Концепции и проекты - Морские вести России

Концепции и проекты

02.03.2022

Обзор отрасли

Перспективы развития морских судов СО2 в качестве нового груза в целях сокращения промышленных выбросов

Фото: Wärtsilä

В статье выполнен обзор концепций и проектов судов для перевозок СО2. В настоящий момент в Европе существуют отдельные суда для малотоннажных перевозок пищевого СО2. При этом к 2024 г. в Норвегии на проекте Longship запланирован ввод в эксплуатацию двух демонстрационных судов с судовой партией 7500 т СО2 (под средним давлением 13-18 атм).

Наибольшей перспективой обладают суда перевозок СО2 под малым давлением (5–10 атм), что связано с возможностью масштабирования судовых партий для достижения эффекта масштаба. Геологическая перспективность Дальнего Востока РФ в совокупности с существующей портовой инфраструктурой и логистической близостью эмитентов из стран АТР создают предпосылки к проработке CCS-проектов с морской составляющей транспорта СО2.

Н.В. Купцов, руководитель направления по планированию и инвестициям ООО «Газпромнефть НТЦ»

Текущее состояние

В XXI веке проведено большое количество научных исследований, в которых озвучено, что создаваемая человеком техногенная эмиссия парниковых газов антропогенному способствует изменению климата с приростом глобальной температуры, повышением уровня моря, более сильными штормами и повышением кислотности океанов. По оценке ООН, в настоящее время температура на Земле примерно на 1,1°С теплее, чем в 1800-х годах. Причем начиная с 1970 года глобальная температура повышалась быстрее, чем за любой другой 50-летний период, а 2010-2019 гг. стали самым теплым десятилетием с момента начала наблюдений. При сохранении текущего объема выбросов углекислого газа (или диоксида углерода, СО2) глобальная температура к концу века может повыситься на 4,4°С.

По оценке Global Carbon Project, в прошлое столетие техногенная эмиссия СО2 стремительно увеличивалась: 2 млрд т/год (1900 г.) → 6 млрд т/год (1950 г.) → 9,4 млрд т/год (1960 г.) → 14,9 млрд т/год (1970 г.) → 19,5 млрд т/год (1980 г.) → 22,8 млрд т/год (1990 г.) → 25,2 млрд т/год (2000 г.) → 33,3 млрд т/год (2010 г.) → 36,7 млрд т/год (2019 г.).

Парижское соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата, подписанное в 2016 году 196 странами – участниками ООН, является первым коллективным обязательством по управлению климатическими последствиями по удержанию общемировой температуры менее 2°С сверх доиндустриальных уровней. Страны разрабатывают стратегии низкоуглеродного развития и стремятся к максимально скорому прохождению пика собственной эмиссии парниковых газов (например: Китай – к 2030 г., Индия – к 2040-2045 гг.), что будет способствовать переходу к углеродно-нейтральному миру.

Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует, что к 2050 году с помощью промышленного улавливания, транспортировки и захоронения углекислого газа (CCS, от англ. сarbon capture and storage) ежегодно будет утилизироваться 7,6 млрд тонн CO2, в том числе в исчерпанных месторождениях углеводородов. В будущем CCS может стать одной из ключевых крупнотоннажных технологий для достижения целей климатической повестки.

Текущий зрелый уровень технологического развития CCS позволяет реализовывать подобные проекты и безопасно хранить СО2. В нефтегазовой отрасли накоплен опыт начиная с 1970-х годов. По оценке Global CCS Institute, начиная с 1972 года на подобных проектах захоронено 200 млн тонн углекислого газа, который был закачан в геологические структуры под землей. По состоянию на 2021 год существует:

– 27 проектов на стадии эксплуатации, которые обеспечивают ежегодно закачку около 37 млн тонн СО2 (крупнейшие: газоперерабатывающий завод Shute Creek в США – 7 млн т/год, нефтяное месторождение Santos в Бразилии – 4,6 млн т/год, СПГ-завод Gorgon в Австралии – 4 млн т/год);

– 4 проекта на стадии строительства;

– 58 проектов на продвинутых инженерных стадиях (FEED);

– 44 проекта на ранних стадиях проработки.

Большинство проектов использует трубопроводы для СО2, что связано с наличием геологической ловушки вблизи предприятия-эмитента (зачастую надземная и подземная части являются единым технологическим комплексом). При этом существуют проекты, в которых рассматривается применение морского транспорта СО2 для перемещения углекислого газа от промышленных эмитентов к отдаленным на значительное расстояние геологическим структурам в целях его закачки для длительного хранения.

Концепции судов для перевозок СО2

Текущий объем рынка СО2 в Европе составляет 3 млн т/год (что кратно меньше промышленной эмиссии парниковых газов), из которых 2 млн т/год приходится для производства еды и напитков – доставка в основном выполняется по железной дороге и автотранспортом.

Существуют малотоннажные морские суда для перевозок СО2, которые делятся на специально построенные и реконструированные. Первым судном в истории является Coral Carbonic, построенное в 1999 г., с судовой партией 1250 т. Yara International, крупнейший поставщик CO2 с собственным флотом судов СО2, производит аммиак в Норвегии и Эстонии и перевозит пищевой СО2 по Европе. Используются 3 судна вместимостью 1800 т (Embla, Froya, Gerda реконструированы из судов генеральных грузов), 1 судно вместимостью 1200 т (Iduna реконструировано из контейнеровоза). Суда эксплуатируются под операторством компании Nippon Gases.

Таблица 1. Суда для перевозок пищевого СО2

Наименование

Год постройки

Судовая партия СО2, т

Тех. условия перевозки СО2

Coral Carbonic

1999

1250

-40°С/18 атм

Froya

2004-2005 (реконструкция)

1770

-30°С/18 атм

Gerda

Embla

Iduna

1999 (реконструкция)

1200

-30°С/20 атм

Характеристики перевозок СО2 связаны с его свойствами и агрегатным состоянием, который при атмосферном давлении существует в твердом или газообразном состоянии. Для достижения жидкого состояния, которое пригодно для транспорта, требуется повышение давление более 7 атмосфер. В связи с этим в мире рассматривают 3 концепции морских перевозок СО2 судами:

– под малым давлением: до 10 атм, от -55 до -40°С, плотность 1153 кг/м3 (наиболее перспективная концепция – в настоящий момент существуют суда для СУГ, а для СО2 таких судов не существует);

– под средним давлением: 15-20 атм, от -30 до -20°С, 1060 кг/м3 (эксплуатируются малотоннажные суда для перевозок пищевого СО2);

– под большим давлением: 45-70 атм, от 10 до 30°С (наименее перспективная концепция, в настоящий момент таких судов не существует).

Концепция судов перевозок СО2 под малым давлением опирается на существующие полуохлаждаемые суда для СУГ, а также возможность их модификации. В обычной компоновке судна для СУГ используется небольшое количество цилиндрических резервуаров (меньше 10 шт.), скомпонованных горизонтально парами. При этом для перевозок СО2 под малым давлением в 2011 г. в Нидерландах предложено судно вместимостью 30 000 м3 (34 500 т СО2), в 2013 г. в Ю. Корее – 23 000 м3 (26 450 т СО2). Большинство судов для СУГ обеспечивают малое давление в резервуарах до 3 атм, что недостаточно для достижения жидкого состояния СО2. При этом в мире существует порядка 30 судов, выполняющих перевозки СУГ и этилена с максимальным давлением в резервуарах до 7-9,5 атм, в которых теоретически можно выполнять перевозки СО2 после дооснащения, – недостатком в таком случае будет использование только 50-60% резервуаров судна при перевозках СО2 из-за разности плотностей грузов (плотность СУГ 500-700 кг/м3 примерно в 2 раза меньше плотности СО2 1050-1200 кг/м3). Концепция перевозок под малым давлением и низкой температуре является наиболее перспективной, т.к. суда являются наименее металлоемкими и в дальнейшем возможно значительное увеличение судовых партий для достижения экономического эффекта масштаба (предлагаются новые концепции судов судовой партией до 80-100 тыс. т СО2).

Рис. 1. Концепция судов для перевозок СО2 под низким давлением на основе полуохлаждаемых судов для СУГ [Yoo, 2013]

Хотя условия среднего давления являются самой проверенной формой морской транспортировки жидкого CO2, они не обеспечивают судовую партию более 10 000 т CO2. Причина этого имеет коммерческий и технический характер. Размеры и требования для судов до 10 000 т CO2 находятся в пределах диапазона, типичного для СУГ-судов, находящихся под полным давлением, и, таким образом, подобный конструктив судов доступен здесь и сейчас для строительства на верфях. Для судов большей вместимости требуется разработка нового проекта, что является сложной задачей (резервуары для условий среднего давления имеют максимальный диаметр около 9 м, что позволяет размещать резервуары 2 на 2 в нижней части судна, сохраняя при этом стандартные пропорции имеющихся конструкций судов – в зависимости от формы судна для перевозки более 10 000 т CO2 может потребоваться установка резервуаров друг на друга, что является более сложным конструктивно, или потребует увеличения длины резервуаров и судна). Единственным преимуществом концепции судов под средним давлением является тот факт, что в настоящий момент уже существуют и эксплуатируются малотоннажные суда для пищевого СО2.

В случае перевозок СО2 под большим давлением его плотность снижается, что позволяет вмещать больше груза. При этом возрастает количество резервуаров (также дополнительного подтрюмного пространства с зазорами между ними для инспекций) и значительно увеличивается металлоемкость, что приводит к кратному удорожанию. В связи с этим концепция перевозок СО2 под большим давлением является наименее конкурентной.

Международные проекты

В мире разрабатывается ряд проектов с морским транспортом СО2, по которым не приняты финальные инвестиционные решения (FID): Greensand на шельфе Дании, Barents Blue на шельфе Норвегии, кластер Acorn в Великобритании, Antwerp@C в порту Антверпен. Судоходная японская компания Mitsui O.S.K. Lines объявила характеристики судов с судовой партией 10 000 т СО2 (заявлен ввод в эксплуатацию к 2026 г. на проекте Tomakomai).

Крупномасштабный демонстрационный CCS-проект Longship в Норвегии – единственный, по которому принято FID. В границы проекта входят две норвежские площадки улавливания эмиссии, морской терминал-хаб Northern Lights в районе Бергена по приемке СО2 с судов, подводный трубопровод СО2 и донный комплекс для закачки в геологический резервуар на шельфе Норвегии. Логистическое плечо морской поставки от Осло до Бергена порядка 550‑570 км.

Рис. 2. Концепция морского транспорта СО2 на проекте Longship [Gassnova]

На норвежском проекте концепция судов под средним давлением выбрана из широкого представительства в сегменте строительства СУГовозов, наличия стандартных проектных решений для митигации конструктивных рисков. Это также способствовало сертификации СО2 как крупнотоннажного морского груза. Суда запланированы к постройке в III-IV кв. 2023 г. на китайской судоверфи Dalian Shipbuilding Industry. Стоимость контракта по строительству судов публично не объявлена, по различным оценкам, строительство одного судна может составить более 50 млн евро.

Проектные характеристики судна перевозок СО2 на проекте Longship:

– длина 130 м, осадка 8,5 м;

– общая вместимость резервуаров 7500 м3 (два резервуара, type C), заполняемость 97-98%;

– полностью под давлением (fully pressured);

– 800 м3/ч – производительность приемки СО2 на терминале Northern Lights;

– проектное давление 13-18 атм и равновесная температура -30°С (миним. возможная температура в резервуаре до -46°С);

– СПГ-топливо при ходе судна, аккумуляторная батарея для более 60 минут маневровых операций в акватории порта с возможностью подзарядки на морском терминале;

– до 18 чел. команда на борту.

Рис. 3. Судно перевозок CO2 для хаба Northern Lights [Gassnova]

Перспективы морского транспорта СО2 в РФ

Российскими нефтегазовыми компаниями накоплены компетенции по управлению закачкой в геологические резервуары. CCS позволяет им соответствовать духу времени в эпоху декарбонизации и обеспечивать снижение собственных выбросов.

Руководством страны объявлена задача по выходу РФ на углеродную нейтральность к 2060 году. Сегодня наше государство делает первые шаги в отношении сокращения выбросов углекислого газа – в 2021 году запущен государственный климатический эксперимент по квотированию выбросов парниковых газов на Сахалине.

Большинство российских нефтегазовых компаний заявляют о возможности реализации CCS-проектов в традиционных сухопутных регионах добычи («Газпром нефть» – в Оренбурге, «Татнефть» – в Татарстане, «Сибур» – в Тобольске). НОВАТЭК рассматривает использование прибрежных геологических резервуаров на Гыдане и Ямале в качестве подземных хранилищ углекислого газа, чтобы снизить углеродный след своих заводов СПГ и газохимических производств и предоставлять услуги третьим сторонам.

Порты юго-западного (Тамань, Новороссийск) и северо-западного (Санкт-Петербург, Усть-Луга) направлений наиболее инфраструктурно развиты и находятся вблизи крупных эмитентов, но наличие приемлемого геологического CCS-резервуара вблизи них требует подтверждения.

Геологическая перспективность Сахалина, Приморского и Хабаровского краев в совокупности с существующей портовой инфраструктурой и логистической близостью эмитентов из стран АТР создают предпосылки к проработке CCS-проектов с морской составляющей транспорта СО2. Все эти факторы являются конкурентными преимуществами для Дальнего Востока в реализации перспективных трансграничных CCS-проектов с другими государствами с применением морского транспорта СО2.

Морские вести России №2 (2022)

ПАО СКФ
РОСКОНТРАКТ
Газпромбанк
Конференция: «SMART PORT: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ, ЭКОЛОГИЧНОСТЬ»
6MX
Вакансии в издательстве
Журнал Транспортное дело России
>25 лет журналу Морские порты