Крупнотоннажные суда в Арктике: реальность и перспективы - Морские вести России

Крупнотоннажные суда в Арктике: реальность и перспективы

22.03.2018

Судостроение

Крупнотоннажные суда в Арктике: реальность и перспективы

Начало нового столетия ознаменовалось резким увеличением интереса к вывозу углеводородного сырья из Арктики. При этом основной акцент сделан на использование судов повышенной вместимости. В предлагаемой читателям статье рассмотрены проектные особенности двух типов челночных танкеров «Василий Динков» и «Михаил Ульянов», на которые осуществляется отгрузка нефти с точечного причала Варандей и с платформы «Приразломная» соответственно. Преимущества того или иного типа должен выявить дальнейший опыт эксплуатации.

Юрий Глебко, зав. лабораторией ледокольной техники и ледовых качеств судов, ЦНИИМФ

Лолий Цой, главный научный сотрудник, доктор технических наук, ЦНИИМФ

Александр Штрек, старший научный сотрудник, магистр техники и технологии, ЦНИИМФ

Какие суда нужны?

Увеличение размеров и дедвейта судов в ходе развития арктического судоходства происходило поэтапно по мере увеличения потребности в перевозках грузов в высоких широтах. В послевоенный период со второй половины 50-х годов прошлого столетия этот процесс принял системный характер, когда суда стали строиться сериями. Две серии дизель-электроходов типа «Лена» и типа «Амгуема» дедвейтом 7430 и 9050 т соответственно составляли основу ледокольно-транспортного флота до того момента, как им на смену в начале 80-х годов пришли суда типа «Норильск» дедвейтом 14 700 т. Перечисленные суда были ориентированы на перевозку генеральных и массовых грузов. Одновременно с ними в Арктике активно работали балкеры типа «Дмитрий Донской» дедвейтом около 20 тыс. тонн и танкеры типа «Самотлор» дедвейтом около 17 тыс. тонн. Завершающим этапом развития арктического флота советского периода стало строительство в 1988 году атомного лихтеровоза «Севморпуть» дедвейтом около 25 тыс. тонн.

За рубежом вопрос использования в Арктике крупнотоннажных судов возник в 1950-1960-х годах. В 1969 г. танкер Manhattan дедвейтом 115 тыс. тонн после переоборудования в ледокольный совершил два экспериментальных арктических рейса. Эти рейсы продемонстрировали техническую осуществимость идеи использования в Арктике крупнотоннажных транспортных судов ледового плавания, одновременно показав, что для этого потребуются более мощные суда. В это же время появляются первые отечественные исследования, посвященные вопросам проектирования и обоснования рациональных параметров арктических крупнотоннажных транспортных судов. С 1990-х годов ведутся уже достаточно активные проработки возможностей использования крупнотоннажных судов, в основном танкеров, в Российской Арктике.

Новым толчком, давшим начало развитию арктического ледокольно-транспортного флота уже в XXI веке, стало создание терминалов для вывоза добываемых в Арктическом регионе нефти и газа, а также развитие транзитных перевозок по трассам Северного морского пути (СМП).

Из проектов морской транспортировки углеводородов с арктического шельфа в настоящее время реализуется вывоз нефти месторождений Тимано-Печорского региона через стационарный морской ледостойкий отгрузочный причал Варандей, а также добыча с отгрузкой нефти морской ледостойкой стационарной платформой «Приразломная».

Необходимость экспорта нефти и газа в круглогодичном режиме и условия плавания в арктических морях в зимний период требуют использования специальных судов высокого ледового класса, обладающих соответствующими эксплуатационными качествами.

Для вывоза сырой нефти с терминала Варандей были построены три челночных арктических танкера класса Arc6 Российского морского регистра судоходства (РС) дедвейтом около 70 тыс. тонн типа «Василий Динков», а для экспорта нефти, добываемой на «Приразломной», созданы два челночных танкера такого же дедвейта «Михаил Ульянов» и «Кирилл Лавров». Основные характеристики этих челночных танкеров приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики арктических челночных танкеров

Характеристики

«Василий Динков»

«Михаил Ульянов»

Ледовый класс РС

Arc6

Arc6

Длина наибольшая, м

257,3

257,7

Длина между перпендикулярами, м

234,7

236,0

Ширина, м

34,0

34,0

Высота борта, м

21,0

20,8

Осадка проектная, м

14,0

14,0

Дедвейт при проектной осадке, т

70 000

70 000

Водоизмещение в грузу, т

92 047

94 886

Грузовместимость, м3

85 300

86 700

Балластная вместимость, м3

38 000

35 200

Мощность главных двигателей, кВт

26 600

26 100

Скорость эксплуатационная, уз.

15,7

16,0

Число и тип движителей

2 Azipod

2 Azipod

Суммарная мощность на валах, кВт

20 000

17 000

Число и мощность носовых подруливающих устройств, кВт

1х2000

2х2000

Ледопроходимость (носом/кормой), м

1,7/1,7

1,0/1,6

Танкеры обоих типов имеют близкие главные размерения и одинаковый пропульсивный комплекс, состоящий из двух полноповоротных винторулевых колонок (ВРК) типа Azipod. Различия касаются формы обводов корпуса и мощности, подводимой к движителям. При проектировании этих судов, хотя и предназначенных для круглогодичной эксплуатации в одном и том же регионе и рассчитанных на одинаковую грузоподъемность, были реализованы две различные концепции. Компания ConocoPhillips при разработке технических требований к челночным танкерам типа «Василий Динков» основной акцент сделала на обеспечение максимально высоких ледовых качеств при движении как передним, так и задним ходом. Компания AkerArctic при разработке проекта танкеров типа «Михаил Ульянов» реализовала концепцию «двойного действия», суть которой состоит в использовании заднего хода как основного режима движения во льдах, тогда как функция переднего хода сведена к плаванию в легких ледовых условиях и по свободной воде.

Наиболее характерным параметром, характеризующим форму носовой оконечности, является угол наклона форштевня, который у первого танкера составляет 19 градусов, у второго – 50 градусов (рис. 1).

Рис. 1. Носовая оконечность челночных танкеров типа «Василий Динков» (а) и «Михаил Ульянов» (б)

Семилетний опыт круглогодичной эксплуатации танкеров типа «Василий Динков» на маршруте Варандей – Мурманск свидетельствует о соответствии проектных решений условиям эксплуатации. Обладая ледопроходимостью передним и задним ходом около 1,7 м, эти суда осуществляют челночные перевозки сырой нефти в автономном режиме, пользуясь ледокольным обеспечением только во время швартовки и погрузки у точечного терминала Варандей. С апреля 2014 г. началась транспортировка нефти с платформы «Приразломная» в Европу танкерами типа «Михаил Ульянов», которая пока осуществляется в относительно небольшом объеме.

Два проекта

В настоящее время в стадии реализации находятся два проекта по вывозу углеводородного сырья из Обской губы – «Ямал СПГ» и «Новый Порт». Первый проект ориентирован на вывоз природного газа из порта Сабетта, где строится завод по его сжижению, второй – на вывоз нефти Новопортовского месторождения через точечный терминал «Ворота Арктики» в районе мыса Каменный. Экспорт газа планируется осуществлять в течение всего года в западном направлении и в период летней навигации в акватории СМП в восточном направлении, тогда как вывоз сырой нефти в круглогодичном режиме предусмотрен только в Западную Европу.

В соответствии с заявленными планами первая отгрузка сжиженного природного газа (СПГ) из порта Сабетта состоится в 2017 г. с вводом первой очереди завода сжижения производительностью 5,5 млн тонн в год. К 2019 г. планируется работа трех очередей суммарной производительностью 16,5 млн тонн газа. Одновременно с СПГ из порта будет вывозиться до 1 млн тонн газового конденсата.

Вывоз газа из порта Сабетта будет осуществляться специализированными судами ледового класса Arc7 вместимостью около 170 тыс. м3, оборудованных тремя ВРК типа Azipod суммарной мощностью 45 МВт. Форма корпуса с носовыми обводами умеренного типа даст этим судам возможность реализовать принцип «двойного действия», обеспечив приемлемые мореходные качества на свободной воде. В юго-западной части Карского моря согласно принятой модели эксплуатации газовозы смогут преодолевать задним ходом тяжелые льды без ледокольного сопровождения, а в припае Обской губы будут двигаться в постоянно поддерживаемом и обновляемом ледоколами канале.

Серия из 15 арктических газовозов будет построена корейской верфью DSME в течение 2016-2020 гг. Головное судно этой серии, построенное для компании «Совкомфлот», спущено на воду в январе 2016 года.

Формированию концепции арктического газовоза предшествовали обширные научные изыскания по выбору оптимального размера, типа грузовых танков, формы обводов корпуса и компоновки пропульсивного комплекса. ЦНИИМФ принимал активное участие в этих исследованиях, включая научное сопровождение ледовых модельных испытаний, выполнение технико-экономического обоснования и формирование основных технико-эксплуатационных требований к перспективному газовозу.

Отгрузочный точечный терминал «Ворота Арктики» в районе мыса Каменный начал работать в конце мая 2016 г. Планируется, что в первые годы объем круглогодичной перевалки нефти составит 5,5 млн тонн, а с выходом на полную мощность к 2019 г. ежегодно может отгружаться около 8,5 млн тонн. До 2017 года нефть вывозилась существующими танкерами дедвейтом 20 тыс. тонн. Специально для проекта «Новый Порт» корейская судостроительная верфь Samsung по заказу компании «Газпромнефть» ведет строительство серии из шести челночных танкеров ледового класса Arc7 с максимально возможным по условиям ограничения осадки дедвейтом. В настоящее время уже построены и приступили к работе в Обской губе три чедночных танкера типа «Штурман Альбанов» дедвейтом около 40 тыс. тонн.

Основные характеристики арктического газовоза для Сабетты и челночного танкера для вывоза нефти Новопортовского месторождения приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики строившихся арктических ледокольно-транспортных судов

Характеристики

Газовоз Christophe de Margerie

Танкер «Штурман Альбанов»

Ледовый класс РС

Arc7

Arc7

Длина наибольшая, м

299,0

245,0

Длина по КВЛ, м

283,1

232,0

Ширина, м

50,0

34,0

Высота борта, м

26,5

15,0

Осадка по КВЛ, м

11,7

9,0

Грузовместимость, м3

172 600

-

Дедвейт при осадке по КВЛ, т

80 000

38 000

Число и тип движителей

3 Azipod

2 Azipod

Суммарная мощность на валах, кВт

45 000

22 000

Скорость эксплуатационная, уз.

19,5

18,5

Ледопроходимость (носом/кормой), м

1,5/2,1

1,4/1,7

Примечание: КВЛ – конструктивная ватерлиния.

Главные проблемы

Основными проблемами, с которыми сталкиваются научные и проектные организации при создании перспективных арктических транспортных судов, кроме необходимости обеспечения требований к ледовому классу и работе в условиях низких температур, являются необходимость выбора оптимального сценария эксплуатации и параметров ледовой ходкости судна, а также ограниченное число существующих арктических ледоколов и мелководность арктических морей.

Наряду с экспортом добываемых в Арктике углеводородов перспективы развития арктического транспортного флота связаны с освоением транзитных перевозок по СМП. С начала текущего десятилетия осуществляется транзитное плавание в летне-осеннюю навигацию крупнотоннажных судов под проводкой атомных ледоколов. Первым из Мурманска в Китай в августе 2010 г. прошел крупнотоннажный танкер SCF Baltica класса «афрамакс». Наиболее крупным судном, преодолевшим СМП, стал в 2011 г. танкер «Владимир Тихонов» класса «суэцмакс» дедвейтом около 160 тыс. тонн. Осадка танкера в этом рейсе составляла 13,6 м. Для транзита столь крупных судов необходимо использовать глубоководный высокоширотный маршрут севернее Новосибирских островов. В ноябре 2012 г. впервые в истории была осуществлена перевозка сжиженного природного газа по СМП. Этот рейс в начальный период интенсивного льдообразования выполнил под проводкой двух атомных ледоколов газовоз Ob River.

В то же время итоги навигаций 2014 и 2015 гг. показали, что транзитные перевозки по СМП остаются нестабильными и легко могут быть переориентированы. В ближайшем будущем транзит по СМП сохранит, скорее всего, неустойчивый и сезонный характер.

Одной из причин, сдерживающих развитие транзитного судоходства, является неопределенность состояния ледяного покрова Арктического бассейна. В России и за рубежом в последние годы проведены многочисленные исследования и предложены взаимоисключающие прогнозы по проблемам глобальных изменений климата. Мнения ученых разделились: одни прогнозируют наступление многолетнего периода потепления и, как следствие, постепенное уменьшение площади и толщины арктических льдов, другие (позиция ААНИИ) считают, что происходят обычные периодические колебания климатических характеристик. Учитывая сложившуюся неопределенность, при обосновании основных параметров перспективных судов целесообразно ориентироваться на среднемноголетние ледовые условия в Арктике.

Перспективы и задачи

Возможной перспективой видится переориентация на трассы СМП части контейнерного потока, идущего через Суэцкий канал, для чего потребуется создание арктических контейнеровозов повышенной вместимости. Основным препятствием для развития транзитных перевозок по СМП следует считать необходимость обеспечения четкого расписания доставки контейнерных грузов в течение всего года. По мнению экспертов, транзитные перевозки в высоких широтах могут стать экономически целесообразными только при наличии современных контейнерных терминалов-хабов на входе и выходе из арктических акваторий. Создание таких терминалов обеспечит сбалансированную работу контейнерной линии с использованием специализированных челночных контейнеровозов ледового плавания и ледоколов. Завоз контейнеров в хабы и последующий вывоз будут осуществляться традиционными неледовыми контейнеровозами.

Одной из первостепенных задач создания судна для транзитных перевозок является определение его оптимальных характеристик. С этой целью ЦНИИМФ по заказу Минтранса выполнил технико-экономическое обоснование и разработал концептуальный проект перспективного контейнеровоза для круглогодичного плавания в акватории СМП. В рамках выполненных исследований были проработаны варианты судна с ледовым классом Arc7, отличающиеся контейнеровместимостью (2000, 3000 и 4000 TEU), а также вариант контейнеровоза высшего ледового класса Arc9, которому не потребуется ледокольное сопровождение в течение всего года. Основные характеристики расчетных вариантов арктического челночного контейнеровоза приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные характеристики расчетных вариантов арктического контейнеровоза

Характеристика

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вместимость, TEU

2000

3000

4000

4000

Ледовый класс РС

Arc7

Arc7

Arc7

Arc9

Полярный класс

PC3

PC3

PC3

PC2

Длина по КВЛ, м

182

220

250

260

Ширина максимальная, м

32,2

32,2

32,2

40,0

Ширина по КВЛ, м

32,2

32,2

32,2

39,4

Высота борта, м

16,7

19,5

21,5

21,5

Осадка по КВЛ, м

10,1

11,0

12,1

12,3

Осадка максимальная, м

11,1

12,2

13,5

13,5

Водоизмещение порожнем, т

19 100

24 500

29 200

42 200

Дедвейт максимальный, т

29 500

41 000

52 500

55 500

Водоизмещение максимальное, т

48 600

65 500

81 700

97 700

Мощность на валах, МВт

45

45

45

80

Число гребных винтов (ВРК)

3 Azipod

3 Azipod

3 Azipod

3 ВФШ

Ледопроходимость, м

2,1

2,1

2,1

3,2

Скорость на свободной воде, уз.

21

21

21

23

Примечание: ВФШ– винт фиксированного шага.

Схемы использования вариантов судов обусловлены их размерениями: при вместимости до 3000 TEU и осадке не более 12,2 м плавание осуществляется по традиционному маршруту через пролив Санникова, при большей осадке и вместимости – только высокоширотным путем выше Новосибирских островов (рис. 2).

Рис. 2. Разделение акватории СМП на зоны и схемы маршрутов плавания вариантов арктического контейнеровоза (пунктиром обозначен маршрут для судов с осадкой не более 12,2 м)

В качестве основного сценария круглогодичной эксплуатации арктического контейнеровоза рассматривалось его самостоятельное транзитное плавание в период летне-осенней навигации и движение под проводкой линейного ледокола в тяжелые по ледовым условиям месяцы зимне-весеннего периода.

По результатам выполненного математического моделирования и экономических расчетов оптимальным был признан вариант контейнеровоза ледового класса Arc7 вместимостью 3000 TEU, требующий наряду с экономической целесообразностью минимального ледокольного обеспечения.

На основании проведенных исследований и выполненного экономического обоснования специалистами ЦНИИМФ были разработаны основные технико-эксплуатационные требования на проектирование базового варианта контейнеровоза с указанными выше характеристиками. Вместе с тем, учитывая, что это будет судно внутреннего каботажного плавания, представляет интерес проработка варианта контейнеровоза с атомной энергетической установкой. В рамках же разработанного концептуального проекта Морское инженерное бюро (МИБ) выполнило проработку варианта дизель-электрического контейнеровоза (рис. 3) для челночных перевозок между портами-хабами Мурманск и Петропавловск-Камчатский.

Рис. 3. Общее расположение арктического челночного контейнеровоза ледового класса Arc7 вместимостью около 3000 TEU по концептуальному проекту ЦНИИМФ-МИБ

Очевидно, что дальнейшее освоение месторождений углеводородов и других полезных ископаемых в Арктике, сопровождающееся потребностью в значительном росте объемов перевозок, приведет к необходимости создания новых типов крупнотоннажных судов для круглогодичной эксплуатации в этом регионе (балкеров, танкеров и газовозов), что позволит обеспечить экономически приемлемые расходы на транспортировку соответствующих грузов.

Морской флот №3 (2017)

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