Арктический газовоз: какой перспективнее? - Морские вести России

Арктический газовоз: какой перспективнее?

02.03.2016

Судостроение

Арктический газовоз: какой перспективнее?

В ноябре 2012 г. впервые в истории был перевезен сжиженный природный газ (СПГ) по Северному морскому пути (СМП). Транспортировку 66 тыс. тонн топлива из п. Хаммерфест (Норвегия) в п. Тобата (Япония) выполнил газовоз Ob River вместимостью около 150 тыс. м3, ледового класса 1A по финско-шведской классификации.

Алексей Штрек, старший научный сотрудник ЗАО «ЦНИИМФ».

 

В поисках эффективного варианта

Рейс был совершен в начале интенсивного ледообразования на трассах СМП под проводкой атомными ледоколами. Понимая уникальность рейса, на борту газовоза во время его движения по СМП находились научный сотрудник ЗАО «ЦНИИМФ» и опытный ледовый капитан ОАО «Совкомфлот», осуществлявшие попутные наблюдения за ледовыми условиями с фиксацией данных по тактике ледового плавания, а также параметров движения проводимого судна.

По результатам экспериментального рейса сделан вывод о практической осуществимости транзитных перевозок СПГ по Севморпути в летне-осенний период навигации крупнотоннажными газовозами соответствующих ледовых классов под проводкой линейных ледоколов. При этом надо отметить, что сложившиеся во время рейса ледовые условия в арктических морях были легче среднемноголетних, что положительно сказалось на скоростях проводки и времени прохождения газовоза по СМП. Каких-либо отклонений от курса и остановок каравана из-за неблагоприятной ледовой обстановки не наблюдалось. Тактика проводки газовоза лидированием двумя ледоколами уступом позволила безопасно двигаться во всех наблюдавшихся ледовых условиях на маршруте движения.

В то же время для обеспечения круглогодичного вывоза добываемого на арктическом шельфе природного газа необходимо создавать газовозы активного ледового плавания с высоким ледовым классом, которые могут обеспечить надежную и безопасную транспортировку СПГ в зимних льдах арктических морей.

Из планируемых к реализации в ближайшем будущем проектов добычи и транспортировки углеводородов с арктического шельфа России наиболее приоритетный – проект вывоза СПГ с Ямала. Он реализуется компанией «Ямал СПГ» с целью освоения Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения, включая строительство завода по сжижению природного газа в п. Сабетта в Обской губе на восточном побережье Ямала. Такое расположение делает этот проект наиболее уникальным среди других текущих проектов транспортировки углеводородов в Российской Арктике. Определяющими природными особенностями являются существующие ограничения глубин на входе в Обскую губу, ледовые условия Карского моря и Обской губы (при вывозе СПГ в западном направлении), а также на трассах Северного морского пути (при вывозе СПГ в восточном направлении).

Закладка нового порта Сабетта состоялась в июле 2012 г. В течение летней навигации 2013 г. выполнен первый этап дноуглубительных работ на подходном канале в объеме 10 млн м3. В 2014 г. планируется завершить сооружение причалов и объектов подготовительного периода, необходимых для доставки грузов и технологических модулей для обустройства месторождения и строительства завода СПГ. Первая отгрузка топлива запланирована на 2017 г. с вводом первой очереди производительностью 5,5 млн тонн СПГ в год, а уже в 2019 г. планируется работа трех очередей суммарной производительностью 16,5 млн тонн в год. В перспективе возможно увеличение объема экспорта до 20-25 млн тонн в год. В качестве основных рынков сбыта рассматриваются Западная Европа и страны Юго-Восточной Азии.

 

Исследование оптимальных параметров

По заказу компании «Ямал СПГ» ЦНИИМФ принял участие в технико-экономическом обосновании и исследованиях оптимальных параметров перспективных газовозов для экспорта СПГ из п. Сабетта. В процессе выполнения модельных испытаний различных вариантов крупнотоннажного арктического газовоза для п. Сабетта в ледовом опытовом бассейне Aker Arctic в г. Хельсинки определено ограничение максимальной вместимости такого газовоза в 170 тыс. м3. В связи с возникающими эксплуатационными рисками и отсутствием опыта плавания в арктических льдах крупнотоннажных судов ЦНИИМФ сравнил экономическую эффективность вариантов крупнотоннажного газовоза вместимостью около 170 тыс. м3 и челночных газовозов вместимостью 80-90 тыс. м3 с ограниченной осадкой около 9-9,5 м, при которой потребуется перегрузка СПГ с челнока в накопитель или на традиционный газовоз той же вместимости. Следует отметить также, что использование газовозов вместимостью около 170 тыс. м3 (с осадкой 11,7-11,8 м) подразумевает необходимость проведения масштабных дноуглубительных работ на подходном канале и на канале в районе бара Обской губы.

В итоге при выполнении расчетов сравнительной экономической эффективности газовозов для Ямала на маршруте транспортировки СПГ в Западную Европу принималось во внимание следующее:

1. Различие в объеме дноуглубительных работ в зависимости от вместимости и осадки газовозов.

2. Для челночного газовоза, работающего на перевалочный пункт в Териберке, рассмотрен вариант вместимостью 80 тыс. м3, в котором применена экстремальная ледокольная (с углом наклона форштевня около 20°) носовая оконечность при использовании двух ВРК суммарной мощностью 30 МВт, а также вариант вместимостью 85 тыс. м3 с традиционной ледокольной носовой оконечностью и двухвальным пропульсивным комплексом.

3. Для газовоза вместимостью 170 тыс. м3 рассмотрены вариант с умеренной ледокольной (с углом наклона форштевня 30°) носовой оконечностью при использовании трех ВРК суммарной мощностью 45 МВт, предложенный ЦНИИМФ, а также вариант с бульбообразной носовой оконечностью и гибридным пропульсивным комплексом, работающий по предложенной Aker Arctic системе DAS.

4. Плавание газовозов в Обской губе (до терминала Сабетта) осуществляется под проводкой линейного ледокола. В юго-западной части Карского моря челночный газовоз вместимостью 85 тыс. м3 эксплуатируется под ледокольной проводкой в течение 6 месяцев, остальные варианты рассчитаны на круглогодичное автономное плавание на всем морском участке.

5. Применительно к вариантам газовозов вместимостью около 170 тыс. м3 рассматривалась как прямая схема транспортировки до Зебрюгге (Западная Европа), так и вариант с перевалкой СПГ с судна на судно той же вместимости без ледового класса в районе Хоннингсвога (Норвегия).

Основные характеристики рассмотренных вариантов газовоза для Ямала приведены в табл. 1. Требуемая вместимость и главные размерения газовозов по всем вариантам оценивались применительно к конструкции грузовых танков по типу MOSS.

 

Таблица 1. Основные характеристики газовозов по сравниваемым вариантам

Условное обозначение

LNGC-80ice

LNGC-85ice

LNGC-170ice

LNGC-170bulb

Грузовместимость, м3

80 000

85 000

170 000

170 000

Тип и количество грузовых танков

MOSS, 5

MOSS, 4

MOSS, 4

MOSS, 4

Категория ледовых усилений

Arc7

Arc7

Arc7

Arc7

Тип обводов носовой оконечности

экстремальный ледокольный нос

умеренный ледокольный нос

умеренный ледокольный нос

бульбообразный нос

Длина по КВЛ, м

242

232

285

282

Ширина, м

38,0

40,8

50,4

50,4

Высота борта, м

17,2

18,7

23,6

23,4

Осадка по КВЛ, м

9,0

9,5

11,8

11,7

Водоизмещение, т

62 000

67 400

125 100

124 400

Пропульсивный комплекс

2 ВРК

2 ВФШ

3 ВРК

2 ВРК + 1 ВФШ

Суммарная мощность на валах, МВт

30

26

45

42

Ледопроходимость, м:


на переднем ходу

1,8

1,3

1,7

1,0

на заднем ходу

2,2

-

2,3

2,2

 

На рис. 1 приведены результаты расчетов эксплуатационных скоростей во льдах для вариантов газовоза для вывоза СПГ из п. Сабетта на Ямале вместимостью 80-90 тыс. м3 и 170 тыс. м3, отличающихся указанными выше сценариями транспортировки. Расчеты скоростей движения рассматриваемых вариантов газовозов для вывоза СПГ из п. Сабетта производились при помощи математической модели, разработанной в ЦНИИМФ и адаптированной применительно к особенностям эксплуатации крупнотоннажных судов как при их самостоятельном движении во льдах, так и под ледокольной проводкой.

 

Рис. 1. Расчетные скорости движения различных вариантов газовозов на маршруте Сабетта – западная кромка льда при среднем типе ледовых условий

 

Результаты расчетов рейсооборота (с использованием скоростей, осредненных за год) приведены в табл. 2. Результаты расчетов себестоимости доставки СПГ с учетом затрат на ледокольное обеспечение, дноуглубление и перевалку СПГ графически представлены на рис. 2.

 

Таблица 2. Продолжительность кругового рейса Ямал – Европа и время движения во льдах

Тип газовоза и схема транспортировки

LNGC-80ice

LNGC-85ice

LNGC-170ice перевалка с судна на судно в Хоннингсвоге

LNGC-170ice

LNGC-170bulb

Перевалка в Териберке

Напрямую до Зебрюгге

Среднее время хода во льдах, сут.

4,65

4,21

4,58

4,58

5,18

Среднее время хода по чистой воде, сут.

2,95 + 7,22 = 10,17

3,43 + 6,57 = 10,0

10,46

9,91

Средняя продолжительность кругового рейса, включая перевалку, грузовые и швартовные операции, сут.

18,44

18,11

18,68

17,02

17,11

 

Рис. 2. Относительная себестоимость доставки СПГ для различных вариантов газовозов и схем транспортировки

 

По результатам расчетов себестоимости доставки СПГ в Западную Европу для рассмотренных вариантов газовозов наиболее выгодной оказалась прямая транспортировка СПГ газовозами вместимостью около 170 тыс. м3 с умеренной ледокольной носовой оконечностью (LNGC-170ice). Себестоимость транспортировки газовозом LNGC-170bulb с бульбообразной носовой оконечностью на 3-4% выше по сравнению с вариантом LNGC-170ice. При использовании челночных газовозов вместимостью около 80 тыс. м3 (LNGC-80ice) себестоимость транспортировки возрастает примерно на 30% по сравнению с газовозами вместимостью около 170 тыс. м3, несмотря на дополнительные расходы по дноуглублению подходного канала в Обской губе. Если же для челночных перевозок использовать газовозы с традиционной пропульсивной установкой (LNGC-85ice), работающие в Карском море под проводкой ледоколов, себестоимость по сравнению с вариантом автономного плавания возрастет еще на 15%.

Таким образом, результаты исследований по обоснованию основных параметров перспективных крупнотоннажных газовозов для Ямала показали, что вывоз СПГ крупнотоннажными газовозами вместимостью около 170 тыс. м3 активного ледового плавания является наиболее эффективным вариантом, при котором обеспечивается более низкая себестоимость круглогодичной доставки СПГ в Западную Европу. Ледокольное обеспечение предусматривается только в припае Обской губы, где линейный ледокол в течение ледового периода будет прокладывать и поддерживать постоянный канал.

 

Основные преимущества

Основными факторами, предопределившими преимущество автономного плавания крупнотоннажных газовозов, являются:

-         изначально высокая строительная стоимость и достаточно большой уровень мощности обычных судов-газовозов. Это приводит к тому, что необходимое ледовое усиление корпуса и повышение мощности для обеспечения потребной ледопроходимости дают относительно небольшое увеличение стоимости, которое в процентном соотношении значительно меньше по сравнению с судами других типов;

-         использование в качестве топлива испаряющегося СПГ, перевозимого судном, что позволяет минимизировать данную статью эксплуатационных затрат, являющуюся определяющей при автономной работе судна во льдах.

В процессе дальнейшей отработки формы обводов корпуса и анализа результатов модельных испытаний различных вариантов газовоза для Ямала большое внимание уделялось выбору формы обводов носовой оконечности с точки зрения обеспечения оптимального баланса между ходкостью судна на чистой воде и во льдах. Для газовоза с бульбообразной носовой оконечностью значительно увеличиваются эксплуатационные риски при работе во льдах. Газовоз с экстремальной ледокольной носовой оконечностью при плавании на чистой воде в значительной степени подвержен слеммингу на волнении. Оптимальный вариант носовых обводов – применение умеренной ледокольной формы обводов, характеризующейся меньшими углами заострения ватерлиний и развала борта в носовой оконечности судна по сравнению с экстремальным ледокольным носом.

На рис. 3 проиллюстрированы преимущества применения умеренного ледокольного носа по сравнению с другими вариантами. Ледовая ходкость при движении задним ходом для всех вариантов показана применительно к варианту с тремя ВРК типа Azipod мощностью по 15 МВт с формой обводов кормы по предложению ЦНИИМФ. При толщинах льда около 1 м (см. заштрихованную область) выигрыш в скорости обеспечивается при движении передним ходом, а при больших толщинах льда более эффективно использование заднего хода.

 

Рис. 3. График ледовой ходкости газовоза вместимостью около 170 тыс. м3 с пропульсивным комплексом из трех ВРК и тремя вариантами носовой оконечности

 

Модельные испытания показали также, что наилучшие показатели маневренности во льдах крупнотоннажного газовоза вместимостью 170 тыс. м3 обеспечиваются при использовании пропульсивного комплекса из трех винторулевых колонок и ледокольной формы обводов кормовой оконечности.

На основании комплексного анализа результатов модельных испытаний в опытовых ледовых бассейнах и выполненных технико-экономических расчетов, для обеспечения надежной и экономически выгодной эксплуатации на предполагаемом маршруте эксплуатации перспективного газовоза для вывоза СПГ с п-ва Ямал, в том числе в условиях ледовых сжатий, и улучшения эксплуатационной маневренности во льдах рекомендована концепция газовоза вместимостью 170 тыс. м3 с умеренными носовыми ледокольными обводами и пропульсивным комплексом из трех ВРК Azipod мощностью по 15 МВт. Эта концепция предполагает движение в ледовых условиях как передним, так и задним ходом, а умеренные носовые обводы обеспечат приемлемые мореходные качества на чистой воде.

 

Таблица 3. Основные характеристики варианта перспективного газовоза для вывоза СПГ из п. Сабетта

Грузовместимость, 3

170 000

Тип и количество грузовых танков

MOSS, 4

Категория ледовых усилений

Arc7

Тип обводов носовой оконечности

умеренный ледокольный нос

Длина наибольшая, м

ок. 300

Ширина, м

50,4

Высота борта, м

23,6

Осадка по КВЛ, м

11,7

Водоизмещение, т

125 000

Пропульсивный комплекс

3 ВРК Azipod

Суммарная мощность на валах, МВт

45

Эксплуатационная скорость на ч.в., уз.

19,5

Ледопроходимость, м:
на переднем ходу

1,5

на заднем ходу

2,1

Экипаж, чел.

35-40

 

Ожидаемые основные характеристики крупнотоннажного газовоза для вывоза СПГ из п. Сабетта (спроектированного применительно к конструкции сферических грузовых танков интегрированного типа) приведены в табл. 3, а на рис. 4 показан внешний вид такого газовоза в соответствии с проектной проработкой, выполненной компанией Aker Arctic. По результатам тендера, проведенного компанией «Ямал СПГ», проектирование и строительство газовозов для вывоза СПГ из п. Сабетта будет осуществлять корейская компания DSME (Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering). Поскольку DSME строит газовозы с грузовыми танками мембранного типа, окончательный проект газовоза будет иметь несколько отличные размерения.

 

Рис. 4. Проектное изображение газовоза для Ямала по проработке Aker Arctic

 

Морской флот №2 (2014)

75 лет Великой Победы
Баннер
6MX
Справочник Речные порты России 2019
Журнал Транспортное дело России