Перспективы использования природного газа в глобальной системе мирового энергообеспечения

NATURAL GAS USE PERSPECTIVES IN THE GLOBAL ENERGY SUPPLY SYSTEM

BESSEL V.V.1,2, MINGALEEVA R.D.1
1 National University of Oil and Gas «Gubkin University», Moscow, 119991, Russian Federation
2 NewTech Services LLC, Moscow, 115162, Russian Federation

На основании анализа статистических данных за последние 40 лет показан опережающий рост энергопотребления по сравнению с ростом численности населения Земли, что связано с изменением технологических укладов и ростом уровня энергетического комфорта. Представлен опережающий рост потребления газа и энергии возобновляемых источников, что связано с их энергетической эффективностью и экологической чистотой. Проанализированы запасы органического топлива в мире, а также показатель обеспеченности ресурсами существующего уровня добычи природного газа (R-P-R), на основании чего обосновано предположение, что природный газ будет доминирующим видом органического топлива как минимум в первой половине текущего века. С учетом темпов развития возобновляемой энергетики сделан вывод о перспективности применения «гибридных технологий» энергообеспечения, особенно в отдаленных и труднодоступных регионах.

Based on the analysis of statistical data over the past 40 years a faster growth in energy consumption compared to the growth in the world’s population is shown that is associated with a change in technological structures and with energy comfort level increase. The outstripping growth in natural gas and renewable energy sources consumption is shown that is associated with their energy efficiency and environmental friendliness. The world’s fossil fuel reserves as well as the Reserves-to-Production ratio of natural gas (R-P-R) are analyzed and the assumption is demonstrated that natural gas will be the dominant type of fossil fuel, at least in the first half of the XXI century. Taking into account the rate of renewable energy sources development it is concluded that the use of «hybrid technologies» of energy supply is promising, especially in remote and hard-to-reach regions.

Современная энергетика в определяющей степени зависит от добычи и потребления органического топлива, на долю которого приходится 84,1 % потребляемой энергии в мире [1]. Для более или менее достоверного прогнозирования тенденций развития мировой энергетики и энергетики России необходимо понять, добыча какого вида органического топлива будет развиваться наибольшими темпами с учетом запасов, имеющейся инфраструктуры для добычи, транспортировки и потребления конкретного вида топлива, а также перспектив его развития, энергетической эффективности и экологической чистоты.
ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ В МИРЕ
За период с 1980 по 2019 гг. (40 лет) потребление энергии в мире выросло в 2,09 раза – с 6,6 до 13,78 млрд т н. э. [1], или ежегодно на 2,71 % (рис. 1).

За тот же период население Земли выросло с 4,4 до 7,8 млрд чел. [2], то есть, чуть больше, чем в 1,77 раза, или ежегодно на 1,93 %. Таким образом, можно констатировать, что за последние четыре десятилетия темп роста потребления энергии почти в 1,4 раза превысил темп прироста населения Земли и, судя по всему, такая тенденция будет сохраняться в среднесрочной перспективе. Это является следствием развития технологических укладов и повышения уровня энергетического комфорта и связанного с этим опережающего роста энергопотребления [3].
В этой связи наблюдается устойчивый рост потребления всех видов энергии, что следует из графиков динамики потребления энергии по видам (млн т н. э.) в период 1980–2019 гг. [1] (рис. 2).
В анализируемый период существенно выросло потребление всех видов энергии, но наиболее быстрыми темпами росло потребление энергии из возобновляемых источников (ВИЭ) (в основном – солнечной и ветровой энергии), а из органического топлива – природного газа. Более того, начиная с 2018 г., уровень потребления энергии из ВИЭ превышает уровень потребления энергии атомных станций [1].
Количественный анализ динамики энергопотребления дает возможность перейти к анализу качества потребляемой энергии – балансу энергопотребления за тот же период или динамики изменения доли каждого вида энергии (%) в мировом энергобалансе (рис. 3).
Анализ динамики структуры мирового энергопотребления позволяет выявить очень интересные тенденции развития мировой энергетики.
Доля потребления нефти постоянно падает, за последние 39 лет она снизилась на 11,5 %: с 43,8 % в 1981 г. до 32,3 % в 2019 г. Прежде всего это связано с постоянным снижением ее потребления в централизованной генерации электроэнергии, в основном нефть используется как сырье для получения горюче-смазочных материалов (ГСМ) и продуктов нефтехимии [3].
Доля потребления угля отличалась наибольшей нестабильностью. В 90-х гг. прошлого века она падала значительно более высокими темпами, чем доля потребления нефти, но в начале 2000-х гг., когда опережающий рост цен на нефть сделал ее ресурсом дорогим и, вследствие этого, малодоступным для многих стран и отраслей экономики, доля потребления угля устойчиво росла до 2011 г. Начиная с 2011 г. доля потребления угля снова начала падать, что стало следствием обвального понижения цен на нефть и увеличением доли ее потребления, а также опережающим ростом потребления ВИЭ и природного газа [1]. Тем не менее, за прошедшие 39лет доля потребления угля в мире несколько снизилась – с 27,7% в 1981 г. до 27,4 % в 2019 г.
Доля потребления газа стабильно росла и увеличилась на 5,7 %: с 18,8 % в 1981 г. до 24,5 % в 2019 г. Связано это прежде всего с тем, что природный газ – энергетически самое эффективное, а экологически – самое чистое органическое топливо [4]. Однако для его использования нужна сложная и разветвленная инфраструктура для потребления низконапорного газа, создание которой– дело дорогостоящее, материалоемкое и требующее больших временных затрат [5]. По мере развития такой инфраструктуры в том или ином регионе мира газ становится основным, если не главным видом топлива, так как огромные капитальные вложения в развитие инфраструктуры требуется окупать. Это является своего рода гарантией тенденции долгосрочного и устойчивого роста доли потребления природного газа в мировом балансе энергопотребления.
Доля гидроэнергетики практически стабильна – 6,4% в 1981 г. и 6,5 % в 2019 г., что связано, прежде всего, с ограниченностью ресурса воды в реках, огромной капиталоемкостью этого вида энергетического ресурса и тем, что зачастую основные центры энергопотребления находятся на большом удалении от мощных гидросистем. Это требует протяженных высоковольтных сетей для транспортировки электрической энергии на большие расстояния, что сопряжено с большими потерями энергии.
Доля атомной энергетики выросла на 1,2 %: с 3,1% в 1981 г. до 4,3 % в 2019 г. Если до начала 2000-х гг. доля атомной энергии росла быстрыми темпами, то затем она начала снижаться, и только после 2012 г. наметилась стабилизация на уровне 4,3 %. Ожидать увеличения доли атомной энергетики весьма проблематично, так как это связано как с политическими факторами (отказ правительства ФРГ от программ атомной энергетики), геологическими факторами (Япония снизила выработку энергии на атомных станциях после аварии на АЭС «Фукусима» с 77,9 млн т н. э. в 1998 г.

до 14,1 млн т н. э. в 2019 г.), так и с ограниченностью запасов высокообогащенных урановых руд в мире.
Устойчивыми темпами росла доля энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, прежде всего, солнца и ветра, особенно быстрыми темпами эта энергетика стала развиваться в XXI в. За 39 лет рост составил 4,8 %: с 0,2 % в 1981 г. до 5 % в 2019 г.
Таким образом, за последние 39 лет мы можем выделить следующие основные тренды изменения баланса мирового энергопотребления:
• Доля потребления природного газа росла опережающими темпами среди всех видов потребляемой человечеством энергии и увеличилась на 5,7 %.
• Несколько медленнее росла доля потребления энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников (гидроэнергетика, солнечная и ветроэнергетика) – 4,9 %.
• Начиная с 2018 г., доля потребления энергии, вырабатываемой из ВИЭ (солнечная и ветроэнергетика), стала опережать долю атомной энергетики, и в 2019 г. это опережение составило уже 0,7 %. Это произошло, прежде всего, за счет опережающего роста доли потребления энергии из ВИЭ начиная с 2007 г. (с 2007 по 2019гг. потребление энергии из ВИЭ выросло на 3,8% – с 1,2% в 2007 г. до 5,0 % в 2019 г., в то время как доля потребления природного газа за этот же период выросла только на 2,5 % – с 22,0 % в 2007 г. до 24,5 % в 2019 г.).
• Во многом тенденция опережающего роста выработки энергии из ВИЭ поддерживается политическими и эколого-климатическими мотивами, инвестиционными решениями на государственном уровне, а также связанным с этим существенным технико-технологическим развитием и снижением себестоимости производства электрической энергии из ВИЭ, которая стала сопоставима или ниже себестоимости производства энергии из органического топлива во многих странах ОЭСР [6].

ЗАПАСЫ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА В МИРЕ
Доказанные запасы органического топлива с вероятностью извлечения на поверхность не менее 90 % (Proved Reserves или «1P» по классификации запасов SPE-PRMS) на 2019 г., распределенные по регионам и континентам, приведены в таблице [1].
Система SPE-PRMS отличается в более консервативную сторону от российской системы классификации запасов углеводородного сырья, так как не включает запасы категории С2 (предполагаемые запасы). Из таблицы видно, что запасы угля составляют 60,33 %, нефти– 23,35%, природного газа – 16,32 % от запасов органического топлива в мире. Справедливости ради необходимо учитывать, что в мировом минерально-сырьевом балансе нефти на сегодняшний момент учтены 26,4 млрд т высоковязкой битуминозной нефти нефтяных песков Канады и 42 млрд т высоковязкой нефти пояса реки Ориноко в Венесуэле, из которых в активной разработке находятся участки в Канаде с запасами только 3,3 млрд т [1]. Оба этих ресурса относятся к так называемым «нетрадиционным» видам нефти [7].
Таким образом, к «традиционным» запасам нефти можно отнести только 176,1 млрд т, что сопоставимо с запасами природного газа в 170,9 млрд т н. э. Тем не менее, доля газа – наименьшая среди запасов органического топлива. Однако полученные в последние десятилетия данные о несоответствии между идентифицированными биогенными источниками и доказанными запасами углеводородов для ряда гигантских нефтегазовых месторождений, которые могут быть объяснены только абиогенным, глубинным генезисом углеводородов, а также экспериментальные исследования, подтвердившие возможность генерации углеводородных систем в мантийных условиях с их последующей миграцией в кору и образованием скоплений углеводородов [8, 9], огромные ресурсы «нетрадиционного» газа, позволяют обсуждать природный газ, как «возобновляемый» ресурс, что со временем позволит пересмотреть структуру, размеры и распространение мировых запасов газа [10]. С учетом вышеизложенного, а также того, что на долю органического топлива в мировом балансе энергопотребления в 2019г. приходилось 84,1 % потребляемой энергии (основа мирового энергопотребления) [1], можно с уверенностью предположить, что природный газ будет главенствующим энергетическим ресурсом, как минимум, первой половины ХХI века как самый энергетически эффективный и экологически чистый вид органического топлива [10].
В этой связи необходимо подробнее остановиться на анализе запасов природного газа.

ЗАПАСЫ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МИРЕ
Как следует из таблицы, крупнейшими запасами природного газа обладают страны Ближнего и Среднего Востока – более 38 % от мировых запасов, вторыми по величине запасами обладает Россия – 19,1 %, на третьем месте страны СНГ – 13,2 %, прежде всего, за счет газа уникального газового месторождения «Галкыныш» в Туркменистане [1].
Данные по крупнейшим запасам природного газа (более 1 трлн м3) в 22-х странах мира, на долю которых приходится более 94,3 % мировых запасов, а также рассчитанные показатели обеспеченности ресурсами существующего уровня добычи газа – «Reserves-to-Production ratio» (R-P-R) (лет добычи) [1], представлены в графической форме на рис. 4.

Почти 64 % мировых запасов находятся на балансе 5 стран – РФ, Иран, Катар, Туркменистан и США, при этом крупнейшими запасами обладает Россия – 38 трлн м3 (19,1 % от мировых запасов) [1].
Наибольшими показателями ресурсной обеспеченности (R-P-R) обладают страны с недостаточно развитой инфраструктурой для добычи, потребления и экспорта газа – Ирак (328,7 лет добычи), Туркменистан (308,5 лет добычи), Венесуэла (238 лет добычи), Ливия (151,5 лет добычи), Иран (131,5 лет добычи), а также Катар (138,6 лет добычи), инфраструктура для добычи, сжижения и отгрузки СПГ которого развита прекрасно, но в силу малой территории страны практически не имеет возможностей к развитию.
В странах с развитой инфраструктурой для добычи, потребления и экспорта газа показатель ресурсной обеспеченности крайне невысок – США (14 лет добычи), Канада (11,5 лет добычи), Австралия (15,6 лет добычи), Норвегия (13,4 лет добычи), что делает рискованными крупные инвестиции в дальнейшее развитие этой инфраструктуры из-за недостаточности запасов.
Значение показателя ресурсной обеспеченности в России равно 55,9 годам добычи, что больше общемирового уровня, равного 49,8 годам добычи. Данный показатель очень хороший с учетом географического положения России (возможность поставлять газ в газообразном и сжиженном состоянии как на Запад, так и на Восток), ее лидирующей роли по добыче, потреблению и экспорту газа [1]. Это может и будет рассматриваться как основной фактор крупных инвестиций в развитие газовой отрасли как в части развития системы внутреннего потребления газа, так и экспортных возможностей России [11].
Динамика запасов (трлн м3), добычи (млрд м3) и рассчитанных значений показателя обеспеченности добычи запасами (лет добычи) природного газа в мире [1] в период 1980–2019 гг. показаны на рис. 5.

Несмотря на устойчивый рост запасов природного газа в мире с 70,8 трлн м3 в 1980 г. до 198,8 трлн м3 в 2019г. [1], значение рассчитанного показателя ресурсной обеспеченности добычи газа в 1980 г. составило 49,6лет добычи, а в 2019 г. – 49,8 лет добычи, что связано прежде всего с опережающим ростом потребления газа [3]. Пик значения показателя R-P-R приходился на 2001г. и составил 62,4 года добычи [1].
Проведенная аппроксимация рассчитанных значений показателей R-P-R в период с 1980 по 2019 гг. уравнением полиномиальной регрессии 2-й степени позволила получить следующее квадратное уравнение:
y = – 0,0226 • x2 + 1,0035 • x + 47,291, (1)
где y – рассчитываемое значение показателя ресурсной обеспеченности добычи газа, лет добычи; x – год добычи.
Полученное значение R2 = 0,764 близко к показателю 0,8, что говорит о высокой степени достоверности проведенной аппроксимации статистических данных. Даже поверхностный взгляд на уравнение (1) показывает, что старший коэффициент при x2 имеет отрицательное значение, из чего следует, что ветви параболы, геометрически интерпретирующей полученное уравнение, опущены вниз. Это свидетельствует о том, что максимальное значение y уже пройдено и в дальнейшем при сохранении существующих трендов соотношения «запасы-добыча» газа значение y будет только снижаться. Таким образом, несмотря на то, что запасы природного газа огромны, а с учетом концепции абиогенного генезиса газа – практически не ограничены [10], существующие технико-технологические ограничения проведения геологоразведочных работ позволяют вовлечь в разработку только незначительную часть запасов. Это обосновывает практический тезис об ограниченности запасов органического топлива и природного газа, в частности, на современном этапе технологического развития, а также ограниченности времени использования ресурса природного газа с целью удовлетворения проблем энергопотребления в мире [3]. Рано или поздно произойдет смена энергетической парадигмы в мире и переход к использованию новых, значительно более энергетически эффективных и экологически чистых видов энергии [7].

ВЫВОДЫ
• Запасы углеводородов огромны, с учетом концепции их абиогенного генезиса – практически не ограничены, однако существующие технико-технологические ограничения позволяют вовлечь в разработку их незначительную часть. Это обосновывает практический тезис об их ограниченности на современном этапе технологического развития.
• В долгосрочной перспективе будет наблюдаться устойчивый рост доли потребления природного газа в мировом балансе энергопотребления.
• Природный газ будет главенствующим энергетическим ресурсом, как минимум, первой половины ХХI века, как самый энергетически эффективный и экологически чистый вид органического топлива. Развитая инфраструктура транспортировки природного газа как по магистральным газопроводам, так и в сжиженном состоянии, а также постоянно развивающаяся и совершенствующаяся инфраструктура для его потребления делают природный газ самым эффективным и доступным видом органического топлива.
• Очевидна тенденция постоянного роста энергопотребления в ХХI веке, что связано как с ростом населения Земли, так и с увеличением потребления энергии на душу населения. Тепловая энергетика, базирующаяся на сжигании органического топлива и использовании энергии атома, будет доминировать в мировом энергобалансе, но ее доля будет постепенно снижаться. В среднесрочной перспективе продолжится увеличение доли природного газа в мировом энергетическом балансе с растущим вкладом в энергообеспечение ВИЭ, которые будут развиваться в виде «гибридных» технологий. В связи с этим стратегию устойчивого развития энергетики для удовлетворения растущих потребностей человечества в энергии можно определить как дальнейшее и опережающее развитие добычи и использования для энергетических нужд природного газа и как значительные инвестиции в развитие «гибридных» технологий с применением альтернативных источников энергии.

Литература

1. BP Statistical Review of World Energy, June 2019. [Электронный ресурс]. URL: http://www.bp.com/statistical review / (дата обращения: 19.02.2021).
2. Население Земли. [Электронный ресурс]. URL: https://countrymeters.info/ru/World#historical_population (дата обращения: 19.02.2021).
3. Бессель В.В., Кучеров В.Г., Лопатин А.С., Мартынов В.Г., Мингалеева Р.Д. Современные тенденции развития мировой энергетики с применением «гибридных» технологий в системах энергообеспечения // Нефтяное хозяйство. 2020. № 3. С. 31–35.
4. Бессель В.В., Кучеров В.Г., Лопатин А.С. Природный газ– основа высокой экологичности современной мировой энергетики // Экологический вестник России. 2014. № 9. С. 10–16.
5. Бессель В.В., Кучеров В.Г., Лопатин А.С., Мартынов В.Г., Мингалеева Р.Д. Повышение эффективности и надежности энергообеспечения удаленных и автономных объектов нефтегазового комплекса России // Нефтяное хозяйство. 2018. № 9. С. 144–147.
6. IRENA. Стоимость производства электроэнергии на ВИЭ в 2019 году. [Электронный ресурс]. URL: https://irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Jun/IRENA_Costs_2019_RU.pdf?la=en&hash=D1CBCAF1EEFCBB2DCE581FA5ABBFDF04889F6F5A/ (дата обращения: 19.02.2021).
7. Постуглеводородная экономика: вопросы перехода / Е.А. Телегина, В.П. Сорокин, Г.О. Халова и др. М.: изд. Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2017. 407 с.
8. Mukhina E., Kolesnikov A., Kutcherov V. The lower pT limit of deep hydrocarbon synthesis by CaCO3 aqueous reduction // Scientific Reports 7 (1). 2017. p. 5749.
9. Синтез сложных углеводородных систем при термобарических параметрах, соответствующих условиям верхней мантии / В.Г. Кучеров, А.Ю. Колесников, Т.И. Дюжева, Л.Ф. Куликова, Н.Н. Николаев, О.А. Сазанова, В.В. Бражкин // доклады Академии наук. 2010. Т. 433. № 3. С. 361–364.
10. Кучеров В.Г., Золотухин А.Б., Бессель В.В., Лопатин А.С., Мартынов В.Г. Природный газ – главный источник энергии в ХХI веке // Газовая промышленность. 2014. № S716 (716). С. 8–12.
11. Годовой отчет ПАО «ГАЗПРОМ» за 2019 год. [Электронный ресурс]. URL: https://www.gazprom.ru/f/posts/77/885487/gazprom-annual-report-2019-ru.pdf / (дата обращения: 19.02.2021).

References

1. BP Statistical Review of World Energy, June 2019. (In English). Available at: http://www.bp.com/statistical review (accessed: 19.02.2021).
2. Naseleniye Zemli [Population of the Earth]. (In Russian). Available at: https://countrymeters.info/ru/World#historical_population (accessed: 19.02.2021).
3. V.V. Bessel', V.G. Kucherov, A.S. Lopatin, V.G. Martynov,
R.D. Mingaleyeva. Sovremennyye tendentsii razvitiya mirovoy energetiki s primeneniyem «gibridnykh» tekhnologiy v sistemakh energoobespecheniya [Modern trends in the development of world energy with the use of «hybrid» technologies in energy supply systems]. Neftyanoye khozyaystvo [Oil Industry], 2020, no. 3, pp. 31–35. (In Russian).
4. V.V. Bessel', V.G. Kucherov, A.S. Lopatin. Prirodnyy gaz – osnova vysokoy ekologichnosti sovremennoy mirovoy energetiki [Natural gas is the basis of high environmental friendliness of modern world energy]. Ekologicheskiy vestnik Rossii [Ecological Bulletin of Russia], 2014, no. 9, pp 10–16. (In Russian).
5. V.V. Bessel', V.G. Kucherov, A.S. Lopatin, V.G. Martynov, R.D. Mingaleyeva. Povysheniye effektivnosti i nadezhnosti energoobespecheniya udalennykh i avtonomnykh ob"yektov neftegazovogo kompleksa Rossii [Improving the efficiency and reliability of power supply to remote and autonomous objects of the oil and gas complex of Russia]. Neftyanoye khozyaystvo [Oil Industry], 2018, no. 9, pp. 144–147. (In Russian).
6. IRENA. Stoimost' proizvodstva elektroenergii na VIE v 2019 godu [IRENA. The cost of generating electricity from renewable energy sources in 2019]. (In Russian). Available at: https://irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Jun/IRENA_Costs_2019_RU.pdf?la=en&hash=D1CBCAF1EEFCBB2DCE581FA5ABBFDF04889F6F5A/ (accessed: 19.02.2021).
7. Ye.A. Telegina, V.P. Sorokin, G.O. Khalova Postuglevodorodnaya ekonomika: voprosy perekhoda [Post-hydrocarbon economy: transition issues] . Moscow, «Rossiyskiy gosudarstvennyy universitet nefti i gaza (natsional'nyy issledovatel'skiy universitet) imeni I.M. Gubkina» Publ., 2017, p. 407. (In Russian).
8. Mukhina E., Kolesnikov A., Kutcherov V. The lower pT limit of deep hydrocarbon synthesis by CaCO3 aqueous reduction. Scientific Reports 7 (1). 2017, p. 5749. (In English).
9. V.G. Kucherov, A.YU. Kolesnikov, T.I. Dyuzheva, L.F. Kulikova, N.N. Nikolayev, O.A. Sazanova, V.V. Brazhkin Sintez slozhnykh uglevodorodnykh sistem pri termobaricheskikh parametrakh, sootvetstvuyushchikh usloviyam verkhney mantii [Synthesis of complex hydrocarbon systems at thermobaric parameters corresponding to the conditions of the upper mantle]. Doklady Akademii nauk [Reports of the Academy of Sciences]. 2010. Vol. 433, no. 3, pp. 361–364. (In Russian).
10. V.G. Kucherov, A.B. Zolotukhin, V.V. Bessel', A.S. Lopatin, V.G. Martynov. Prirodnyy gaz – glavnyy istochnik energii v KHKHI veke [Natural gas is the main source of energy in the XXI century] Gazovaya promyshlennost' [Gas industry]. 2014, no.S716 (716), pp. 8–12. (In Russian).
11. Godovoy otchet PAO «GAZPROM» za 2019 god. [Annual report of GAZPROM PJSC for 2019]. (In Russian). Available at: https://www.gazprom.ru/f/posts/77/885487/gazprom-annual-report-2019-ru.pdf / (accessed: 19.02.2021).

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Бессель В.В.

    Бессель В.В.

    к.т.н., профессор РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, исполнительный вице-президент

    ГК «НьюТек Сервисез»

    Мингалеева Р.Д.

    Мингалеева Р.Д.

    старший преподаватель кафедры термодинамики и тепловых двигателей

    РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

    Просмотров статьи: 1227

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru