Фото: пресс-служба ССК «Звезда»

Стремление человека снизить выбросы парниковых газов (greenhouse gas – GHG), к которым в первую очередь относят двуокись углерода СО₂, а также возрастающие требования по ограничениям выбросов токсичных химических соединений СО, СН, NO_x, SO_x и твердых частиц (particulate matter – PM) в отработавших газах современных двигателей внутреннего сгорания обозначили актуальной инженерную задачу внедрения газомоторного топлива для перспективного морского транспорта.

Борис Воробьев, к.т.н., доцент МГУ им. адм. Г.И. Невельского

Сергей Затепякин, директор Дальневосточного морского тренажерного центра МГУ им. адм. Г.И. Невельского, советник государственной гражданской службы РФ 1-го класса

Андрей Надежкин, профессор МГУ им. адм. Г.И. Невельского, доктор технических наук

Виктория Рычкова, начальник управления научно-исследовательской и инновационной деятельности МГУ им. адм. Г.И. Невельского

Анатолий Соболенко, профессор МГУ им. адм. Г.И. Невельского, доктор технических наук

Сжиженный природный газ (СПГ, Liquefied natural gas – LNG) как энергоноситель для транспортных средств имеет целый ряд преимуществ, если его сравнивать с другими видами перспективного и уже применяемого на флоте альтернативного топлива, такого как сжиженный нефтяной газ (Liquefied petroleum gas – LPG), метанол (Methanol), биодизельное топливо (HVO Biofue, Hydrotreated Vegetable Oil), аммиак (Ammonia), водород (Hydrogen). СПГ дешевле нефтяного топлива, у него более высокая объемная теплота сгорания. Некоторые прогнозы определяют, что природный газ является наиболее надежным и самым чистым заменителем нефтяного топлива на предстоящие многие годы.

СПГ – топливо нарастающего доверия

Транспортный комплекс, работающий на газе, получит многие разрешительные преференции – транспортные морские средства не будут встречать ограничения по допуску в морские порты Мирового океана, включившиеся в программу сокращения парниковых выбросов. Предполагается, что система современных экологических сдерживателей позволит существенно снизить затраты на топливо в структуре затрат судовладельцев, обозначит возможность снижения ставок перевозок и повысить конкурентоспособность современного транспортного флота на фрахтовом рынке. В итоге, в соответствии с преобладающим сложившимся мнением, уменьшится загрязнение воздушной среды вредными выбросами и улучшится экологическая обстановка в портах.

В настоящее время в мире более 117 судов уже используют сжиженный природный газ в виде топлива, примерно две трети из них задействованы в Европе. Доверие к использованию СПГ-энергии на флоте нарастает так, что уже через считаные годы, согласно совместному докладу южнокорейского банка Korea Development Bank и агентства по содействию торговле и инвестициям Korea Trade-Investment Promotion Agency, опубликованному в конце апреля прошлого года, к 2025 году около 60,3% мирового портфеля заказов на строительство судов будет представлено СПГ судам. В докладе, который основывается на данных глобальной исследовательской фирмы по судоходству и судостроению Clarksons и британского классификационного общества Lloyd’s Register, прогнозируется, что к 2025 году в мире должны быть введены в эксплуатацию дополнительные 1962 морских судна различной специализации, использующих в качестве топлива СПГ.

Отечественный опыт судовых установок, работавших на сжиженном газе, датируется 1960-ми годами, когда в Каспийском морском пароходстве были разработаны и эксплуатировались первые газомоторные главные судовые энергетические установки. Тогда к практике использования природного газа в качестве судового топлива вынужденно прибегли при строительстве и эксплуатации судов-газовозов.

Дело в том, что природный газ транспортируется, как правило, в жидком виде. Его предварительно охлаждают на специальных заводах сжижения природного газа. Объем сжиженного газа, достигаемый при такой подготовке, становится в 85 раз меньше его объема при нормальных условиях. Однако уже на стадии перевозки в качестве груза, вследствие естественных теплопритоков, сжиженный газ нагревается и нуждается в охлаждении, чтобы сохранить транспортные характеристики груза. Самым простым способом охлаждения такого груза является использование известного физического свойства испаряемых жидкостей – естественное испарение.

На вопрос, куда девать испаряющийся газ, возникает «расточительный» ответ – в атмосферу или «рациональный» – направить в судовую топку. Кроме расточительности первый сценарий привносит дополнительные риски возникновения пожара на судне, а также разрушающее воздействие метана на озоновый слой атмосферы, что соответствует современному представлению о взаимодействии атмосферных газов. Таким образом, самым рациональным в случае перевозки сжиженного газа является использование паров для энергоагрегатов судовой энергетической установки в качестве топлива.

По мере развития морской инженерной науки, потребности учесть новые так называемые вызовы человечеству идея использования природного газа на флоте вышла за пределы специализированного флота танкеров-газовозов и стала охватывать почти без исключения другие специализированные типы судов.

Представим этот ряд судов, работающих на СПГ, начиная с современных отечественных судов танкерного типа.

Время первых

Танкеры на СПГ. Судостроительная корпорация «Звезда» за короткий современный период заключила контракты на строительство танкеров для обслуживания отечественного сырьевого экспорта.

Первый российский нефтеналивной танкер, получивший название «Владимир Мономах», передан заказчику АО «Роснефтефлот» в декабре 2020 года. Нефтетанкер такого размера, в соответствии со стандартом «Афрамакс», впервые построен в России и возглавил серию подобных судов. Еще одной особенностью этого головного судна является его битопливная главная энергетическая установка, позволяющая работать кроме традиционного топлива и на СПГ.

Почти в тот же период, осенью 2020 года, на ССК «Звезда» приступили к резке стали для головного судна другой серии – танкера-газовоза СПГ ледового класса. Этот момент можно без преувеличения назвать историческим, поскольку здесь говорится не просто о построенном на новой отечественной верфи крупнотоннажном судне, а о первом отечественном танкере-газовозе. Строительство таких судов относится к наиболее технологически сложному процессу в мировом судостроении – с использованием грузовых помещений с мембранной системой хранения груза Mark 3.

Танкер-газовоз СПГ ледового класса ARC7 будет предназначен для перевозки сжиженного природного газа в суровых арктических климатических условиях. По понятным, показанным уже нами здесь причинам, основным топливом для этого судна будет сжиженный природный газ. Упомянутые танкеры-газовозы, портфель заказов на которые составляет 15 единиц, будут строиться в интересах ПАО «НОВАТЭК» для проекта «Арктик СПГ-2».

Конструкция судна-газовоза позволяет самостоятельно преодолевать лед толщиной более 2 м. Мощность силовой установки газовоза составляет 45 МВт. Длина судна – 300 м, ширина – 48,8 м, вместимость грузовых СПГ-танков – 172,6 тыс. м³. Данные суда отличаются повышенной экологической безопасностью.

Сейчас на танкерах-газовозах планируется устанавливать 2-топливные паровые турбины, способные работать как на судовом мазуте, так и на отпарном газе. Предельно допустимое значение показателя испарения в кипящем слое составляет порядка 0,15% в сутки от объема груза.

Контейнеровозы на СПГ. Контейнеровоз (3100 TEU контейнеровместимости) с силовой установкой на СПГ Isla Bella (IMO: 9680841) находится в совместной собственности TOTE и General Dynamics NASSCO. Это судно является первым из двух контейнеровозов класса Marlin и крупнейшим сухогрузом с силовой установкой на СПГ с малооборотным двигателем MAN ME-GI, работающем на двух видах топлива.

Как сообщает судовладелец, двигатели судна снизили выбросы окисей азота на 98%, окисей серы на 97% и углекислого газа на 72%, сделав это самым чистым экологическим проектом для такого размера судна. Судно обладает также системой обработки балластной воды, способно, когда необходимо, двигаться за счет сжигания и дизельного топлива. Второе судно этой серии, Perla del Caribe (IMO: 9680853), вступило в строй в 2016 г.

Круизное судно с силовой установкой на СПГ. Компания Carnival Corporation заказала четыре круизных судна с силовой установкой на СПГ, два из которых присоединятся к флоту AIDA Cruises. Строительство будет выполнено на судоверфях Meyer Werft и Fincantieri S.p.A. Поставка судна AIDAnova (IMO: 9781865), по нашим данным являющегося первым СПГ мировым пассажирским круизным лайнером, состоялась в 2018 году.

Круизный лайнер Carnival Cruise Line, названный Mardi Gras (IMO: 9837444), относящийся к классу Excellence (подкласса XL class), должен был быть построен в 2020 году, но из-за пандемии запущен в эксплуатацию в феврале 2021 года, получив регистрацию под флагом Панамы. М.м Mardi Gras рассчитан на 5282 пассажиров. Во многих отношениях это круизное судно – веха в истории как самой судоходной круизной компании, так и в истории судоходного регистра Панамы, где судовладелец зарегистрировал уже 20 круизных судов.

Перевалка бункера СПГ на борт Mardi Gras будет осуществляться с борта баржи-заправщика СПГ Q-LNG 4000, которому к моменту написания настоящего материала еще не присвоен номер IMO.

Паром Ro-Ro с силовой установкой на СПГ. Самый большой в мире паром Ro-Ro Searoad Mersey 2 (IMO: 9745794) с силовой установкой на СПГ заказан австралийским судовладельцем SeaRoad и построен на верфи Flensburger-Schiffbau-Gesellschaft (FSG) в Германии в 2016 г.

Судно имеет гибкие возможности перевозки груза и способно размещать контейнеры, включая рефрижераторные, трейлеры, автомобили и опасные грузы, а также домашний скот.

Судно обеспечения платформ с силовой установкой на СПГ. M/v Rem Eir (IMO: 9668647), крупнейшее в мире судно с силовой установкой на СПГ, было построено на верфи Kleven Vreft в 2014 году. Находится в собственности компании Remшy Shipping. Оно имеет длину 92,5 м, ширину 20 м и вместимость палубы 1080 м².

Цементовоз с силовой установкой на СПГ. Судно-цементовоз Greenland (IMO: 9734264) с силовой установкой на СПГ построено на верфи Ferus Smit для компании Erik Thun AB в 2015 году и поставлено компании JT Cement.

Погрузочно-разгрузочное оборудование будет способно выгружать до 500 куб. м в час. При длине 109,65 м и ширине 14,99 м грузовая вместимость будет составлять около 7200 тонн.

Суда типа Кон-Ро с силовой установкой на СПГ. Суда типа Кон-Ро с силовой установкой на СПГ поступили в эксплуатацию в 2017 году. Проект судов класса Commitment представлен компанией Wartsila Ship Design совместно с Crowley – дочерней компанией Jensen Maritime. Они спроектированы для максимизации перевозки 53-футовых контейнеров шириной 102 дюйма, которые обладают наиболее высокой объемной вместимостью в сфере торговли. Суда имеют длину 219,5 м, ширину 32,3 м, осадку 10 м и приблизительный дедвейт 26 500 т. Грузовместимость примерно 2400 TEU с дополнительным пространством для почти 400 автомобилей в закрытом пространстве с погрузкой Ro-Ro. Главный и вспомогательные двигатели будут работать на экологически чистом СПГ. Эти новые суда названы El Coquн (IMO: 9721968) и Taнno (IMO: 9721970).

Буровое судно с силовой установкой на СПГ. Первое в мире буровое судно с силовой установкой на СПГ будет построено на верфи Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME) в Южной Корее по совместному опытно-конструкторскому проекту с фирмой ABS.

DSME выполнила концептуальный проект, сравнение между двумя типами танков для хранения СПГ и анализ системы подачи топливного газа, которая будет установлена на буровом судне. Объем работы ABS включает проверку концептуального проекта, проверку основных технических решений и оценку риска пространства танка и зоны доступа, системы подачи топливного газа, машинных помещений и зоны доступа и соответствующих схем расположения.

Буксиры с силовой установкой на СПГ. Суда Borgøy (IMO: 9662112) и Bokn (IMO: 9662124) спроектированы норвежским судовладельцем Buksйr og Berging AS и построены на турецкой верфи Sanmar в 2015 г.

В качестве силовых установок на буксирах используются по два двигателя от Rolls-Royce Bergen, работающих на обедненных смесях, с общей выходной мощностью 3410 кВт при 1000 об/мин. Двигатели имеют прямое подсоединение к азимутальному Z-образному приводу с регулируемой скоростью вращения, установленному в корме. Винты имеют диаметр 3000 мм. Буксиры построены на класс компании DNV, включая Fi-fi и улавливание масла из выбросов, а также эскортную нотацию. Буксиры имеют длину 35 м, ширину 15 м и осадку 5,5 м и обладают превосходными возможностями для сопровождения судов с управляющим усилием в 100 тонн на скорости 10 узлов. Статическое тяговое усилие при работе на швартовах – 70 тонн. Для вспомогательных задач, где требуется маневренность в непосредственной близости, суда оборудованы носовым подруливающим устройством Schottel мощностью 333 кВт, в то время как главная буксирная лебедка, поставленная фирмой Karmoy, имеет тормозную силу 250 тонн.

В 2020 году, 28 февраля, в китайском морском порту Нинбо-Чжоушань (Ningbo-Zhoushan) состоялась первая бункеровка буксира СПГ-топливом. Бункер СПГ был перевален на борт буксира Yong Gang Xiao Tuo 60 (MMSI: 413239740), первого судна, способного работать как на нефтесодержащем, так и газоналивном бункере в этом стремящемся стать «зеленым» порту и в провинции Чжэцзян (Zhejiang).

На первую бункеровку 14,7 т СПГ-буксиру потребовалось 3,5 часа.

Рыболовецкие суда на батарейном и газовом питании. Рыболовецкое судно, оборудованное батарейным и газовым питанием серии Libas (IMO: 9850989), построенное в Турции в 2019 г., имеет на борту резервуар для СПГ объемом 350 м³. Длина нового судна составляет 86 м, ширина – 17,80 м. Судно может быть оснащено как ярусолов, так и как траулер.

Примером другого рыболовецкого судна, оборудованного батарейным и газовым питанием, может быть ярусолов, построенный в ледовом классе, имеющий длину 62,80 м и ширину 14,0 м.

СПГ-бункеровщики. Понятно, что перевод флота на альтернативные источники питания требует формирования инфраструктуры для бункеровки соответствующим топливом. Это стало понятно как судовладельцам, проявляющим интерес к альтернативному топливу, так и традиционным мировым портам, являющимся бункеровочными центрами. Таким образом, порты, чтобы обеспечить растущий объем спроса на бункеровочные операции СПГ-топливом, стали концентрироваться на этом быстрорастущем сегменте бункеровки.

В частности, показательной стала деятельность сингапурского судостроительного предприятия Keppel Offshore & Marine, который объявил о заключении дочерней компанией контракта на строительство первого в Сингапуре двухтопливного танкера-бункеровщика, работающего на СПГ. Контракт был подписан между дочерней Keppel O&M Keppel Singmarine и Mitsui & Co с частичным финансированием со стороны правительства Сингапура. Танкер будет принадлежать оператору Sinanju Tankers Holdings Pte Ltd. (Sinanju) на основе финансового соглашения с Mitsui AP. Бункеровщик спущен на воду в середине 2020 года. Соглашение предусматривает для Sinanju и Mitsui AP опцион на строительство второго аналогичного бункеровщика, который нужно будет подтвердить в течение шести месяцев с даты вступления в силу первого контракта. Танкер-бункеровщик СПГ дедвейтом около 8 тыс. тонн стал первым бункеровщиком для Сингапура, работающим на СПГ-топливе. Построенный на класс общества Bureau Veritas, танкер предполагался для использования по своему прямому назначению в пределах акватории порта. Компания Sinanju предполагала софинансирование в размере до 2 млн синг. долларов (USD 1,5 млн) как один из участников экспериментальной программы СПГ-бункеровки (LBPP), запущенной морской и портовой администрацией Сингапура.

В другой части региона Восточной Азии японская Marubeni Corporation объявила о начале проведения совместного технико-экономического обоснования с национальной нефтяной компанией Таиланда PTT Public Company Limited, цель которого заключается в осуществлении бункеровки судов СПГ в крупнейшем промышленном порту Таиланда Лаем-Чабанг. В совместном исследовании предполагается подтвердить бизнес-параметры возможности реализации бункеровки СПГ, в которой будет использоваться судно-заправщик.

Новое судно планируется вписать в деятельность существующего приемного терминала СПГ транспортных судов компании PTT, который расположен в Map Ta Phut (провинция Районг, примерно в 200 км к юго-востоку от Бангкока). Этот район называется в Таиланде Восточным экономическим коридором, являющимся особой экономической зоной, в которой воплощаются в жизнь инфраструктурные проекты на стратегической основе. Японское правительство выражает поддержку и вносит свой вклад в развитие инфраструктуры в этом районе с целью укрепления промышленного потенциала Таиланда.

Кроме того, Marubeni Corporation намерена содействовать развитию инфраструктуры в странах ЕЭС и их переходу на СПГ для снижения негативного воздействия на окружающую среду.

В другой части региона южнокорейская судостроительная компания HYUNDAI MIPO DOCKYARD, дочернее предприятие южнокорейской судостроительной группы Hyundai Heavy Industries, получила заказ на строительство СПГ-бункеровщика стоимостью 71,5 млрд вон (USD 61,3 млн) от неназванного азиатского судовладельца. Судно, длина корпуса которого составляет 166 м, ширина – 24,4 м, грузовместимость – 18 000 м³, должно быть передано заказчику в январе 2022 года. У заказчика есть опцион на еще один такой же СПГ-бункеровщик. Как сообщает Hyundai Mipo, судно будет оснащено двухтопливным двигателем, использующим в качестве основного топлива отпарной газ СПГ. Одним из новаторских решений, применяемых в новом судне, должна быть система охлаждения корпуса, которая призвана сводить к минимуму испарение груза СПГ.

Российские компании также приступили к формированию флота СПГ-бункеровщиков. Речь идет пока только о первом судне «Дмитрий Менделеев» компании «Газпром нефть»¹, спущенном на воду на верфи в Сингапуре и ожидаемом для вступления в эксплуатацию в 2021 году в Северо-Западном регионе.

Переоборудование судов под новый СПГ вид топлива. По мнению экспертов, Китай стремительно движется в направлении использования СПГ в качестве бункерного топлива. Особенность движения Поднебесной состоит в том, что, не усложняя свою позицию в этом вопросе длительными рассуждениями, как это делают, например, японские компании, китайцы пошли по пути переоборудования уже существующих судов на СПГ, в частности, как показано в таблице.

Название	Тип судна	Водоизмещение, т	Затраты на перевод, USD
Changxun NO. 3	Общие грузы	2590	193 000
Hongri NO. 166	Сухогруз	1808	85 000
Changneng NO. 12	Общие грузы	2590	89 000
Jiangsu cargo NO. 3001	Общие грузы	2000	66 000
Fuchou NO. 0608	Сухогруз	831	61 000

Выводы

Сжиженный природный газ, применение которого на мировом флоте связывается с ответственностью человечества за состояние окружающей среды, за будущие поколения, является одним из альтернативных энергетических источников. СПГ доминирует в этом ряду альтернативных ресурсов, поскольку решено большинство инженерных задач, связанных с его использованием. Устойчивость присутствия СПГ на рынке бункерного топлива будет обусловлена успехами при разработке технологий массового использования других источников энергии.

Использование сжиженного природного газа на морском флоте сформировалось как мировое явление, имеет тенденцию к наращиванию и в настоящее время переживает стадию ускоренного развития как флота, использующего СПГ в виде топлива, так и средств портовой инфраструктуры, служащей для осуществления бункеровки.

Российскому морскому торговому флоту необходимо развиваться с учетом мировой тенденции в части использования альтернативных энергоисточников, поскольку такая эволюция не только экономически эффективна, но и позволит избежать рестрикций, система которых развивается в государствах (или их политико-экономических группах) и в отдельных портах по отношению к заходам определяемых администрациями портов судов.

В настоящее время СПГ применяется для широкого класса морских судов: от небольших буксирных и рыбопромысловых до супертанкеров. Исследования конъюнктуры перспективного рынка бункеровки СПГ морских судов не показывают каких-либо существенных ограничений по типам, специализации судов.

Проблема работы на маневровых режимах для больших морских судов решается путем использования двухтопливных (битопливных) двигателей с возможностью работы как на чисто дизельном топливе или газовом либо смешанном – газожидкостном цикле.

Для небольших судов, чаще всего промысловых, проблема обеспечения эффективной работы на долевых режимах главного двигателя решается путем использования гибридных вариантов СЭУ (например, газ + электричество).

Требуется ускоренное развитие инфраструктуры, обслуживающей СПГ отечественный и иностранный флот в российских портах. Необходимо обратить внимание бизнеса на формирование российских береговых структур бункеровки (береговые СПГ бункеровочные базы) и флота (СПГ-танкеры-бункеровщики).

Механизмы разработки отечественной нормативной базы, регламентирующей использование СПГ на флоте и операций по бункеровке судов в портах, должны подготавливаться уже в настоящее время, несмотря на только зарождающиеся процессы в российских портах.

1. https://neftegaz.ru/news/Suda-i-sudostroenie/656770-spg-bunkerovshchik-dmitriy-mendeleev-kompanii-ga...

Морские вести России №6 (2021)