Снабжение потребителей энергоносителями в замерзающих морях РФ: комплексный подход - Морские вести России

Снабжение потребителей энергоносителями в замерзающих морях РФ: комплексный подход

19.04.2017

Судостроение

Снабжение потребителей энергоносителями в замерзающих морях РФ: комплексный подход

Большинство морей, омывающих берега России, являются замерзающими. Даже некоторые южные порты (например, Махачкала или Владивосток) в холодное время года не могут обойтись без ледокольного обеспечения. Ледовые условия Балтийского, Азовского, Каспийского и Охотского морей порой вполне сопоставимы с арктическими.

Андрей Крестьянцев, начальник 504 самостоятельного сектора проектирования морских систем освоения шельфа ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

Антон Луцкевич, ведущий инженер отделения управления системной интеграцией в области гражданского судостроения ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

Основные тенденции, влияющие на снабжение

Омывающие берега РФ моря в той или иной мере освоены, обжиты и вовлечены в хозяйственную деятельность. Соответственно, имеется спрос на необходимые для такой деятельности энергоносители. В целом можно выделить следующие основные тенденции, влияющие на снабжение энергоносителями потребителей в Российской Арктике и замерзающих морях РФ:

Ужесточение требований к экологичности водного транспорта (Приложение VI к МК МАРПОЛ).

Ужесточение требований к судоходству в арктических водах (Арктический кодекс).

Возрастание интереса к СМП, восстановление и модернизация его инфраструктуры.

Возрастание добычи углеводородов в Арктическом регионе, в т.ч. на шельфе арктических морей. Увеличение объемов транспортировки углеводородов в арктических водах.

Развитие российских СПГ-проектов. Возрастание роли СПГ и СУГ на отечественном рынке энергоносителей.

Восстановление российской стратегической инфраструктуры в Арктике.

Возрастание значимости социальной составляющей поставок энергоносителей потребителям в Арктическом регионе.

Назревшая необходимость радикальной модернизации муниципальной и коммунальной инфраструктуры потребления энергоносителей.

Однако при наличии ряда общих аспектов и тенденций развития между различными бассейнами имеются принципиальные различия, обусловленные как разницей в условиях судоходства, так и локальными особенностями потребления энергоносителей.

Наиболее существенны различия между бассейнами арктических и неарктических морей.

К побережьям арктических морей выходят Мурманская и Архангельская области, Ненецкий АО, Ямало-Ненецкий АО, Республика Саха (Якутия), Красноярский край, Чукотский АО. Необходимо учитывать географический аспект: арктические побережья и примыкающие к ним регионы – пожалуй, наименее обжитые и вовлеченные в хозяйственную деятельность. Транспортная инфраструктура развита здесь очень слабо. В то же время сейчас набирает силу процесс возрождения российских территорий, примыкающих к арктическим морям. Среди разрухи и запустения, пришедших после распада СССР, постепенно появляются очаги развития, порою бурного. Можно выделить несколько драйверов формирования таких очагов развития:

Шельф арктических морей РФ и прилегающие участки побережий – наиболее богатый углеводородами отечественный регион. Успешно развивается несколько крупных проектов. Выделено значительное число лицензионных участков для разведки и добычи углеводородов – залог будущего развития региона.

СМП – наиболее короткий морской путь из европейских вод в АТР (из Норвегии в Японию – ок. 14 000 км против 23 000 км через Суэцкий канал и 29 000 км вокруг Африки). Кроме того, поскольку он проходит преимущественно в российских водах, движение по нему связано с меньшими геополитическими рисками. На фоне роста интереса к СМП как к глобальной транспортной артерии возрождается, обустраивается и приводится в соответствие с современными требованиями инфраструктура СМП, получают стимул к развитию местные порты.

Ведется восстановление российской стратегической инфраструктуры в Арктике – сейчас это один из государственных приоритетов.

При этом арктические регионы – весьма значимая часть России, в которой формируется порядка 10% ВВП и проживает почти 2 млн человек. Из них более 900 тыс. человек зависят от так называемого северного завоза – доставки в «навигационный» период всех необходимых в течение года запасов, так как в холодное время года сделать это будет затруднительно (см. Рис. 1).

Рис. 1. Потребители энергоносителей в арктических морях РФ и основные пути их доставки

Необходимо отметить, что востребована весьма широкая номенклатура энергоносителей и их потребление существенно различается как для различных потребителей, так и с учетом региональных особенностей (см. Табл. 1).

Табл. 1. Основные виды энергоносителей и их потребители в Российской Арктике

Наиболее востребованные энергоносители

На сегодняшний день наиболее востребованные в Российской Арктике энергоносители – дизтопливо, а также твердые энергоносители: каменный уголь и дрова-долготье (см. Рис. 2). Дизтопливо – наиболее универсальный и наиболее стабильно потребляемый энергоноситель для всех групп потребителей. Основными потребителями твердого топлива (каменного угля и дров) являются муниципальные и коммунальные потребители, а также население. Инфраструктура, ориентированная на потребление твердого топлива, характеризуется предельным износом и требует немедленной модернизации. В то же время необходимо учитывать, что в Сибири, и в частности в верховьях Енисея, действует мощнейший лесопромышленный комплекс (отсюда обилие несортовой древесины, поставляемой на дрова), на Чукотке имеются собственные разработки высококачественного угля, а статистические данные учитывают ряд крупных промышленных потребителей.

Рис. 2. Объемы поставок энергоносителей по регионам в ходе северного завоза 2015 г.

Некоторые виды энергоносителей (дрова-долготье и каменный уголь), по всей вероятности, будут становиться все менее востребованными, поскольку оборудование, ориентированное на их использование (печи, автономные отопительные системы и т.п.), устарело физически и морально и постепенно будет заменяться на более прогрессивные модели, как правило, ориентированные на использование других видов топлива. По этой же причине будет расти потребление стабильного газового конденсата и пропан-бутана (сжиженных углеводородных газов, СУГ), а также возникнет и будет нарастать опережающими темпами потребление сжиженного природного газа (СПГ), производство которого в регионе сейчас развертывается. СПГ (при достаточности его предложения) может частично заменить как жидкие моторные топлива (включая дизтопливо), так и твердое топливо. Однако сейчас потребители не готовы к этому, требуется значительная модернизация энергопотребляющей инфраструктуры. Кроме того, доступность СПГ для региональных нужд, несмотря на скорый запуск производства в проекте «Ямал СПГ», в ближайшей перспективе пока не подтверждена, поскольку значительная часть продукции этого производства законтрактована на десятилетия вперед. Впрочем, на подходе и другие СПГ-проекты.

Расположение большей части потребителей энергоресурсов вдоль берегов рек, мелководность большинства портов в Российской Арктике, особенности логистики доставки основных видов энергоносителей и ряд других причин привели к тому, что значительная (порядка 85%) доля энергоносителей (главным образом твердых) доставляется потребителям речными судами по рекам с юга на север. Там расположены предприятия-производители энергоресурсов (например, Лесосибирский лесопромышленный комплекс и Омский НПЗ) и к рекам подходят железнодорожные ветки. Далее грузы транспортируются вниз по течению до устьев и на прилегающие к устьям участки морских побережий. Морские суда доставляют грузы в немногочисленные, сравнительно глубоководные порты либо на рейды с достаточными глубинами, где грузы перегружаются на небольшие мелкосидящие суда и уже на них достигают потребителей. Эта ситуация обусловила относительно небольшую долю морского транспорта в северном завозе – порядка 15% (см. Рис. 3). В результате большая часть грузов в северном завозе достигает получателей по рекам, в т.ч. малым. К твердому топливу это относится в большей степени, чем к дизтопливу.

Рис. 3. Доля видов водного транспорта в северном завозе

Отдельные крупные потребители могут существенно влиять на потребление энергоносителей в регионе. Так, в 2015 г. в Ямало-Ненецкий АО в рамках северного завоза в целом завезено (всеми видами транспорта) около 80 тыс. т дизтоплива. В то же время потребление дизтоплива портовыми ледоколами терминала «Ворота Арктики» (Новопортовское месторождение) могло бы составить 15…20 тыс. т в год, а одним офшорным объектом класса «Приразломная» – 20…30 тыс. т в год. При этом следует отметить, что количество перспективных шельфовых проектов достаточно велико (только в Обско-Тазовской губе осваивается не менее 4 шельфовых месторождений).

Также необходимо отметить, что ниша бункеровки судов как в Обско-Тазовской губе (где действует весьма многочисленный флот нефтяных компаний и их подрядчиков, а также расположены порты Сабетта и Новый Порт, в которые должны заходить линейные крупнотоннажные танкеры и газовозы), так и на трассах СМП пока никем не занята. При этом одним линейным танкером ледового плавания грузоподъемностью около 80 тыс. т потребляется порядка 25 тыс. т дизтоплива в год – часть этого топлива может потребоваться на месте загрузки судна.

Морские суда для снабжения

Ранее созданные морские суда для снабжения потребителей в Арктике энергоносителями можно условно разделить по следующим признакам:

по номенклатуре перевозимых энергоносителей (универсальные – способные перевозить как жидкие, так и твердые энергоносители (см. Рис. 4 и Рис. 5), а также танкера (см. Рис. 7 и Рис. 8), предназначенные исключительно для перевозки жидких энергоносителей);

Рис. 4. Многоцелевое ледокольно-транспортное судно снабжения типа «Витус Беринг» (пр. 10620)

Рис. 5. Универсальное судно снабжения типа «Вавчуга» (пр. 1878)

Рис. 6. Научно-экспедиционное судно «Академик Трешников» (пр. 22280)

по размерам, осадке и ледопроходимости (относительно крупные суда с высоким ледовым классом и достаточно большой осадкой (см. Рис. 4 и Рис. 7), а также относительно небольшие суда (см. Рис. 5 и Рис. 8) с небольшой осадкой и умеренным ледовым классом).

Рис. 7. Арктический танкер «Енисей» (судно типа «Норильский никель», конвертированное при постройке в танкер)

Рис. 8. Универсальный танкер – судно снабжения «Ишим» (пр. 15010)

К крупным универсальным судам снабжения идеологически и конструктивно близки научно-экспедиционные суда для арктических и антарктических экспедиций (см. Рис. 6). Собственно, как минимум четыре судна пр. 10620/10621 (см. Рис. 4) используются именно в этом качестве в Чили, ЮАР, Австралии и КНР. Вероятно, это можно рассматривать как признание уровня судов отечественной разработки и постройки…

Указанные суда – наиболее современные и совершенные (для своих групп) из числа используемых в Российской Арктике. Примечательно, что указанные суда в основном отечественной разработки. Исключение, танкер «Енисей» – модификация проекта «Норильский никель», разработанного компанией Aker (Финляндия) специально для отечественного заказчика (ОАО «ГМК «Норильский никель») по представленному им подробному ТЗ. Причина вполне понятна: огромный отечественный опыт в проектировании, постройке и эксплуатации судов для работы в Арктике. Каждое из указанных судов по-своему уникально и хорошо подходит для задач, под которые создавалось. Однако ни одно из них не является настолько универсальным, чтобы решать весь комплекс задач по снабжению потребителей в Арктике, пусть даже только энергоносителями.

Приоритеты снабжения

Российскими неарктическими замерзающими морями следует считать: Балтийское море, Черноморско-Азовский бассейн, Каспийское море, дальневосточные моря. Эти бассейны в контексте снабжения потребителей энергоресурсами средствами водного транспорта также существенно различаются между собой по приоритетности и задачам.

Наиболее жесткая ситуация со снабжением потребителей энергоносителями сложилась в Балтийском море ввиду распространения на него зоны повышенных требований согласно Приложению VI к МК МАРПОЛ (см. Рис. 9).

Рис. 9. Балтийско-Североморская зона SECA

Этим документом ИMO ввело ограничения на выброс оксидов серы и азота с отходящими газами судовых ЭУ, а также установлены особые районы контроля выбросов: Балтийское и Северное моря, пролив Ла-Манш, а также прибрежные воды США, в границах которых намечено многократно сократить выбросы с судов. Перечень таких особых районов в ближайшие несколько лет может быть существенно расширен, в т.ч. за счет арктических вод.

В последующих редакциях Приложения VI МК МАРПОЛ 73/78 ИMO введены ограничения на выброс «парниковых газов» (т.е. углекислоты) и ряд коэффициентов (конструктивные коэффициенты энергоэффективности, EEDI), которые учитывают это. Коэффициенты рассматриваются как критерий оценки совершенства судна и напрямую влияют на финансовые аспекты его жизненного цикла.

Приоритетным способом удовлетворения экологическим требованиям считается перевод судов, работающих в Балтийско-Североморском регионе и в целом в водах Евросоюза, на СПГ в качестве бункерного топлива. Поэтому возникла объективная острая потребность в судах-бункеровщиках СПГ. Кроме того, с учетом роста потребления и популярности СПГ в регионе имеется потребность в фидерных перевозках относительно небольших (по меркам рынка) партий СПГ и в судах, способных круглогодично выполнять такие перевозки между местными портами.

Необходимо отметить, что на сегодняшний день в мире имеется «в металле» только один бункеровщик СПГ – шведский Sea Gas, работающий в порту Стокгольма, а фидерные газовозы СПГ емкостью менее 10 000 м3 можно пересчитать по пальцам.

Для остальных рассматриваемых бассейнов (в первую очередь для Дальневосточного) требуется судно, пригодное для использования в качестве как бункеровщика СПГ, так и фидерного газовоза СПГ. Назначением такого судна, помимо бункеровки газотопливных судов, были бы перевозки небольших партий СПГ как для нужд местной и региональной газификации, так и в порядке региональной торговли экспортными энергоносителями (на рынках Японии, КНР и Южной Кореи).

Ввиду недостаточной численности, общей устарелости и высокой степени износа отечественного флота судов-бункеровщиков в целом, представляет интерес проработка судов-бункеровщиков жидкими нефтяными топливами (ЖНТ) в интересах отечественных операторов баржинговых компаний.

Какие суда нужны?

В Крыловском государственном научном центре была выполнена НИОКР, предусматривающая разработку концептуального проекта судна для комплексного топливоснабжения (СКТ) водного транспорта и объектов инфраструктуры в морской офшорной и прибрежной зонах.

Из вышеприведенных материалов применительно к задаче разработки СКТ были сделаны следующие выводы:

Снабжение твердыми энергоносителями следует исключить из числа задач, решаемых СКТ.

Для работы в арктических морях и на трассах СМП требуется судно, способное работать самостоятельно, без ледокольного сопровождения.

Такое судно должно иметь ледовый класс не ниже Arc7 и осадку не менее 7 м, а также высокую маневренность как на чистой воде, так и во льду.

С учетом действующих и ожидаемых экологических ограничений такое судно должно быть настолько экологически чистым, насколько это возможно.

Высокая осадка такого судна практически исключает возможность его захода во многие порты, используемые для доставки энергоносителей потребителям.

Для обслуживания таких портов требуется относительно небольшое мелкосидящее судно.

Такое судно не сможет ввиду ограниченной осадки иметь достаточно высокий ледовый класс, его эксплуатация предусматривается исключительно в навигационный период.

Такое судно могло бы также эффективно эксплуатироваться и в неарктических замерзающих морях.

Таким образом, представляется необходимой разработка двух принципиально различающихся СКТ: относительно крупного судна с высоким ледовым классом для работы на трассах СМП и относительно небольшого мелкосидящего судна с умеренным ледовым классом для эксплуатации в неарктических замерзающих морях, а также в Арктике в период навигации (см. Рис. 10).

Рис. 10. Постановка задачи разработки судна комплексного топливоснабжения

По результатам проработки принято, что СКТ усиленного ледового класса предназначается для выполнения следующих функций:

1. Основные

Доставка ЖНТ (не менее 7000 т) из Мурманска в предусмотренное место работы в водах Российской Арктики (в т.ч. в Обско-Тазовской губе, на рейдах портов Сабетта и Новый Порт).

Бункеровка судов и объектов морской техники ЖНТ в водах Российской Арктики с нахождением в районе работы не менее 1 месяца.

Фидерные перевозки ЖНТ наливом в морях Российской Арктики.

2. Дополнительные

Прием загрязненных вод с судов и объектов морской техники и их последующая очистка и переработка на борту судна либо доставка в базовый порт для очистки и переработки.

Выполнение функций судна обеспечения операций ЛРН в части приема нефтесодержащих вод с судов – участников операции ЛРН, а также самостоятельного сбора нефти с поверхности воды и льда (после соответствующей подготовки и дооснащения предусмотренным оборудованием и средствами).

3. Перспективные (при дооборудовании судна)

Бункеровка СПГ газотопливных судов и объектов морской техники. Объем бункерного СПГ – до 1000 м3.

Фидерные перевозки СПГ и СУГ наливом. Объем емкостей – до 1000 м3.

Снабжение потребителей на побережье морей Российской Арктики (как западного, так и восточного сектора) ЖНТ, СПГ и СУГ (наливом), а также (под заказ) различными видами генеральных грузов (включая энергоносители в таре) с использованием TEU (принимаемых на ВП и перемещаемых вертикальным способом).

При исследовании особенностей работы рассматриваемого СКТ усиленного ледового класса при выполнении им основных предусматриваемых функций был использован созданный в Крыловском ГНЦ уникальный программный комплекс имитационного моделирования работы морских транспортных систем. Согласно идеологии объектно-ориентированного подхода, реализованного в данном комплексе, при моделировании МТС все суда представляются как самостоятельные объекты, движущиеся и взаимодействующие в геоинформационной среде.

Для получения достоверных информационных моделей судов, используемых для моделирования МТС, применяется обширный инструментарий специальных методов проектирования судов и определения их параметров на ранних стадиях проектирования, реализуемый в современных специализированных CAD-системах.

При имитационном моделировании работы транспортной системы, в т.ч. в арктических и замерзающих морях, учитывается значительное количество введенной информации по району функционирования МТС и его особенностям (гидрографическим, навигационным, метеорологическим, ледовым и т.п.), особенностям организации ее работы, особенностям перевозимых грузов и их логистики, ряду других моментов, существенных для работы МТС (см. Рис. 11).

Рис. 11. Учет взаимодействия элементов МТС при динамическом имитационном моделировании работы системы

По результатам выполненного моделирования были существенно уточнены и оптимизированы требования к разрабатываемому судну, а также сгенерирован ряд критичных для проекта технических решений. В частности, по результатам уточнения требований к ледовой ходкости и маневренности СКТ в целях обеспечения оптимальных для данного судна характеристик с использованием имеющихся в составе созданного программного комплекса инструментов была сформирована форма поверхности корпуса судна и сгенерирован его теоретический чертеж (см. Рис. 12).

Рис. 12. Формирование оптимизированного теоретического чертежа судна с использованием инструментария системы «МТС-модель»

По результатам выполненных исследований для различных транспортных задач были разработаны концептуальные проекты судна комплексного топливоснабжения усиленного ледового класса для работы в арктических морях (пр. 50410) и бункеровщика СПГ вместимостью 3000 м3 – малого судна комплексного энергоснабжения для работы в замерзающих морях (пр. 50408).

При оптимизации концептуальных проектов этих судов использовались и другие средства из обширного арсенала, имеющегося в Крыловском ГНЦ. В частности, по результатам физического моделирования малого СКТ в аэродинамической трубе были выявлены характерные застойные зоны, в которых в случае утечки паров СПГ при определенных курсовых углах к направлению ветра имеется высокая вероятность накопления взрывоопасной метано-воздушной смеси. В результате были подготовлены требования к корректировке общего расположения судна в целях минимизации застойных зон и повышения их продуваемости, а также рекомендации по маневрированию судна при выполнении бункеровки и грузовых операциях. Моделирование утечки СПГ и последующего взрыва метано-воздушной смеси выполнялось с использованием имеющегося в КГНЦ суперкомпьютера. Маневренные качества «большого» СКТ и их достаточность при выполнении швартовок в открытом море были проверены посредством симуляции работы судна, включая швартовные операции, на созданном в Крыловском ГНЦ исследовательском навигационном тренажере.

Арктическое судно комплексного снабжения топливами (пр. 50410)

Судно предназначено для круглогодичной перевозки жидких нефтяных топлив, в том числе MDO, IFO 30LS, IFO 180, бункеровки указанными видами топлива судов, плавсредств и объектов морской техники в акваториях северных морей (преимущественно в Обско-Тазовской губе, в районе портов Сабетта и Новый Порт), топливоснабжения береговых потребителей, а также участия в северном завозе.

Предусмотрено также использование судна для приема и переработки загрязненных вод с бункеруемых судов, сбора нефтяной пленки с поверхности воды, а также приема нефтесодержащих вод с других судов – участников операций ЛРН.

Реализован комплексный подход к обеспечению экологичности судна: обеспечена возможность работы СЭУ на тяжелых сортах топлива, ДТ и природном газе (LNG ready по DNV GL). Судно удовлетворяет текущим и перспективным требованиям МК МАРПОЛ и Полярного кодекса в части выбросов загрязняющих веществ.

Облик судна показан на Рис. 13, проектные характеристики приведены в Табл. 2.

Рис. 13. Судно комплексного топливоснабжения усиленного ледового класса для работы в арктических морях (пр. 50410)

Табл. 2. Проектные характеристики СКТ пр. 50410

Бункеровщик СПГ вместимостью 3000 м3 – малое судно комплексного энергоснабжения для работы в замерзающих морях (пр. 50408).

Судно предназначено для использования в качестве бункеровщика комплексного снабжения топливами для обслуживания газотопливных судов средних и крупных размеров: выдачи бункерного СПГ и жидкого нефтяного топлива (запального), приема СПГ, выполнения эксплуатационного и технологического захолаживания.

Может быть использовано как небольшой фидерный газовоз СПГ и как автономный плавучий энергоблок.

Может совершать межбассейновые переходы по Единой глубоководной системе внутренних водных путей РФ и работать на водных путях ЕГС ВВП РФ.

Облик судна показан на Рис. 14, проектные характеристики приведены в Табл. 3.

Рис. 14. Бункеровщик СПГ вместимостью 3000 м3 – малое судно комплексного энергоснабжения для работы в замерзающих морях (пр. 50408)

Табл. 3. Проектные характеристики СКТ пр. 50408

На базе пр. 50408 выполнено семейство проектных проработок бункеровщиков СПГ и ЖНТ, различающихся типом ЭУ (дизельная либо дизель-электрическая, однотопливная либо двухтопливная) и пропульсивного комплекса (1 либо 2 ВРК, 1 либо 2 ВРШ на валах), а также видом перевозимого груза (СПГ, ЖНТ) и соответствующим устройством грузовой зоны.

Выводы

Есть надежда, что описанные суда (в частности, бункеровщик СПГ) могут быть построены для работы в отечественных портах. Создание судов на базе проектов, аналогичных приведенным выше разработкам, позволило бы существенно улучшить снабжение потребителей в отечественных арктических и замерзающих морях жидкими энергоносителями различных видов.

Авторы выражают уверенность, что представленные в данной публикации результаты исследований и проработок помогут более аргументированно принимать решения при организации снабжения потребителей энергоносителями и формировании флота судов для этих целей.

Морской флот №3 (2016)

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