image
energas.ru

Газовая промышленность № 04 2018

Экология

01.04.2018 11:00 Эколого-экономическая оценка морской транспортировки сжатого газа
В статье представлены результаты эколого-экономической оценки морской транспортировки компримированного (сжатого) природного газа по экологическим и экономическим критериям. Определены наиболее экономичные и экологически благоприятные способы транспортировки природного газа, что необходимо для принятия обоснованных управленческих решений, а также расширения использования природного газа в качестве экологически чистого топлива. Исследование данных вопросов важно как для экономического развития России, так и для решения глобальных проблем, связанных с устойчивым развитием. Подробно изложены состояние вопроса, актуальность и задачи исследования. Сформулированы методики исследования, включая экономический и экологический разделы. В экономическом разделе рассмотрены удельные затраты, транспортные тарифы для разных параметров расстояний и объемов грузопотока. Представлено сравнение транспортных технологий в рамках предложенного алгоритма. В экологическом разделе в качестве основного фактора выбран углеродный след (выбросы в атмосферу), его оценка детально рассмотрена для трех видов транспорта газа. В ходе исследования выделены зоны, в которых указаны области предпочтения той или иной технологии. В результатах экономического анализа показаны матрица эффективности технологий и графики тарифов. Приведены потенциальные проекты морской транспортировки и выполнены расчеты на примерах Черного и Балтийского морей. Отмечается, что при небольших объемах транспорта газа на расстояния от 400 до 2500 км применение технологии компримированного природного газа в перспективных проектах является более благоприятным для окружающей среды и климата.
Ключевые слова: КОМПРИМИРОВАННЫЙ ГАЗ, ТРАНСПОРТИРОВКА ПРИРОДНОГО ГАЗА, ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ТОПЛИВО.
Открыть PDF


Прогнозирование экономики Российской Федерации является важнейшей народнохозяйственной задачей. В значительной степени потенциал роста российской экономики связан с развитием газовой отрасли и ее экспортных возможностей [1, 2].

Обеспечение устойчивого газоснабжения потребителей природного газа – один из наиболее актуальных экономических и политических вопросов настоящего времени. При этом укрепление энергетической безопасности и обеспечение бесперебойности поставок газа не должны приводить к ухудшению состояния окружающей среды. Различные способы поставки газа – в виде сжиженного природного газа (СПГ), морскими и сухопутными газопроводами – имеют разные удельные показатели воздействия на окружающую среду.

Новейшая технология транспортировки компримированного природного газа (КПГ) – это морская транспортировка газа в сжатом состоянии в баллонах на судах – газовозах КПГ. Газ загружается на судно непосредственно с месторождения и не нуждается в глубокой подготовке, в связи с чем эти суда можно использовать для обслуживания труднодоступных необорудованных месторождений.

Реализация проектов транспортировки КПГ непосредственно с шельфовых месторождений на судах – газовозах КПГ обусловлена такими предпосылками, как наличие освоенных технологий подводного обустройства на больших глубинах и широкое применение в мировой практике технологии беспричальной загрузки углеводородного сырья на суда с оффшорных терминалов.

1.png 

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Сжиженный природный газ представляет собой очищенный от примесей газ, охлажденный до перехода его в жидкое состояние при атмосферном давлении. Температура сжижения составляет –162 °С, объем газа уменьшается примерно в 600 раз. Компримированный природный газ – газ, сжатый до давления 20–25 МПа. За счет сжатия объем газа уменьшается в 200–250 раз.

В 1941 г. в Огайо (США) построен первый полноценный завод СПГ, что стало началом развития этого сегмента рынка энергоносителей. С момента постройки первых танкеров, пригодных для транспортировки СПГ и КПГ, появившихся в США, прошло более полувека. Первый в мире танкер – газовоз КПГ Jayanti Baruna успешно спущен на воду в КНР 25 января 2016 г. Этот проект осуществила компания Enric Shijiazhuang Gas Equipment Co., Ltd. – дочернее предприятие CIMC Enric. В основном природный газ транспортируется для пиковой электростанции островов Юго-Восточной Азии. За одну транспортировку доставляется 700 тыс. м3 КПГ.

Анализу различных способов транспортировки газа в виде КПГ посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых. Уделено внимание поэтапному развитию рынка КПГ, рассмотрены как принципиальная возможность, так и различные технологии морской транспортировки КПГ  [3, 4]. Проанализировано технико-экономическое обоснование целесообразности создания судов для транспортировки газа в компримированном виде [5]. Рассмотрены современное состояние и перспективы транспортировки КПГ, проведена оценка применимости данного типа транспортировки, представлен обзор существующих методов и конкретные вопросы совершенствования данной технологии [6–9]. В последнее десятилетие вопрос активно обсуждается международным научным сообществом [10–14].

1_1.png 

АКТУАЛЬНОСТЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сегодня в доставке природного газа конкурируют три основные технологии: морской трубопровод, СПГ и КПГ. Данная конкуренция основывается на двух взаимосвязанных оценках – экономической и экологической. Комплексная эколого-экономическая оценка пока не проводилась и представляется актуальной.

В настоящее время все крупные нефтегазовые компании сталкиваются с проблемой выбора способа и маршрутов транспортировки своей продукции потребителям. Соотношение характерных преимуществ и недостатков различных способов транспортировки зависит от геологических, географических, политических факторов, а также от направлений использования углеводородов потребителями. Рост числа способов транспортировки связан и с расширением сферы использования природного газа.

При оптимизации логистических систем компании выполняют оценку и сравнение затрат на доставку продукции потребителям разными способами. Для сопоставления способов транспортировки газа с учетом форм преобразования и замещения необходимо привести все объемные показатели к общему знаменателю – эквивалентному объему, выраженному в м3 газа.  В качестве критерия при сопоставлении эффективности способов транспортировки газа с учетом возможных форм его преобразования используется минимум удельных дисконтированных затрат.

В современном мире конкуренция остается прежде всего экономической категорией, но в последнее время политические и экологические аспекты приобретают все большее значение, смещая вопросы в сторону комплексной оценки как экономических, так и экологических факторов, составляющих основу социальных проблем и политических решений. Строительство газопроводов, терминалов и сооружение тепло-, газо- и атомных электростанций вызывает социально-экологические проблемы, поэтому необходимо комплексно оценивать эколого-экономические аспекты.

При решении экономической задачи исследования определяется экономическая предпочтительность морской транспортировки КПГ для различных объемов  и расстояний транспортировки, т. е. выявляется зона экономически целесообразного использования судов – газовозов КПГ. При решении экологической задачи определяется зона экологически предпочтительного использования этих судов. И наконец, решение эколого-экономической задачи позволяет определить зону целесообразного использования данных одновременно с экологической и экономической точек зрения.

 

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Экономический анализ. Для сопоставления выбраны следующие технологии: морской трубопровод (МТ); морская транспортиров- ка СПГ; морская транспортировка КПГ.

При сопоставлении различных вариантов транспортировки необходимо учитывать капитальные и эксплуатационные затраты, присущие каждому варианту. Эти затраты определяют величины тарифов на транспортировку.  В общем случае тариф на транспортировку по каждому варианту не является константой, а зависит от условий реализации транспортного проекта. К основным параметрам, определяющим стоимость транспортировки, относятся грузопоток и расстояние (объем и дальность транспортировки), т. е. при различных значениях указанных параметров разные способы транспортировки могут оказываться эффективными за счет наиболее низкого тарифа. Следовательно, окончательный вывод об экономической эффективности того или иного способа транспортировки может быть сделан только применительно к конкретным условиям реализации проекта.

Тариф, соответствующий одному из сравниваемых способов транспортировки, может оказаться самым низким во всем диапазоне рассматриваемых грузопотоков и расстояний. Вместе с тем при определенных условиях возможна «смена лидера», и наиболее экономически эффективным может стать другой способ транспортировки. Второй вариант вероятен в том случае, когда сравниваемые транспортные технологии характеризуются различной структурой затрат.

Наибольшее влияние на тариф оказывает размер капитальных и эксплуатационных затрат по проекту. Рассмотрим величину общих удельных затрат на транспортировку:

1_1_1.png,              (1) 

где S – суммарные (капитальные и эксплуатационные) затраты на осуществление грузоперевозок рассматриваемым видом транспорта, зависящие как от грузопотока, так и от расстояния, в руб., евро или долл.; M – годовой грузопоток, т; L – расстояние, на которое осуществляется транспортировка, км.

Величину S в общем виде можно представить формулой: 

S = S1 + S2 + S3 + S4,                  (2)

где S1 – затраты, не зависящие ни от грузопотока M, ни от расстояния L (например, затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проектные работы); S2 – затраты, зависящие от грузопотока M (например, затраты на приобретение и содержание задействованных в проекте транспортных средств);  S3 – затраты, зависящие как от грузопотока M, так и от расстояния L (например, затраты на топливно-энергетические ресурсы); S4 – затраты, зависящие от расстояния L (например, затраты на дорожное строительство, прокладку трубопроводов и т. п.).

Основной критерий сравнения технологий – транспортный тариф (евро/тыс. м3 на 100 км). Вспомогательный критерий – удельные капитальные вложения  (евро/тыс. м3 на 100 км). Все расчеты выполняются в реальных ценах (без учета инфляции). Расчетный период – 25 лет. Год приведения – 2016. Критерий расчета транспортного тарифа – внутренняя норма доходности коммерческой эффективности 12 %. Ставка дисконтирования – 10 %.

Основной результат выполненной работы – определение зависимости (и представление графически) основного и вспомогательного критериев от объема транспорта и дистанции транспортировки для всех рассмотренных технологий.

Каждый вариант транспортировки рассматривается в качестве отдельного инвестиционного проекта, по которому моделируются денежные потоки, включающие притоки и оттоки по операционной и инвестиционной деятельности.

Сравнение транспортных технологий проводится по следующему алгоритму:

– этап 1: разработка исходных данных для расчетов;

– этап 2: моделирование денежных потоков по каждому варианту транспортировки природного газа;

– этап 3: расчет множества значений тарифов в зависимости от расстояний и объемов транспортировки;

– этап 4: построение графиков зависимостей тарифов от грузопотоков и расстояний и выявление точек их пересечения для различных транспортных технологий;

– этап 5: определение областей эффективного применения каждой транспортной технологии (матрица эффективности).

На первом этапе были получены исходные данные для моделирования денежных потоков, включающие оценку: капитальных затрат по каждому варианту транспортировки природного газа; эксплуатационных затрат по каждому варианту транспортировки природного газа; характеристик инвестиционных проектов, различающихся по вариантам транспортировки; характеристик инвестиционных проектов, единых для всех вариантов транспортировки.

1_1_2.png

Экологический анализ. Воздействие на окружающую среду характеризуется прежде всего выбросами в атмосферу. В отличие от твердого топлива сбросы от природного газа несущественны.

Одним из наиболее комплексных показателей экологичности в настоящее время является углеродный след. Распространенная на международном уровне методика оценки углеродного следа предполагает оценку объемов выбросов парниковых газов от использования того или иного энергоносителя за весь жизненный цикл конкретной тех- нологии. Применительно к техно- логии использования газа в виде СПГ углеродный след измеряется путем оценки выбросов парниковых газов на стадиях: добычи газа на месторождении; транспортировки газа по газопроводам до завода СПГ; производства СПГ на заводе; погрузки на суда-газовозы; морской транспортировки СПГ; выгрузки СПГ; регазификации на терминале; транспортировки газа по газопроводам до потребителя; сжигания газа потребителем.

Основным экологическим аспектом при транспортировке природного газа по морским трубопроводам являются выбросы загрязняющих веществ (ЗВ) от газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорной станции (КС), сжимающих природный газ для подачи его в морской газопровод. Для снижения выбросов ЗВ в атмосферу приоритетным становится использование ГПА нового поколения с малоэмиссионными камерами сгорания.

Расположенный на дне моря газопровод не должен оказывать негативного воздействия на морскую среду. Для исключения нарушений работы газопровода и аварийных ситуаций своевременно проводятся обследования в целях обнаружения и оценки деформаций, размывов морского дна, дефектов сварки, вмятин, повреждений защиты трубопровода, а также возможных утечек природного газа. Непрерывно осуществляется контроль изменений эксплуатационных параметров, давления, температуры. Для газопроводов, эксплуатируемых в условиях агрессивной сероводородной среды (проекты в Черном море), применяются повышенные требования к обеспечению промышленной и экологической бе- зопасности.

К экологическим аспектам при транспортировке СПГ судами – газовозами СПГ следует отнести выбросы оксидов азота (NOx) и монооксида углерода (CO). Основная доля выбросов ЗВ в атмосферу приходится на производство электроэнергии и тепла, необходимых для технологических процессов на заводах СПГ, установках регазификации, приемных терминалах СПГ. Выбросы ЗВ происходят при работе компрессоров, насосов и поршневых двигателей, а также при использовании факельных установок.

1_1_3.png

В целях минимизации выбросов ЗВ в каждом проекте СПГ рассматриваются варианты выбора технологического оборудования (например, испарителей для регазификационных терминалов, которые существенно различаются как по производственным характеристикам, так и по негативному воздействию на окружающую среду) и источников получения электро- и теплоэнергии (например, возможность использования энергии от сторонних предприятий).

Наиболее значимым экологическим аспектом, характерным для транспортировки КПГ судами –  газовозами КПГ, являются выбросы ЗВ в атмосферный воздух при компримировании природного газа на береговых дожимных компрессорных станциях (ДКС) в пунктах загрузки и выгрузки природного газа при транспортировке природного газа судами-газовозами и эксплуатации вспомогательных судов.

На ДКС выбросы ЗВ в основном образуются при сгорании топливного газа в ГПА. При закачке газа в суда – газовозы КПГ из скважин морских месторождений необходимо учитывать негативное воздействие на окружающую среду, которого можно ожидать от подводных добычных комплексов, например фонтанной арматуры, рабочих трубопроводов и приспособлений нагнетания газа и воды.

При эксплуатации судов-газовозов помимо сгорания топлива в судовых двигателях ЗВ могут выбрасываться в атмосферный воздух в результате использования продувочных мачт, оборудованных системой факельного сжигания. Мачта необходима для контроля выбросов газа высокого давления (из грузовых емкостей) и низкого давления (из трюмных пространств) и обеспечивает выпуск в атмосферу газа или продуктов его сжигания.

1_1_4.png 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Экономический анализ. Теоретические расчеты выполняются для диапазонов объемов и дистанций транспортировки в целях определения зон предпочтительности для разных технологий. Результаты расчетов иллюстрируются графически. Определяются зоны, в которых безусловно предпочтительна единственная технология, и зоны, где может быть предпочтительна как одна, так и другая технология, в зависимости от условий конкретного проекта.

Основной критерий сравнения технологий – транспортный тариф (евро/тыс. м3 на 100 км).  В табл. 1 и на рис. 1 представлены тарифы на транспортировку газа по технологиям, создана матрица эффективности технологий, приведенная в табл. 2, и определена конфигурация области эффективного применения технологий транспортировки газа (рис. 2).

Выбор варианта морской транспортировки природного газа на примере потенциальных проектов. В работе были выполнены расчеты для проектов, реализуемых в Черном и Балтийском морях. При этом рассматривались варианты транспортировки газа в объемах 3 млрд и 5 млрд  м3/год. При поставках газа через акваторию Черного моря в качестве начальной точки может рассматриваться район КС «Русская». Пункты назначения – на территории Болгарии и Турции. При поставках газа через акваторию Балтийского моря в качестве начальной точки может быть рассмотрен район КС «Портовая» или «Славянская». Анализируются поставки газа в Калининград, Германию и Великобританию.

На диаграмму, иллюстрирующую выбор предпочтительной технологии транспортировки газа в зависимости от объема и дистанции транспортировки для всех рассмотренных технологий, наносятся точки, соответствующие представленным в данном разделе проектам (рис. 3).

В соответствии с рисунком при транспортировке 3 млрд м3/год на расстояние от 300 км примерно до 1500 км наиболее эффективна технология транспортировки КПГ. Если же рассматривать расстояние 2500 км, то одинаково эффективны могут быть как технология транспортировки КПГ, так и транспортировка СПГ.

1_1_5.png

При транспортировке 5 млрд  м3/год на расстояние от 1000 км наиболее эффективной представляется технология транспортировки КПГ, тогда как для расстояния 389 км эффективнее морская трубопроводная транспортировка газа.

Также на рис. 3 красной линией показано расширение области эффективного применения технологии КПГ для транспортировки природного газа при отсутствии необходимости строительства специальных береговых КС – в тех случаях, когда возможно задействовать уже существующие мощности. В этом варианте эффективно применение технологии КПГ для транспортировки природного газа в относительно малых объемах (до 3 млрд м3/год) на достаточно большие расстояния (до 3000 км и более).

1_1_6.png

Экологический анализ. Проведен сравнительный анализ воздействия на качество атмосферного выбросов ЗВ на примере NOx и CО при учете трех вышеуказанных способов транспортировки по морскому пути по вариантам направлений транспорта газа:

– Черноморский морской  путь – 400 км от КС «Береговая», рассматривается как прототип «Турецкого потока» в 900 км от КС «Русская»;

– Балтийский морской путь – от КС «Портовая» при трех вариантах разгрузки – Калининградская обл., Германия и Великобритания при расстояниях транспортировки 900, 1200 и 2500 км соответственно.

Проанализированы объемы транспортировки газа по данным маршрутам – 3 млрд и 5 млрд  м3/год. По варианту-аналогу – прототипу Черноморского морского пути осуществляется транспорт газа 16 млрд м3/год на расстояние 400 км.

Рассмотрены варианты поставок газа с увеличением объема на расстояние 900 км по следующим транспортно-технологическим цепочкам:

– транспортировка природного газа морскими трубопроводами (по дну моря) при взаимодействии с береговой инфраструктурой – подающие газ от КС «Береговая» или «Русская»;

– транспортировка КПГ судами-газовозами по Черноморскому морскому пути, поступающего от инфраструктуры подготовки газа через ДКС с применением терминалов загрузки (в том числе якорные буи или рейдовая погрузка).

Анализ показал, что различные способы поставки газа при использовании морских трубопроводов, судов – газовозов КПГ и судов – газовозов СПГ имеют разные показатели углеродного следа. Их сравнительная оценка для конкретных проектов морской транспортировки природного газа в акваториях Балтийского и Черного морей позволяет сделать вывод о том, что применение новой технологии транспортировки природного газа в виде КПГ снижает углеродный след морской транспортировки. Применение технологии КПГ в действующих проектах Балтийского моря характеризуется меньшим углеродным следом, чем транспортировка по морским газопроводам при транспортировке природного газа в объеме: до 10–12 млрд м3 на расстояние до 1000 км; 12–20 млрд м3 на расстояние 1000–2000 км; 20– 25 млрд м3 на расстояние 2000–2500 км. Транспортировка перечисленных объемов природного газа на указанные расстояния по морским трубопроводам характеризуется меньшим углеродным следом, чем при использовании технологии КПГ. Удельные выбросы по различным вариантам представлены на рис. 4.

В итоге установлены области эффективного применения различных технологий с точки зрения экологических факторов (рис. 5).

 

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Проведенный в работе анализ сравнительной экономической эффективности использования различных способов морской транспортировки газа показал, что применение технологии транспортировки газа в виде КПГ может, с одной стороны, способствовать росту уровня диверсификации продуктов и услуг современной нефтегазовой компании, с другой – позволить сократить затраты на транспорт газа потребителям. В частности, в акватории Черного и Балтийского морей при использовании существующих объектов газотранспортной инфраструктуры реализация технологии транспортировки газа в компримированном виде позволит существенно сократить логистические издержки при объемах транспортировки газа до 3 млрд м3/год. При объемах транспортировки от 3 до 5 млрд м3 по маршрутам в Черном море выбор способа транспортировки нуждается в более глубоком обосновании экономической эффективности.

Эффективность использования транспортировки газа в виде КПГ достигается за счет системного использования таких преимуществ транспорта газа в данном виде, как более низкая стоимость береговых сооружений по сравнению с использованием технологии СПГ, где необходимо сооружение сложных дорогостоящих систем сжижения, хранения и регазификации; экологическая безопасность, которая достигается в том числе и за счет низких норм потерь газа при транспортировке.

Использование морских газопроводов характеризуется меньшими показателями углеродного следа по сравнению с применением технологии КПГ при транспортировке природного газа на дальние расстояния (при увеличении объемов грузопотока). При этом следует учитывать, что морские трубопроводы имеют ограничения по протяженности и глубинам.

При транспортировке природного газа на расстояния свыше  4000 км применение КПГ становится менее предпочтительным, чем использование судов – газовозов СПГ, так как с увеличением расстояния транспортировки судами – газовозами КПГ (при увеличении объемов грузопотока) наблюдается рост углеродного следа. Вместе с тем следует учитывать, что системы транспортировки СПГ требуют достаточно большого объема транспортируемого газа и значительных затрат на береговую инфраструктуру.

Таким образом, применение технологии КПГ в перспективных проектах в акваториях Балтийского и Черного морей проектными объемами транспортировки 3 и 5 млрд м3/год на расстояния от 400 до 2500 км является более благоприятным для окружающей среды и климата, чем использование морских трубопроводов и судов – газовозов СПГ.

Работа выполнена по проекту Международного делового конгресса. Координатор проекта – руководитель технической кооперации «Юнипер С.Е.»  Д. Весслинг. Научные руководители темы: заместитель председателя Комитета Международного делового конгресса «Экология и здравоохранение», д.х.н., проф.  А.Г. Ишков; заместитель председателя Комитета Международного делового конгресса «Промышленность, инновации и перспективное развитие», д.т.н., проф., чл.-корр. РАН В.А. Грачев. Организация-оператор: Автономная некоммерческая организация «Научно-исследовательский институт проблем экологии» (НИИПЭ), директор  О.В. Плямина. 


Таблица 1. Транспортный тариф, евро/тыс. м3 на 100 км. Протяженность трассы 1000 км Table 1. Transport tariff, euro/thousand m3 per 100 km. The route length is 1000 km

Технология транспортировки 

Transportation technology

Объем транспортировки, млн т/год 

Volume of transportation, million t/year      

1

3

5

7,5

10

15

Объем транспортировки, млрд м3/год

Volume of transportation, billion m3/year

1,44

4,31

7,18

10,78

14,37

21,55

Морская трубопроводная транспортировка газа 

Offshore pipeline gas transportation

50,2

19,0

12,7

9,0

7,3

5,6

Морская транспортировка СПГ

Marine transportation of liquified natural gas

22,8

19,1

15,6

14,2

13,1

12,2

Морская транспортировка КПГ 

Marine transportation of compressed natural gas

20,8

16,1

12,2

10,5

10,3

9,7

 

Таблица 2. Матрица эффективности технологий морской транспортировки газа Table 2. Matrix of efficiency of technologies of marine gas transportation

Дистанция, км 

Distance, km

Объем транспортировки, млн т/год

Volume of transportation, million t/year         

1

3

5

7,5

10

15

Объем транспортировки, млрд м3/год

Volume of transportation, billion m3/year

1,44

4,31

7,18

10,78

14,37

21,55

300

КПГ CNG

МТ OP

МТ OP

МТ OP

МТ OP

МТ OP

1000

КПГ CNG

КПГ CNG

КПГ CNG

МТ OP

МТ OP

МТ OP

2000

СПГ LNG

КПГ CNG

КПГ CNG

КПГ CNG

КПГ CNG

МТ OP

3000

СПГ LNG

КПГ CNG

КПГ CNG

КПГ CNG

СПГ LNG

СПГ LNG

4000

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

5000

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

СПГ LNG

 



← Назад к списку