USD 75.1996

-0.42

EUR 91.1946

-0.11

BRENT 49.58

+0.96

AИ-92 43.31

-0.02

AИ-95 47.6

+0.03

AИ-98 53.06

+0.03

ДТ 48.57

-0.01

7 мин
665
0

Природный газ как топливо для морских и речных судов

Сегодняшний интерес к использованию газа в качестве топлива на морских судах инициирован всевозрастающими международными требованиям к выхлопным газам судовых двигателей по содержанию в них оксидов серы, азота и твердых частиц. В статье рассмотрены примеры проектных решений применения газомоторного топлива на самых новых судах - «сверхполном» танкере смешанного река-море плавания проекта RST27 и железнодорожном пароме для линии Усть-Луга – Балтийск проекта CNF19M.

Природный газ как топливо для морских и речных судов

Всего в мире на октябрь 2017 года было построено и заказано около 250 судов, работающих на сжиженном природном газе (что практически незаметно по сравнению с численностью мирового гражданского флота).

Поэтому тезис о наступлению новой эры в отношении судового топлива и судовых машин представляется несколько преувеличенным.

Наиболее жесткие ограничения установлены для Районов Контроля Выбросов (Emission Control Areas – ECA), к числу которых сейчас относят Балтийское и Северное моря, прибрежные воды США и Канады.

Газ действительно позволяет полностью исключить выброс окислов серы и твёрдых частиц, снизить на 90% выбросы окислов азота и уменьшить выбросы СО2 на 30 процентов.

Однако альтернатива также существует – малосернистое топливо плюс скруббер или дизельное топливо. Кроме того, далеко не все суда и все время работают в ECA - выбор остается за судовладельцем.

Например, согласно MEPC.286(71) требования по выбросу NOx на уровне Tier III для Балтийского моря будут применяться к судам, построенным 1 января 2021 года или после этой даты. Скорее всего, часть новых судов успеют заложить раньше, что позволит более гибко подходить к решению вопроса соответствия международным требованиям.

Возможное применение газа на речном флоте может быть оправдано в будущем только экономическими критериями, так как ограниченная в силу естественных причин продолжительность эксплуатации судов (зима - лед) и так заметно увеличивает сроки окупаемости нового судостроения до предельных для бизнеса сроков (более 10-12 лет).

Например, на танкере проекта RST27 Морского Инженерного Бюро (см. рисунок 1, с 2012 года уже построено 40 таких танкеров – это самая большая постсоветская серия отечественных грузовых судов) предусмотрена главная энергетическая установка, состоящая из двух дизельных двигателей, работающих на 2 полноповоротные винторулевые колонки. В качестве топлива для работы главных двигателей используется тяжелое топливо IFO 380 вязкостью 380 сСт или дизельное топливо. Очевидно, что наиболее логичным решением в данной ситуации является замена дизелей марки 6L20 на сделанные на их базе двухтопливные (газ и жидкое топливо) 6L20DF. Такое решение позволит вести строительство новых судов серии без значительных изменений в проектах самих судов. Однако дизели 6L20DF обладают меньшей мощностью, чем двигатели 6L20 (И ЭТО ВЕРНО ДЛЯ ВСЕХ ТАКИХ ДИЗЕЛЕЙ – мощность их при одинаковых массо-габаритных размерах падает).

Природный газ может храниться на судах в двух видах: сжатом (компримированном) и сжиженном. Когда-то на советском речном транспорте широко применялся (перед войной и во время войны) бытовой газ – то есть пропан – бутан, однако сейчас использование такого аналога бензина на судах – не допускается.

Компримированный природный газ (КПГ) хранится и перевозится в сосудах под давлением без сжижения. Основное преимущество КПГ состоит в том, что для его транспортировки не требуются заводы по сжижению газа и его последующей газификации. Но несмотря на это, в настоящее время использование природного газа на судах в качестве топлива в компримированном виде не нашло широкого применения, так как эффективность перевозки газа в сжатом виде как минимум в 3 раза ниже, чем перевозка в сжиженном виде; требуемый объем емкостей для хранения КПГ на судне в 2,5 раза больше, чем для сжиженного; из-за высокого давления хранения (2025 МПа) КПГ масса емкостей также значительно больше.

Поэтому по соображениям увеличения автономности плавания судна и уменьшения веса емкостей для хранения газа, реально применяют именно сжиженный природный газ (СПГ).

Главная трудность при использовании СПГ на судах – сравнительно большое пространство, требуемое для криогенных емкостей. В сравнении с нефтяным топливом равное по энергетическому содержанию количество СПГ требует примерно в 1,9 раза большего объема. С учетом теплоизоляции емкости требуемый объем возрастает примерно в 2,3 раза. В случае установки емкостей для хранения СПГ внутри корпуса судна, требуемый объем может увеличиться в 4 раза.

На танкерах (а также железнодорожных паромах, где есть свободная от груза верхняя палуба, или, напротив, есть трюмные помещения без размещения груза) проблему объема емкостей для газового топлива удается решить размещением криогенных емкостей на грузовой палубе (в трюме парома), а вот на сухогрузных судах и судах вспомогательного флота это возможно только за счет уменьшения размеров грузовых трюмов (или полезных подпалубных объемов). Это действительно реальная проблема, так как в силу дефицита доступного объема автономность судов – газоходов (НЕ ГАЗОВОЗОВ, которые сами работают на том грузе, которые и перевозят), как правило, не превышает 10 суток.


Рисунок 1. Общий вид танкера-газохода смешанного плавания проекта RST27

Возможные варианты емкостей – это либо специальные судовые криогенные емкости либо контейнер-криогенные емкости в размерах стандартного 40-футового контейнера.

Варианты заправки судовых емкостей - с автопоездов-газовозов, с судна-бункеровщика, с портовой бункер-станции. Например, для железнодорожного парома проекта CNF19M общий объем газовых цистерн примерно 1500 куб. метров, бункеровка предполагается либо с применением автомобилей (одновременно четыре грузовика с подачей примерно 200 куб. метров в час) или судна-бункеровщика (до 1000 куб. метров в час).

Использование контейнер-криогенных емкостей позволит производить доставку СПГ на судно с помощью железнодорожного или автомобильного транспорта без выполнения бункеровочных операций классического типа. Потребуется лишь замена емкостей. При принятии решения об использовании контейнер-криогенных емкостей необходимо ясно понимать, что относительно небольшой полезный объем контейнер-криогенных емкостей потребует значительного их количества, например, для обеспечения автономности танкера проекта RST27 10 суток при работе на газе главных двигателей, котлов и дизель-генераторов необходимо 8 контейнеров; потребуется дополнительно предусмотреть на борту судна стационарные блоки испарителей и подогревателей газа с арматурой и трубопроводами, для контроля давления подачи газа к блокам газовых клапанов; для замены контейнеров в порту, должны быть предусмотрены соответствующие грузоподъемные средства.

Примеры всех решений по заправке газомоторным топливом в мировой практике уже есть, однако в применении к рассмотренным темам – танкер смешанного река-море плавания и аварийно – спасательное судно – именно отсутствие инфраструктуры бункеровки НЕ ПОЗВОЛИЛО реализовать функцию работы на газомоторном топливе.

Кроме того, на данный момент отсутствуют международные стандарты на судовое газовое топливо. Поэтому при эксплуатации таких судов следует учитывать, что расход газа будет зависеть от низшей теплоты сгорания СПГ, которая зависит от месторождения газа.

В свою очередь, отсутствие инфраструктуры на реке не позволило судовладельцам определить стоимость СПГ как топлива. Для примера, еще 3-4 года назад были озвучены соотношения цен СПГ/дизельное топливо примерно как 0,50, а сегодня оценки уже 0,70. Понятно, что при удельной цене на мазут примерно 0,60 (предположим для мазута с уменьшенным содержанием серы в будущем 0,80) и при увеличении строительной стоимости судна – газохода по сравнению с аналогом, работающим на тяжелом топливе, на 10-15% экономического смысла в строительстве, например, танкеров смешанного река-море плавания – газоходов – не будет. Таким образом, требуется «расшитие» проблем инфраструктуры бункеровки газомоторным топливом, например, на внутренних водных путях – или речные/река-море суда будут и в будущем работать на мазуте и дизельном топливе.

Однако по ряду проектов альтернативе газомоторного топлива уже нет. Например, новые железнодорожные паромы, соединяющие Калининград с остальной частью Российской Федерации, жизненно необходимы, так как основной грузопоток области сейчас следует по железной дороге через Литву и Беларусь. Кроме того, практически полностью отсутствует альтернативные варианты доставки специфических грузов, включая военные (паромное сообщение – единственный вариант доставить груз без транспортировки его по соседним государствам). Нет действующих паромов с максимально возможными габаритными размерениями и характеристиками под линию Усть-Луга – Балтийск. Необходимы суда, способных эффективно работать в ледовых условиях порта Усть-Луга. Балтийское море – особая зона по контролю выбросов окислов азота (NECA) и серы (SECA). С 1 января 2015 года в зонах особого контроля за выбросами (SulphurEmissionControlAreas – SECA) вступило в силу требование о том, что содержание серы в судовом топливе не должно превышать 0,1 процента. Обычное жидкое топливо с таким содержанием серы становится крайне дорогим и существенно увеличивает расходы на перевозку грузов морем. Газомоторное топливо позволяет полностью исключить выброс окислов серы и твёрдых частиц, снизить на 90% выбросы окислов азота и уменьшить выбросы СО2 на 30 процентов.

Новый концепт железнодорожного парома для Балтики проекта CNF19M (см. рисунки 2 и 3) – это судно-газоход c арктической ледовой категорией Arc4, с грузовой палубой, обеспечивающей размещение 80 железнодорожных вагонов в одной плоскости без применения грузовых лифтов.

Технической особенностью разработанного проекта парома нового поколения, является соответствие самым современным требованиям по безопасности, включая требования по экологической безопасности – он работает на СПГ.

Это современное, безопасное и экономичное судно, которое позволит совершать 135 круговых рейсов в год, перевозить 8910 вагонов в год или 534 600 тонн груза. Продолжительность рейса при условии бункеровки во время грузовых операций – 2,7 суток.

При десятисуточной автономности для этого судна требуется примерно 1500 кубических метров газа, т.е. полная бункеровка предполагается один раз в три круговых рейса или частичная – при каждом заходе в Балтийск (Усть-Лугу).

В концепт заложены варианты заправки с автопоездов-газовозов и с судна-бункеровщика.

В связи с этим в ближайшее время мы надеемся увидеть вполне реальный переход от дебатов и идей к практическим действиям, в том числе новым судам, работающим на газомоторном топливе, стационарным станциям для заправки судов СПГ (порт Высоцк), суда для бункеровки других судов СПГ.


Рисунок 2. Общий вид парома проекта CNF19M



Рисунок 3. Общее расположение железнодорожного парома - газохода проекта CNF19M




Статья «Природный газ как топливо для морских и речных судов» опубликована в журнале «Neftegaz.RU» (№11, Ноябрь 2017)

Авторы:
Читайте также