Придёт ли природный газ на смену мазуту?

Природный газ давно и успешно применяется в качестве основного топлива на судах-газовозах СПГ. Перевозимый на них сжиженный природный газ в небольших количествах (0,15-0,18 % от общей вместимости танков в сутки) постоянно испаряется. Его утилизация возможна двумя путями – испаренный газ можно повторно сжижать, что требует размещения на судне специальной холодильной установки и дополнительных затрат газа на её работу, или использовать в качестве топлива энергетической установки судна.

Начиная с 2007 года, когда на воду был спущен газовоз British Emerald с двухтопливной дизель-электрической установкой, способной работать и на газе и на обычном морском дизельном топливе, использование испаренного газа в качестве топлива энергетических установок стало наиболее распространенным решением.

а)	б)
в)
а) Газовоз СПГ BritishEmerald с двухтопливной дизель-электрической установкой; б) схема размещения ЭУ; в) состав ЭУ

Применение двухтопливной дизель-электрической ЭУ на газовозе СПГ позволяет снизить расходы на эксплуатацию судна примерно на 50 % в сравнении с вариантом оснащения судна паротурбинной ЭУ и при этом существенно снизить выбросы серы, NOX, CO2 и твердых частиц.

Учитывая, что морской транспорт является одним из крупнейших источников загрязнения окружающей среды, на международном уровне происходит постоянное ужесточение требований к морским судам в части выбросов серы, NOX, CO2 и твердых частиц. При этом, недавно введенным в действие Приложением VI МК МАРПОЛ 73/78 ИMO дополнительно установлены особые районы контроля выбросов серы, такие как Балтийское и Северное моря, пролив Ла-Манш, прибрежные воды США и ряд других, в границах которых намечено в ближайшие годы многократно сократить выбросы серы с судов.

Требование Приложения VI МК МАРПОЛ к содержанию серы в топливе
Регион	Год
Регион	2010	2012	2015	2020
Особыерайоны(SECAs– Sulphur Emissions Control Areas)	1,0%	-	0,1%	-
Весь мир	4,5%	3,5%	-	0,5%

При этом, хотя нормы ИMO по выбросам серы в особых районах достаточно жёсткие, Морская Администрация каждой страны вправе устанавливать в своих портах ещё более жёсткие нормы. Так Европейская комиссия установила, что с 01.01.2010 года выброс серы с любого судна при нахождении в порту ЕС не должен превышать 0,1%. В случае невозможности уложиться в установленные нормы судно должно использовать питание с берега, что влечет за собой дополнительные расходы для судовладельца.

Из опыта эксплуатации двухтопливных энергетических установок на судах СПГ известно, что использование природного газа в качестве топлива позволяет полностью исключить выбросы серы, кардинально снизить выбросы NOX (на 90 %) и существенно снизить выбросы CO2 (на 30 %). Это делает применение природного газа в качестве топлива привлекательным решением и для судов, не являющихся газовозами, в особенности судов, используемых в зонах особого экологического контроля.

Следует отметить, что в мире уже накоплен некоторый опыт успешной эксплуатации судов малого и среднего водоизмещения, использующих природный газ.

AccoladeII, Австралия, 1982 г., CNG

Первым из таких судов принято считать каботажное грузовое судно Accolade II дедвейтом 8140 т, построенное в Австралии в 1982 г. и использующее в качестве топлива для дизельной установки сжатый природный газ (CNG – CompressedNaturalGas).

Klatawa, Канада, 1985 г., CNG

По времени постройки за ним последовали однотипные паромы Klatawa (1985 г.) и Kulleet (1988 г.), работающие в Ванкувере (Канада) и также использующие сжатый природный газ. Паромы вмещают по 146 пассажиров и 26 автомобилей. На борту судов газ хранится при давлении 25 МПа в 50 стальных баллонах общей вместимостью 14,7 м3, которые периодически пополняются установленным на берегу трёхступенчатым компрессором, питающимся от городской газораспределительной сети.

Elisabeth River I, США, 1995 г., CNG

В 1995 г. в Норфолке (Вирджиния, США) начал работать паром Elisabeth River I, рассчитанный на перевозку 149 пассажиров, отличительной особенностью которого, помимо применения сжатого газа в качестве топлива, является колесный движитель.

Mondriaan, Голландия, 1994г.,CNG

Нева-1, Россия, 1994 г., CNG

В последующие годы несколько прогулочных судов, работающих на сжатом природном газе, было построено в Голландии – Mondriaan и Escher(1994 г.), Rembrandt и VanGogh (2000 г.), а также в России – Нева-1 (1994 г.).

Для хранения газового топлива на корме теплохода Нева-1 оборудованы две секции для баллонов, рабочее давление в которых 20 МПа. Два главных судовых двигателя конвертированы для работы по двухтопливному газодизельному циклу. Интересно, что хотя по экологическим показателям (выбросам NOX) газовый теплоход не намного превосходит суда аналогичного типа, работающие на дизельном топливе, в силу того, что запальная доза дизельного топлива на этом судне достаточно велика – около 30 %, экономия дизельного топлива при его эксплуатации составляет около 60 %.

Из-за ограниченной емкости баллонов со сжатым газом, которые можно разместить на судне без ущерба его основному назначению, а также необходимости наличия в районе использования судна специальной инфраструктуры для пополнения запасов газа, более широкого распространения применение сжатого природного газа в качестве судового топлива до настоящего времени не получило. По мнению зарубежных экспертов, применение сжатого природного газа в качестве судового топлива и в перспективе вероятнее всего ограничится нишей небольших прогулочных судов и катеров.

Сжиженный природный газ (LNG – LiquefiedNaturalGas) в этом плане имеет более оптимистичные перспективы. При прочих равных условиях, газа в сжиженном состоянии на борту судна может быть размещено в 2,5-3 раза больше, чем в сжатом, а это уже обеспечивает судну возможность работы в течение 5-7 дней без бункеровки и является более приемлемым для судов многих типов.

Glutra,Норвегия, 2000 г.,LNG

Первым из судов, не относящихся к классу газовозов, работающим на сжиженном природном газе, стал построенный в Норвегии в 2000 г. паром Glutra, способный брать на борт до 100 легковых автомобилей (или 8 трейлеров 42 автомобилей) и 300 пассажиров.

10 т сжиженного газа хранятся на судне в двух подпалубных криогенных танках из нержавеющей стали общей емкостью 54 м куб. Размещенного на судне запаса газа хватает на 5-6 дней работы, после чего его запас пополняется специальным автомобилем-газовозом. Бункеровка занимает 1-2 часа. В интересах безопасности, 4 газовых двигателя судна мощностью по 675 кВт размещены выше главной палубы в отдельных хорошо вентилируемых машинных помещениях. Каждый двигатель работает на 720 кВА генератор, через преобразователь питающий два 1000 кВт асинхронных гребных электродвигателя, работающие на гребные винты в носу и в корме судна.
Достигнутые в процессе эксплуатации парома сокращение выбросов и снижение операционных расходов послужили основанием для признания первого опыта удачным, несмотря на примерно на 30 % более высокую стоимость парома на сжиженном газе в сравнении с вариантом на обычном топливе. Направление было признано перспективным и в последующие годы было построено еще несколько паромов аналогичного типа.

Moldefjord, Норвегия, 2010 г., LNG

Одновременно велась работа по усовершенствованию проекта в интересах повышения его эксплуатационных качеств и экономической эффективности. Как результат – в Польше по заказу Норвегии началось строительство серии паромов нового поколения на сжиженном газе. Головное судно – Moldefjord с увеличенной вместимостью (125 автомобилей + 390 пассажиров) сдано в эксплуатацию в 2010 г. Для хранения сжиженного газа на судне имеются криогенные танки общим объемом 125 м куб. В состав энергетической установки судна входят:

2 главных дизель-генератора по 900 кВт, работающих на газе и 1 резервный мощностью 900 кВт, работающий на дизельном топливе,
2 асинхронных гребных электродвигателя по 1000 кВт,
2 азимутальных подруливающих устройства по 1000 кВт.

Ivete Sangalo, Бразилия, 2008 г., LNG

Интерес к судам на сжиженном природном газе не ограничивается Европой.

В 2008 г. в Бразилии вышел на линии грузопассажирский паром Ivete Sangalo, способный принимать на борт 75 автомобилей и 600 пассажиров.
По мнению экспертов, направление применения сжиженного природного газа на паромах в ближайшие годы продолжит развиваться, в особенности в странах, для которых экологические аспекты имеют высокий приоритет. Также возможно, что развитие получит применение газового топлива на других типах судов, работающих в прибрежных и внутренних акваториях на достаточно постоянных и относительно коротких маршрутах в зонах усиленного экологического контроля. Учитывая, что суммарный тоннаж судов каботажного флота составляет более трети общемирового тоннажа, это открывает применению газового топлива на судах широкие перспективы.
Пока же наибольшее распространение сжиженный природный газ в качестве топлива получил (помимо судов-газовозов) на судах непосредственно связанных с освоением, эксплуатацией и снабжением морских нефтегазопромыслов.

Viking Energy, Норвегия, 2002 г., LNG

Первым из таких судов стало построенное в Норвегии 2002 г. судно обеспечения буровых платформ Viking Energy дейдвейтом 2886 т, имеющее энергетическую установку с четырьмя главными двухтопливными двигателями мощностью по 2010 кВт. Судно оборудовано емкостями для хранения жидкого природного газа общей вместимостью 234 м3, что позволяет ему работать в течение нескольких суток. Судно бункеруется сжиженным природным газом от обслуживаемых FPSO. В настоящее время морские месторождения в Норвегии обслуживает уже около 20 судов на сжиженном природном газе и их строительство продолжается, так что в ближайшие годы общее их число достигнет 40 единиц.

Petrojarl 1, Норвегия, 2010 г., NG

В этом же ряду можно упомянуть о судах для добычи, хранения и переработки нефти (FPSO). Одно из таких судов – Petrojarl l, было построено в Японии в 1986 г. с традиционной паротурбинной энергетической установкой. В дальнейшем на нем была установлена двухтопливная дизель-электрическая энергетическая установка мощностью 12,0 МВт, работающая на природном газе, как основном виде топлива. В настоящее время судно работает на месторождении Glitne в Северном море в Норвегии. Два однотипных судна работают также в Норвегии, два – в Англии и одно – в Бразилии.

В ближайшее время сжиженный природный газ в качестве топлива обещает занять еще одну нишу – в стадии завершения разработки находится несколько проектов рыболовных судов с двухтопливными двигателями для Норвегии, Таиланда и Испании.
Подводя итоги обзора можно сказать следующее.
Применение природного газа в качестве основного судового топлива имеет одно фундаментальное преимущество – позволяет полностью исключить выбросы серы, существенно сократить выбросы оксидов азота и углерода, а также твердых частиц, что может значительно улучшить экологическую обстановку в прибрежных акваториях и на внутренних водных путях.
При этом переход на газовое топливо на судах потенциально может обеспечить снижение операционных расходов за счет более низкой стоимости газа в сравнении с традиционными видами топлива, а также за счет исключения расходов на выплату штрафов за превышение ужесточающихся экологических норм на содержание вредных веществ в выбросах судна. Однако переход на газ влечет за собой некоторый рост их построечной стоимости, в основном – за счет дорогостоящих систем хранения газа.
Однако основным фактором, препятствующим применению сжиженного природного газа в качестве топлива на судах мирового флота, является отсутствие развитой инфраструктуры по бункеровке судов сжиженным природным газом. Исключением является ряд регионов активной добычи углеводородов, производства или регазификации СПГ. В Европе к их числу, помимо Норвегии, можно отнести также районы вблизи 20 имеющихся крупных приемных регазификационных терминалов СПГ, на основе которых такая инфраструктура может быть создана.
Таким образом, основными стимулами для расширения сферы применения природного газа в качестве судового топлива будут дальнейшее ужесточение экологических норм, а также ожидаемый рост цен на традиционные виды судового топлива, вызванные постепенным сокращением мировых нефтяных запасов. В итоге воздействия этих факторов при определенных условиях судовладельцам окажется экономически выгоднее вкладывать средства в строительство несколько более дорогих при постройке, но более дешевых в эксплуатации судов на газовом топливе, а также в развитие инфраструктуры бункеровки судов сжиженным природным газом.
В некоторых районах судоходства – у берегов стран с высоким уровнем экологических приоритетов, такие условия уже наступили. Учитывая, что одним из таких районов является район Балтийского моря, российским судовладельцам пора начать думать о переводе своих судов на газовое топливо, российским судостроителям – начать применять двухтопливные двигатели в своих проектах, а российскому Регистру – вносить необходимые дополнения в действующие Правила.

Руководитель проекта компании ИНТАРИ, Андрей Власов