�Не спутниковые технологии обнаружения и количественной оценки метана

Дэвид Лайон, Ph.D.

Старший научный сотрудник по метану II

Фонд защиты окружающей среды (EDF)

dlyon@edf.org

Программа сегодняшней презентации

• Введение
• Как тестируются технологии обнаружения и количественной оценки утечек?
• Обнаружение утечек
• Прямые измерения
• Измерения с использованием транспортных средств
• Измерения с использованием дронов
• Измерения с использованием воздушных судов
• Стационарные мониторы
• Рекомендации по применению несателлитных технологий
• Итоги и вопросы

​

• Фонд защиты окружающей среды (EDF) — некоммерческая организация по защите окружающей среды.
• EDF финансируется за счёт взносов 3,5 миллиона членов и благотворительных пожертвований.
• В EDF работают около 1000 сотрудников в 30 странах.
• EDF использует науку и экономику для разработки и внедрения эффективных решений экологических проблем, включая изменение климата, энергетику, здоровье человека, океаны и экосистемы.

Моя экспертиза в области метана в нефтегазовой промышленности

• Ph.D. in Environmental Dynamics в Университете Арканзаса
• Диссертация о сверхэмитентах метана в нефтегазовой отрасли
• 2008 – 2012: Департамент качества окружающей среды штата Арканзас
• 2012 – 2022: Фонд защиты окружающей среды (EDF)
• 2023: Агентство по охране окружающей среды США
• 2024: Техасский университет в Остине
• 2025 – по настоящее время: Фонд защиты окружающей среды (EDF)
• Проживает в Колорадо, США

​

Оценка технологий обнаружения и количественной оценки утечек

• Многие технологические компании заявляют, что их продукты могут точно обнаруживать или количественно оценивать небольшие утечки, однако это справедливо лишь в идеальных лабораторных условиях.
• Требуйте от технологических компаний предоставления прозрачных данных, чтобы оценивать их эффективность на основе фактических данных, а не маркетинговых заявлений.
• Наилучшими данными являются результаты независимой оценки с использованием одностороннего слепого метода, контролируемых выбросов и установленных протоколов в реалистичных условиях.
• Показатели эффективности включают: % истинно положительных, % истинно отрицательных, % ложноположительных, % ложноотрицательных результатов, вероятность обнаружения и точность количественной оценки
• https://metec.colostate.edu/aded-2-0/

Испытательные полигоны для технологий обнаружения и количественной оценки утечек

https://metec.colostate.edu/

https://cstjf-pau.totalenergies.fr/en/our-expertise/leveraging-digital-innovation/tadi-test-center-international-reach-lacq

Обнаружение утечек: качественные обследования

• Аудиальный, визуальный и обонятельный метод (AVO)
• Некоторые утечки природного газа можно услышать, увидеть или учуять, однако этот метод ненадёжен и многие утечки остаются незамеченными техниками.
• Портативные концентрационные приборы (метод EPA США № 21)
• Недорогие приборы с высоким пределом обнаружения используются для измерения концентрации CH4 (метана) или углеводородов непосредственно рядом с компонентами оборудования.
• Утечки определяются по концентрациям, превышающим установленный порог (например, 500 ppm).
• Данный метод является трудоёмким и не позволяет обнаружить утечки в труднодоступных местах.
• https://www.epa.gov/sites/default/files/2016-06/documents/m-21.pdf
• Портативные лазерные приборы
• Приборы, измеряющие концентрацию вдоль оптического пути (ppm CH₄ m^-1м⁻¹), позволяют техникам обнаруживать утечки или проверять устранение неисправностей на большем расстоянии, чем метод № 21.
• https://metec.colostate.edu/handheld-laser/

​

​

Обнаружение утечек — оптическая визуализация газа

• Оптическая визуализация газа (OGI) использует специальные инфракрасные камеры и обученных техников для визуализации выбросов метана и других углеводородов, обычно невидимых невооружённым глазом.
• Пороги обнаружения утечек зависят от условий окружающей среды и опыта техника.
• https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.0c01285
• Соблюдение протоколов обследования, таких как Приложение K EPA США, повышает вероятность обнаружения утечек.
• https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-60/appendix-Appendix%20K%20to%20Part%2060

​

​

​

Обследование незажжённого факела методом OGI с вертолёта

Прямые измерения: количественная оценка уровней выбросов CH₄ метана

• Портативные приборы и корреляционные уравнения
• Аналогично методу EPA США № 21, портативные приборы измеряют концентрацию метана или углеводородов вблизи оборудования.
• Корреляционное уравнение используется для пересчёта измеренной концентрации (ppm CH₄) в интенсивность (скорость) выбросов (г CH₄ hour^-1 в час).
• Корреляция между концентрацией и интенсивностью выбросов, как правило, слабая, поэтому точность данного метода невысока.
• https://ww2.arb.ca.gov/sites/default/files/2024-11/CH4LeakCorrelationsNGTransmission%26Storage_ada.pdf

www.mpowerinc.com/wp-content/uploads/2020/09/TA-Note-13-EPA-Method-21-LDAR-Using-NEO-PID-v.0.1.pdf

Прямые измерения

• Метод укрытия (баггинг)
• Если источник выброса можно полностью поместить в мешок, то скорость выброса CH₄ можно определить путём измерения объёмного расхода газа и его состава.
• Акустические приборы
• Акустические приборы используют звук для обнаружения и количественной оценки утечек, однако зачастую обладают низкой точностью.
• Количественная оптическая визуализация газа (QOGI)
• Некоторые камеры OGI оснащены программным обеспечением для количественной оценки уровня выбросов углеводородов, однако такая оценка может иметь высокую погрешность.

​

​

Прямые измерения

• Пробоотборник высокого расхода
• Портативный прибор использует вакуум для полного улавливания выбросов из неисправного компонента и измеряет концентрацию и расход на выходе для оценки интенсивности выбросов метана.
• Не может применяться для труднодоступных или очень крупных источников выбросов.

​

https://grist.org/energy/amy-townsend-small-study-methane-pecos-county-texas-abandoned-wells/

Измерения с использованием транспортных средств

• Базовый принцип гауссова рассеивания
• Транспортные средства с высокоточными быстродействующими анализаторами концентрации метана и анемометрами оценивают интенсивность выбросов на уровне объекта на основе концентрации метана с подветренной стороны, скорости и направления ветра, а также уравнений гауссовой дисперсии.
• Альтернативный метод испытаний EPA США 33a
• Транспортное средство останавливается с подветренной стороны объекта и измеряет концентрацию метана при изменении направления ветра.
• https://www3.epa.gov/ttnemc01/prelim/otm33a.pdf
• Метод трансект
• Транспортное средство проезжает по нескольким трансектам с подветренной стороны объекта, измеряя концентрацию метана.
• https://acp.copernicus.org/articles/18/15145/2018/

​

​

​

Измерения с использованием транспортных средств: метод EPA OTM 33a

https://www3.epa.gov/ttnemc01/prelim/otm33a.pdf

Измерения с использованием транспортных средств

• Метод корреляции с трассирующим газом
• Трассирующий газ (например, ацетилен) выпускается с известной скоростью вблизи целевого источника выброса метана.
• Транспортное средство, проезжающее по подветренным трансектам, измеряет концентрацию как трассирующего газа, так и метана.
• Интенсивность (скорость) выбросов метана оценивается на основе соотношения концентраций метана и трассирующего газа.
• Данный метод обладает высокой точностью, однако его реализация может быть сложной.

​

​

​

​

​

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1537511023001496

Измерения с использованием дронов

• Оптическая визуализация газа
• Инфракрасная камера, установленная на дроне, может использоваться для обследований методом OGI.
• Метод трансект
• Дрон с монитором концентрации метана пролетает по подветренным трансектам для оценки выбросов на уровне объекта или оборудования.
• Метод «завесы»
• Дрон с монитором концентрации метана пролетает по схеме «завесы» (растровый шаблон перпендикулярно направлению ветра) и измеряет концентрацию поперёк шлейфа для оценки выбросов на уровне объекта или оборудования.

Измерения с использованием дронов

https://seekops.com/technology/

https://totalenergies.com/projects/innovation-and-rd/ausea-innovative-technology-reducing-our-carbon-and-methane-emissions

Измерения с использованием воздушных судов

• Метод материального баланса
• Небольшое воздушное судно с высокоточным быстродействующим анализатором концентрации метана выполняет трансекты с наветренной и подветренной стороны целевого района или объекта. CH₄ концентрация и данные о ветре используются для оценки скорости выброса метана из района/объекта.

Измерения с использованием воздушных судов

• Пассивное инфракрасное дистанционное зондирование
• Инфракрасная спектроскопия отражённого солнечного света используется для визуализации и количественной оценки источников выбросов метана.
• Данный метод требует ясного неба и имеет относительно высокий порог обнаружения (вероятность обнаружения 50% ≈ 50–100 кг/hr CH₄).
• Авиационный лидар
• Отражённый лазерный свет измеряется для визуализации и количественной оценки источников выбросов метана.
• Авиационный лидар имеет значительно более низкий порог обнаружения по сравнению с другими авиационными и спутниковыми технологиями (вероятность обнаружения 50% ≈ 1 кг/hr CH₄).

Авиационная пассивная инфракрасная визуализация

https://carbonmapper.org/

https://data.carbonmapper.org/?details=CH4_6A_500m_69.48368_41.09609%3Fstatus%3Dnot_deleted&plume_id=tan20260324t071822c67s4001-A#11.32/41.1098/69.5893

Авиационный лидар для картографирования газовых выбросов

https://www.bridgerphotonics.com/

Стационарные мониторы

• Стационарные мониторы непрерывно собирают данные о концентрации метана, однако способны обнаруживать и количественно оценивать выбросы только тогда, когда датчики расположены с подветренной стороны от источников выбросов.
• Большинство стационарных систем мониторинга имеют относительно низкую точность количественной оценки выбросов, однако технологии быстро совершенствуются.
• https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsestair.4c00015
• Стационарные мониторы также могут отслеживать эксплуатационные данные (например, давление газа), которые позволяют уточнить оценки выбросов, включая продолжительность событий выбросов, наблюдаемых с помощью других технологий.

​

​

​

Стационарные мониторы

https://www.longpathtech.com/

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.estlett.4c00687

Рекомендации по измерению метана

• Не доверяйте заявлениям компаний — производителей технологий обнаружения утечек об их эффективности без прозрачных и достоверных данных, включающих независимую оценку в полевых или аналогичных условиях.
• Учитывайте ограничения отдельных методов (например, некоторые технологии требуют ясного неба или температуры выше 0 °C).
• Большинство технологий имеют пороги обнаружения, представляющие собой вероятностные функции, зависящие от условий окружающей среды (например, вероятность обнаружения 50% для утечки 1 кг CH4/ч при ветре 3 м/с). Выбирайте методы с достаточно низкими порогами обнаружения для количественной оценки большинства источников в ожидаемых условиях.

​

​

​

Рекомендации по измерению метана

• Многие источники выбросов работают периодически и могут быть пропущены при нечастых обследованиях по обнаружению и количественной оценке утечек
• Авиационный лидар выявил выбросы метана с канадских скважин, превышающие данные обследований методом OGI в 12 раз.
• https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsestair.5c00195
• С другой стороны, наблюдаемая продолжительность работы источников выбросов может быть меньше той, что принимается при экстраполяции годовых выбросов.
• Интеграция множественных измерений с использованием различных подходов и пространственно-временных масштабов является наиболее точным подходом для оценки выбросов метана

​

Вопросы?