В ноябре 2012 г. впервые в истории был перевезен сжиженный природный газ (СПГ) по Северному морскому пути (СМП). Транспортировку 66 тыс. тонн топлива из п. Хаммерфест (Норвегия) в п. Тобата (Япония) выполнил газовоз Ob River вместимостью около 150 тыс. м³, ледового класса 1A по финско-шведской классификации.

Алексей Штрек, старший научный сотрудник ЗАО «ЦНИИМФ».

 

В поисках эффективного варианта

Рейс был совершен в начале интенсивного ледообразования на трассах СМП под проводкой атомными ледоколами. Понимая уникальность рейса, на борту газовоза во время его движения по СМП находились научный сотрудник ЗАО «ЦНИИМФ» и опытный ледовый капитан ОАО «Совкомфлот», осуществлявшие попутные наблюдения за ледовыми условиями с фиксацией данных по тактике ледового плавания, а также параметров движения проводимого судна.

По результатам экспериментального рейса сделан вывод о практической осуществимости транзитных перевозок СПГ по Севморпути в летне-осенний период навигации крупнотоннажными газовозами соответствующих ледовых классов под проводкой линейных ледоколов. При этом надо отметить, что сложившиеся во время рейса ледовые условия в арктических морях были легче среднемноголетних, что положительно сказалось на скоростях проводки и времени прохождения газовоза по СМП. Каких-либо отклонений от курса и остановок каравана из-за неблагоприятной ледовой обстановки не наблюдалось. Тактика проводки газовоза лидированием двумя ледоколами уступом позволила безопасно двигаться во всех наблюдавшихся ледовых условиях на маршруте движения.

В то же время для обеспечения круглогодичного вывоза добываемого на арктическом шельфе природного газа необходимо создавать газовозы активного ледового плавания с высоким ледовым классом, которые могут обеспечить надежную и безопасную транспортировку СПГ в зимних льдах арктических морей.

Из планируемых к реализации в ближайшем будущем проектов добычи и транспортировки углеводородов с арктического шельфа России наиболее приоритетный – проект вывоза СПГ с Ямала. Он реализуется компанией «Ямал СПГ» с целью освоения Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения, включая строительство завода по сжижению природного газа в п. Сабетта в Обской губе на восточном побережье Ямала. Такое расположение делает этот проект наиболее уникальным среди других текущих проектов транспортировки углеводородов в Российской Арктике. Определяющими природными особенностями являются существующие ограничения глубин на входе в Обскую губу, ледовые условия Карского моря и Обской губы (при вывозе СПГ в западном направлении), а также на трассах Северного морского пути (при вывозе СПГ в восточном направлении).

Закладка нового порта Сабетта состоялась в июле 2012 г. В течение летней навигации 2013 г. выполнен первый этап дноуглубительных работ на подходном канале в объеме 10 млн м³. В 2014 г. планируется завершить сооружение причалов и объектов подготовительного периода, необходимых для доставки грузов и технологических модулей для обустройства месторождения и строительства завода СПГ. Первая отгрузка топлива запланирована на 2017 г. с вводом первой очереди производительностью 5,5 млн тонн СПГ в год, а уже в 2019 г. планируется работа трех очередей суммарной производительностью 16,5 млн тонн в год. В перспективе возможно увеличение объема экспорта до 20-25 млн тонн в год. В качестве основных рынков сбыта рассматриваются Западная Европа и страны Юго-Восточной Азии.

 

Исследование оптимальных параметров

По заказу компании «Ямал СПГ» ЦНИИМФ принял участие в технико-экономическом обосновании и исследованиях оптимальных параметров перспективных газовозов для экспорта СПГ из п. Сабетта. В процессе выполнения модельных испытаний различных вариантов крупнотоннажного арктического газовоза для п. Сабетта в ледовом опытовом бассейне Aker Arctic в г. Хельсинки определено ограничение максимальной вместимости такого газовоза в 170 тыс. м³. В связи с возникающими эксплуатационными рисками и отсутствием опыта плавания в арктических льдах крупнотоннажных судов ЦНИИМФ сравнил экономическую эффективность вариантов крупнотоннажного газовоза вместимостью около 170 тыс. м³ и челночных газовозов вместимостью 80-90 тыс. м³ с ограниченной осадкой около 9-9,5 м, при которой потребуется перегрузка СПГ с челнока в накопитель или на традиционный газовоз той же вместимости. Следует отметить также, что использование газовозов вместимостью около 170 тыс. м³ (с осадкой 11,7-11,8 м) подразумевает необходимость проведения масштабных дноуглубительных работ на подходном канале и на канале в районе бара Обской губы.

В итоге при выполнении расчетов сравнительной экономической эффективности газовозов для Ямала на маршруте транспортировки СПГ в Западную Европу принималось во внимание следующее:

1. Различие в объеме дноуглубительных работ в зависимости от вместимости и осадки газовозов.

2. Для челночного газовоза, работающего на перевалочный пункт в Териберке, рассмотрен вариант вместимостью 80 тыс. м³, в котором применена экстремальная ледокольная (с углом наклона форштевня около 20°) носовая оконечность при использовании двух ВРК суммарной мощностью 30 МВт, а также вариант вместимостью 85 тыс. м³ с традиционной ледокольной носовой оконечностью и двухвальным пропульсивным комплексом.

3. Для газовоза вместимостью 170 тыс. м³ рассмотрены вариант с умеренной ледокольной (с углом наклона форштевня 30°) носовой оконечностью при использовании трех ВРК суммарной мощностью 45 МВт, предложенный ЦНИИМФ, а также вариант с бульбообразной носовой оконечностью и гибридным пропульсивным комплексом, работающий по предложенной Aker Arctic системе DAS.

4. Плавание газовозов в Обской губе (до терминала Сабетта) осуществляется под проводкой линейного ледокола. В юго-западной части Карского моря челночный газовоз вместимостью 85 тыс. м³ эксплуатируется под ледокольной проводкой в течение 6 месяцев, остальные варианты рассчитаны на круглогодичное автономное плавание на всем морском участке.

5. Применительно к вариантам газовозов вместимостью около 170 тыс. м³ рассматривалась как прямая схема транспортировки до Зебрюгге (Западная Европа), так и вариант с перевалкой СПГ с судна на судно той же вместимости без ледового класса в районе Хоннингсвога (Норвегия).

Основные характеристики рассмотренных вариантов газовоза для Ямала приведены в табл. 1. Требуемая вместимость и главные размерения газовозов по всем вариантам оценивались применительно к конструкции грузовых танков по типу MOSS.

 

Таблица 1. Основные характеристики газовозов по сравниваемым вариантам

Условное обозначение	LNGC-80ice	LNGC-85ice	LNGC-170ice	LNGC-170bulb
Грузовместимость, м3	80 000	85 000	170 000	170 000
Тип и количество грузовых танков	MOSS, 5	MOSS, 4	MOSS, 4	MOSS, 4
Категория ледовых усилений	Arc7	Arc7	Arc7	Arc7
Тип обводов носовой оконечности	экстремальный ледокольный нос	умеренный ледокольный нос	умеренный ледокольный нос	бульбообразный нос
Длина по КВЛ, м	242	232	285	282
Ширина, м	38,0	40,8	50,4	50,4
Высота борта, м	17,2	18,7	23,6	23,4
Осадка по КВЛ, м	9,0	9,5	11,8	11,7
Водоизмещение, т	62 000	67 400	125 100	124 400
Пропульсивный комплекс	2 ВРК	2 ВФШ	3 ВРК	2 ВРК + 1 ВФШ
Суммарная мощность на валах, МВт	30	26	45	42
Ледопроходимость, м:
на переднем ходу	1,8	1,3	1,7	1,0
на заднем ходу	2,2	-	2,3	2,2

 

На рис. 1 приведены результаты расчетов эксплуатационных скоростей во льдах для вариантов газовоза для вывоза СПГ из п. Сабетта на Ямале вместимостью 80-90 тыс. м³ и 170 тыс. м³, отличающихся указанными выше сценариями транспортировки. Расчеты скоростей движения рассматриваемых вариантов газовозов для вывоза СПГ из п. Сабетта производились при помощи математической модели, разработанной в ЦНИИМФ и адаптированной применительно к особенностям эксплуатации крупнотоннажных судов как при их самостоятельном движении во льдах, так и под ледокольной проводкой.

 

Рис. 1. Расчетные скорости движения различных вариантов газовозов на маршруте Сабетта – западная кромка льда при среднем типе ледовых условий

 

Результаты расчетов рейсооборота (с использованием скоростей, осредненных за год) приведены в табл. 2. Результаты расчетов себестоимости доставки СПГ с учетом затрат на ледокольное обеспечение, дноуглубление и перевалку СПГ графически представлены на рис. 2.

 

Таблица 2. Продолжительность кругового рейса Ямал – Европа и время движения во льдах

Тип газовоза и схема транспортировки	LNGC-80ice	LNGC-85ice	LNGC-170ice перевалка с судна на судно в Хоннингсвоге	LNGC-170ice	LNGC-170bulb
	Перевалка в Териберке			Напрямую до Зебрюгге
Среднее время хода во льдах, сут.	4,65	4,21	4,58	4,58	5,18
Среднее время хода по чистой воде, сут.	2,95 + 7,22 = 10,17		3,43 + 6,57 = 10,0	10,46	9,91
Средняя продолжительность кругового рейса, включая перевалку, грузовые и швартовные операции, сут.	18,44	18,11	18,68	17,02	17,11

 

Рис. 2. Относительная себестоимость доставки СПГ для различных вариантов газовозов и схем транспортировки

 

По результатам расчетов себестоимости доставки СПГ в Западную Европу для рассмотренных вариантов газовозов наиболее выгодной оказалась прямая транспортировка СПГ газовозами вместимостью около 170 тыс. м³ с умеренной ледокольной носовой оконечностью (LNGC-170ice). Себестоимость транспортировки газовозом LNGC-170bulb с бульбообразной носовой оконечностью на 3-4% выше по сравнению с вариантом LNGC-170ice. При использовании челночных газовозов вместимостью около 80 тыс. м³ (LNGC-80ice) себестоимость транспортировки возрастает примерно на 30% по сравнению с газовозами вместимостью около 170 тыс. м³, несмотря на дополнительные расходы по дноуглублению подходного канала в Обской губе. Если же для челночных перевозок использовать газовозы с традиционной пропульсивной установкой (LNGC-85ice), работающие в Карском море под проводкой ледоколов, себестоимость по сравнению с вариантом автономного плавания возрастет еще на 15%.

Таким образом, результаты исследований по обоснованию основных параметров перспективных крупнотоннажных газовозов для Ямала показали, что вывоз СПГ крупнотоннажными газовозами вместимостью около 170 тыс. м³ активного ледового плавания является наиболее эффективным вариантом, при котором обеспечивается более низкая себестоимость круглогодичной доставки СПГ в Западную Европу. Ледокольное обеспечение предусматривается только в припае Обской губы, где линейный ледокол в течение ледового периода будет прокладывать и поддерживать постоянный канал.

 

Основные преимущества

Основными факторами, предопределившими преимущество автономного плавания крупнотоннажных газовозов, являются:

-         изначально высокая строительная стоимость и достаточно большой уровень мощности обычных судов-газовозов. Это приводит к тому, что необходимое ледовое усиление корпуса и повышение мощности для обеспечения потребной ледопроходимости дают относительно небольшое увеличение стоимости, которое в процентном соотношении значительно меньше по сравнению с судами других типов;

-         использование в качестве топлива испаряющегося СПГ, перевозимого судном, что позволяет минимизировать данную статью эксплуатационных затрат, являющуюся определяющей при автономной работе судна во льдах.

В процессе дальнейшей отработки формы обводов корпуса и анализа результатов модельных испытаний различных вариантов газовоза для Ямала большое внимание уделялось выбору формы обводов носовой оконечности с точки зрения обеспечения оптимального баланса между ходкостью судна на чистой воде и во льдах. Для газовоза с бульбообразной носовой оконечностью значительно увеличиваются эксплуатационные риски при работе во льдах. Газовоз с экстремальной ледокольной носовой оконечностью при плавании на чистой воде в значительной степени подвержен слеммингу на волнении. Оптимальный вариант носовых обводов – применение умеренной ледокольной формы обводов, характеризующейся меньшими углами заострения ватерлиний и развала борта в носовой оконечности судна по сравнению с экстремальным ледокольным носом.

На рис. 3 проиллюстрированы преимущества применения умеренного ледокольного носа по сравнению с другими вариантами. Ледовая ходкость при движении задним ходом для всех вариантов показана применительно к варианту с тремя ВРК типа Azipod мощностью по 15 МВт с формой обводов кормы по предложению ЦНИИМФ. При толщинах льда около 1 м (см. заштрихованную область) выигрыш в скорости обеспечивается при движении передним ходом, а при больших толщинах льда более эффективно использование заднего хода.

 

Рис. 3. График ледовой ходкости газовоза вместимостью около 170 тыс. м³ с пропульсивным комплексом из трех ВРК и тремя вариантами носовой оконечности

 

Модельные испытания показали также, что наилучшие показатели маневренности во льдах крупнотоннажного газовоза вместимостью 170 тыс. м³ обеспечиваются при использовании пропульсивного комплекса из трех винторулевых колонок и ледокольной формы обводов кормовой оконечности.

На основании комплексного анализа результатов модельных испытаний в опытовых ледовых бассейнах и выполненных технико-экономических расчетов, для обеспечения надежной и экономически выгодной эксплуатации на предполагаемом маршруте эксплуатации перспективного газовоза для вывоза СПГ с п-ва Ямал, в том числе в условиях ледовых сжатий, и улучшения эксплуатационной маневренности во льдах рекомендована концепция газовоза вместимостью 170 тыс. м³ с умеренными носовыми ледокольными обводами и пропульсивным комплексом из трех ВРК Azipod мощностью по 15 МВт. Эта концепция предполагает движение в ледовых условиях как передним, так и задним ходом, а умеренные носовые обводы обеспечат приемлемые мореходные качества на чистой воде.

 

Таблица 3. Основные характеристики варианта перспективного газовоза для вывоза СПГ из п. Сабетта

Грузовместимость, 3	170 000
Тип и количество грузовых танков	MOSS, 4
Категория ледовых усилений	Arc7
Тип обводов носовой оконечности	умеренный ледокольный нос
Длина наибольшая, м	ок. 300
Ширина, м	50,4
Высота борта, м	23,6
Осадка по КВЛ, м	11,7
Водоизмещение, т	125 000
Пропульсивный комплекс	3 ВРК Azipod
Суммарная мощность на валах, МВт	45
Эксплуатационная скорость на ч.в., уз.	19,5
Ледопроходимость, м:
на переднем ходу	1,5
на заднем ходу	2,1
Экипаж, чел.	35-40

 

Ожидаемые основные характеристики крупнотоннажного газовоза для вывоза СПГ из п. Сабетта (спроектированного применительно к конструкции сферических грузовых танков интегрированного типа) приведены в табл. 3, а на рис. 4 показан внешний вид такого газовоза в соответствии с проектной проработкой, выполненной компанией Aker Arctic. По результатам тендера, проведенного компанией «Ямал СПГ», проектирование и строительство газовозов для вывоза СПГ из п. Сабетта будет осуществлять корейская компания DSME (Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering). Поскольку DSME строит газовозы с грузовыми танками мембранного типа, окончательный проект газовоза будет иметь несколько отличные размерения.

 

Рис. 4. Проектное изображение газовоза для Ямала по проработке Aker Arctic

 

Морской флот №2 (2014)