Каким будет газовоз будущего?

Эффективность морских перевозок российского СПГ может быть существенно увеличена благодаря применению новейших технологических разработок.

Выход России на мировой рынок СПГ совпал с появлением усовершенствованных технологий морской транспортировки сжиженного газа. В строй вошли первые суда-газовозы и приемные терминалы нового поколения, способные значительно сократить стоимость перевозки СПГ. Компания «Газпром» имеет уникальную возможность создать свою систему транспортировки сжиженного газа, используя новейшие достижения в этой области, и получить преимущества перед конкурентами, которым потребуется длительное время для технического перевооружения.

Учесть передовые тенденции

Запуск первого в России завода СПГ на Сахалине, подготовка к строительству еще более крупного производства на базе Штокмановского месторождения и разработка проекта завода СПГ на Ямале, включают морские перевозки сжиженного газа в список критически важных для нашей страны технологий. Это делает актуальным анализ последних тенденций в развитии морского транспорта СПГ, с тем, чтобы в разработку отечественных проектов закладывались не только существующие, но и перспективные технологии.
Из реализованных в последние годы проектов можно выделить следующие направления в повышении эффективности морских перевозок СПГ:
1. Увеличение вместимости LNG-танкеров;
2. Увеличение доли судов с танками мембранного типа;
3. Использование в качестве судовой энергетической установки дизельных двигателей;
4. Появление глубоководных LNG-терминалов.

Увеличение вместимости LNG-танкеров

На протяжении более чем 30-ти лет, максимальная вместимость LNG-танкеров не превышала 140-145 тыс. куб. м, что эквивалентно грузоподъемности 60 тыс. т СПГ. В декабре 2008 года в строй был введен LNG-танкер Mozah (Рис. 1), типа Q-Max, головной в серии из 14-ти судов, вместимостью 266 тыс. куб. м. По сравнению с крупнейшими существующими судами, его вместимость больше на 80%. Одновременно с постройкой танкеров типа Q-Max, на южнокорейских верфях были размещены заказы на строительство 31-го судна типа Q-Flex, вместимостью по 210-216 тыс. куб. м, что почти на 50% больше, чем у существующих судов.
По информации компании Samsung Heavy Industries, на верфи которой был построен Mozah, в обозримом будущем вместимость LNG-танкеров не превысит 300 тыс. куб. м, что связано с технологическими сложностями их постройки. Однако, увеличение вместимости судов типов Q-Max и Q-Flex достигнуто только за счет роста длины и ширины корпуса, при сохранении стандартной для крупных LNG-танкеров осадки в 12 метров, что определяется глубинами у существующих терминалов. В ближайшее десятилетие появится возможность эксплуатировать газовозы с осадкой 20-25 м, что позволит увеличить вместимость до 350 тыс. куб. м и повысить ходовые качества за счет улучшения гидродинамических обводов корпуса. Это также сократит стоимость строительства, так как большие по вместимости танкеры можно будет строить без увеличения размера доков и стапелей.
При организации экспорта СПГ из России необходимо оценить возможность использования судов увеличенной вместимости. Постройка судов вместимостью 250-350 тыс. куб. м позволит сократить удельные затраты на транспортировку российского газа и получить конкурентное преимущество на зарубежных рынках.

Увеличение доли мембранных танкеров

В настоящее время на LNG-танкерах используются два основных типа грузовых танков (резервуаров, в которых перевозится СПГ): вкладные сферические (система Kvaerner-Moss) и встроенные призматические мембранные (система Gas Transport - Technigas) . Вкладные сферические танки имеют толщину 30-70 мм (экваториальный пояс - 200 мм) и изготавливаются из алюминиевых сплавов. Они устанавливаются («вкладываются») в корпус танкера без соединения с корпусными конструкциями, опираясь на днище корабля через специальные опорные цилиндры. Призматические мембранные танки имеют форму, близкую к прямоугольной. Мембраны изготавливаются из тонкого (0.5-1.2 мм) листа легированной стали либо инвара (сплав железо-никель) и являются лишь оболочкой, в которую загружается сжиженный газ. Все статические и динамические нагрузки через слой теплоизоляции передаются на корпус судна. Безопасность требует наличия основной и вторичной мембраны, обеспечивающей сохранность СПГ на случай повреждения основной, а также двойного слоя теплоизоляции - между мембранами и между вторичной мембраной и корпусом корабля.
При вместимости танкера до 130 тыс. куб. метров использование сферических танков более эффективно, чем мембранных, в диапазоне 130-165 тыс. куб. м их технико-экономические характеристики примерно равны, при дальнейшем увеличении вместимости использование мембранных танков становится предпочтительным.
Мембранные танки примерно вдвое легче, чем сферические, их форма позволяет использовать корпусное пространство корабля с максимальной эффективностью. Благодаря этому, мембранные танкеры имеют меньшие размеры и водоизмещение в расчете на единицу грузоподъемности. Они дешевле при постройке и экономичнее в эксплуатации, в частности, за счет более низких портовых сборов и платы за проход через Суэцкий и Панамский каналы.
В настоящее время, танкеров со сферическими и мембранными резервуарами примерно поровну. Благодаря росту вместимости, в ближайшем будущем мембранные танкеры будут преобладать, среди строящихся и планируемых к постройке судов их доля около 80% .
Применительно к российским условиям, важной особенностью судов является возможность эксплуатации в арктических морях. По мнению специалистов, сжатия и ударные нагрузки, возникающие при преодолении ледовых полей, опасны для мембранных танкеров, что делает рискованным их эксплуатацию в тяжелых ледовых условиях. Производители мембранных танкеров утверждают обратное, приводя расчеты, что мембраны, особенно гофрированные, обладают высокой деформативной податливостью, что исключает их разрыв даже при значительном повреждении корпусных конструкций . Однако нельзя гарантировать, что мембрана не будет пробита элементами этих самых конструкций. Кроме того, судно с деформированными танками, даже сохранившими герметичность, не может быть допущено к дальнейшей эксплуатации, а замена части мембран требует длительного и дорогостоящего ремонта. Поэтому, проекты ледовых LNG-танкеров предусматривают применение вкладных сферических танков, нижняя часть которых отстоит на значительном удалении от ватерлинии и подводной части борта.
Необходимо рассмотреть возможность постройки мембранных танкеров для вывоза СПГ с Кольского полуострова (Териберка). Для завода СПГ на Ямале, по всей видимости, могут быть использованы только суда со сферическими танками.

Применение дизелей и бортовых установок по сжижению газа

Особенностью судов новых проектов стало применение в качестве главных двигателей дизельных и дизель-электрических установок, более компактных и экономичных, чем паровые турбины. Это позволило существенно сократить расход топлива и уменьшить размеры машинного отделения. До недавнего времени, LNG-танкеры оснащались исключительно паротурбинными установками, способными утилизировать испаряющийся из резервуаров природный газ. Сжигая испарившийся газ в паровых котлах, турбинные LNG-танкеры покрывают до 70% потребности в топливе.
На многих судах, в том числе типов Q-Max и Q-Flex, проблема испарения СПГ решена за счет размещения на борту установки для сжижения газа. Испарившийся газ вновь сжижается и возвращается в резервуары. Бортовая установка для повторного сжижения газа заметно удорожает LNG-танкер, но на линиях значительной протяженности ее применение считается оправданным.
В перспективе, проблема может быть решена за счет снижения испаряемости. Если для судов, построенных в 1980-х гг., потери на испарение СПГ составляли 0.2-0.35% от объема груза в сутки, то на современных судах это показатель ниже примерно вдвое - 0.1-0.15% . Можно ожидать, что в ближайшее десятилетие уровень потерь на испаряемость будет снижен еще в два раза.
Можно предположить, что в условиях ледового плавания LNG-танкера, оснащенного дизельным двигателем, наличие бортовой установки по сжижению газа является необходимым, даже при сниженном уровне испаряемости. При плавании в ледовых условиях, полная мощность двигательной установки будет использоваться только на части маршрута и в этом случае объем испарившегося из резервуаров газа превысит возможности двигателей по его утилизации.
Новые танкеры для перевозки СПГ должны оснащаться дизельными двигателями. Наличие бортовой установки для сжижения газа, по всей видимости, будет целесообразно как при работе на наиболее протяженных маршрутах, например, на восточное побережье США, так и при челночных рейсах с полуострова Ямал.

Появление глубоководных LNG-терминалов

Первый в мире рейдовый терминал по приему и регазации СПГ, Gulf Gateway, вошел в строй в 2005 году, став также первым терминалом, построенным в США за последние 20 лет . Рейдовые терминалы размещаются на плавучих сооружениях или искусственных островах, на значительном удалении от береговой черты, нередко - за пределами территориальных вод (так называемые оффшорные терминалы). Это позволяет сократить сроки строительства, а также обеспечить удаление терминалов на безопасное расстояние от береговых объектов. Можно ожидать, что создание рейдовых терминалов в ближайшее десятилетие значительно расширит возможности Северной Америки по импорту СПГ. В США действует пять терминалов и существуют проекты строительства еще примерно 40-ка, из них 1/3 - рейдовых .
Рейдовые терминалы могут принимать суда со значительной осадкой. Глубоководные терминалы, например, Gulf Gateway, вообще не имеют ограничений по осадке судов, проекты других предусматривают осадку до 21-25 м. В качестве примера, можно привести проект терминала BroadWater. Терминал предлагается расположить в 150 км северо-восточнее Нью-Йорка, в защищенном от волн проливе Лонг-Айленд. Терминал будет состоять из небольшой каркасно-свайной платформы, установленной на глубине 27 метров и плавучей установки по хранению и регазации (Floating Storage and Regasification Unit - FSRU), длиной 370 и шириной 61 метр, которая одновременно будет служить причалом для LNG-танкеров с осадкой до 25 метров (Рис. 2 и 3) . Проекты ряда береговых терминалов также предусматривает обработку судов с увеличенной осадкой и вместимостью 250-350 тыс. куб. м.
Хотя далеко не все проекты новых терминалов будут реализованы, в обозримом будущем большая часть СПГ будет ввозится в Америку через терминалы, способные принимать LNG-танкеры с осадкой более 20 м. В более отдаленной перспективе, аналогичные терминалы будут играть заметную роль в Западной Европе и в Японии.
Постройка в Териберке отгрузочных терминалов, способных принимать суда с осадкой до 25 м, позволит получить конкурентное преимущество при экспорте СПГ в Северную Америку, а в перспективе и в Европу. В случае реализации проекта завода СПГ на Ямале, мелководность Карского моря у побережья полуострова исключает применение судов с осадкой более 10-12 метров.

Выводы

Заказ сразу 45-ти сверхкрупных LNG-танкеров типов Q-Max и Q-Flex изменил сложившиеся представления об эффективности морских перевозок СПГ. По информации заказчика этих судов, Qatar Gas Transport Company, увеличение единичной вместимости танкеров, а также ряд технических усовершенствований, позволит сократить затраты на транспортировку СПГ на 40%. Стоимость постройки судов, в расчете на единицу грузоподъемности, на 25% ниже. В этих судах еще не реализован весь набор перспективных технических решений, в частности увеличенная осадка и улучшенная теплоизоляция танков.
Каким же будет «идеальный» LNG-танкер ближайшего будущего? Это будет судно вместимостью 250-350 тыс. куб. м СПГ и осадкой более 20 м. Мембранные резервуары с улучшенной теплоизоляцией сократят испаряемость до 0.05-0.08% от объема перевозимого СПГ в сутки, а бортовая установка по сжижению газа практически полностью исключит потери груза. Дизельная энергетическая установка обеспечит скорость около 20 узлов (37 км/ч). Постройка еще более крупных судов, обладающих всем комплексом перспективных технических решений, позволит сократить стоимость перевозки СПГ вдвое по сравнению с существующим уровнем, а затраты на постройку судов - на 1/3.

Снижение стоимости морских перевозок СПГ будет иметь следующие последствия:

1. СПГ получит дополнительные преимущества перед «трубным» газом. Расстояние, на котором СПГ эффективнее трубопровода, сократится еще на 30-40%, с 2500-3000 км до 1500-2000 км, а для подводных трубопроводов - до 750-1000 км.
2. Увеличатся расстояния морских перевозок СПГ, логистические схемы станут более сложными разнообразными.
3. У потребителей будет возможность диверсифицировать источники СПГ, что увеличит конкуренцию на этом рынке.

Это станет значительным шагом на пути к формированию единого глобального газового рынка, вместо двух существующих сегодня локальных рынков СПГ - Азиатско-Тихоокеанского и Атлантического. Дополнительный импульс к этому даст модернизация Панамского канала, которую планируется завершить к 2014-2015 гг. Увеличение размеров шлюзовых камер в канале с 305х33.5 м до 420х60 м, позволит крупнейшим LNG-танкерам свободно перемещаться между двумя океанами.
Увеличение конкуренции требует от России максимально использовать новейшие технологии. Цена ошибки в этом вопросе будет крайне высока. LNG-танкеры, в силу высокой стоимости, эксплуатируются по 40 и более лет. Заложив в транспортные схемы морально устаревшие технические решения, «Газпром» на десятилетия вперед подорвет свои позиции в конкурентной борьбе на рынке СПГ. Напротив, обеспечив перевозки между глубоководным отгрузочным терминалом в Териберке и рейдовыми терминалами в США с помощью крупнотоннажных судов с увеличенной осадкой, российская компания превзойдет конкурентов из Персидского залива по эффективности поставок.

Завод СПГ на Ямале не сможет использовать наиболее эффективные LNG-танкеры в силу мелководности акватории и ледовых условий. Лучшим решением, вероятно, станет фидерная система транспортировки, с перевалкой СПГ через Териберку.
Перспективы широкого использования морских перевозок при экспорте газа, ставит на повестку дня вопрос об организации строительства LNG-танкеры в России, или хотя бы участия российских предприятий в их постройке. В настоящее время, ни одно из отечественных судостроительных предприятий не располагает проектами, технологиями и опытом строительства таких судов. Более того, в России нет ни одной верфи, способной строить крупнотоннажные суда . Прорывом в данном направлении может стать приобретение группой российских инвесторов части активов компании Aker Yards, распологающей технологиями строительства LNG-танкеров, в том числе ледового класса, а также верфями в Германии и на Украине, способными строить крупнотоннажные суда.