EROEI как показатель эффективности добычи и производства энергоресурсов

EROEI as efficiency index of energy recourses recovery and production

A. Safronov, A. Goloskokov
Institute of problems of oil and gas RAS Siberian branch

В настоящее время производство нефти в мире находится на уровне 85 млн барр/ день и по заявлению экспертов это близко к максимуму возможностей добычи. Тенденции таковы, что в дальнейшем, по мере исчерпания запасов легкодоступной нефти, будет увеличиваться в добыче доля трудноизвлекаемой нефти.

At present world oil recovery is about 85 million barrels, and by the experts opinion it is near maximum of recovery possibilities. In the future, as reserves of «easy» oil will run out, the share of «heavy» oil in world oil recovery will increase.

В настоящее время формируются долгосрочные программы поиска и добычи нефти и газа с шельфа арктических морей. В Европе активно развиваются программы альтернативной энергетики, к примеру в 2008 г. была принята к реализации программа «20-20-20». Начиная с 2003 г. в мире фиксируется увеличение объемов производства биотоплива. Но насколько альтернативные источники энергии эффективны по сравнению с традиционными нефтью и газом? Частично на этот вопрос можно ответить, рассчитав показатель EROEI для каждого источника.

Использование относительно доступной, эффективной и дешевой энергии нефти и газа способствовало бурному развитию всей нашей цивилизации в XX веке [1, 2, 3]. На протяжении всего прошлого века потребление нефти и газа увеличивалось от десятилетия к десятилетию, давая возможность бурного экономического развития. По прогнозам потребность в первичных энергоресурсах в 2030 г. достигнет 17,7 млрд тонн в нефтяном эквиваленте [4]. Спрос на нефть может достигнуть 116 млн баррелей в день в 2030 г.

Наиболее быстрыми темпами ожидается развитие Азиатско-Тихоокеанского энергетического рынка, что связано, прежде всего, с экстенсивным ростом энергопотребления, продолжающегося возрастания населения, развития систем и средств транспорта, энергоемких отраслей промышленности [2, 5]. В то время как энергопотребление на Северо-Американском рынке будет расти медленными темпами, на Европейском континенте прогнозируется стагнация этого показателя [6].

Тема «пика добычи нефти» все чаще обсуждается в мировой геологической и экономической науке. К примеру, на прошедшем в этом году экономическом форуме в Давосе председатель совета директоров Total Тьерри Демаре говорил о том, что «производство нефти в мире не превысит 95 миллионов баррелей в день» и «пик добычи нефти – это по-прежнему проблема, пик будет достигнут в течение 10 лет, но не сегодня» [3]. В отчете английской рабочей группы по исследованию проблемы пика добычи нефти и энергетической безопасности также говорится, что дальнейшее наращивание добычи нефти выше отметки 90 – 95 млн барр. в день является сложной задачей, а пик добычи «ожидается в течение ближайших лет» [7]. В опубликованной в феврале 2010 г. статье группа кувейтских ученых, основываясь на усовершенствованной модели Хабберта, делает вывод, что пик добычи нефти будет пройден в 2014 г. [8]. Здесь следует сказать, что важна не конкретная дата, а общая тенденция ожидаемого падения объемов добычи нефти в ближайшем будущем. Так, существует проблема структуры разведанных запасов нефти в России – в текущих разведанных запасах нефти доля трудноизвлекаемой нефти приближается к 60%. Трудноизвлекаемыми эти нефти являются или по условиям залегания, или по качеству сырья. К этой категории, видимо, следует отнести и большую часть запасов нефти в подгазовых залежах. Если к этому еще добавить выход с добычей в малоосвоенные районы со сложными климатическими условиями и практическим отсутствием хозяйственно-транспортной инфраструктуры, то добыча может оказаться на грани экономической эффективности. В определенной степени это и мировая проблема. В связи с этим возрастает добыча тяжелой (высоковязкой) нефти. Так, в 2005 г. было добыто 42,5 млн тонн тяжелой и сверхтяжелой нефти, а по прогнозу к 2015 г. добыча может достигнуть 200 млн тонн. Также перспективны производства возобновляемых энергоресурсов, среди которых, например, производство биоэтанола и биодизеля. Исходя из климатических условий России и того, что большая часть ее территории находится в зоне рискованного земледелия, у нас для производства биотоплива следует ориентироваться на солому и отходы древесного производства. Следует иметь в виду, к примеру также и то, что биодизель вряд ли получит широкое распространение в России – необходимы подогрев топлива в холодное время и ограниченный срок хранения (3 месяца). Но насколько новые технологии эффективны по сравнению с добычей традиционных энергоресурсов?

Известно, что в зависимости от геологического строения месторождения, Т-Р условий нахождения, качества нефти, климатических условий, состояния хозяйственной и транспортной инфраструктуры будет зависеть себестоимость добычи. Чем сложнее условия – тем выше себестоимость добычи, вплоть до того уровня, когда вести добычу нецелесообразно. Но вопрос следует задать не только для денежного выражения себестоимости, ведь в конечном итоге обществу необходима энергия, получаемая из нефти и газа, а не деньги. Энергия является двигателем развития общества, тогда как деньги – это всего лишь средство, абстракция, необходимая для удобного обмена товарами и энергией между юридическими и физическими субъектами. Поэтому также важнейшей характеристикой добычи является энергетическая себестоимость. Тогда наряду с важным вопросом, каким общим объемом запасов нефти и газа мы располагаем, мы должны задать второй вопрос, какой объем энергоресурсов мы можем добыть с необходимой для нас энергетической эффективностью. То же самое относится и к производству возобновляемых энергоресурсов: каков возможный объем производства и насколько производство энергетически эффективно. Забегая вперед, следует сказать, что в случае с возобновляемой энергетикой этот вопрос особенно актуален. Традиционные нефть и газ в этом смысле являются уникальными энергоресурсами: при относительно низких затратах на добычу общество получает огромное количество энергии. Соотношение добытой энергии и затраченной было настолько велико, что на этот аспект обращалось мало внимания. И этот вопрос в случае разработки месторождений тяжелой и сверхтяжелой нефти, сланцевого газа требует особого внимания. Здесь надо отметить, что отнесение сланцевого газа к категории нетрадиционного вряд ли верно, скорее всего, в этом случае надо говорить о природном газе в нетрадиционном коллекторе. И «сланцевый бум», особенно в Европе, в значительной степени подогревается политическими мотивами.

Известно, что любое производство должно приносить доход: выручка от деятельности должна быть больше, чем полная себестоимость. Процентное отношение этой разности называется «рентабельность». Применительно к производству энергоресурсов помимо денежного дохода производство должно быть выгодно энергетически, это очевидно: затраты энергии на добычу, транспорт и переработку сырья должны быть меньше энергии, получаемой от добытых ресурсов. Это можно назвать «энергетической рентабельностью», или EROEI (Energy return on energy invested). Впервые эту идею предложил в 70-х годах прошлого века американский ученый-биолог Чарльз Холл, когда проводил исследования миграции рыб [9]. Тогда он сформулировал утверждение, что «хищник не может тратить больше энергии, чем он получает в результате охоты». Далее он перенес эту идею на добычу нефти.
Когда EROEI = 1 – это означает, что на одну единицу полученной энергии из добытого сырья на его добычу пришлось затратить количество энергии, равное полученной, т. е. производство энергии состоялось с нулевым результатом и является по сути бессмысленным. Когда значение меньше единицы – это значит, что добыча энергоресурсов является энергетически убыточной и потому неприемлемой. Когда значение больше единицы – это значит, что производство энергии приносит дополнительную, «прибыльную», энергию.

Схематично это можно представить следующим образом (рис. 1). На первом этапе энергетические затраты связаны с необходимостью создать нужные условия, построить капитальные объекты, пробурить скважины, создать транспортную инфраструктуру и так далее. После того как сделаны все необходимые капитальные работы, на втором этапе начинается непосредственно добыча энергоресурсов. На этом этапе энергетические затраты связаны с обеспечением текущей деятельности, а также дополнительными капитальными работами: бурение эксплуатационных скважин, расширение производственных мощностей и т. д. На третьем этапе, когда запасы месторождения исчерпаны, энергетические затраты связаны с ликвидационной деятельностью. Как видно, здесь прямая аналогия с общеизвестной концепцией денежных потоков.
Рис. 1. Схема расчета EROEI
Таким образом, EROEI является важной характеристикой производства энергоресурсов (или в общем случае просто энергии). Очевидно, что чем выше EROEI, тем эффективнее производство. Это относится как к добыче традиционных энергоресурсов, так и к производству возобновляемых. Представляется очевидным, что для наибольшей общественной выгоды, при прочих равных условиях, выбор следует делать в пользу тех направлений энергетики, где EROEI выше. При этом следует учитывать, что производство энергоресурсов характеризуются не только EROEI, важными характеристиками также являются масштабируемость производства, энергетическая плотность на единицу объема и массы, легкость в транспортировке и хранении, безопасность в применении, воздействие на окружающую среду, а также, разумеется, денежная себестоимость.

Важной задачей в нефтегазодобыче является подсчет запасов месторождений. Как известно, критерием для разделения запасов на забалансовые и балансовые является экономическая целесообразность добычи. По такому же критерию определяется объем извлекаемых запасов. Подобный денежный подход является целесообразным в условиях устойчивого рынка, когда нет сильных колебаний цен. Именно такая ситуация была на нефтяном рынке почти весь прошлый век. В этом случае экономическая целесообразность действительно является оптимальным и действенным критерием для разделения запасов на забалансовые, балансовые и извлекаемые. Но в наше время рынок нефти отнюдь не такой. В условиях сокращающегося предложения и растущего спроса на нефть ценовые колебания уже сейчас значительные, слабо поддающиеся прогнозам, а в дальнейшем эти тенденции будут только укрепляться. И это создает своего рода неопределенность для подсчета запасов. Новые условия диктуют новые требования, и вполне возможно, что рациональнее будет вести подсчет запасов не только по критерию экономической целесообразности, а также по критерию энергетической целесообразности. В этом случае мы будем иметь две оценки: экономическую и энергетическую. Это откроет новые перспективы для формирования долгосрочных программ рационального развития нефтегазовой отрасли.

Таким образом, основными направлениями применения EROEI являются:

1. Оценка эффективности производства энергоресурсов, в том числе нетрадиционных и возобновляемых.

2. Перспективы формирования новых критериев для подсчета запасов.

Следует сказать, что данный вопрос самым непосредственным образом касается России как одного из ведущих производителей энергоресурсов.

При всей простоте концепции EROEI, расчет этого показателя оказывается непростой задачей. Наиболее простой частью является учет прямых энергозатрат, связанных непосредственно с производственной деятельностью. Такой учет ведется в каждой компании (возможно с другими целями), а для всей нефтегазовой отрасли в целом Росстат публикует такие данные в рамках баланса энергоресурсов. Намного сложнее подсчитать косвенные энергозатраты, связанные с капитальными работами на всех трех этапах: обустройстве месторождения, разработке месторождения и на этапе ликвидационных работ. Для выполнения капитальных работ требуются материалы, на производство которых необходима энергия, и учет именно этой энергии, «связанной в материалах», является самой сложной частью (рис. 1).
Рис. 2. Схема учета энергетических затрат для капитального обустройства месторождения
В идеале необходимо учесть все затраты энергии, произведенные во время капитальных работ на протяжении всех этапов проекта. Но т. к. идеал, очевидно, недостижим, следует искать определенные, разумные границы учета. Но и это еще не все. К примеру, первоначально месторождение необходимо открыть, а это тоже энергия. И так далее, энергетическая цепь взаимосвязей может тянуться очень и очень далеко. Аналогично дело обстоит и с возобновляемой энергетикой.

За рубежом проблемой EROEI занимается ряд ученых, первопроходцем считается профессор из Государственного университета штата Нью-Йорк Чарльз Холл. Начиная с 70-х годов прошлого века, он и его рабочая группа работают над проблемой и достигли определенных результатов [10]. Чарльз Холл сделал анализ имеющейся доступной информации и произвел расчеты EROEI для разных энергоресурсов, в т. ч. и для возобновляемых, применительно к американским условиям (табл. 1). Приводим обобщенные и уточненные Ричардом Хейнбергом по разным источникам данные на 2009 г. [11].
Табл. 1. Расчеты EROEI для разных энергоресурсов
Основной вывод, который делает Чарльз Холл, – это то, что EROEI добычи нефти и газа снижается. Это очевидно в общем-то и без расчетов. Добыча нефти и газа на месторождении начинается с залежей (или зон залежи) относительно простого строения и с относительно высокими фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС) пород-коллекторов, и по мере истощения таких залежей (или зон залежей) смещается к залежам (или зонам залежей) со сложным строением и низкими ФЕС пород-коллекторов. Это означает, что требуется все больше и больше усилий для дальнейшей добычи, в том числе усилий, выраженных в энергетических затратах. И это верно не только для отдельно взятого месторождения, но и для всей мировой нефтегазовой отрасли в целом. По мере ухудшения структуры разведанных запасов, увеличения доли тяжелоизвлекаемых запасов EROEI снижается, и добыча становится менее энергоприбыльной. В данном случае Чарльз Холл получил количественное выражение этому.

Второй существенный вывод: по критерию EROEI замены традиционной нефти пока нет. Производство этанола, биодизеля характеризуется низким EROEI, что ограничивает возможность замены нефти данными энергоресурсами без существенных негативных изменений в экономике. Исключением может стать производство этанола из бразильского сахарного тростника. Благодаря хорошим климатическим условиям для выращивания тростника, после переработки энергетическая эффективность производства этанола оказывается относительно высокой. В то же время в США производство этанола из тростника, выращенного в штате Луизиана, не так эффективно – EROEI близок к 1:1 [11], что делает данное производство практически бесперспективным. Условия таковы, что производство приносит прибыль, но с точки зрения энергии это бессмысленно и даже вредно, т. к. отвлекает ресурсы и усилия впустую.

То же самое касается добычи нефти из битуминозных песков, тяжелой нефти и сланцевого газа. Запасы тяжелой нефти велики. Так, извлекаемые ее запасы и битумов в провинции Альберта (Канада) на 1 января 2009 г. составляют 27 млрд тонн [12]. В настоящее время добыча нетрадиционной нефти в мире ведется, но энергетическая эффективность оказывается низкой. Так, для добычи нефти из битуминозных песков (учитывая, что ведется разработка самых богатых залежей) EROEI равен 5:1. Дальнейшее наращивание добычи потребует симметричного дополнительного увеличения мощностей в электроэнергетике и дополнительных объемов газа. Поэтому нефть из битуминозных песков, уже сейчас являясь экономически выгодным промыслом, не является в полной мере равным эквивалентом традиционной нефти. При этом следует учитывать, что добытая нефть нуждается в транспортировке, переработке и доставке до конечного потребителя «на бензоколонку», что тоже требует энергии. Очевидно, что существует минимальный уровень EROEI для добычи нефти, ниже которого добывать нефть для дальнейшего использования в качестве энергоресурса бессмысленно. Поэтому при планировании разработки залежей нетрадиционной и тяжелой нефти фактор EROEI обязательно надо учитывать.

В российской статистике в рамках баланса энергоресурсов ведется учет потребления и производственного использования энергоресурсов по видам хозяйственной деятельности, в т. ч. для добычи нефти и газа. На основе этих данных можно рассчитать EROEI по прямым энергозатратам (табл. 2). К сожалению, раздельного учета для нефти и газа не ведется, данные предоставляются в целом по нефтегазовому сектору. Конечно, для целей EROEI-анализа предпочтительнее иметь раздельные данные, в этом случае результаты будут более объективными. По мере ухудшения структуры запасов нефти и ввода в разработку сложных месторождений следует ожидать роста энергозатрат, тогда как в случае с газом ситуация не столь острая, и поэтому динамика EROEI будет разной. К слову, американская статистика предоставляет тоже только совместные данные, без разделения.

Как видно из табл. 2, EROEI по прямым энергозатратам для добычи нефти и газа незначительно снижается и составляет примерно 30. Но для окончательных выводов необходимо еще провести оценку косвенных энергозатрат. На сегодняшний день не существует общепринятой методики расчета косвенных энергозатрат, и разработка такой методики – это задача на будущее.
Табл. 2. Производство и использование энергии по видам хозяйственной деятельности, млн т у.т.
Выводы

1. В настоящее время на фоне приближающегося пика добычи нефти активно развиваются технологии добычи трудноизвлекаемых и нетрадиционных запасов нефти и газа, а также технологии возобновляемой энергии. В связи с этим встает вопрос о сравнении эффективности производства разных энергоресурсов. Одним из параметров сравнения является EROEI: отношение полученной энергии к энергии, затраченной на добычу или производственную деятельность.

2. Чем выше EROEI, тем выгоднее для общества данный вид производства энергоресурсов. Нефть и газ в этом смысле являются уникальными высокоэффективными источниками энергии, но, к сожалению, невозобновляемыми.

3. Расчет EROEI дает возможность оценить перспективы разработки трудноизвлекаемых, нетрадиционных запасов нефти и газа и возобновляемых источников энергетики. Исходя из имеющихся данных, по критерию EROEI в настоящее время равноценных заменителей традиционным нефти и газу нет.

4. Схема расчета энергозатрат аналогична схеме расчета денежных потоков в инвестиционном анализе. Но при всей простоте концепции, расчет EROEI является сложной задачей. Прежде всего, сложность возникает при учете энергозатрат, связанных с капитальными и ликвидационными работами.

Литература

  1. Коржубаев А.Г., Миловидов К.Н., Эдер Л.В. Нефтегазообеспечение глобальной экономики. М.: Изд-во «Центрлитнефтегаз», 2006. 400 c.
  2. Коржубаев А.Г. Нефтегазовый комплекс России в условиях трансформации международной системы энергообеспечения / Науч. ред. А.Э. Конторович. Новосибирск: ИНГГ СО РАН. Академическое изд-во «Гео», 2007. 270 с. (23 п.л.).
  3. Коржубаев А.Г., Филимонова И.В., Эдер Л.В., Бахтуров А.С., Костенко М.О., Мишенин М.В. Концепция развития газовой промышленности России в XXI веке // Новосибирск: ИЭОПП СО РАН, 2009. 186 с.
  4. Коржубаев А.Г., Эдер Л.В., Мишенин М.В. Нефть и газ в экономике России, Новосибирск: НГУ, 2010. 72 с.
  5. Коржубаев А.Г., Филимонова И.В., Эдер Л.В. О реальных перспективах комплексного освоения ресурсов нефти и газа Востока России // Нефтегазовая вертикаль. 2010. №20. С. 31 – 37.
  6. Эдер Л.В. Европейский рынок нефти. Стратегия России. Новосибирск: ГЕО, 2007. 126 с.
  7. Peak oil in Davos: Oh yes it is, oh no it isn’t // Energy Bulletin. URL: http://www.energybulletin.net/51450 (дата обращения – 1.03.2010).
  8. The Oil Crunch // Taskforce on Peak Oil & Energy Security (ITPOES). URL: http://peakoiltaskforce.net/ (дата обращения – 10.03.2010).
  9. Charles Hall «Why EROI matters» // The Oil Drum. URL: http://www.theoildrum.com/node/3786 (дата обращения 10.03.2010)
  10. Richard Heinberg. Searching for a miracle: Net Energy limits and fate of industrial society // Post carbon Institute, September 2009. URL: http://www.postcarbon.org/report/44377-searching-for-a-miracle (дата обращения – 10.03.2010).
  11. Crude oil Reserves // U.S. Energy Information Administration. URL: www.eia.doe.gov/pub/international/iealf/crudeoilreserves.xls (дата обращения – 15.03.2010).
  12. Charles A. S. Hall, Stephen Balogh and David J. R. Murphy. What is the Minimum EROI that a Sustainable Society Must Have? // Energies, January 2009. URL: http://www.mdpi.com/1996-1073/2/1/25/pdf (дата обращения – 15.03.2010).
  13. Ibrahim Sami Nashawi, Adel Malallah, Mohammed Al-Bisharah «Forecasting World Crude Oil Production Using Multicyclic Hubbert Model» // Energy&Fuels, Febrary 2010. URL: http://pubs.acs.org/stoken/presspac/presspac/full/10.1021/ef901240p (дата обращения – 25.03.2010).
  14. Федеральная служба государственной статистики URL: http://www.gks.ru/
  15. Charles A. S. Hall. EROI: definition, history and future implications. URL: http://www.esf.edu/efb/hall/talks/EROI6a.ppt. (дата обращения – 15.03.2010).

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Сафронов А.Ф.

    Сафронов А.Ф.

    чл.-корр. РАН, д.г.-м.н., профессор, председатель Якутского научного центра СО РАН, директор

    Институт проблем нефти и газа СО РАН

    Голоскоков А.Н.

    Голоскоков А.Н.

    научный сотрудник

    Институт проблем нефти и газа СО РАН

    Просмотров статьи: 8623

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru