Остров АНАГАЗ в Карском море

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Остров АНАГАЗ в Карском море

Попилов А.Б. 1
1МАОУ "Голышмановская СОШ " 4"
Кузьминых И.Г. 1
1учитель физики и математики
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Ямальский центр газодобычи является самым перспективным по добычи газа на побережье и в шельфе моря. Газ передается по трубопроводу, через порты. Но навигация длится только 2 месяца. И попутный газ чаще сжигают. Транспортировка требует больших затрат. Но Ямал – заболочен и малодоступен, много ветров, низкая температура, и морские порты требуют ремонта [1].

Проблема. В настоящее время освоение Арктики перспективно для России, запасы нефти и газа истощаются, и их добыча смещается к шельфовым зонам. Но добытые углеводороды негде хранить, а транспортировка обходится дорого, поэтому не все месторождения осваиваются, как и территория Арктике. Актуальность. Если перерабатывать, хранить газ на Ямале, то экономическая выгода будет высока, оценивают 300 млрд.руб. Увеличение численности людей в Арктике приведет к развитию региона, и улучшению жизни людей.

Эксперты отмечают, что умный город проще построить с нуля, чем модернизировать уже существующие [2].

Ключевые эффекты от цифровизации ТЭК в нефтегазовом комплексе:

Повышение коэффициента извлечения газа на 5–10% на «цифровых месторождениях» [3].

Снижение операционных затрат на «цифровых месторождениях» на 10%, капитальных затрат - до 15%

На настоящий момент элементы «умного города» внедряются в России. На настоящий момент в России внедряются элементы «умного города» и цифровые технологии на месторождениях. Опытно-промышленная эксплуатация «Цифрового месторождения» ведется на базе Илишевского месторождения в Башкирии [3].

Мы решили объединить цифровизацию, «умный город» и месторождения.

Цель: разработать модель острова на Ямале, на котором будет работать газохимический комплекс и город, в основе которого будет лежать современная инфраструктура и новейшие технологии.

Задачи:

  1. Изучить перспективность направления газохимического потенциала на Карском море.

  2. Разработать модель острова, на котором будет работать газохимический комплекс и модель города.

  3. Собрать устройства, которые можно внедрить на острове для безопасности и комфорта людей.

Россия является крупным производителем углеводородов, но перерабатывает она всего 2 % природного газа. Шельф российских морей имеет 107 трлн куб. м3 оцененных ресурсов свободного газа, в Карском моря - 54,5 трлн м3 газа. (Карта 1, приложение)

Объект проекта: искусственный остров с газохимическим комплексом.

Предмет проекта: технологии искусственного острова, как «умного города».

Гипотеза. Если создать искусственный остров в Карском море на полуострове Ямал с газохимическим комплексом по переработке и «умный техногород», то это решит проблему хранения углеродов, снизит себестоимость переработки и хранения и возможно улучшит экологию региона, так как будут использоваться новые технологии.

План исследования

  1. Изучение научно-популярной литературы и сайтов в сети Интернет.

  2. Проектирование чертежа, модели, расчет системы работы.

  3. Анализ работы устройства.

Методы проекта:

Метод теоретический. Анализ литературы по теме «Освоение Арктики», «Умный город», «Цифровизация». Беседа со специалистами, работающими в сфере пожарной безопасности.

Метод эмпирический. Проектирование, конструирование устройств. Метод экспериментальный. Исследование – скорректировать работу моделей.

Основная часть

Технологическое решение с использованием «цифры» в нефтяной отрасли используется впервые. Примечателен тот факт, что ИС охватывает все ключевые процессы: от добычи нефти газа до логистики. Специалисты оцифровали основные производственные объекты, включая объекты энергетики [4].

Например, АСУЗ, обладая информацией о количестве человек в здании (считывая данные из системы контроля доступа, измеряя уровень CO2 или работая по расписанию), переводит установки в определенный режим работы.

Одно из направлений развития 2018 – 2024 годы – это цифровизация нефтегазового комплекса. Проводится ежегодный отбор проектов по внедрению цифровых технологий и платформенных решений в нефтегазовом комплексе.

1.1.Ямальский центр добычи газа

Анализ ситуации

Исходные данные Ямальского центра газодобычи газа 2019-2023 г.

Ленинградское месторождение - 1,9 трлн куб. м3 в год.

Месторождение им. В. А. Динкова - 78,4 млрд м3 в год.

Нярмейское месторождение – 67,9 млрд куб. м3 в год.

Месторождение «75 лет Победы» - 200 млрд куб. м3 в год.

Бованенковское, Харасавэйское и Крузенштернское месторождения –95,5 млрд куб. м3в год.

Шельф российских морей

107 трлн куб. м3 оцененных ресурсов свободного газа

Карское море - 54,5 трлн м3 газа.

Баренцево море - 30,1 трлн куб. м3 газа.

Шельфовые области - 9,3 трлн куб. м3 разведанных запасов.

Получается наиболее перспективная добыча на Карском море. Карское море - окраинное море Северного Ледовитого океана.

Площадь 883 тыс. км2, объем воды — 98 тыс. км3, средняя глубина моря 95–110 м. Наибольшая глубина достигает 600 м [5].

Средние температуры воздуха в июле и августе: +4 +6 °C, в феврале: –18–22 °C.

Ямальский центр газодобычи является самым перспективным по добычи газа на побережье и в шельфе моря. Газ передается по трубопроводу «Газпром». Порты Харасавэй и Сабетта на Карском море, расположены вблизи железнодорожной линии Обская-Бованенково-Карская. Но навигация длится только 2 месяца. И попутный газ чаще сжигают. Если перерабатывать, хранить газ на Ямале, то экономическая выгода будет высока, и оценивается она 300 млрд. руб. Но Ямал – заболочен и малодоступен, много ветров, низкая температура, и морские порты требуют ремонта. Запасы компании на Ямале позволяют добывать намного больше, чем требуется для заполнения газопроводов – «Северного потока» и «Северного потока – 2».

Газпром и СИБУР являются крупными компаниями газохимического сектора на Ямале. В разработке у компаний два комплекса, которые планируется построить к 2025 году.

Амурский газохимический комплекс — это завод по производству базовых полимеров общей мощностью 2,7 млн тонн в год, стоимость оценивается 20 млрд евро.

На полуострове Ямал газохимический комплекс, мощностью около 3 млн тонн полиэтилена и полипропилена в год [6].

1.2.Искусственный остров на Карском море с газохимическим комплексом

Мы предлагаем создать искусственный остров в Карском море на полуострове Ямал.

Назначение искусственного острова - действующий газохимический комплекс. Предприятие по добыче и глубокой переработке многокомпонентного природного горючего газа. (Схема 1, приложение)

Метод строительства – свайный, в дно ввинчиваются сваи, а на них крепится платформа [7]. Но потом, когда вода замерзает зимой, добавляют под сваи лед. Получается ледяной остров на сваях. Глубина моря составляет 60 м, при этом высота намороженного льда – 14 м, если смешивать лед с песком и бетоном, то получается устойчивая платформа для дрейфующих льдов. Форма площади острова – прямоугольник – овал (от дрейфа льда), площадь-50 км2. Численность населения – 1000 человек.

Функционал комплекса: хранение газа (для транспортировки и переработки), переработка. Комплекс состоит: газохимический комплекс, газоперерабатывающий завод, газохимический завод, завод по производству полимеров. Площадь острова - 50 км2.

На острове будет находиться 1000 человек, работая в разных областях. Электроснабжение – собственная электростанция, но так как на Ямале сильные и длительные ветра, то установка ветрогенераторов, будет альтернативным видом энергии. Лед в Карском море чистый, соленость воды составляет 30 %, поэтому опреснение воды, можно проводить изо льда [8].

На острове будут располагаться теплицы для выращивания овощей. Остальное снабжение будет производиться по воздуху, льду или в навигацию.

Источники финансирования для строительства острова: «Газпром», «Сибур», «Роснефть», правительство РФ. Примерная стоимость - 20 млрд. рублей.

На настоящий момент планируется построить газохимические комплексы на Ямале и в Амурской области, но нет предложений, построить комплекс на искусственном острове. В Карском море с 1960 годов хоронили ядерные отходы и подлодки. Возможно, в будущем, остров можно будет использовать как полигон для их уничтожения или переработки. Прогнозы добычи газа на Ямале составляет более 50 лет, данная инвестиция в остров, будет окупаема и продуктивна.

Итоги и результаты внедрения острова. (Схема 2, приложение)

1-Цистерны для хранения газа, 2-Порт, 3- Газоперерабатывающий завод, 4- Вертолетная площадка, 5- Газохимический завод, 6 – Электростанция, 7- Станция опреснения воды, 8 - Завод по производству полимеров, 9 – Мусороперерабатывающий завод, 10- Теплица, 11- Техническая станция, 12- Жилые корпуса, 13- Трубопровод, 14 – Дорога, 15 - Ветрогенератор

Электроснабжение – собственная электростанция, но так как на Ямале сильные и длительные ветра, то установка ветрогенераторов, будет яльтернативным видом энергии. Лед в Карском море чистый, соленость воды составляет 30 %, поэтому опреснение воды, можно проводить изо льда.

На острове будут располагаться теплицы для выращивания овощей. Остальное снабжение будет производится по воздуху, льду или в навигацию.

  1. Цифровые элементы в техногороде

Изучив внедрение цифровых технологий компаниями ТЭК России, мы пришли к выводу, что у компаний Роснефть, Газпром, Лукойл основными направлениями являются «умная скважина», «интеллектуально месторождение», в том числе в ГазпромТюмень - инжиниринговые центры (ВНИИГаз, ТюменьНИПИГипрогаз). В СУЭК, Ротек и Россети – приборы интеллектуального учета, цифровая система прогнозирования оборудования. Так как направлениями «умного города», являются, прежде всего, обеспечения безопасности человека, то мы рассмотрели использования цифровых датчиков на производстве и в жизнедеятельности человека [6].

ПАО АНК «Башнефть», на базе которого внедрена новая информационная система, выстраивает интегральную цепочку, состоящую из трёх цифровых объектов: месторождение, завод, автозаправочная станция.

Без координации эффективность месторождений существенно снижается. Такую координацию способен обеспечить Центр интегрированных операций. По сути, именно он является мозгом цифрового предприятия.  В компании уверены, что уже в ближайшем будущем отсутствие цифровых решений будет расцениваться как серьезный недостаток.

2.1.Устройство, считающее людей в помещении, транспорте

Обладая информацией о количестве человек в здании (считывая данные из системы на входе и выходе) можно обеспечить безопасность людей и их комфортное пребывание.

Устройство устанавливается на входе и считает, как зашедших в помещение, так и вышедших из него. Для сборки мы использовали два HC-SR04 ультразвуковых датчика, резисторы, диоды, провода, микроконтроллер Arduino UNO, соединительные провода [9].

Если установить порог 10 срабатываний, то при прохождении десяти человек горит зеленый светодиод, а при входе одиннадцатого загорается красный, то есть срабатывает ограничение на входе. (Фото 1, приложение)

2.2.Термостат

Устройство измеряет температуру и в зависимости от ее значения сигнализирует изменение температуры. Для сборки использовали микроконтроллер Arduino UNO, температурный сенсор lМ35, RGB светодиод, 3 резистора 220 Ом,1 резистор 1кОм, макетную плату, соединительные провода [9].

Если в помещении температура ниже 20, то светодиод горит синим цветом, если температура помещения от 20 до 30 градусов, то загорается зеленый цвет, если выше 30 градусов, то горит красный светодиод. (Фото 2, 3, приложение)

Термостат можно установить и для измерения температуры людей, перепрограммировав устройство.

2.3.Газовый анализатор

Устройство предупредит о повышении концентрации угарного газа и поднимет тревогу в случае превышения порогового значения. Чувствительным элементом детектора выступает датчик широкого спектра газов MQ-2.

Для сборки использовали микроконтроллер Arduino UNO, кабель, датчик газа MQ-2, светодиод, резистор 220 Ом, макетную плату, соединительные провода. Дымовой датчик обнаруживает концентрацию LPG (сжиженного нефтяного газа), пропана, водорода, дыма, метана и угарного газа от 200 до 10000 ppm (миллионных долей) и алкоголя [10].

При обнаружении огня, датчик переходит в активный режим и включает красный светодиод. После удаления источника газа, диод гаснет. Устройство поможет определить наличие дыма или газа в помещении. (Фото 4, 5, приложение)

2.4. Устройство для освещения

Устройство «Умное освещение». Чем меньше освещенность, тем больше светодиодных ламп горит в помещении или на улице. Так как наш остров находиться в Арктике, где полярные ночи длятся 4 недели, то наше устройство будет освещать улицы или помещение в зависимости от яркости излучения. [10].

Оборудование: плата Arduino UNO, микроконтроллер Arduino UNO, фоторезистор, светодиоды, 8 резисторы 220 Ом, 1 резистор 1кОм, соединительные провода.

При ярком свете диоды не горят, при понижении освещения часть светодиодов включается, чем будет темнее, тем больше будет гореть светодиодов, освещенность фиксирует фоторезистор. Устройство можно отрегулировать, так, что будут зажигаться светодиоды при повышении освещенности (Фото 6, 7, приложение)

Стоимость использованного оборудования составляет 3000 рублей.

2.5. Ожидаемые результаты

Если построить искусственный остров на сваях в Карском море, то это решит проблему хранения и переработки нефти. На острове будет располагаться газохимический комплекс, предприятие по добыче и глубокой переработке многокомпонентного природного горючего газа.

При строительстве острова ввинчивают сваи, так как море замерзает, то потребуется устойчивая конструкция, затем засыпают смесь льда, песка и бетона (таким образом, строят дороги в вечной мерзлоте). После установления основы острова, намораживается лед. При жизнедеятельности на острове, отходы перерабатывают и засыпают в основании острова, формируя платформу. Таким образов, появиться возможность снизить стоимость комплекса, строя заводы постепенно.

Западносибирская нефтегазовая провинция, продолжением которой является Карское море, в настоящее время обеспечивает две третьих добычи нефти и газа в России.

  1. Источники финансирования для строительства острова: «Газпром», «Сибур», «Роснефть», правительство РФ. Для строительства потребуется 20 млрд. рублей.

  2. Эффективность инвестиций. Добыча углеводородов станет смещаться на шельф, а затем на глубоководные участки моря. К 2025 году мировое потребление метанола вырастет ещё на 60 % и достигнет 122 млн. тонн.

  3. Деятельность жителей, приносящие доход: добыча, хранение, переработка газа, опреснение воды, работа в обслуживающих секторах. Трудоустройство 2,5 тыс. человек. Привлечение волонтеров.

  4. Электрическая энергия – электростанция, мощность энергоблока около 180 МВт. Альтернативы стандартным способам освещения – ветрогенераторы, так как скорость ветра достигает 10 м/с и дуют они постоянно.

  5. Утилизация отходов. Переработка пластика на заводе, прессовка. Отходы использовать как основу расширения и строительства острова.

  6. Снабжение. Свои теплицы, работающие от электростанции и завоз в навигацию или по льду, воздуху.

  7. Вода: опреснение воды (соленость 30%), растапливание льда и очистка.

Результаты

Новые крупные заводы по переработке СУГ смогут получить льготу 4,5 тыс. рублей на тонну сырья с 2022 года, а к 2026 году льгота увеличится до 7,5 тыс. рублей. Поэтому данный проект имеет перспективы [11].

Мы разработали модель искусственного острова в Карском море с газохимическим комплексом, собрали систему датчиков, отвечающих за безопасность людей, исследовали их работу, написали программы работы устройств.

Город, построенный на острове, будет иметь статус «техногород», в котором будут использовать элементы технологии «умного города».

Возможности эффективного использования результатов проекта

Устройство, считающее людей в помещении, транспорте, позволяет обеспечить безопасность людей в помещении, ограничит скопление больших групп.

Термостат определит температуру тела человека или температуру в помещении.

Газовый анализатор, зафиксирует наличие газа или дыма в помещении или транспорте.

Устройство, показывающее освещенность гасит определенное количество диодов в зависимости от падающего света.

Новизна нашей идеи в том, что в нашей стране нет искусственного острова с газохимическим комплексом, и мы считаем, что это перспективное направление.

Эффективность инвестиций. Добыча углеводородов станет смещаться на шельф, а затем и на глубоководные участки морей и океанов. К 2025 году мировое потребление метанола вырастет ещё на 60 % и достигнет 122 млн тонн.

Список использованных источников и литературы

  1. Открыта новая газовая залежь на шельфе Ямала [Электронный ресурс] .URL: https://energybase.ru/news/companies/new-gas-field-discovered-on-the-yamal-shelf-2022-10-08(дата обращения: 06.11.2022).

  2. Умные города: европейский опыт и российские реалии [Электронный ресурс] / URL: https://iot.ru/energetika/umnye_goroda_evropejskij_opyt_i_rossijskie_realii.

  3. Цифровизация энергетика. Министерство энергетики Российской федерации, 2019 г.

  4. Цифровая энергетика [Электронный ресурс] /URL: https://marketelectro.ru/content/cifrovizaciya-v-elektroenergetike-na-puti-k-novoy-realnosti.

  5. Карское море [Электронный ресурс] .URL: https: https://national-travel.ru/karskoe-more/.

  6. Газпром. [Электронный ресурс] .URL: https://www.gazprom.ru/projects/yamal.

  7. Строительство искусственных островов на винтовых сваях [Электронный ресурс] / URL: https://svaisad.ru/articles/iskystvenniy-ostrov-na-svayah.

  8. Изъятие воды из воздуха и льда [Электронный ресурс]. URL: http://ukrnano.net/index.php?option=com_content&task=view&id=14&catid=10 (дата обращения: 08.11.2022)

  9. Петин, В. А., Биняковский, А. А. Практическая энциклопедия.2 – е издание. Arduinо. /В. А. Петин, А. А. Биняковский. - Москва, 2020. - 165с.

  10. Макаров, С. Л. От схемотехники к интернету вещей. /С. Л. Макаров - Москва, 2018. - 203 с.

  11. Проект цифровизация городского хозяйства «Умный город» [Электронный ресурс] / URL: https://controlengrussia.com/avtomatizatsiya-zdanij/gorod-budushhego-e-nergoe-ffektivnost-bezopasnost-i-komfort/

Приложение

Карта 1. Месторождения в Карском море.

Схема 1. Схема газохимического комплекса

Схема 2. Искусственный остров.

Фото 1. Устройство, считающее людей в помещении, транспорте.

Фото 2.Термостат в режиме от 20 до 30 °C. Фото 3. Режим меньше 20°C.

Фото 4. Газовый анализатор. Фото 5. Рабочий режим, газ обнаружен.

Фото 6. Горит 8 светодиодов. Фото 7. Горит 4 светодиода.

Просмотров работы: 3