіях Волинсько-Подільського нафтогазоносного басейну та ЛьвівськоВолинського кам’яновугільного басейну.

8

Рекомендації з впровадження ...

ІІІ. ПОТЕНЦІАЛ ДЖЕРЕЛ ЕМІСІЇ СО2 Використовуючи інформацію з 4-х відкритих баз даних: МЕА [13] , BELLONA [14] , CARMA [15] і ДТЕК [16], - а також нові додаткові дані безпосередньо від теплових електростанцій, металургійних, коксохімічних, цементних, хімічних і нафтопереробних заводів створена географічна інформаційна система (ГІС) джерел CO2, яка охоплює п'ять східних областей України (зазначених раніше). Ця ГІС в тестовому режимі знаходиться у вільному доступі на веб-сайті проекту LCOIR-UA [17] і підприємства можуть ознайомитися з даними про свої викиди CO2, які наводяться в мережевих джерелах, і відкоригувати ці дані відповідно з реальними обсягами викидів свого підприємства. Використовуючи цю ГІС можна оцінити кількість викидів CO2 від конкретного підприємства, а також отримати дані про його географічне положення та іншу корисну інформацію про нього (5 варіантів величини маркера підприємства відповідають наступної градації підприємств за обсягами викидів CO2: менше 1 Мт/рік; 1-4 Мт/рік; більше 4 але менше 7 Мт/рік; від 7 Мт/рік але менше 10 Мт/рік; 10 Мт/ рік і більше). ГІС дає можливість одночасно аналізувати всі підприємства зазначених галузей економіки України (рис. 4) або розглядати тільки компанії в обраній галузі, а також аналізувати територіальні кластери підприємств різних галузей. На даний час ця ГІС складається з наступних підприємств сходу України: - 12 вугільних теплових електростанцій (станом на 2011 рік [18] частка вугілля в паливі ТЕС становить більш ніж 97,5 % проти 52,3 % як показано в [15]) зараз представлено; - 1 газової теплової електростанцій; - 13 металургійних заводів; - 14 коксохімічних заводів; - 8 цементних заводів; - 3 хімічних заводів (у тому числі нафтопереробних). Тому що ГІС заснована на неофіційних джерелах інформації, то реальні значення обсягів емісії СО2 конкретного підприємства можуть істотно відрізнятися від значень представлених в ГІС. У таких випадках підприємство може звернутися до адміністратора веб-сайту проекту LCOIR -UA [17] з пропозицією оновити інформацію про обсяги емісії СО2, щоб вона перебувала в відповідності з офіційною статистичною звітністю підприємства. Таке регулярне оновлення інформації про обсяги емісії СО2 свідчитиме про прагнення підприємства до відповідального ставлення щодо проблем глобальної зміни клімату і про усвідомлення ролі свого «вуглецевого сліду» у виникненні цих проблем. Також є надія, що офіційна статистика України буде включати показники емісії СО2 окремих підприємств (з найбільшим показником), а не тільки показники областей.

9

Рекомендації з впровадження ...

2

5

6

4

3

1

Рис. 4. ГІС стаціонарних джерел емісії СО2 в східних областях України: 1. Вугільні електростанції; 2. Газові електростанції; 3. Металургійні заводи;

4. Коксохімічні заводи; 5. Цементні заводи; 6. Хімічні заводи.

ІV. ПОТЕНЦІАЛ РЕЗЕРВУАРІВ ЗБЕРІГАННЯ СО2 Технологія закачування СО2 в геологічні формації налічує більш ніж тридцятирічний досвід робіт з підвищення нафто- і газовіддачи пластів. Крім цього, останнім часом в різних країнах проводяться численні дослідження з геологічного зберігання СО2. У якості довгострокових сховищ СО2 розглядають головним чином порові або тріщинуваті осадові породи (колектори), обмежені від навколишнього гірського середовища і земної поверхні слабопроникними або практично непроникними породами (флюідоупорами або покришками) [5]. Слід зазначити, що природні сховища газів (у тому числі і горючих) природного генезису є надійними резервуарами протягом сотень тисяч і мільйонів років, а витоки газів з них вкрай малі. Виділяються три основних типи формацій, в яких можливе геологічне зберігання СО2: виснажені або ті, що перебувають на стадії виснаження, нафтогазоносні басейни; глибоко залягаючи соленосні формації; вугільні пласти, що не мають промислового значення.

10

Рекомендації з впровадження ...

Серед інших можливих варіантів геологічних формацій також розглядаються базальти і горючі сланці, проте їх потенціал ще недостатньо вивчений. Успішність геологічного методу зберігання СО2 підтверджується результатами експериментів, проведених у різний час компаніями MRCSP, MGSC, SECARB, SWP, WESTCARB, Big Sky, PCOR (США), а також в рамках проектів Weyburn, Fenn Big Valley (Канада), Sleipner (Норвегія), Yubari (Японія), Qinshui Basin (Китай) та ін. [19-21]. Пошук і вибір геологічних структур і горизонтів, здатних служити довгостроковими сховищами СО2 в нафтогазоносних басейнах ґрунтується, як правило, на результатах попередніх пошукових і геологорозвідувальних робіт, а остаточне визначення перспективних ділянок зберігання СО2 вимагає додаткових досліджень.

V. АНАЛІЗ І ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОБЛЕМИ На території України розташовані великі нафтогазоносні провінції з великим обсягом продуктивних горизонтів. Один з найбільших нафтогазоносних районів - Дніпровсько-Донецький басейн розташований у межах двох великих структур - Дніпровсько-Донецький западини (ДДЗ) і Донецького кам'яновугільного басейну (Донбасу). Газоносність Дніпровсько-Донецького басейну тісно пов'язана з теригенними осадовими породами середнього-верхнього карбону і нижньої пермі. Метанова газоносність Донбасу також пов'язана з вугленосною товщею карбону. Результати попередніх геологорозвідувальних робіт показали, що в геологічних умовах ДДЗ і Донбасу одними з перспективних щодо газоносності районами є ділянки з збереженими гідрохімічними відкладеннями ніжнепермського віку. Важлива роль гідрохімічних відкладень полягає в їх хороших ізоляційних властивостях (чергування непроникних для нафти і газу шарів кам'яної солі, щільних ангідритів і гіпсів) [22]. Також важливе розташування гідрохімічних відкладень у верхній частині крупного седиментационого циклу, в літологофаціальному складі якого переважають породи, що мають хороші колекторські властивості. Ці чинники в сукупності з великою потужністю газопроникних осадових порід створили сприятливі умови для вільної міграції вуглеводнів та їх концентрації під непроникним покривом гідрохімічних відкладень. У Донбасі ніжнепермскі гідрохімічні утворення розвинені в його північно-західній частини в межах Бахмутської і Кальміус-Торецької улоговин (рис. 5). У структурній будові Бахмутськой і Кальміус-Торецької улоговин беруть участь три поверхи: палеозойський, мезозойський і кайнозойської.

11

Рекомендації з впровадження ...

Мезозойський і кайнозойський структурні поверхи є безперспективними щодо геологічного зберігання СО2. Це обумовлено їх невеликими потужностями (звичайно не більше 500 м) і заляганням у верхній частині осадового чохла без газонепроникної покришки. А палеозойський структурний поверх, що залягає під покровом мезозойських і кайнозойських відкладень, є перспективним щодо вивчення можливостей геологічного зберігання СО2. Це підтверджується його високою потенційною газоносністю, встановленою в результаті численних досліджень і різноспрямованих геологорозвідувальних робіт.

Рис. 5. Геологічна схема домезозойських відкладень північно-західної частини Донецького басейну (a) і геологічний розріз по лінії А-В до неї (b), де: 1. Бахмутськая улоговина; 2. Кальміус-Торецька улоговина; 3. Відкладення мезозойського віку; 4. Відкладення кам'яновугільного віку; 5. Теригенно-карбонатна товща нижньої пермі (звити P1kr – P1nk);

12

6. Соленосна товща нижньої пермі (звити P1sl – P1km); 7. Межа перспективних ділянок; 8. Тектонічні порушення; 9. Маркіруючий горизонт звити і її індекс.

Рекомендації з впровадження ...

Так, наприклад, аналіз геологічної будови і газоносності північного борту Бахмутськой улоговини, виконаний у УкрНДІгаз, показав, що з трьох структурних поверхів (палеозойського, мезозойського і кайнозойського) потенційно газоносним є палеозойський [23]. Палеозойський поверх Донбасу складається з відкладень пермської, кам'яновугільної і девонской систем. Пермська система представлена нижнім відділом у складі асельського і сакмарського ярусів. Кам'яновугільна система представлена в повному обсязі і являє собою безперервний розріз в основному вугленосної товщі. Відкладення девонской системи залягають на великих глибинах (зазвичай більше 5 км) і виходять на поверхню у вигляді вузької смуги на південно-західній околиці Донбасу. За літолого-фаціальним особливостям в Донбасі виділяються регіональні стратиграфічні підрозділи - свити. Окремі свити ніжнепермського віку складаються переважно з гідрохімічних газонепроникних порід. Свити верхнього і середнього карбону (пенсільваній) складаються головним чином з осадових теригенних вугленосних відкладень (пісковиків, алевролітів, аргілітів) з підлеглими пластами вапняків і кам'яного вугілля. Свити нижньої пермі, пенсільванія з теригенним складом структурно залягають нижче гідрохімічних відкладень. У загальному розрізі нижнепермських відкладень Донбасу виділяються наступні свити: картамиська (P1kr), никитівська (P1nk), слов'янська (P1sl) (асельський ярус) і краматорська (P1km) (сакмарський ярус). З них соленосними є свити P1sl і P1km, які складаються переважно з осадових гідрохімічних порід - гіпсів, ангідритів, кам'яної солі. Підлегле значення мають глинисті і карбонатні породи. У межах Бахмутської улоговини соленосні відкладення досягають максимальної потужності і відзначаються площинною витриманістю практично на всій її території за винятком підняттів, де соленосні відкладення відсутні (рис. 5). У розрізах свити P1sl гіпс, ангідрит і кам'яна сіль утворюють численні пласти, які часто чередуються між собою, іноді досягаючи потужності декількох десятків метрів. Найбільш потужні пласти кам'яної солі досягають потужності до 40-50 м. Загальна потужність слов'янської свити в Бахмутській улоговині досягає до 500 м. На відміну від Бахмутськой, в Кальміус-Торецькій улоговині свита P1sl представлена в основному піщано-глинистими відкладеннями, що знижує її газоізоляційні можливості. Свита P1km має обмежене поширення в занурених частинах основних синклінальних структур північно-західній частині Донбасу в межах Бахмутської і Кальміус-Торецької улоговин. У складі свити P1km домінують гідрохімічні осадки, які складають 92 % її розрізу, з них кам'яна сіль становить 80-85 %. Максимальна потужність свити спостерігається в Бахмутської улоговині і становить до 400-530 м. Сумарна потужність гідрохімічних відкладень в Бахмутській улоговині досягає до 1000 м.

13

Рекомендації з впровадження ...

Між свитою P1sl, в якій переважають соленосні відкладення, і свитою P1kr, що складається переважно з теригенних відкладів, розташована товща зі змішаним складом. Ця товща виділяється в окрему свиту - P1nk. У складі свит верхнього і середнього карбону переважають теригенні осадові породи, велику частку яких складають пісковики, алевроліти і аргіліти. Ці породи характеризуються, як правило, хорошими колекторськими властивостями, а деякі горизонти володіють промисловою газоносністю. Кращими фільтраційно-ємнісними параметрами серед палеозойських порід Донбасу володіють пісковики. Деякі свити верхнього і середнього карбону містять у своєму складі потужні горизонти пісковиків, що становлять значну частину їх загального обсягу. Такими свитами є: C33, C32, C2-31 (гжельський і касимовський яруси), C27, C26, C25 (московський ярус), С24 (башкирський ярус).

4

5

6

3 1

2

1 7

Рис. 6. ГІС можливих ділянок геологічного зберігання СО2 на сході України: 1. Південна межа розповсюдження палеозойських осадових відкладень; 2. Дніпровсько-Донецький газо- і нафтоносний басейн; 3. Девонські соляні штоки; 4. Пермські соленосні відкладення; 5. Межа девонських солоних водоносних горизонтів; 6. Кам'яновугільні вугленосні відкладення; 7. Донецький кам'яновугільний басейн.

14

Рекомендації з впровадження ...

Найбільшою часткою пісковиків у загальному складі володіють свити С24, С25, С26 і С32 (30-47 % розрізу), в інших світах середнього і верхнього карбону частка пісковиків становить 20-30 %. Для порівняння: у свитках С21 і С22 (башкирський ярус) пісковики складають лише 16-20 %. Як правило, пісковики в розрізі представлені малопотужними прошарками і пластами, потужність яких досягає до 35-60 м (рідко - до 100 м). Практично на всій території Донецького басейну підвищена газоносність відмічається в пісковиках нижній частині свит С31 і С25 і верхньої частини свит С27 і С24, іноді С26 [24]. Отримані результати аналізу можливих ділянок геологічного зберігання СО2 були об'єднані в одну ГІС сховищ СО2 (рис. 6), яка розміщена на веб-сайті проекту LCOIR-UA [17] та буде використовуватися у подальшому для пошуку варіантів транспортування СО2 від джерел емісії до ділянок геологічного зберігання.

VI. КРИТЕРІЇ ПРОЦЕСУ ЗБЕРІГАННЯ СО2 Важливим моментом в оцінці можливостей геологічного зберігання СО2 в будь-якому басейні є визначення кількісних значень критеріїв процесу зберігання. Такими критеріями є: - Параметри газомісткості порід; - Проникність газоізоляційної покришки; - Максимальна і мінімальна глибина зберігання СО2. Основними параметрами колекторних і газомісткостних властивостей пісковиків є: відкрита пористість, ступінь заповнення пір газом, вогкість, проникність. Відкрита пористість характеризує місткість пісковика, доступну флюїдам і не відображає характеру флюїда. Можна сказати, що відкриту пористість окремо можна використовувати лише в теоретичних ідеальних випадках, коли поровий простір породи не заповнений водою і газом. У реальності на колекторні властивості пісковиків впливають і інші численні чинники. Так, наприклад, метанова газоносність пісковиків знаходиться в сильній залежності від їх вогкості (обводнення) [25]. Середні значення відкритої пористості пісковиків Донбасу в різних районах варіюються в межах 2-10 % і залежать від розмірів породообразуючих зерен, ступені їх окатаності, стадії катагенезу, ступеня ущільнення. Результати досліджень по деяких шахтах Донбасу показують, що ступенем заповнення пір газом вище 50 % (промислова метанова газоносність) володіють пісковики з вогкістю менше 2 % і відкритою пористістю в межах 7-11 % [25]. Відкрита пористість пісковиків верхнього карбону в бортових частинах Бахмутськой і Кальміус-Торецькой улоговин складає від 10-13 % до 20-22 % [24].

15

Рекомендації з впровадження ...

Необхідно відзначити, що колекторні властивості пісковиків і інших теригенних порід Донбасу відносно вуглекислого газу поки залишаються невивченими. Невідомо, як залежатимуть СО2-місткостні властивості пісковиків від вищеперелічених параметрів. Для оцінки СО2-місткостного потенціалу пісковиків Донбасу необхідно провести комплекс експериментальних досліджень. Проникність покришки визначається не тільки фізичними властивостями складаючих порід, але також і її цілісністю. У разі порушення пластів геологічними розломами їх газоізоляційні властивості значно знижуються. Мінімальна глибина зберігання СО2 визначається тиском і температурою, при яких СО2 переходить в рідку фазу і складає приблизно 800 м. Густина СО2 за цих умов знаходитиметься в межах 50-80 % від густини води, що зіставно з густиною деяких видів сирої нафти [5]. Це обмеження задає мінімальну глибину залягання горизонтів колекторів і спільно з іншими критеріями повинне використовуватися при визначенні перспективних ділянок для зберігання СО2. Проте слід враховувати, що це значення було набуте в басейнах з іншими гірничо-геологічними умовами, і в Донецькому басейні глибина із зіставними термо-баричними параметрами може бути інша. Максимальна глибина залягання колектора визначається економічною рентабельністю і технологічними можливостями.

VII. ВАРІАНТИ ПРОЦЕСІВ НАГНІТАННЯ І ЗБЕРІГАННЯ СО2 Серед можливих варіантів реалізації процесу нагнітання і подальшого зберігання СО2 в Донбасі пропонуються наступні: - Нагнітання СО2 в негазоносні горизонти, що володіють властивостями колекторів.

- Нагнітання СО2 у вугільні пласти, що не розробляються, і вміщають вугленосні породи для підвищеного витягання вугільного метану.

- Нагнітання СО2 у відпрацьовані нафтогазоносні колектори. У осадковій товщі верхнього палеозою Донбасу відомі горизонти, що володіють хорошими колекторними властивостями, але не є газоносними. Ці горизонти теоретично можуть бути використані як колектори СО2. На даний момент приймається, що промисловою газоносністю володіють породи, із ступенем заповнення пір газом більше 50 %. Здобувати газ з колекторів з нижчими показниками газоносності економічно не вигідно, проте ця оцінка може змінитися в майбутньому при появі нових технологій.

16

Рекомендації з впровадження ...

Однією з таких технологій є підвищення витягання метану (ПВМ) шляхом його витіснення з вугілля і вміщаючих гірських порід у які нагнітається через свердловини стислий CO2 [5]. При цьому розв'язуються дві важливі задачі: підвищення дебіту природного газу - метану і утилізація СО2. У разі економічної рентабельності процесу непромислові газові прояви (із ступенем заповнення пір газом менше 50 %) можуть котуватися як родовища. Нижня межа газоносності для таких родовищ визначатиметься рентабельністю їх розробки із застосуванням ПВМ. В умовах Донбасу потенційним регіоном для вивчення можливості ПВМ, є Західний і Південний Донбас, а також Червоноармійський вугленосний район в їх межах, де відсутні вугільні шахти. При розробці газових родовищ вугільних басейнів з часом також неминуче їх виснаження і припинення здобичі. При цьому частка газу, що залишився в колекторі може бути достатньо велика. Підвищення дебіту метану виснажених горизонтів із застосуванням ПВМ може продовжити термін їх експлуатації і підвищити витягання газу. Повністю відпрацьовані горизонти часто використовуються як тимчасові сховища природного газу. Такі сховища можуть використовуватися для довготривалого зберігання СО2. Варіанти нагнітання СО2 в негазоносні горизонти, що володіють властивостями колекторів, та у вугільні пласти, що не розробляються, і вміщають вугленосні породи для підвищеного витягання вугільного метану, є актуальним на даний момент, особливо враховуючи те, що в Донбасі відомі горизонти пісковиків із значними непромисловими запасами газу, а також пісковиків і алевролітів, що не володіють високою метановою газоносністю. Згідно новітнім даним, загальний газоносний потенціал тільки однієї Бахмутськой улоговини може досягати до 200 млрд м3 природного газу [23], у зв'язку з чим ПВМ є одним з найперспективніших напрямів геологічного зберігання СО2 в околичних частинах Донбасу.

VIII. РЕКОМЕНДАЦІЇ ПО ВИЗНАЧЕННЮ ДІЛЯНОК ЗБЕРІГАННЯ СО2 Пропонується наступна послідовність дій при визначенні перспективних площин розміщення геологічних ділянок довготривалого зберігання СО2 на території сходу України: - Виділення площ, в розрізі яких присутні породи – колектори (пісковики і алевроліти), що залягають на глибинах 800 м і більш, перекриті ізолюючою товщею порід.

17

Рекомендації з впровадження ...

- Побудова літологічних колонок з виділенням перспективних горизонтів – колекторів.

- Побудова карт поверхні виділених горизонтів. Формулювання контурів площ горизонтів, що залягають нижче за глибину 800 м.

- Нанесення на карту контурів шахтних полів, площ родовищ, підземних гірських вироблень, геологорозвідувальних і експлуатаційних свердловин і всіх наявних структурних елементів (тектонічних порушень, соляних штоків, інтрузивних тіл і ін.).

- Аналіз одержаних даних, оконтурення перспективних ділянок. Далі слідує етап, що включає аналітичні дослідження колекторних властивостей кожного горизонту на різних глибинах, минералогопетрографічні аналізи порід, що складають горизонт, вивчення гідродинамічних, гідрогеологічних і структурно-тектонічних особливостей всієї товщі до глибини передбачуваного зберігання. На підставі цих даних можна проводити підрахунок місткості колекторів. Тільки після того, як буде виконаний повний комплекс досліджень, зроблені висновки про придатність виділених горизонтів для довготривалого зберігання СО2, а головне – висновки екологічних служб про безпеку процесу закачування і зберігання СО2 для навколишнього середовища і людей, можна буде переходити до етапу підготовки експериментальних досліджень. Виходячи з результатів зарубіжних робіт по геологічному зберіганню СО2 і особливостей геологічної будови Донецького басейну, пропонуються райони (Новомосковськи й, Петриківський, Лозовський, Старобельський і Північно-західні околиці Донбасу ) для подальшого вивчення їх потенціалу відносно геологічного зберігання СО2 (рис. 7). З позиції геолого-промислового районування Донбасу їх можна розбити на дві великі групи: - Північно-західні околиці Донбасу (Бахмутська і КальміусТорецька улоговини і прилеглі до них ділянки).

- Вугленосні райони без промислового освоєння (Старобельський, Лозовський, Петриківський, Новомосковський). На територіях цих районів розвинені свити середнього-верхнього карбону, що містять в своєму складі могутні горизонти пісковиків і алевролітів. В межах Північно-західних околиць Донбасу у межах Бахмутської і Кальміус-Торецької улоговин знаходиться могутня ізолююча покришка соленосних відкладень нижньої пермі (рис. 7). Згідно даним буріння і геофізичних досліджень, безпосередньо під газонепроникними породами залягає могутня теригенна вугленосна товща верхнього-середнього карбону, яка містить пласти порід, що володіють хорошими колекторними властивостями, у ряді випадків – метановою газоносністю, а також пласти кам'яного вугілля.

18

Рекомендації з впровадження ...

4 1

2

3

5

Рис. 7. Схема геолого-промислового районування Донецького басейну. Квадратами показані місця розташування вугільних шахт, цифрами відмічені перспективні райони: 1 – Новомосковський, 2 – Петриківський, 3 – Лозовський,

4 – Старобельський, 5 – Північно-західні околиці Донбасу.

Важливим моментом також є те, що через велику потужність покриваючих пермських і мезо-кайнозойських відкладень на територіях Бахмутської і Кальміус-Торецької улоговин, вугільні пласти там не розробляються. У південно-східній частині Бахмутської улоговини кам'яну сіль слов'янської свити розробляють підземним способом. У Донецькому басейні, зокрема в Бахмутський і Кальміус-Торецький улоговинах є ділянки, ускладнені численними тектонічними порушеннями, які розбивають цілісність гірського масиву і газонепроникної покришки, створюють можливість міграції рідких і газоподібних речовин до поверхні землі. Окрім тектонічних порушень в північно-західній частині Бахмутської улоговини розвинені соляно-купольні структури девонського віку, які проривають вищерозміщені відкладення палеозою і мезозою і в комплексі з тектонічними порушеннями також служать зонами міграції рідких і газоподібних речовин до поверхні землі. У зв'язку з цим подальші кількісні оцінки можливостей геологічного зберігання СО2 в Донбасі слід проводити з урахуванням ретельного аналізу їх структурно-тектонічної будови. Отримані результати таких оцінок узагальнені у ряді наукових робіт [26-36] та використовуються для подальших досліджень можливостей транспортування СО2.

19

Рекомендації з впровадження ...

IX. ВАРІАНТИ ТРАНСПОРТУВАННЯ СО2 Так як спочатку ГІС джерел емісії СО2 (рис. 4) була побудована на базі Google Maps JavaScript API v3, а потім переведена на сервіс Google Maps для її об'єднання з ГІС площ можливого геологічного зберігання СО2 (рис. 6), але отримана інтегрована ГІС була складена з дуже великої кількості елементів і автоматично розбивалася на кілька веб-сторінок, що не дозволяло її вивчати в повному вигляді. Тому був використаний сервіс Google Earth, де можна нарощувати ресурси без обмежень. В результаті злиття двох ГІС та введення додаткового блоку даних про діючі вугільні шахти була отримана інтегрована ГІС (ІГІС) джерел емісії СО2 і площ можливого геологічного зберігання надкритичного СО2 (Рис А1 з Додатка А), де показано розташування та інші дані наступних елементів: 1. Вугільні Електростанції (є дані по всім 12 вугільнім ТЕС); 2. Газові Електростанції (є дані по 1 діючій газовій ТЕС); 3. Металургійні заводи (є дані по 5 з 13 представлених заводів); 4. Коксохімічні заводи (дані відсутні по всім 14 заводам); 5. Цементні заводи (є дані по 4 із 8 представлених заводів); 6. Хімічні заводи (є дані по всім 3 заводам); 7. Вугільні шахти (є дані по всім 39 діючім шахтам); 8. Міждержавний кордон; 9. Міжобласній кордон; 10. Назви міст, областей та водних об'єктів; 11. Південна межа палеозойських осадових відкладень; 12. Дніпровсько-Донецький газо- і нафтоносний басейн; 13. Девонські соляні штоки; 14. Пермські соленосні відкладення; 15. Межа девонських солоних водоносних горизонтів; 16. Кам'яновугільні вугленосні відкладення; 17. Донецький кам'яновугільній басейн. Ґрунтуючись на географічній близькості підприємств різних галузей виробництва можна умовно виділити наступні кластери (на рис. А2 ці кластери показані жовтими пунктирними овалами) джерел емісії СО2 і визначити орієнтовний обсяг емісії СО2 цього кластеру (без урахування величин емісії СО2 тих підприємств, по яких немає даних) для оцінки умов подальшого транспортування СО2 до ділянок можливого його геологічного зберігання: 1. Криворізький кластер джерел емісії СО2 - 23,576 Мт / рік; 2. Запорізький кластер джерел емісії СО2 - 5,673 Мт / рік; 3. Дніпропетровський кластер джерел емісії СО2 - 5,508 Мт / рік; 4. Маріупольський кластер джерел емісії СО2 - 14,927 Мт / рік;

20

Рекомендації з впровадження ...

5. Донецький кластер джерел емісії СО2 - 17,930 Мт / рік; 6. Луганський кластер джерел емісії СО2 - 5,321 Мт / рік; 7. Вуглегорський кластер джерел емісії СО2 - 2,694 Мт / рік; 8. Сєвєродонецький кластер джерел емісії СО2 - 4,030 Мт / рік; 9. Слов'янський кластер джерел емісії СО2 - 5,722 Мт / рік; 10. Харківський кластер джерел емісії СО2 - 10,782 Мт / рік. Разом всі підприємства, що входять в ці кластери, викидають СО2 близько 96,163 Мт / рік, що становить 85,4 % від викидів СО2 із стаціонарних джерел в 5 східних областях України, тобто від 112,6 Мт / рік як показано на рис. 3. На рис. А2 також виділені коричневими пунктирними овалами перспективні ділянки для геологічного зберігання СО2. Ділянки № 1-8 відповідають за геологічними властивостями вимогам забезпечення довготривалого зберігання надкритичного СО2, а також знаходяться далеко від діючих вугільних шахт [16] і зон з тектонічними порушеннями геологічних структур [31]. Умовно визначити шлях транспортування СО2 від даного кластера джерел емісії СО2 до найближчої ділянки геологічного зберігання СО2 можна по прямій з подальшим коригуванням при врахуванні реальних умов місцевості у процесі прокладання трубопроводу для перекачування СО2. А можна використовувати для транспортування СО2 існуючу газотранспортну систему, яка зараз експлуатується з частковим навантаженням і не весь можливий час. Додавши в ІГІС східну частину газотранспортної системи України [37, 38] можна буде оцінити перспективи транспортування СО2 без істотних інвестицій в нові трубопроводи. В результаті цього розширення в ІГІС з'явиться шар (рис. А3) з такими елементами: 1. Компресорна станція «Радушне»; 2. Компресорна станція «Краснопілля»; 3. Компресорна станція «Павлоград»; 4. Компресорна станція «Первомайськ»; 5. Компресорна станція «Шебелинка»; 6. Компресорна станція «Куп'янськ»; 7. Компресорна станція «Борова»; 8. Компресорна станція «Новопсков»; 9. Компресорна станція «Лоскутівка»; 10. Компресорна станція «Луганськ»; 11. Компресорна станція «Новодар'ївка»; 12. Магістральній газовий трубопровід (1, 2, 3, 4 або 5 труб); 13. Розподільчій газовий трубопровід-відгалуження (1 або 2 труби); 14. Станція підземного зберігання газу «Пролетарка»; 15. Станція підземного зберігання газу «Кегичівка»; 16. Краснопопівське підземне сховище газу; 17. Вергунське підземне сховище газу.

21

Рекомендації з впровадження ...

Дніпропетровський, Запорізький і Криворізький кластери (рис. А4) джерел емісії СО2 для його транспортування можуть використовувати магістральний трубопровід (1), де за однією з трьох труб діаметром 800, 1000 або 1200 мм з тиском у 55 атм. транспортуватиметься СО2 від компресорної станції (КС) «Радушне» до КС «Краснопілля», а після цієї КС є ще одна додаткова труба діаметром 700 мм з тим же тиском, яка йде до КС «Павлоград» і далі до КС «Шебелинка». При цьому необхідно прокласти два додаткових трубопроводу (2), які на рис. А4 показані коричневими пунктирними стрілками, і три додаткових КС (3) поблизу КС «Радушне» і «Краснопілля», а також близько газорозподільної станції (ГРС) м. Запоріжжя. Ця мінімальна інфраструктура планується для варіанту використання як транспортного шляху із Запорізького кластера одну з чотирьох розподільних трубопроводів (4 або 5). Для цілей транспортування СО2 найбільш зручна труба (5), яка відгалужується від КС «Краснопілля». Поруч з магістральним трубопроводом (1) і розподільчим трубопроводом (5) синьою стрілкою показано напрямок транспортування СО2 - це ж позначення використано і на наступних малюнках Додатка А. Можна відійти від географічного принципу побудови кластера і Запорізьку ТЕС (рис. А5) з'єднати коротшою додаткової трубою (1) з ГРС м. Нікополь, яка має два відгалуження (2), одне з яких можна використовувати для транспортування СО2, від магістрального трубопроводу, де необхідно встановити додаткову КС (3), щоб забезпечити перекачку СО2 в одну з трьох труб магістрального трубопроводу (4). Для підключення до магістрального трубопроводу підприємств Дніпропетровського кластера (рис. А6) джерел емісії СО2 також необхідно дві КС (1) (у м. Дніпропетровську та м. Дніпродзержинськ) та мережу нових трубопроводів (2) для збору СО2 з підприємств цих міст і перекачування його на КС «Краснопілля». Також від КС у м. Дніпропетровську необхідно прокласти новий трубопровід (3) від нової КС до відгалуження трубопроводу (4), який йде на Станцію підземного зберігання газу «Пролетарка». Це дозволить організувати проміжне зберігання і накопичення СО2 для подальшого закачування з метою довготривалого геологічного зберігання. Повинна бути передбачена можливість подальшого транспортування СО2 до КС «Павлоград» і «Шебелинка» за однією з чотирьох труб магістрального трубопроводу (5) діаметром 700, 800, 1000 або 1200 мм і тиску 55 атм. Донецький і Маріупольський кластери (рис. А7) джерел емісії СО2 мають менше можливостей для використання магістральних трубопроводів, тому що через Донецьку область проходить тільки дві труби з Росії до м. Слов'янська (1) і одна труба від КС «Лоскутівка» до м. Маріуполя (2) з відгалуженням на м. Донецьк. До м. Маріуполь також підведені 3 труби (3) розподільного трубопроводу з Росії.

22

Рекомендації з впровадження ...

Тобто залишається тільки один варіант транспортування СО2 від підприємств м. Маріуполя, який зібраний від трьох підприємств на додатковій КС (4) (рис. А7) в м. Маріуполі, до Зуївської ТЕС, яка знаходиться поблизу двох труб магістрального трубопроводу, де можна розмістити додаткову КС (5) для збору СО2 з усього Донецького кластера та прийняття СО2 з Маріупольського кластера. Додатковий трубопровід (6) з м. Маріуполя необхідно направити спочатку на Старобешевську ТЕС, яка займає друге місце за обсягами емісії СО2 в Донецькій області , а потім на КС (5) поблизу Зуївської ТЕС, яка прийматиме СО2 від усіх підприємств Донецького кластера джерел СО2. Для збору СО2 від підприємств Донецького кластера (рис. А8) джерел емісії СО2 необхідно наявність ще однієї додаткової КС «ДонЦентр» (1), розташованої на рівновіддаленій відстані від основних підприємств Донецького регіону, для збору та перекачування СО2 на КС (2) поблизу Зуївської ТЕС по новому трубопроводу (3). На КС «ДонЦентр» буде надходити вловлений СО2 від Кураховської ТЕС по новому трубопроводу (4) і через мережу нових трубопроводів (5) від ряду близько розташованих підприємств. На КС (2) поблизу Зуївської ТЕС повинен перекачуватися СО2 як із Маріупольського кластера і Старобешевської ТЕС по новому трубопроводу (6), так і вловлений СО2 на самій Зуївської ТЕС. Крім того, ця КС прийматиме СО2 по новому трубопроводу (7) від підприємств м. Амвросіївка і по новому трубопроводу (8) від підприємств м. Єнакієво. Далі необхідно використовувати одну з двох труб магістрального трубопроводу (9) для транспортування СО2 у напрямку м. Слов'янська. Луганський кластери джерел емісії СО2 (рис. А9) поки складається з двох підприємств, але їх кількість може збільшуватися по мірі інвентаризації викидів СО2 в м. Луганську та інших прилеглих територіях. Необхідно зєднати новими трубопроводами (1) Луганську ТЕС та Луганський коксохімічний завод з новим елементом в газотранспортній системі: Розподільну станцію для вуглекислого газу (РСВГ) (2) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання СО2 № 8 (рис. А2), яку можна створити на базі Вергунського підземного сховище газу (3) i ДКС «Вергунська», які мають плановий показник загального об'єму газу, що зберігається = 0,4 млрд. м3, але зараз сховище не діє. Сховище розташоване у Луганській обл., смт. Металіст, Слав'яносербського р-ну. Сховище створено на базі виснаженого газового родовища. На площі пробурено 113 свердловин різного походження, в тому числі 73 свердловини - експлуатаційнонагнітальні. Сховище з'єднане відгалуженням (4) з магістральним газопроводом з двох труб (5), який йде від КС «Луганськ» (6) до ГРС м. Сєвєродонецьк. Одну з труб цього магістрального трубопроводу можна використовувати для перекачування СО2 в обох напрямках залежно від

23

Рекомендації з впровадження ...

наповненості сховищ і можливостей щодо закачування РСВГ. Російський магістральний газопровід Північний Кавказ - Центр (7), що складається з 5 труб, можна поки не залучати для перекачування СО2. Вуглегорський, Сєвєродонецький і Слов'янський кластери джерел емісії СО2 показані на рис. А10, які необхідно доповнити трьома новими КС (1, 6 і 10) для забезпечення збору уловленого СО2 від підприємств цих кластерів. При цьому СО2 від Вуглегорського кластера перекачується далі по одній з розподільних труб (2), які йдуть від ГРС м. Світлодарськ до двох труб магістрального газопроводу (3) між КС «Лоскутівка» (4) і КС «Новопсков». Нова КС (5) забезпечить збір СО2 від підприємств Сєвєродонецького кластера і прийом-передачу СО2 між Сєвєродонецьким і Луганським кластерами через одну з двох труб магістрального трубопроводу від КС «Луганськ» до ГРС м. Сєвєродонецьк. Крім того, ця КС (5) буде перекачувати зібраний СО2 в Краснопопівське підземне сховище газу (7), яке має плановий загальний об'єм газу = 0,638 млрд. м3, а підземний = 0,425 млрд. м3. На базі цього сховища и ДКС «Краснопопівська», (розташованих в Луганській обл., с. Краснопопівка, Кременській р-н) можна створити РСВГ (8) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання СО2 № 8 (рис. А2). В даний час на Краснопоповському сховищі діють 56 свердловин, 39 з яких експлуатаційні, що працюють як на відбір, так і на закачування; 16 свердловин служать для контролю за процесом експлуатації і герметичністю сховища. ГРС м. Слов'янська необхідно доповнити новою КС (10), яка прийматиме СО2 по одній їх двох труб магістрального газопроводу (11) від підприємств Донецького і Маріупольського кластерів джерел СО2, а також новими трубопроводами від підприємств м. Слов'янська та м. Краматорська. На базі цієї нової КС можна створити РСВГ (9) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання СО2 № 7 (рис. А2). Бажано з'єднати новими трубопроводами, які можуть перекачувати СО2 в будь-якому напрямку, цю РСВГ і РСВГ на базі Краснопоповського сховища, яка буде також мати двосторонній зв'язок з РСВГ на базі Вергунського сховища через одну з двох труб магістрального трубопроводу від ГРС м. Сєвєродонецьк до КС «Луганськ». Харківський кластер джерел емісії СО2 (рис. А11) має мало підприємств, серед яких основним джерелом СО2 є Зміївська ТЕС, де і необхідно розташувати нову КС (1). На цю КС буде надходити весь вловлений СО2 від підприємств Харківської області і на її базі можна створити РСВГ (2) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання СО2 № 5 (рис. А2). Цю РСВГ необхідно з'єднати новим трубопроводом з КС «Шебелинка» (3), на

24

Рекомендації з впровадження ...

яку будуть надходити значні обсяги СО2 з Криворізького, Запорізького та Дніпропетровського кластерів джерел емісії СО2. Крім того через КС «Шебелинка» можна направляти СО2 на Станцію підземного зберігання газу (СПЗГ) «Кегичівка» (4), яка має резервуари для загально об'єм газу = 1,3 млрд. м3, а підземний ресурс = 0,7 млрд. м3. На базі цієї СПЗГ можна створити РСВГ (5) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання СО2 № 2 (рис. А2). А так як перспективну ділянку геологічного зберігання СО2 № 5 (рис. А2) має досить протяжні розміри, то необхідно створити на цій ділянці ще одну РСВГ (6). Також можна створити РСВГ (7) поряд з КС «Куп’янськ» для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання № 6 (рис. А2). При цьому на цю РСВГ надходитиме СО2, який проходить через КС «Шебелинка». Крім того можна направляти СО2 з КС «Шебелинка» на КС «Новопсков» через КС «Борова» для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективній ділянці геологічного зберігання СО2 № 8 (рис. А2). На рис. А12 показана РСВГ (1) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективну ділянку геологічного зберігання СО2 № 1 на базі СПЗГ «Пролетарка», яка має резервуари на горизонті М-7 обсягом 1,16 млрд. м3 та на горизонті Б5, Б9 - 5,969 млрд. м3 (загальний об'єм газу), а загальний підземний об'єм газу дорівнює 1,0 млрд. м3 та має перспективи на збільшення. Місцезнаходження цієї СПЗГ: Дніпропетровська обл., Магдалинівський р-н., с. Пролетарське. Ця СПЗГ має трубопровід - відгалуження від магістрального трубопроводу між КС «Павлоград» та КС «Шебелинка», а також трубопровід до ГРС м. Дніпропетровська. На рис. А12 також показана РСВГ (2) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективну ділянку геологічного зберігання СО2 № 2 на базі СПЗГ «Кегичівка». Крім того, від КС «Павлоград» по новому трубопроводу буде надходити СО2 на РСВГ (3) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективну ділянку геологічного зберігання СО2 № 3 (рис. А2). На рис. А12 і на наступних сині пунктирні стрілки умовно показують площу розміщення свердловин для закачування СО2 в геологічні формації для довготривалого зберігання. Аналогічним чином на рис. А13 зображені РСВГ (2, 4, 5а, 5б, 6) для забезпечення розподілу і закачування СО2 на перспективних ділянках геологічного зберігання СО2 № 2, 4, 5 і 6 (рис. А2). А на рис. А14 – РСВГ (6, 7, 8а, 8б, 8в) для дільниць № 6, 7 і 8 (рис. А2). У зв’язку із наявністю розвиненої інфраструктури магістральних та розподільчих газопроводів у Дніпропетровський і Харківський областях, а також беручи до уваги існування на цих територіях діючих станцій підземного зберігання газу, можна рекомендувати для першого етапу впровадження технологій уловлювання і зберігання діоксину вуглецю Криворізький кластер джерел емісії СО2 та ділянку № 1 зберігання СО2.

25

Рекомендації з впровадження ...

Х. ВИСНОВКИ На підставі вищевикладеного матеріалу був складений наступний перелік першорядних задач, які необхідно вирішити для кількісної оцінки можливостей геологічного зберігання СО2 в Донбасі, та розробки проекту пілотного впровадження технологій уловлювання і зберігання діоксину вуглецю на сході України: 1. Визначення кількісних значень критеріїв процесу геологічного зберігання СО2 з урахуванням гірничо-геологічних і гідрогеологічних умов геологічних районів Донбасу і його околиць.

2. Виділення найперспективніших ділянок – потенційних полігонів для подальших натурних експериментів з геологічного зберігання СО2.

3. Виконання геохімічних, гідрогеологічних та структурнотектонічних аналізів перспективних ділянок з метою визначення кількісних величин параметрів фільтрації та місткостей осадових порід і виділення газових пасток – потенційних резервуарів СО2.

4. Аналіз і узагальнення одержаних результатів, виділення ефективних горизонтів-колекторів у межах перспективних ділянок і підрахунок їх місткості СО2 - потенціалу.

5. Визначення обсягів емісії СО2 на підприємствах пілотного кластеру джерел емісії СО2, а також необхідного додаткового обладнання для реалізації процесів уловлювання СО2 на цих підприємствах.

6. Оцінка стану і можливостей магістральних та розподільчих трубопроводів для перекачки СО2, а також визначення переліку необхідного додаткового обладнання для здійснення процесів перекачки СО2 в потрібному напрямку.

7. Проведення пілотних експериментів на перспективних ділянках для геологічного зберігання СО2 із застосування діючих свердлових на підземних сховищах газу та буріння нових спеціальних свердловин з виконання усіх умов, що необхідні для забезпечення довгострокового зберігання надкритичного СО2 у геологічних формаціях.

8. Організація та проведення моніторингу можливих витоків СО2 в процесах уловлювання, транспортування, нагнітання та збереження СО2 при виконанні пілотних експериментів.

9. Розробка техніко-економічних обґрунтувань пілотного проекту з впровадження технологій уловлювання і збереження діоксину вуглецю.

10. Обстеження громадської думки з проблем змін клімату та впровадження технологій уловлювання і збереження діоксину вуглецю на сході України. Рішення цих задач дозволить підготувати пілотний проект по впровадженню технологій уловлювання і збереження діоксину вуглецю на підприємствах і територіях сходу України.

26

Рекомендації з впровадження ...

ХІ. ЛІТЕРАТУРА 1.

Climate Change: The IPCC Response Strategies. – World Meteorological Organization / United Nations Environment Program: Intergovernmental Panel on Climate Change, 1990. – 332 p.

2. Доклад о мировом развитии – 2010: Развитие и изменение климата. – Международный банк реконструкции и развития / Всемирный банк, 2010. – 40 с.

3.

Stern N. The Economics of Climate Change: The Stern Review. – Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007. – 662 p.

4.

Impact of the financial crisis on carbon economics: Version 2.1 of the Global Greenhouse Gas Abatement Cost Curve. – McKinsey & Company, 2010. – 14 p.

5. Специальный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата – Улавливание и хранение двуокиси углерода / Резюме для лиц, определяющих политику и Техническое резюме. – МГЭИК, 2005. – 58 с.

6. Обзор технологий улавливания и хранения углерода: возможности, препятствия, экономические аспекты и роль, рекомендуемая для ЕЭК ООН. – Организация объединенных наций / Европейская экономическая комиссия / Комитет по устойчивой энергетике (ECE/ENERGY/2006/5), 2006. – 27 с.

7.

Technology Roadmap – Carbon capture and storage. – International Energy Agency, 2010. – 52 p.

8. Национальный кадастр антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов в Украине за 1990-2010 гг. – Киев: Государственное агенство экологических инвестиций Украины, 2012. – 729 с.

9. Енергетична стратегія України на період до 2030 року / Схвалена розпорядженням Кабінету Міністрів України від 15 березня 2006 р. № 145-р. – 129 с.

10. Trends in global CO2 emission: 2012 Report. – Netherlands Environmental Assessment Agency, 2012. – 40 p.

11. Статистичний щорічник України за 2010 рік / За редакцією О.Г. Осауленка. – Київ: Державна служба статистики України, 2011. – 560 с.

12. Довкілля України: Статистичний збірник - 2010 / За редакцією Н.С. Власенко. – Київ: Державна служба статистики України, 2011. – 205 с.

13. IEA – International Energy Agency. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.iea.org.

14. BELLONA – The Bellona Foundation. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://bellona.org.

27

Рекомендації з впровадження ...

15. CARMA – Carbon Monitoring for Action. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://carma.org.

16. DTEK Holdings B.V. (ООО «ДТЭК»). – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.dtek.com.

17. Project “Low-Carbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine (LCOIR-UA)”. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.lcoir-ua.eu.

18. National Joint Stock Company “Energy Company of Ukraine” (НАК «Енергетична компанія України»). – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: – http://www.ecu.gov.ua.

19. Gunter W.D., Mavor M.J., Robinson J.R. CO2 Storage and enhanced methane production: field testing at Fenn-Big Valley, Alberta, Canada. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://uregina.ca.

20. The Sleipner Project and Monitoring Experiences. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ns.energyresearch.ca.

21. EA Weyburn CO2 Monitoring and Storage Project Weyburn, Saskatchewan, Canada. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.netl.doe.gov.

22. Горяйов С., Лакоба М., Павлов С. Оценка перспектив газоносности новых литологических ловушек на северном борту Бахмутской котловины // Геолог Украины, 2011, №2 (34). - С. 99-102.

23. Жикаляк М. Неосвоенные газовые ресурсы песчаников Донбасса с низкой проницаемостью // Геолог Украины, 2011, №2 (34). С. 103-107.

24. Шкуро Л.Л., Горбачева Г.Н. Оценка газоносности песчаников в горных выработках, с учетом показателей пористости и влажности // Геотехническая механика, 2010, № 88. - С. 118-123.

25. Баранов В.А. Влияние структуры на пористость песчаников Донбасса // Геотехническая механика, 2010, № 88. - С. 70-76.

26. Shestavin M.S., Leynet A.P. New Ukraine-French Project “LowCarbon Opportunities for Industrial Regions of Ukraine” (LCOIR-UA) // The Proceedings of the International Conference on Carbon Reduction Technologies, Polish Jurassic Highland, Poland, September 19-22, 2011. – Gliwice, 2011. – P. 167-168.

27. Жикаляк Н.В., Осетров В.В. Геологические перспективы хранения СО2 в палеозойских осадочных отложениях Донбасса // Збірка доповідей національного екологічного форуму „Екологія промислового регіону”, том 1. – Донецьк: Державне підприємство „Донецький екологічний інститут”, 2012. – С. 50-53.

28. Бескровная М.В., Осетров В.В., Шеставин Н.С. Перспективы улавливания и геологического хранения СО2 в Донбассе // Там же. – С. 105-106.

28

Рекомендації з впровадження ...

29. Бескровная М.В., Осетров В.В., Шеставин Н.С. Применение геоинформационных систем для инвентаризации источников загрязнения и участков хранения диоксида углерода // Вісник Запорізького національного університету: Збірка наукових праць. Біологічні науки. – Запоріжжя: Видавництво ЗНУ, 2012, № 2. – С. 104-108.

30. Беспалова С.В., Жикаляк Н.В., Осетров В.В., Шеставин Н.С. Улавливание и геологическое хранение диоксида углерода как перспектива для энергетики Украины // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. Сборник научных статей. – Киев: «НПВК Триакон», 2012, Выпуск 3 (11). – С. 107-113.

31. Жикаляк Н.В., Осетров В.В., Шеставин Н.С. / Оценка возможностей улавливания и хранения СО2 в палеозойских осадочных отложениях Донбасса // Збірник наукових праць Інституту геологічних наук НАН України, Вип. 5, 2012. – С. 53-61.

32. Беспалова С.В., Жикаляк Н.В., Осетров В.В., Шеставин Н.С. / Улавливание и геологическое хранение диоксида углерода как перспектива для энергетики Украины // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. Сборник научных статей. – Киев: «НПВК Триакон», 2012, Выпуск 3 (11). – С. 107-113.

33. Беспалова С.В., Шеставин Н.С. / Оценка возможностей внедрения низко-углеродных открытых инноваций в индустриальных регионах Украины // Проблеми екології та охорони природи техногенного регіону. – 2012. - № 1 (12). – С. 10-25.

34. Осетров В.В., Шеставин Н.С., Юрченко В.В. / Оценка возможностей геологического хранения СО2 в осадочных отложениях Донбасса // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики.

– Серия «Естественные и технические науки», Вып. 6/7, 2012. – С. 43-49.

35. Shestavin M.S., Bezkrovna M.V., Osetrov V.V., Yurchenko V.V. / Preliminary Assessment of the Potential CO2 Sources and Sinks of the Eastern Ukraine // Proceedings in Advanced Research in Scientific Areas (ARSA 2012) – The 1st Virtual International Conference (Slovak Republic, Zilina, December 3-7, 2012.). – Zilina: University of Zilina, 2012. – P. 1374-1380.

36. Bezkrovna M., Osetrov V., Shesravin M. / Implementation of Perspectives of CCS Technologies in Ukraine // Abstract Book of the International Scientific Conference “Environmental and Climate Technologies”, October 14-16, 2013, Latvia, Riga: Riga Technical University. – 2013. – P. 28-29.

37. Gas in the CIS & Europe: Map. – London: Petroleum Economist Ltd., 2008. – 1 sheet.

38. Газотранспортна система України (території діяльності філій УМГ ДК «Укртрансгаз»): Карта. – Київ: Інститут передових технологій, 2008. – 1 лист.

29

Рекомендації з впровадження ...

ДОДАТОК А Перелік рисунків, що відображають шари інтегрованої ГІС джерел емісії, дільниць геологічного зберігання та шляхів транспортування СО2: Рис. А1. ГІС джерел емісії і площ геологічного зберігання СО2, а також вугільних шахт

31

Рис. А2. Кластери джерел емісії та ділянки зберігання СО2

32

Рис. А3. ГІС джерел емісії та ділянок зберігання СО2 разом із частиною газотранспортної системи

33

Рис. А4. Дніпропетровський, Запорізький та Криворізький кластери джерел емісії СО2

34

Рис. А5. Криворізький кластер джерел емісії СО2

35

Рис. А6. Дніпропетровський кластер джерел емісії СО2

36

Рис. А7. Донецький та Маріупольський кластери джерел емісії СО2

37

Рис. А8. Донецький кластер джерел емісії СО2

38

Рис. А9. Луганський кластер джерел емісії СО2

39

Рис. А10. Вуглегорський, Сєвєродонецький та Слов’янський кластери джерел емісії СО2

40

Рис. А11. Харківський кластер джерел емісії СО2

41

Рис. А12. Західно-Донбаські ділянки зберігання та шляхи транспортування СО2

42

Рис. А13. Північно-Донбаські ділянки зберігання та шляхи транспортування СО2

43

Рис. А14. Східно-Донбаські ділянки зберігання та шляхи транспортування СО2

44

30

1

3

4

12

13

10

2

9

11

5

6

Рис. А1. ГІС джерел емісії і площ геологічного зберігання СО2, а також вугільних шахт

14

8

7

17

16

15

Рекомендації з впровадження ...

31

32

1

2

3

№3

№5

№7

4

9

№8

Рис. А2. Кластери джерел емісії та ділянки зберігання СО2

№1

№2

№4

№6

10

5

8

6

7

Рекомендації з впровадження ...

5

13

6

7 16

12

11

10

17

9

8

Рис. А3. ГІС джерел емісії та ділянок зберігання СО2 разом із частиною газотранспортної системи

1

2

3

14

15

4

Рекомендації з впровадження ...

33

34

3

1

Рис. А4. Дніпропетровський, Запорізький та Криворізький кластери джерел емісії СО2

1 2

3

3

4

5

Рекомендації з впровадження ...

Рис. А5. Криворізький кластер джерел емісії СО2

4

1

2

3

Рекомендації з впровадження ...

35

1

36

Рис. А6. Дніпропетровський кластер джерел емісії СО2

2

4

3

5

Рекомендації з впровадження ...

4

2

6

Рис. А7. Донецький та Маріупольський кластери джерел емісії СО2

3

1

5

Рекомендації з впровадження ...

37

38

4

5

3

6

Рис. А8. Донецький кластер джерел емісії СО2

1

7

2

8

9

Рекомендації з впровадження ...

4

3

2

Рис. А9. Луганський кластер джерел емісії СО2

5

6

1

7

Рекомендації з впровадження ...

39

40

11

10

8

4

1

7

2

Рис. А10., Вуглегорський, Сєвєродонецький та Слов’янський кластери джерел емісії СО2

9

3

6

5

Рекомендації з впровадження ...

5

4

3

2

1

Рис. А11. Харківський кластер джерел емісії СО2

6

7

Рекомендації з впровадження ...

41

42

№1

№2

Рис. А12. Західно-Донбаські ділянки зберігання та шляхи транспортування СО2

№3

Рекомендації з впровадження ...

№2

№4

Рис. А13. Північно-Донбаські ділянки зберігання та шляхи транспортування СО2

№5а

№5б

№6

Рекомендації з впровадження ...

43

№7

44

Рис. А14. Східно-Донбаські ділянки зберігання та шляхи транспортування СО2

№6

№8в

№8б

№8а

Рекомендації з впровадження ...

Рекомендації з впровадження ...

ДОДАТОК Б: ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ ПРО ПРОЕКТ «НИЗЬКО-ВУГЛЕЦЕВІ МОЖЛИВОСТІ ДЛЯ ІНДУСТРІАЛЬНИХ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ (LCOIR-UA)» Проект виконується за Тематичною програмою Європейського Союзу для навколишнього середовища 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.

45

Рекомендації з впровадження ...

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. 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 є огляди про світового контексту із проблем впровадження низько-вуглецевих технологій; про існуючу українську політику, закони та нормативні акти у сфері змін клімату; 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 створені ГІС джерел і поглиначів СО2, а також інтегрована ГІС із інформацією про діючи вугільні шахти та можливості застосування української газотранспортної системи для нужд кліматичних технологій. 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 проекту, здійснювався шляхом організації та проведення наступних заходів: освітніх сесій та круглих столів для представників влади та бізнесу, для освітян, науковців та інженерів; міжнародних науково-практичних конференцій з актуальних питань зміни клімату та використання кліматичних технологій; лекції для студентів старших курсів і аспірантів. У рамках проекту видані: монографія; огляди основних проблем, що виникають при зміні клімату, та шляхів їх вирішення; навчальні посібники для студентів і аспірантів з питань змін клімату та кліматичних технологій; інформаційні бюлетені «Зміни клімату і кліматичні інновації» - є 12 випусків. Видається електронний журнал «Огляди низько-вуглецевих відкритих інновацій». Підготовлено та розміщено на веб-сайті проекту 16 випусків журналу. За проектом створений, оновлюється та функціонує веб-сайт, спрямований на різні цільові групи проекту та інших зацікавлений користувачів у протидії глобальним змінам клімату.

46

За додатковою інформацією звертайтеся: Донецький національний університет, Університетська вул., 24, Донецьк, 83001 Україна E-mail: lcoir@ukr.net Web:

http://www.lcoir-ua.eu