Сжиженный природный газ ( СПГ ) — это природный газ (преимущественно метан , CH4 , с некоторой примесью этана , C2H6 ) , который был охлажден до жидкой формы для удобства и безопасности хранения или транспортировки без давления . Он занимает около 1/600 объема природного газа в газообразном состоянии при стандартных условиях температуры и давления .
СПГ не имеет запаха , цвета , нетоксичен и не вызывает коррозии . Опасности включают воспламеняемость после испарения в газообразное состояние, замерзание и асфиксию . Процесс сжижения включает удаление определенных компонентов, таких как пыль, кислые газы , гелий , вода и тяжелые углеводороды , которые могут вызвать трудности на выходе. Затем природный газ конденсируется в жидкость при давлении, близком к атмосферному, путем охлаждения его примерно до -162 °C (-260 °F); максимальное транспортное давление устанавливается на уровне около 25 кПа (4 фунта на квадратный дюйм) ( манометрическое давление ), что примерно в 1,25 раза превышает атмосферное давление на уровне моря.
Газ, добываемый из подземных месторождений углеводородов, содержит различную смесь углеводородных компонентов, которая обычно включает в себя в основном метан (CH 4 ), а также этан (C 2 H 6 ), пропан (C 3 H 8 ) и бутан ( C 4 H 10 ). В природном газе также встречаются и другие газы, в частности CO 2 . Эти газы имеют широкий диапазон температур кипения, а также различную теплотворную способность, что позволяет использовать их по-разному. «Кислотные» элементы, такие как сероводород (H 2 S) и углекислый газ (CO 2 ), вместе с нефтью, грязью, водой и ртутью удаляются из газа, чтобы получить чистый, очищенный поток газа. Неспособность удалить большую часть или все такие кислотные молекулы, ртуть и другие примеси может привести к повреждению оборудования. Коррозия стальных труб и амальгамирование ртути с алюминием в криогенных теплообменниках могут привести к дорогостоящему ущербу.
Газовый поток обычно разделяется на сжиженные нефтяные фракции (бутан и пропан), которые могут храниться в жидкой форме при относительно низком давлении, и более легкие фракции этана и метана. Эти более легкие фракции метана и этана затем сжижаются, составляя основную часть отгружаемого СПГ.
Природный газ в 20 веке считался экономически неважным везде, где нефтяные или газовые месторождения, производящие газ, были удалены от газопроводов или располагались в морских районах, где трубопроводы были нежизнеспособны. В прошлом это обычно означало, что добываемый природный газ обычно сжигался , тем более, что в отличие от нефти не существовало жизнеспособного метода хранения или транспортировки природного газа, кроме трубопроводов сжатого газа к конечным потребителям того же газа. Это означало, что рынки природного газа исторически были полностью локальными, и любая продукция должна была потребляться в пределах местной или региональной сети.
Развитие производственных процессов, криогенного хранения и транспортировки фактически создало инструменты, необходимые для коммерциализации природного газа на мировом рынке, который теперь конкурирует с другими видами топлива. Кроме того, развитие хранения СПГ также внесло надежность в сети, которая ранее считалась невозможной. Учитывая, что хранение других видов топлива относительно легко обеспечить с помощью простых резервуаров, в хранилище можно было хранить запасы на несколько месяцев. С появлением крупномасштабного криогенного хранения стало возможным создание долгосрочных резервов хранения газа. Эти резервы сжиженного газа могли быть развернуты в любой момент с помощью процессов регазификации , и сегодня они являются основным средством для сетей, чтобы справляться с местными требованиями по ограничению пиковых нагрузок . [1]
Теплотворная способность зависит от источника используемого газа и процесса, который используется для сжижения газа. Диапазон теплотворной способности может составлять от ±10 до 15 процентов. Типичное значение высшей теплотворной способности СПГ составляет приблизительно 50 МДж/кг или 21 500 БТЕ/фунт. [2] Типичное значение низшей теплотворной способности СПГ составляет 45 МДж/кг или 19 350 БТЕ/фунт.
Для сравнения различных видов топлива теплотворная способность может быть выражена в единицах энергии на объем, что известно как плотность энергии, выраженная в МДж/литр. Плотность СПГ составляет примерно от 0,41 кг/литр до 0,5 кг/литр в зависимости от температуры, давления и состава [3] по сравнению с водой при 1,0 кг/литр. Используя медианное значение 0,45 кг/литр, типичные значения плотности энергии составляют 22,5 МДж/литр (на основе более высокой теплотворной способности) или 20,3 МДж/литр (на основе более низкой теплотворной способности).
Объемная плотность энергии СПГ примерно в 2,4 раза больше, чем у сжатого природного газа (СПГ), что делает его экономичным для транспортировки природного газа на судах в виде СПГ. Плотность энергии СПГ сопоставима с пропаном и этанолом , но составляет всего 60 процентов от плотности дизельного топлива и 70 процентов от плотности бензина . [4]
Эксперименты по свойствам газов начались в начале XVII века. К середине XVII века Роберт Бойль вывел обратную зависимость между давлением и объемом газов. Примерно в то же время Гийом Амонтон начал изучать влияние температуры на газ. Различные газовые эксперименты продолжались в течение следующих 200 лет. В это время предпринимались попытки сжижать газы. Было обнаружено много новых фактов о природе газов. Например, в начале XIX века Каньяр де ла Тур показал, что существует температура, выше которой газ не может быть сжижен. В середине и конце XIX века был большой толчок к сжижению всех газов. Ряд ученых, включая Майкла Фарадея , Джеймса Джоуля и Уильяма Томсона (лорд Кельвин), проводили эксперименты в этой области. В 1886 году Кароль Ольшевский сжижил метан, основной компонент природного газа. К 1900 году все газы были сжижены, за исключением гелия , который был сжижен в 1908 году.
Первое крупномасштабное сжижение природного газа в США произошло в 1918 году, когда правительство США сжижало природный газ как способ извлечения гелия, который является небольшим компонентом некоторого природного газа. Этот гелий предназначался для использования в британских дирижаблях во время Первой мировой войны. Сжиженный природный газ (СПГ) не хранился, а регазифицировался и немедленно подавался в газовые магистрали. [5]
Основные патенты, связанные со сжижением природного газа, датируются 1915 годом и серединой 1930-х годов. В 1915 году Годфри Кабот запатентовал метод хранения жидких газов при очень низких температурах. Он состоял из конструкции типа термоса , которая включала холодный внутренний резервуар внутри внешнего резервуара; резервуары были разделены изоляцией. В 1937 году Ли Туоми получил патенты на процесс крупномасштабного сжижения природного газа. Целью было хранение природного газа в виде жидкости, чтобы его можно было использовать для снижения пиковых энергетических нагрузок во время похолоданий. Из-за больших объемов нецелесообразно хранить природный газ в виде газа при давлении, близком к атмосферному. Однако в сжиженном виде его можно хранить в объеме, составляющем 1/600 от этого. Это практичный способ его хранения, но газ должен поддерживаться при температуре -260 °F (-162 °C).
Существует два процесса сжижения природного газа в больших количествах. Первый — каскадный процесс, в котором природный газ охлаждается другим газом, который в свою очередь охлаждается еще одним газом, отсюда и название «каскадный» процесс. Обычно перед циклом сжижения природного газа идут два каскадных цикла. Другой метод — процесс Линде , иногда используется разновидность процесса Линде, называемая процессом Клода. В этом процессе газ охлаждается регенеративно, непрерывно проходя и расширяясь через отверстие, пока он не охладится до температур, при которых он сжижается. Этот процесс был разработан Джеймсом Джоулем и Уильямом Томсоном и известен как эффект Джоуля–Томсона . Ли Туоми использовал каскадный процесс для своих патентов.
Компания East Ohio Gas Company построила полномасштабный коммерческий завод по производству СПГ в Кливленде, штат Огайо, в 1940 году сразу после успешного пилотного завода, построенного ее дочерней компанией Hope Natural Gas Company из Западной Вирджинии. Это был первый такой завод в мире. Первоначально он имел три сферы диаметром около 63 футов, содержащие СПГ при температуре -260 °F. Каждая сфера содержала эквивалент около 50 миллионов кубических футов природного газа. Четвертый резервуар, цилиндр, был добавлен в 1942 году. Он имел эквивалентную емкость 100 миллионов кубических футов газа. Завод успешно проработал три года. Хранимый газ регазифицировался и подавался в магистрали, когда наступали резкие похолодания и требовались дополнительные мощности. Это исключало отказ в подаче газа некоторым клиентам во время резких похолоданий.
Завод в Кливленде потерпел неудачу 20 октября 1944 года, когда цилиндрический резервуар лопнул, вылив тысячи галлонов СПГ на завод и близлежащие окрестности. Газ испарился и загорелся, что привело к 130 смертельным случаям. [6] Пожар задержал дальнейшее внедрение объектов СПГ на несколько лет. Однако в течение следующих 15 лет новые исследования низкотемпературных сплавов и более совершенных изоляционных материалов подготовили почву для возрождения отрасли. Она возобновилась в 1959 году, когда американское судно Liberty времен Второй мировой войны Methane Pioneer , переоборудованное для перевозки СПГ, доставило СПГ с побережья Мексиканского залива США в испытывающую энергетический голод Великобританию. В июне 1964 года в эксплуатацию вступил первый в мире специально построенный газовоз Methane Princess . [7] Вскоре после этого в Алжире было открыто крупное месторождение природного газа. Международная торговля СПГ быстро последовала за этим, поскольку СПГ отправлялся во Францию и Великобританию с алжирских месторождений. Теперь был использован еще один важный атрибут СПГ. После сжижения природного газа его стало не только легче хранить, но и можно было транспортировать. Таким образом, теперь энергию можно было перевозить через океаны с помощью СПГ так же, как она перевозилась в виде нефти.
Индустрия СПГ в США возобновилась в 1965 году со строительством ряда новых заводов, которые продолжались до 1970-х годов. Эти заводы использовались не только для пикового сглаживания, как в Кливленде, но и для поставок базовой нагрузки в места, где до этого никогда не было природного газа. На Восточном побережье было построено несколько импортных объектов в ожидании необходимости импортировать энергию через СПГ. Однако недавний бум добычи природного газа в США (2010–2014 гг.), вызванный гидроразрывом пласта («фрекингом»), привел к тому, что многие из этих импортных объектов стали рассматриваться как экспортные объекты. Первый экспорт СПГ из США был завершен в начале 2016 года. [8]
К 2023 году США стали крупнейшим экспортером в мире, а проекты, которые уже строятся или разрешены, удвоят экспортные мощности к 2027 году. [9] Крупнейшими экспортерами были Cheniere Energy Inc., Freeport LNG и Venture Global LNG Inc. [10] Управление энергетической информации США сообщило, что в 2023 году США экспортировали 4,3 триллиона кубических футов. [11]
Процесс начинается с предварительной обработки исходного природного газа, поступающего в систему, для удаления примесей, таких как H 2 S , CO 2 , H 2 O, ртуть и углеводороды с более высокой цепью . Затем исходный газ поступает в установку сжижения, где он охлаждается до температуры от -145 °C до -163 °C. [12] Хотя тип или количество циклов нагрева и/или используемых хладагентов могут различаться в зависимости от технологии, основной процесс включает циркуляцию газа через алюминиевые трубчатые змеевики и воздействие сжатого хладагента. [12] По мере испарения хладагента теплопередача заставляет газ в змеевиках охлаждаться. [12] Затем СПГ хранится в специализированном двухстенном изолированном резервуаре при атмосферном давлении, готовом к транспортировке к месту назначения. [12]
Большая часть отечественного СПГ перевозится по суше с помощью грузовиков/трейлеров, рассчитанных на криогенные температуры. [12] Межконтинентальная транспортировка СПГ осуществляется специальными танкерами. Транспортные резервуары для СПГ состоят из внутреннего стального или алюминиевого отсека и внешнего углеродного или стального отсека с вакуумной системой между ними для уменьшения количества теплопередачи. [12] После доставки на место СПГ должен храниться в вакуумно-изолированных или плоскодонных резервуарах . [12] Когда СПГ готов к распределению, он поступает на установку регазификации, где он закачивается в испаритель и нагревается обратно в газообразную форму. [12] Затем газ поступает в систему распределения газопровода и доставляется конечному потребителю. [12]
Природный газ, подаваемый на завод СПГ, будет очищаться для удаления воды, сероводорода , углекислого газа , бензола и других компонентов, которые замерзнут при низких температурах, необходимых для хранения, или будут разрушительными для установки сжижения. СПГ обычно содержит более 90% метана . Он также содержит небольшие количества этана , пропана , бутана , некоторых более тяжелых алканов и азота. Процесс очистки может быть разработан для получения почти 100% метана . Одним из рисков СПГ является взрыв быстрого фазового перехода (RPT), который происходит, когда холодный СПГ вступает в контакт с водой . [13]
Наиболее важной инфраструктурой, необходимой для производства и транспортировки СПГ, является завод СПГ, состоящий из одной или нескольких линий СПГ, каждая из которых является независимым блоком для сжижения и очистки газа. Типичная линия состоит из зоны компрессии, зоны конденсатора пропана и зон метана и этана .
Самый большой действующий поезд СПГ находится в Катаре, его общая производственная мощность составляет 7,8 млн тонн в год (MTPA). СПГ загружается на суда и доставляется на регазификационный терминал, где СПГ может расширяться и снова преобразовываться в газ. Регазификационные терминалы обычно подключены к распределительной сети хранилищ и трубопроводов для распределения природного газа местным распределительным компаниям (LDC) или независимым электростанциям (IPP).
Информация для следующей таблицы частично взята из публикации Управления энергетической информации США. [14]
См. также Список терминалов СПГ
Индустрия СПГ развивалась медленно во второй половине прошлого века, поскольку большинство заводов СПГ расположены в отдаленных районах, не обслуживаемых трубопроводами, а также из-за высоких затрат на обработку и транспортировку СПГ. Строительство завода СПГ стоит не менее 1,5 млрд долларов за 1 млн тонн в год, приемный терминал стоит 1 млрд долларов за 1 млрд куб. футов в день пропускной способности, а суда для перевозки СПГ стоят 200–300 млн долларов.
В начале 2000-х годов цены на строительство заводов СПГ, приемных терминалов и судов упали, поскольку появились новые технологии и больше игроков инвестировали в сжижение и регазификацию. Это, как правило, делало СПГ более конкурентоспособным в качестве средства распределения энергии, но растущие материальные затраты и спрос на строительных подрядчиков оказали повышательное давление на цены в последние несколько лет. Стандартная цена за судно СПГ объемом 125 000 кубических метров, построенное на европейских и японских верфях, раньше составляла 250 миллионов долларов США. Когда в гонку вступили корейские и китайские верфи, возросшая конкуренция снизила рентабельность и повысила эффективность, сократив расходы на 60 процентов. Расходы в долларах США также снизились из-за девальвации валют крупнейших мировых судостроителей: японской иены и корейской воны.
С 2004 года большое количество заказов увеличило спрос на слоты на верфях, что привело к росту их цены и увеличению расходов на судно. Стоимость строительства завода по сжижению природного газа за тонну неуклонно снижалась с 1970-х по 1990-е годы. Стоимость снизилась примерно на 35 процентов. Однако в последнее время стоимость строительства терминалов по сжижению и регазификации удвоилась из-за роста стоимости материалов и нехватки квалифицированной рабочей силы, профессиональных инженеров, проектировщиков, менеджеров и других специалистов.
Из-за проблем с нехваткой природного газа на северо-востоке США и избытка природного газа в остальной части страны, в Соединенных Штатах рассматривается возможность строительства множества новых терминалов импорта и экспорта СПГ. Опасения по поводу безопасности таких объектов вызывают споры в некоторых регионах, где они предлагаются. Одним из таких мест является пролив Лонг-Айленд между Коннектикутом и Лонг-Айлендом. Broadwater Energy , проект TransCanada Corp. и Shell, хочет построить терминал импорта СПГ в проливе со стороны Нью-Йорка. Местные политики, включая исполнительную власть округа Саффолк, подняли вопросы о терминале. В 2005 году сенаторы Нью-Йорка Чак Шумер и Хиллари Клинтон также заявили о своем несогласии с проектом. [25] Несколько предложений по строительству терминалов импорта вдоль побережья штата Мэн также были встречены высоким уровнем сопротивления и вопросов. 13 сентября 2013 года Министерство энергетики США одобрило заявку Dominion Cove Point на экспорт до 770 миллионов кубических футов в день СПГ в страны, не имеющие соглашения о свободной торговле с США [26] В мае 2014 года FERC завершила экологическую оценку проекта СПГ Cove Point, которая установила, что предлагаемый проект экспорта природного газа может быть построен и эксплуатироваться безопасно. [27] В настоящее время предлагается построить еще один терминал СПГ на острове Эльба , штат Джорджия, США. [28] Планы по строительству трех терминалов экспорта СПГ в регионе побережья Мексиканского залива США также получили условное федеральное одобрение. [26] [29] В Канаде терминал экспорта СПГ строится недалеко от Гайсборо , Новая Шотландия. [30]
При коммерческом развитии цепочки создания стоимости СПГ поставщики СПГ сначала подтверждают продажи покупателям ниже по течению, а затем подписывают долгосрочные контракты (обычно на 20–25 лет) со строгими условиями и структурами ценообразования на газ. Только после подтверждения клиентов и признания разработки нового проекта экономически целесообразной спонсоры проекта СПГ могли инвестировать в его разработку и эксплуатацию. Таким образом, бизнес по сжижению СПГ был ограничен игроками с сильными финансовыми и политическими ресурсами. Крупные международные нефтяные компании (МНК), такие как ExxonMobil , Royal Dutch Shell , BP , Chevron , TotalEnergies , и национальные нефтяные компании (ННК), такие как Pertamina и Petronas , являются активными игроками.
СПГ доставляется по всему миру на специально построенных морских судах . Торговля СПГ завершается подписанием SPA (договора купли-продажи) между поставщиком и принимающим терминалом, а также подписанием GSA (договора купли-продажи газа) между принимающим терминалом и конечными пользователями. [31] Большинство условий контракта раньше были DES или ex ship , возлагая на продавца ответственность за транспортировку газа. Однако с низкими затратами на судостроение и тем, что покупатели предпочитают гарантировать надежные и стабильные поставки, контракты с условиями FOB увеличились. При таких условиях покупатель, который часто владеет судном или подписывает долгосрочное чартерное соглашение с независимыми перевозчиками, несет ответственность за транспортировку.
Соглашения о покупке СПГ раньше были долгосрочными с относительно небольшой гибкостью как по цене, так и по объему. Если годовой объем контракта подтвержден, покупатель обязан принять и оплатить продукт или заплатить за него, даже если он не принят, в том, что называется обязательством контракта «бери или плати» (TOP).
В середине 1990-х годов рынок СПГ был рынком покупателя. По просьбе покупателей договоры купли-продажи начали принимать некоторые гибкие положения по объему и цене. У покупателей было больше возможностей для увеличения и уменьшения в TOP, и вступили в силу краткосрочные договоры купли-продажи менее чем на 16 лет. В то же время были разрешены альтернативные направления для грузов и арбитража. К началу 21-го века рынок снова был в пользу продавцов. Однако продавцы стали более искушенными и теперь предлагают совместное использование арбитражных возможностей и отходят от ценообразования по S-образной кривой.
.jpg/1280px-President_Trump_Visits_Cameron_LNG_Export_Terminal_(40884405043).jpg)
Исследование Global Energy Monitor в 2019 году предупредило, что новая инфраструктура экспорта и импорта СПГ стоимостью до 1,3 триллиона долларов США, которая в настоящее время находится в стадии разработки, находится под значительным риском нехватки, поскольку существует риск переизбытка поставок газа в мире, особенно если Соединенные Штаты и Канада будут играть более важную роль. [32]
Текущий всплеск нетрадиционной нефти и газа в США привел к снижению цен на газ в США. Это привело к обсуждениям на азиатских рынках газа, связанных с нефтью, по импорту газа на основе индекса Henry Hub. [33] Недавняя конференция высокого уровня в Ванкувере, Тихоокеанский энергетический саммит 2013 года. Тихоокеанский энергетический саммит 2013 года собрал политиков и экспертов из Азии и США для обсуждения торговых отношений в области СПГ между этими регионами.
Приемные терминалы существуют примерно в 40 [34] странах, включая Бельгию, Чили, Китай, Доминиканскую Республику, Францию, Грецию, Индию, Италию, Японию, Корею, Польшу, Испанию, Тайвань, Великобританию, США и др. Существуют планы для Бахрейна, Германии, Ганы, Марокко, Филиппин, Вьетнама [35] и других стран также построить новые приемные ( регазификационные ) терминалы.
Базовая загрузка (крупномасштабные, >1 MTPA) СПГ-проекты требуют запасов природного газа, [36] покупателей [37] и финансирования. Использование проверенной технологии и проверенного подрядчика чрезвычайно важно как для инвесторов, так и для покупателей. [38] Требуемые запасы газа: 1 tcf газа требуется на Mtpa СПГ в течение 20 лет. [36]
СПГ наиболее экономически эффективно производится на относительно крупных объектах из-за экономии масштаба , на участках с морским доступом, что позволяет осуществлять регулярные крупные поставки на рынок. Для этого требуется надежное газоснабжение достаточной мощности. В идеале объекты располагаются близко к источнику газа, чтобы минимизировать стоимость промежуточной транспортной инфраструктуры и усадки газа (потери топлива при транспортировке). Высокая стоимость строительства крупных объектов СПГ делает прогрессивное развитие источников газа для максимального использования объекта необходимым, а продление срока службы существующих, финансово изношенных объектов СПГ экономически эффективным. Особенно в сочетании с более низкими ценами продажи из-за большой установленной мощности и растущими затратами на строительство, это делает экономическую проверку/обоснование разработки новых, и особенно новых, объектов СПГ сложной задачей, даже если они могут быть более экологически чистыми, чем существующие объекты, при удовлетворении всех интересов заинтересованных сторон. Из-за высокого финансового риска обычно контрактно обеспечивают поставку газа/концессии и продажу газа на длительные периоды, прежде чем приступить к принятию инвестиционного решения.
Основное применение СПГ — упрощение транспортировки природного газа от источника к месту назначения. В больших масштабах это делается, когда источник и место назначения находятся через океан друг от друга. Его также можно использовать, когда нет достаточной пропускной способности трубопровода. Для крупномасштабного использования в транспортировке СПГ обычно регазифицируется на приемном конце и проталкивается в местную инфраструктуру трубопроводов природного газа.
СПГ также может использоваться для удовлетворения пикового спроса, когда обычная трубопроводная инфраструктура может удовлетворить большую часть потребностей спроса, но не потребности пикового спроса. Такие заводы обычно называются заводами по сглаживанию пикового спроса СПГ, поскольку их цель состоит в том, чтобы срезать часть пикового спроса из того, что требуется из трубопровода поставок.
СПГ может использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. СПГ находится на ранних стадиях становления основным топливом для транспортных нужд. Он оценивается и тестируется для использования в грузовых автоперевозках, [39] на бездорожье, [40] на море и в поездах. [41] Известны проблемы с топливными баками и подачей газа в двигатель, [42] но, несмотря на эти опасения, начался переход на СПГ в качестве транспортного топлива. СПГ напрямую конкурирует со сжатым природным газом в качестве топлива для транспортных средств, работающих на природном газе, поскольку двигатель идентичен. Могут быть приложения, в которых грузовики, автобусы, поезда и лодки на СПГ могли бы быть экономически эффективными для регулярного распределения энергии СПГ вместе с общими грузами и/или пассажирами в более мелкие, изолированные сообщества без местного источника газа или доступа к трубопроводам.
.jpg/1280px-Nufam_2023,_Rheinstetten_(P1130477).jpg)
Китай является лидером в использовании транспортных средств на СПГ [43]: по состоянию на сентябрь 2014 года на дорогах страны находилось более 100 000 транспортных средств, работающих на СПГ. [44]
В Соединенных Штатах закладываются основы общественной заправки СПГ. Сайт отслеживания альтернативных заправочных центров показывает 84 общественных заправочных центра для грузовиков СПГ по состоянию на декабрь 2016 года. [45] Большие грузовики могут совершать поездки по стране, например, из Лос-Анджелеса в Бостон, и заправляться на общественных заправочных станциях каждые 500 миль. В Национальном справочнике дальнобойщиков за 2013 год перечислено около 7000 стоянок для грузовиков, [46] таким образом, примерно 1% стоянок для грузовиков в США имеют доступ к СПГ.
Хотя по состоянию на декабрь 2014 года сжиженный природный газ и транспортные средства на природном газе не были быстро приняты в Европе, и было сомнительно, станет ли СПГ когда-либо предпочтительным топливом среди операторов автопарков, [47] последние тенденции с 2018 года и далее показывают иные перспективы. [48] В течение 2015 года Нидерланды представили грузовики на СПГ в транспортном секторе. [49] Кроме того, правительство Австралии планирует разработать магистраль на СПГ для использования СПГ местного производства и замены импортного дизельного топлива, используемого транспортными средствами для межгосударственных перевозок. [50]
В 2015 году Индия также начала транспортировать СПГ с использованием автоцистерн, работающих на СПГ, в штате Керала. [51] В 2017 году Petronet LNG начала устанавливать 20 станций СПГ на автомагистралях вдоль западного побережья Индии, которые соединяют Дели с Тируванантапурамом, охватывая общее расстояние в 4500 км через Мумбаи и Бангалор. [52] В 2020 году Индия планировала установить 24 станции заправки СПГ вдоль 6000-километровых автомагистралей Золотого четырехугольника , соединяющих четыре метрополии из-за снижения цен на СПГ. [53]
Япония, крупнейший в мире импортер СПГ, собирается начать использование СПГ в качестве топлива для автомобильного транспорта. [54]
Объем двигателя является важным фактором мощности двигателя внутреннего сгорания . Таким образом, двигатель объемом 2,0 л обычно будет мощнее двигателя объемом 1,8 л, но это предполагает использование аналогичной воздушно-топливной смеси .
Однако если меньший двигатель использует воздушно-топливную смесь с более высокой плотностью энергии (например, через турбокомпрессор), то он может производить больше мощности, чем больший, сжигающий менее энергоплотную воздушно-топливную смесь. Для высокомощных двигателей с высоким крутящим моментом предпочтительнее топливо, которое создает более энергоплотную воздушно-топливную смесь, поскольку меньший и более простой двигатель может производить ту же мощность.
В обычных бензиновых и дизельных двигателях плотность энергии воздушно-топливной смеси ограничена, поскольку жидкое топливо плохо смешивается в цилиндре. Кроме того, бензин и дизельное топливо имеют температуры самовоспламенения и давления, соответствующие конструкции двигателя. Важной частью конструкции двигателя является взаимодействие цилиндров, степеней сжатия и топливных инжекторов, чтобы предотвратить преждевременное воспламенение, но в то же время можно впрыснуть как можно больше топлива, хорошо перемешать его и все еще успеть завершить процесс сгорания во время рабочего хода.
Природный газ не воспламеняется при давлениях и температурах, соответствующих конструкции обычного бензинового и дизельного двигателя, поэтому он обеспечивает большую гибкость в конструкции. Метан, основной компонент природного газа, имеет температуру самовоспламенения 580 °C (1076 °F), [55] тогда как бензин и дизельное топливо самовоспламеняются приблизительно при 250 °C (482 °F) и 210 °C (410 °F) соответственно.
В двигателе на сжатом природном газе (СПГ) смешивание топлива и воздуха более эффективно, поскольку газы обычно хорошо смешиваются за короткий промежуток времени, но при типичных давлениях СПГ само топливо менее энергоемко, чем бензин или дизельное топливо, поэтому в результате получается менее энергоемкая воздушно-топливная смесь. Для двигателя с заданным рабочим объемом цилиндра атмосферный двигатель, работающий на СПГ, обычно менее мощный, чем бензиновый или дизельный двигатель аналогичного рабочего объема. По этой причине турбокомпрессоры популярны в европейских автомобилях, работающих на СПГ. [56] Несмотря на это ограничение, 12-литровый двигатель Cummins Westport ISX12G [57] является примером двигателя, работающего на СПГ, предназначенного для буксировки тягачей с прицепом весом до 80 000 фунтов (36 000 кг), что показывает, что СПГ можно использовать во многих дорожных грузовиках. Оригинальный двигатель ISX G включал турбокомпрессор для повышения плотности энергии воздуха и топлива. [58]
СПГ предлагает уникальное преимущество перед КПГ для более требовательных высокомощных применений, устраняя необходимость в турбокомпрессоре. Поскольку СПГ кипит при температуре около -160 °C (-256 °F), с помощью простого теплообменника небольшое количество СПГ может быть преобразовано в газообразную форму при чрезвычайно высоком давлении с использованием небольшой или нулевой механической энергии. Правильно спроектированный высокомощный двигатель может использовать этот чрезвычайно высоконапорный, энергоплотный газообразный источник топлива для создания топливовоздушной смеси с более высокой плотностью энергии, чем может быть эффективно создано с помощью двигателя, работающего на КПГ. Результатом по сравнению с двигателями на КПГ является более высокая общая эффективность в приложениях с высокомощными двигателями при использовании технологии прямого впрыска высокого давления. Топливная система Westport HDMI2 [59] является примером системы прямого впрыска высокого давления, которая не требует турбокомпрессора, если сопряжена с соответствующим теплообменником СПГ. 13-литровый двигатель Volvo Trucks, работающий на сжиженном природном газе [60], является еще одним примером двигателя, работающего на сжиженном природном газе, в котором используется передовая технология высокого давления.
Westport рекомендует использовать КПГ для двигателей объемом 7 литров или меньше и СПГ с непосредственным впрыском для двигателей объемом от 20 до 150 литров. Для двигателей объемом от 7 до 20 литров рекомендуется любой из вариантов. См. слайд 13 из презентации NGV Bruxelles – Industry Innovation Session. [61]
Мощные двигатели для нефтяной промышленности, горнодобывающей промышленности, локомотивов и судостроения разрабатывались или разрабатываются. [62] Пол Бломерус написал статью [63], в которой пришел к выводу, что для удовлетворения мировых потребностей в таких мощных двигателях к 2025–2030 годам может потребоваться до 40 миллионов тонн СПГ в год (примерно 26,1 миллиарда галлонов в год или 71 миллион галлонов в день).
По данным на конец первого квартала 2015 года, компания Prometheus Energy Group Inc. заявила, что за четыре предыдущих года поставила на промышленный рынок более 100 миллионов галлонов СПГ [64] и продолжает привлекать новых клиентов.
В некоторых портах бункеровка СПГ осуществляется с помощью заправки с грузовика на судно. Этот тип заправки СПГ прост в реализации, если есть запас СПГ.
Компания по фидерным и каботажным перевозкам Unifeeder с конца 2017 года эксплуатирует первое в мире контейнерное судно, работающее на СПГ, Wes Amelie, курсирующее между портом Роттердам и странами Балтии по еженедельному графику. [65] Компания по контейнерным перевозкам Maersk Group решила внедрить контейнеровозы, работающие на СПГ. [66] Группа DEME заключила контракт с Wärtsilä на поставку двухтопливных (ДТ) двигателей для своего земснаряда нового поколения класса «Antigoon». [67] Компания Crowley Maritime из Джексонвилла, Флорида , спустила на воду два судна ConRo, работающих на СПГ, Coquí и Taino, в 2018 и 2019 годах соответственно. [68]
В 2014 году Shell заказала специальное судно-бункеровщик СПГ. [69] Планируется, что оно будет введено в эксплуатацию в Роттердаме летом 2017 года [70].
Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ), принятая ИМО , предписала, что морские суда не должны потреблять топливо (бункерное топливо, дизельное топливо и т. д.) с содержанием серы более 0,5% с 2020 года в международных водах и прибрежных зонах стран, принявших те же правила. Замена высокосернистого бункерного топлива на бессернистый СПГ требуется в крупных масштабах в секторе морского транспорта, поскольку жидкое топливо с низким содержанием серы дороже СПГ. [71] Япония планирует использовать СПГ в качестве бункерного топлива к 2020 году. [72] [73]
BHP , одна из крупнейших горнодобывающих компаний в мире, намерена ввести в эксплуатацию суда для перевозки полезных ископаемых, работающие на СПГ, к концу 2021 года. [74]
В январе 2021 года в эксплуатации находилось 175 морских судов, работающих на СПГ, и заказано еще 200 судов. [75]
На железной дороге Флориды Восточного побережья имеется 24 локомотива GE ES44C4, адаптированных для работы на сжиженном природном газе. [76]
Мировая торговля СПГ стремительно растёт с незначительного объёма в 1970 году до, как ожидается, существенного объёма к 2020 году. [77] Для справки: в 2014 году мировое производство сырой нефти составило 14,6 млн кубометров (92 млн баррелей) в день [78] или 54 600 тераватт-часов (186,4 квадриллиона британских тепловых единиц ) в год.
В 1970 году объем мировой торговли СПГ составил 3 миллиарда кубических метров (млрд куб. м) (0,11 квадра). [79] В 2011 году он составил 331 миллиард куб. м (11,92 квадра). [79] США начали экспортировать СПГ в феврале 2016 года. Согласно прогнозу Black & Veatch от октября 2014 года, к 2020 году только США будут экспортировать от 10 до 14 миллиардов куб. футов в день (от 280 до 400 миллионов м3 в день) или по теплотворной способности от 3,75 до 5,25 квадра (от 1100 до 1540 ТВт·ч). [80] По прогнозам E&Y, к 2020 году мировой спрос на СПГ может достичь 400 млн тонн в год (19,7 квадрациклов). [81] Если это произойдет, рынок СПГ составит примерно 10% от мирового рынка сырой нефти, и это без учета подавляющего большинства природного газа, который поставляется по трубопроводу напрямую от скважины к потребителю.
В 2004 году на СПГ приходилось 7 процентов мирового спроса на природный газ. [82] Ожидается, что мировая торговля СПГ, которая увеличивалась на 7,4 процента в год в течение десятилетия с 1995 по 2005 год, продолжит существенно расти. [83] Ожидается, что торговля СПГ будет увеличиваться на 6,7 процента в год с 2005 по 2020 год. [83]
До середины 1990-х годов спрос на СПГ был в значительной степени сконцентрирован в Северо-Восточной Азии: Японии, Южной Корее и Тайване . В то же время поставки из Тихоокеанского бассейна доминировали в мировой торговле СПГ. [83] Всемирный интерес к использованию газовых комбинированных генераторных установок для выработки электроэнергии в сочетании с неспособностью поставок природного газа из Северной Америки и Северного моря удовлетворить растущий спрос существенно расширили региональные рынки СПГ. Это также привело к появлению в торговле новых поставщиков из Атлантического бассейна и Ближнего Востока. [83]
К концу 2017 года насчитывалось 19 стран-экспортеров СПГ и 40 стран-импортеров СПГ. Тремя крупнейшими экспортерами СПГ в 2017 году были Катар (77,5 тонн), Австралия (55,6 тонн) и Малайзия (26,9 тонн). Тремя крупнейшими импортерами СПГ в 2017 году были Япония (83,5 тонн), Китай (39 тонн) и Южная Корея (37,8 тонн). [84] Объемы торговли СПГ увеличились с 142 МТ в 2005 году до 159 МТ в 2006 году, 165 МТ в 2007 году, 171 МТ в 2008 году, 220 МТ в 2010 году, 237 МТ в 2013 году, 264 МТ в 2016 году и 290 МТ в 2017 году. [84] Мировое производство СПГ составило 246 МТ в 2014 году, [85] большая часть которого была использована в торговле между странами. [86] В течение следующих нескольких лет объем торговли СПГ значительно увеличится. [81] Например, только в 2009 году на рынок поступило около 59 МТГ новых поставок СПГ с шести новых заводов, в том числе:
В 2006 году Катар стал крупнейшим в мире экспортёром СПГ. [79] По состоянию на 2012 год Катар является источником 25 процентов мирового экспорта СПГ. [79] По состоянию на 2017 год Катар, по оценкам, поставлял 26,7% мирового СПГ. [84]
Инвестиции в экспортные мощности США росли к 2013 году, эти инвестиции были стимулированы ростом добычи сланцевого газа в США и большой разницей в ценах между ценами на природный газ в США и в Европе и Азии. Cheniere Energy стала первой компанией в США, которая получила разрешение и экспортировала СПГ в 2016 году. [8] После соглашения между США и ЕС в 2018 году экспорт из США в ЕС увеличился. [87] В ноябре 2021 года американский производитель Venture Global LNG подписал двадцатилетний контракт с государственной китайской компанией Sinopec на поставку сжиженного природного газа. [88] Импорт Китая из США в США увеличится более чем вдвое. [89] Экспорт сжиженного природного газа из США в Китай и другие азиатские страны резко вырос в 2021 году , причем азиатские покупатели готовы платить более высокие цены, чем европейские импортеры. [90] Ситуация изменилась в 2022 году, когда большая часть американского СПГ пошла в Европу. Контракты на экспорт СПГ из США в основном заключаются на 15–20 лет. [91] Экспорт из США, вероятно, достигнет 13,3 млрд куб. футов в день в 2024 году из-за проектов, запускаемых в эксплуатацию в Мексиканском заливе. [92]
В 1964 году Великобритания и Франция осуществили первую сделку по поставке СПГ, закупив газ у Алжира , что ознаменовало начало новой эры в энергетике.
В 2014 году 19 стран экспортировали СПГ. [79]
По сравнению с рынком сырой нефти, в 2013 году рынок природного газа составлял около 72 процентов рынка сырой нефти (измеренного на основе теплового эквивалента), [93] из которых СПГ составляет небольшую, но быстро растущую часть. Большая часть этого роста обусловлена потребностью в чистом топливе и некоторым эффектом замещения из-за высокой цены на нефть (в первую очередь в секторах отопления и производства электроэнергии).
Япония, Южная Корея , Испания, Франция, Италия и Тайвань импортируют большие объемы СПГ из-за нехватки энергии. В 2005 году Япония импортировала 58,6 млн тонн СПГ, что составило около 30 процентов мировой торговли СПГ в том году. Также в 2005 году Южная Корея импортировала 22,1 млн тонн, а в 2004 году Тайвань импортировал 6,8 млн тонн. Эти три основных покупателя закупают примерно две трети мирового спроса на СПГ. Кроме того, Испания импортировала около 8,2 млн тонн в год в 2006 году, что сделало ее третьим по величине импортером. Франция также импортировала аналогичные объемы, что и Испания. [ необходима цитата ] После ядерной катастрофы на Фукусиме в марте 2011 года Япония стала крупным импортером, на долю которого приходится одна треть от общего объема. [94] Европейский импорт СПГ упал на 30 процентов в 2012 году и еще на 24 процента в 2013 году, поскольку южноамериканские и азиатские импортеры платили больше. [95] Импорт СПГ в Европу достиг новых высот в 2019 году, оставался высоким в 2020 и 2021 годах и увеличился еще больше в 2022 году. [91] Основными странами-поставщиками были Катар, США и Россия. [96]
В 2017 году мировой импорт СПГ достиг 289,8 [97] миллионов тонн СПГ. В 2017 году 72,9% мирового спроса на СПГ пришлось на Азию. [98]
На основании соглашений о поставках СПГ СПГ направляется в заранее согласованные пункты назначения, и перенаправление этого СПГ не допускается. Однако, если Продавец и Покупатель приходят к взаимному соглашению, то перенаправление груза разрешается — при условии распределения дополнительной прибыли, полученной в результате такого перенаправления, путем уплаты штрафной пошлины. [91] В Европейском Союзе и некоторых других юрисдикциях не разрешается применять положение о распределении прибыли в соглашениях о поставках СПГ.
В течение длительного периода времени усовершенствования конструкций установок по сжижению газа и танкеров приводили к снижению затрат.
В 1980-х годах стоимость строительства завода по сжижению природного газа составляла $350/т/год (тонна в год). В 2000-х годах она составляла $200/т/год. В 2012 году стоимость может достигать $1000/т/год, отчасти из-за роста цен на сталь. [79]
Еще в 2003 году было принято считать, что это эффект «кривой обучения», который будет продолжаться и в будущем. Но это восприятие неуклонно снижающихся затрат на СПГ было разрушено в последние несколько лет. [83]
Стоимость строительства новых проектов по производству СПГ начала стремительно расти с 2004 года и увеличилась примерно с 400 долларов США за тонну в год мощности до 1000 долларов США за тонну в год мощности в 2008 году.
Основные причины резкого роста затрат в отрасли СПГ можно описать следующим образом:
За исключением проектов с высокой стоимостью, рост на 120% за период 2002-2012 гг. больше соответствует эскалации в нефтегазовой отрасли, о которой сообщает индекс UCCI [99]
Финансовый кризис 2007–2008 годов и Великая рецессия привели к общему снижению цен на сырье и оборудование, что несколько снизило стоимость строительства заводов по производству СПГ. [100] [101] Однако к 2012 году это было более чем компенсировано ростом спроса на материалы и рабочую силу для рынка СПГ.
Малогабаритные заводы по сжижению газа подходят для пикового распределения на газопроводах, в качестве транспортного топлива или для поставок природного газа в отдаленные районы, не подключенные к трубопроводам. [102] Обычно они имеют компактный размер, питаются от газопровода и располагаются недалеко от места, где будет использоваться СПГ. Такая близость снижает транспортные и продуктовые затраты для потребителей. [103] [104] Это также позволяет избежать дополнительных выбросов парниковых газов, образующихся при длительной транспортировке.
Малогабаритный завод СПГ также позволяет локализовать пиковые нагрузки — балансируя доступность природного газа в периоды высокого и низкого спроса. Он также позволяет сообществам, не имеющим доступа к газопроводам, устанавливать локальные распределительные системы и снабжать их хранящимся СПГ. [105]
В текущих контрактах на поставку СПГ используются три основные системы ценообразования:
Формула индексированной цены выглядит следующим образом:
КП = БП + β X
Формула широко использовалась в азиатских СПГ-СП, где базовая цена представляет собой различные ненефтяные факторы, но обычно является константой, определяемой путем переговоров на уровне, который может предотвратить падение цен на СПГ ниже определенного уровня. Таким образом, она меняется независимо от колебаний цен на нефть.
Некоторые покупатели СПГ уже подписали контракты на будущие поставки из США по ценам, привязанным к ценам Henry Hub . [107] Цена экспортного контракта СПГ Cheniere Energy состоит из фиксированной платы (пошлины за сжижение) плюс 115% от Henry Hub за миллион британских тепловых единиц СПГ. [108] Плата за пошлину в контрактах Cheniere варьируется: 2,25 долл. США за миллион британских тепловых единиц (7,7 долл. США/МВт·ч) с BG Group, подписанного в 2011 году; 2,49 долл. США за миллион британских тепловых единиц (8,5 долл. США/МВт·ч) с испанской GNF, подписанного в 2012 году; и 3,00 долл. США за миллион британских тепловых единиц (10,2 долл. США/МВт·ч) с южнокорейскими Kogas и Centrica, подписанного в 2013 году. [109]
Нефтяной паритет — это цена СПГ, которая будет равна цене сырой нефти в пересчете на баррель нефтяного эквивалента (БНЭ). Если цена СПГ превышает цену сырой нефти в пересчете на БНЭ, то ситуация называется нарушенным нефтяным паритетом. Коэффициент 0,1724 приводит к полному нефтяному паритету. В большинстве случаев цена СПГ ниже цены сырой нефти в пересчете на БНЭ.
В 2009 году в нескольких спотовых грузовых сделках, особенно в Восточной Азии, нефтяной паритет приблизился к полному нефтяному паритету или даже превысил нефтяной паритет. [110] В январе 2016 года спотовая цена СПГ в размере 5,461 долл. США за миллион британских тепловых единиц (18,63 долл. США/МВт-ч) нарушила нефтяной паритет, когда цена на нефть марки Brent (≤32 долл. США/баррель) резко упала. [111] К концу июня 2016 года цена СПГ упала почти на 50% ниже нефтяного паритета, что сделало его более экономичным, чем более загрязняющие окружающую среду дизельное топливо/газойль в транспортном секторе. [112] СПГ ненадолго коснулся нефтяного паритета зимой 2018/2019 годов [113], а затем поднялся выше него во время недавнего мирового энергетического кризиса в середине 2021 года [114], упав ниже него только в начале 2024 года. [115]
Большая часть торговли СПГ регулируется долгосрочными контрактами. Многие формулы включают S-образную кривую , где формула цены отличается выше и ниже определенной цены на нефть, чтобы смягчить влияние высоких цен на нефть на покупателя и низких цен на нефть на продавца. Когда спотовая цена СПГ дешевле долгосрочных контрактов, индексированных по цене на нефть, наиболее прибыльным конечным использованием СПГ является питание мобильных двигателей для замены дорогостоящего потребления бензина и дизельного топлива.
В большинстве восточноазиатских контрактов на СПГ ценовая формула индексируется к корзине сырой нефти, импортируемой в Японию, которая называется Japan Crude Cocktail (JCC). В индонезийских контрактах на СПГ ценовая формула привязана к Indonesian Crude Price (ICP).
В континентальной Европе индексация формулы цены не следует одному и тому же формату и варьируется от контракта к контракту. Цена на нефть марки Brent (B), цена на тяжелое топливо (HFO), цена на легкое топливо (LFO), цена на газойль (GO), цена на уголь, цена на электроэнергию и в некоторых случаях индексы потребительских цен и цен производителей являются элементами индексации формул цены.
Обычно существует положение, позволяющее сторонам инициировать пересмотр цен или повторное открытие цен в СПГ-СП. В некоторых контрактах есть два варианта инициирования пересмотра цен: регулярный и специальный. Регулярные — это даты, которые будут согласованы и определены в СПГ-СП с целью пересмотра цен.
Качество СПГ является одним из важнейших вопросов в бизнесе СПГ. Любой газ, который не соответствует согласованным спецификациям в договоре купли-продажи, считается «некондиционным» (off-spec) или «некачественным» газом или СПГ. Регулирование качества служит трем целям: [116]
В случае некондиционного газа или СПГ покупатель может отказаться принять газ или СПГ, а продавец должен выплатить неустойку за соответствующие объемы некондиционного газа.
Качество газа или СПГ измеряется в пункте доставки с помощью такого прибора, как газовый хроматограф.
Наиболее важными проблемами качества газа являются содержание серы и ртути, а также теплотворная способность. В связи с чувствительностью установок сжижения к элементам серы и ртути, газ, отправляемый на процесс сжижения, должен быть тщательно очищен и протестирован, чтобы обеспечить минимально возможную концентрацию этих двух элементов перед поступлением на установку сжижения, поэтому они не вызывают особого беспокойства.
Однако, главная проблема — это теплотворная способность газа. Обычно рынки природного газа можно разделить на три рынка по теплотворной способности: [116]
Существует несколько методов изменения теплотворной способности произведенного СПГ до желаемого уровня. Для повышения теплотворной способности решением является впрыскивание пропана и бутана. Для снижения теплотворной способности проверенными решениями являются впрыскивание азота и извлечение бутана и пропана. Решением может быть смешивание с газом или СПГ; однако все эти решения, хотя теоретически и жизнеспособны, могут быть дорогостоящими и логистически сложными для реализации в больших масштабах. Цена на бедный СПГ с точки зрения энергетической ценности ниже, чем цена на богатый СПГ. [117]
Для крупных заводов СПГ с базовой нагрузкой доступно несколько процессов сжижения (в порядке распространенности): [118]
По состоянию на январь 2016 года мировая номинальная мощность сжижения природного газа составляла 301,5 млн тонн в год, а еще 142 млн тонн в год находились в стадии строительства. [119]
Большинство этих поездов используют технологию APCI AP-C3MR или Cascade для процесса сжижения. Другие процессы, используемые в небольшом количестве некоторых заводов по сжижению, включают технологию DMR (двойное смешивание хладагента) Shell и технологию Linde.
Технология APCI является наиболее используемым процессом сжижения на заводах СПГ: из 100 действующих или строящихся линий сжижения 86 линий общей мощностью 243 MTPA были спроектированы на основе процесса APCI. Процесс Phillips' Cascade является вторым по использованию, он используется в 10 линиях общей мощностью 36,16 MTPA. Процесс Shell DMR использовался в трех линиях общей мощностью 13,9 MTPA; и, наконец, процесс Linde/Statoil используется в одной линии Snohvit мощностью 4,2 MTPA.
Плавучие объекты сжиженного природного газа (FLNG) плавают над морским газовым месторождением и производят, сжижают, хранят и передают СПГ (и потенциально LPG и конденсат ) в море, прежде чем перевозчики отправят его напрямую на рынки. Первый объект FLNG в настоящее время находится в разработке Shell, [120] и должен быть завершен в 2018 году. [121]
Современные резервуары для хранения СПГ, как правило, представляют собой резервуары полного герметичного типа, которые имеют предварительно напряженную бетонную внешнюю стенку и стальной резервуар с высоким содержанием никеля с чрезвычайно эффективной изоляцией между стенками. Большие резервуары имеют низкое соотношение сторон (высота к ширине) и цилиндрическую конструкцию с куполообразной стальной или бетонной крышей. Давление хранения в этих резервуарах очень низкое, менее 10 килопаскалей (1,5 фунта на квадратный дюйм ). Иногда для хранения используются более дорогие подземные резервуары. Меньшие объемы (например, 700 кубических метров (180 000 галлонов США) и меньше) могут храниться в горизонтальных или вертикальных сосудах высокого давления с вакуумной рубашкой. Эти резервуары могут находиться под давлением от менее 50 до более 1700 кПа (7,3–246,6 фунта на квадратный дюйм).
СПГ должен сохраняться холодным, чтобы оставаться жидким, независимо от давления. Несмотря на эффективную изоляцию, неизбежно будет некоторая утечка тепла в СПГ, что приведет к испарению СПГ. Этот газ испарения сохраняет СПГ холодным (см. «Охлаждение» ниже). Газ испарения обычно сжимается и экспортируется как природный газ , или его повторно сжижают и возвращают в хранилище.
СПГ перевозится на специально спроектированных судах с двойными корпусами, защищающими грузовые системы от повреждений или утечек. Существует несколько специальных методов проверки герметичности для проверки целостности мембранных грузовых танков судна СПГ. [122]
Стоимость танкеров составляет около 200 миллионов долларов США каждый. [79]
Транспортировка и поставка являются важным аспектом газового бизнеса, поскольку запасы природного газа обычно находятся довольно далеко от потребительских рынков. Природный газ имеет гораздо больший объем для транспортировки, чем нефть, и большая часть газа транспортируется по трубопроводам. В бывшем Советском Союзе , Европе и Северной Америке есть сеть трубопроводов природного газа. Природный газ менее плотный, даже при более высоком давлении. Природный газ будет перемещаться намного быстрее, чем нефть, по трубопроводу высокого давления, но может передавать только около одной пятой количества энергии в день из-за более низкой плотности. Природный газ обычно сжижается до СПГ в конце трубопровода, перед отправкой.
Доступны короткие трубопроводы СПГ для использования при перемещении продукта с судов СПГ на береговые хранилища. Более длинные трубопроводы, которые позволяют судам выгружать СПГ на большем расстоянии от портовых сооружений, находятся в стадии разработки. Это требует технологии «труба в трубе» из-за требований по поддержанию СПГ в холодном состоянии. [123]
СПГ транспортируется с использованием автоцистерн, [124] железнодорожных цистерн, [125] и специально построенных судов, известных как танкеры для перевозки СПГ . СПГ иногда доводится до криогенных температур, чтобы увеличить вместимость танкера. Первые коммерческие перевозки с судна на судно (STS) были осуществлены в феврале 2007 года на объекте Flotta в Скапа-Флоу [126], когда между судами Excalibur и Excelsior было передано 132 000 м 3 СПГ. Перевозки также осуществлялись Exmar Shipmanagement , бельгийским владельцем газовых танкеров в Мексиканском заливе , что включало перекачку СПГ с обычного танкера для перевозки СПГ на судно для регазификации СПГ (LNGRV). До этого коммерческого учения СПГ перекачивался с судна на судно лишь несколько раз в связи с необходимостью после инцидента. [ необходима цитата ] Общество международных операторов газовых танкеров и терминалов ( SIGTTO ) является ответственным органом для операторов СПГ по всему миру и стремится распространять знания о безопасной транспортировке СПГ по морю. [127]
Помимо судов, работающих на СПГ, СПГ также используется в некоторых самолетах .
Сжиженный природный газ используется для транспортировки природного газа на большие расстояния, часто по морю. В большинстве случаев терминалы СПГ представляют собой специально построенные порты, используемые исключительно для экспорта или импорта СПГ.
В Соединенном Королевстве имеются мощности по импорту СПГ объемом до 50 миллиардов кубометров в год. [128]
Изоляция, какой бы эффективной она ни была, сама по себе не будет поддерживать СПГ достаточно холодным. Неизбежно, утечка тепла нагреет и испарит СПГ. Промышленная практика заключается в хранении СПГ в виде кипящего криогена . То есть жидкость хранится при температуре кипения для давления, при котором она хранится (атмосферное давление). По мере того, как пар выкипает, тепло для фазового перехода охлаждает оставшуюся жидкость. Поскольку изоляция очень эффективна, для поддержания температуры необходимо лишь относительно небольшое количество выкипания. Это явление также называется автоохлаждением .
Газ от испарения из наземных резервуаров для хранения СПГ обычно сжимается и подается в сети трубопроводов природного газа . Некоторые газовозы используют газ от испарения в качестве топлива.
Природный газ можно считать наименее экологически вредным ископаемым топливом, поскольку он имеет самые низкие выбросы CO2 на единицу энергии и подходит для использования на высокоэффективных электростанциях комбинированного цикла . Для эквивалентного количества тепла сжигание природного газа производит примерно на 30 процентов меньше углекислого газа , чем сжигание нефти, и примерно на 45 процентов меньше, чем сжигание угля . [129] Биометан считается примерно CO2 - нейтральным и позволяет избежать большинства проблем с выбросами CO2 . Если его сжижать (как LBM), он выполняет те же функции, что и СПГ. [130]
В расчете на километр транспортировки выбросы от СПГ ниже, чем от природного газа, поставляемого по трубопроводу, что является особой проблемой в Европе, где значительные объемы газа транспортируются по трубопроводу на расстояние в несколько тысяч километров от России. Однако выбросы от природного газа, транспортируемого в виде СПГ, могут быть выше, чем от природного газа, добываемого в регионе и поставляемого по трубопроводу к месту сжигания, поскольку выбросы, связанные с транспортировкой, ниже для последнего. [131]
Однако на западном побережье США, где до бума фрекинга в США было предложено построить до трех новых терминалов по импорту СПГ, экологические группы, такие как Pacific Environment , Ratepayers for Affordable Clean Energy (RACE) и Rising Tide , выступили против них. [132] Они утверждали, что, хотя электростанции на природном газе выбрасывают примерно половину углекислого газа эквивалентной угольной электростанции, сжигание природного газа, необходимое для производства и транспортировки СПГ на заводы, добавляет на 20–40 процентов больше углекислого газа, чем сжигание только природного газа. [133] В рецензируемом исследовании 2015 года оценивался полный жизненный цикл СПГ, произведенного в США и потребленного в Европе или Азии. [134] В нем сделан вывод о том, что мировое производство CO2 сократится из-за сокращения сжигания других видов ископаемого топлива.
Некоторые ученые и местные жители выразили обеспокоенность по поводу потенциального влияния подземной инфраструктуры хранения СПГ в Польше на морскую жизнь в Балтийском море . [135] Аналогичные опасения были высказаны и в Хорватии . [136]
Природный газ является топливом и горючим веществом. Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации принимаются особые меры при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов СПГ. В морском транспорте правила использования СПГ в качестве судового топлива изложены в Кодексе IGF . [137]
В жидком состоянии СПГ не взрывоопасен и не может воспламениться. Чтобы СПГ загорелся, он должен сначала испариться, затем смешаться с воздухом в соответствующих пропорциях ( диапазон воспламеняемости составляет от 5 до 15 процентов), а затем воспламениться. В случае утечки СПГ быстро испаряется, превращаясь в газ (метан плюс следовые газы) и смешиваясь с воздухом. Если эта смесь находится в пределах диапазона воспламеняемости , существует риск возгорания, что может создать опасность пожара и теплового излучения .
Выброс газа из транспортных средств, работающих на СПГ, может создать опасность возгорания, если они припаркованы в помещении дольше недели. Кроме того, из-за низкой температуры заправка транспортного средства, работающего на СПГ, требует обучения, чтобы избежать риска обморожения . [138] [139]
Танкеры для перевозки СПГ прошли более 100 миллионов миль без единой гибели людей на борту или хотя бы без крупной аварии. [140]
Ниже перечислены несколько аварий на объекте, связанных с СПГ:
8 мая 2018 года Соединенные Штаты вышли из Совместного всеобъемлющего плана действий с Ираном , восстановив санкции против Ирана против его ядерной программы. [147] В ответ Иран пригрозил закрыть Ормузский пролив для международного судоходства. [148] Ормузский пролив является стратегическим маршрутом, через который проходит треть мирового СПГ от производителей на Ближнем Востоке. [149]
В январе 2024 года Катар остановил танкеры со сжиженным природным газом через Баб-эль-Мандебский пролив после того, как авиаудары под руководством США по целям хуситов в Йемене увеличили риски в проливе. [150] Танкеры с СПГ были вынуждены обойти Африку через мыс Доброй Надежды, чтобы избежать зоны боевых действий. [151]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )