Сжиженный природный газ ( СПГ ) — это природный газ (преимущественно метан , CH 4 , с некоторой смесью этана , C 2 H 6 ), охлажденный 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 по температуре и давлению .
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, охлаждая его примерно до -162 ° C (-260 ° F); максимальное транспортное давление установлено 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 встречаются и другие газы, особенно CO 2 . Эти газы имеют широкий диапазон температур кипения, а также различную теплоту сгорания, что позволяет использовать разные пути коммерциализации и различное использование. «Кислотные» элементы, такие как сероводород (H 2 S) и углекислый газ (CO 2 ), вместе с нефтью, грязью, водой и ртутью удаляются из газа с получением чистого подслащенного потока газа. Неспособность удалить большую часть или все такие кислотные молекулы, ртуть и другие примеси может привести к повреждению оборудования. Коррозия стальных труб и амальгамация ртути с алюминием в криогенных теплообменниках могут привести к дорогостоящему ущербу.
Газовый поток обычно разделяется на сжиженные нефтяные фракции (бутан и пропан), которые можно хранить в жидкой форме при относительно низком давлении, и более легкие фракции этана и метана. Эти более легкие фракции метана и этана затем сжижаются и составляют основную часть отгружаемого СПГ.
В 20 веке природный газ считался экономически незначимым там, где газодобывающие нефтяные или газовые месторождения находились далеко от газопроводов или располагались в морских районах, где трубопроводы были нежизнеспособны. В прошлом это обычно означало, что добываемый природный газ обычно сжигался на факелах , особенно потому, что, в отличие от нефти, не существовало другого жизнеспособного метода хранения или транспортировки природного газа, кроме трубопроводов сжатого газа 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 хранилищ СПГ также привело к повышению надежности сетей, что ранее считалось невозможным. Учитывая, что хранение других видов топлива относительно легко обеспечить с помощью простых резервуаров, на складах можно хранить запас на несколько месяцев. С появлением крупномасштабных криогенных хранилищ появилась возможность создания долгосрочных резервов хранения газа. Эти запасы сжиженного газа могут быть задействованы в любой момент посредством процессов регазификации , и сегодня они являются для сетей основным средством удовлетворения местных требований по снижению пиковых нагрузок. [1]
Теплотворная способность зависит от источника используемого газа и процесса его сжижения. Диапазон теплотворной способности может составлять от ± 10 до 15 процентов. Типичное значение высшей теплотворной способности СПГ составляет примерно 50 МДж/кг или 21 500 БТЕ/фунт. [2] Типичное значение нижней теплотворной способности СПГ составляет 45 МДж/кг или 19 350 БТЕ/фунт.
В целях сравнения различных видов топлива теплотворная способность может быть выражена в единицах энергии на объем, которая известна как плотность энергии, выраженная в МДж/литр. Плотность СПГ составляет примерно от 0,41 до 0,5 кг/литр, в зависимости от температуры, давления и состава [3] по сравнению с водой с плотностью 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 энергетическая плотность СПГ примерно в 2,4 раза выше, чем у сжатого природного газа (СПГ), что делает экономичной транспортировку природного газа на судах в виде СПГ. Энергетическая плотность СПГ сравнима с плотностью пропана и этанола , но составляет лишь 60 процентов от плотности дизельного топлива и 70 процентов от плотности бензина . [4]
Эксперименты по изучению свойств газов начались в начале 17 века. К середине XVII века Роберт Бойль установил 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 то время предпринимались попытки сжижать газы. Было открыто много новых фактов о природе газов. Например, в начале девятнадцатого века Каньяр де ла Тур показал, что существует температура, выше которой газ не может сжижаться. В середине-конце девятнадцатого века был большой толчок к сжижению всех газов. Ряд ученых, в том числе Майкл Фарадей , Джеймс Джоуль и Уильям Томсон (лорд Кельвин), проводили эксперименты в этой области. В 1886 году Кароль Ольшевский сжижал метан, основной компонент природного газа. К 1900 году все газы были сжижены, кроме 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 некоторых видов природного газа. Этот гелий предназначался для использования в британских дирижаблях времен Первой мировой войны. Сжиженный природный газ (СПГ) не хранился, а регазифицировался и сразу же подавался в газопровод. [5]
Ключевые патенты, касающиеся сжижения природного газа, датируются 1915 годом и серединой 1930-х годов. В 1915 году Годфри Кэбот запатентовал метод хранения сжиженных газов при очень низких температурах. Он представлял собой конструкцию типа термоса , включающую холодный внутренний резервуар внутри внешнего резервуара; резервуары разделены изоляцией. В 1937 году Ли Туми получил патент на процесс крупномасштабного сжижения природного газа. Цель заключалась в том, чтобы хранить природный газ в жидком виде, чтобы его можно было использовать для снижения пиковых энергетических нагрузок во время похолоданий. Из-за больших объемов нецелесообразно хранить природный газ в чистом виде при давлении, близком к атмосферному. Однако в сжиженном состоянии его можно хранить в объеме, составляющем 1/600 от его размера. Это практичный способ хранения, но газ должен храниться при температуре –260 °F (–162 °C).
Существует два процесса сжижения природного газа в больших количествах. Первым является каскадный процесс, при котором природный газ охлаждается другим газом, который, в свою очередь, охлаждается еще одним газом, поэтому он называется «каскадным» процессом. Перед циклом сжиженного природного газа обычно проводятся два каскадных цикла. Другой метод — это процесс Линде , иногда используется разновидность процесса Линде, называемая процессом Клода. В этом процессе газ охлаждается регенеративно, постоянно пропуская и расширяя его 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 Туми 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 подобный завод в мире. Первоначально он имел три сферы диаметром примерно 63 фута, содержащие СПГ при температуре -260 °F. Каждая сфера содержала эквивалент примерно 50 миллионов кубических футов природного газа. Четвертый резервуар, баллон, был добавлен в 1942 году. Его эквивалентная емкость составляла 100 миллионов кубических футов газа. Завод успешно проработал три года. Накопленный газ был регазифицирован и подан в сеть, когда наступали похолодания и требовалась дополнительная мощность. Это исключило отказ в подаче газа некоторым потребителям во время похолодания.
Завод в Кливленде вышел из строя 20 октября 1944 года, когда цилиндрический резервуар взорвался, в результате чего тысячи галлонов СПГ разлились по заводу и близлежащим окрестностям. Газ испарился и загорелся, в результате чего погибло 130 человек. [6] Пожар задержал дальнейшее строительство объектов СПГ на несколько лет. Однако в течение следующих 15 лет новые исследования низкотемпературных сплавов и лучших изоляционных материалов подготовили почву для возрождения отрасли. Он возобновился в 1959 году, когда американский корабль «Либерти» времен Второй мировой войны «Метан Пионер» , переоборудованный для перевозки СПГ, осуществил доставку СПГ с побережья Мексиканского залива США в испытывающую энергетический голод Великобританию. В июне 1964 года вступил в строй первый в мире специально построенный газовоз-газовоз « Метановая принцесса» . [7] Вскоре после этого в Алжире было обнаружено крупное месторождение природного газа. Вскоре последовала международная торговля СПГ, поскольку СПГ поставлялся во Францию и Великобританию с месторождений Алжира. Теперь была использована еще одна важная особенность СПГ. Когда природный газ стал сжиженным, его стало легче не только хранить, но и транспортировать. Таким образом, энергия теперь может транспортироваться через океаны с помощью СПГ так же, как она транспортировалась в виде нефти.
Производство СПГ в США возобновилось в 1965 году со строительством ряда новых заводов, которое продолжалось до 1970-х годов. Эти станции использовались не только для снижения пиковых нагрузок, как в Кливленде, но и для базового снабжения мест, где до этого никогда не было природного газа. Ряд импортных объектов был построен на восточном побережье в ожидании необходимости импорта энергии через СПГ. Однако недавний бум добычи природного газа в США (2010–2014 гг.), вызванный гидроразрывом пласта («разрыв пласта»), привел к тому, что многие из этих импортных объектов стали рассматриваться как экспортные. Первый экспорт СПГ из США был завершен в начале 2016 года. [8]
Процесс начинается с предварительной обработки сырья природного газа, поступающего в систему, для удаления примесей, таких как H 2 S , CO 2 , H 2 O, ртути и углеводородов с более высокими цепями . Затем сырьевой газ поступает в установку сжижения, где он охлаждается до температуры от -145 °C до -163 °C [9] . Хотя тип или количество циклов нагрева и/или используемые хладагенты могут варьироваться в зависимости от технологии, основной процесс включает циркуляцию газ через змеевики алюминиевых трубок и воздействие сжатого хладагента. [9] Поскольку хладагент испаряется, передача тепла приводит к охлаждению газа в змеевиках. [9] Затем СПГ хранится в специализированном изолированном резервуаре с двойными стенками при атмосферном давлении и готов к транспортировке до конечного пункта назначения. [9]
Большая часть внутреннего СПГ перевозится по суше на грузовиках/прицепах, рассчитанных на криогенные температуры. [9] Межконтинентальные перевозки СПГ осуществляются специальными танкерами. Транспортные резервуары СПГ состоят из внутреннего стального или алюминиевого отсека и внешнего отсека из углеродистой или стальной стали с вакуумной системой между ними для уменьшения количества теплопередачи. [9] На объекте СПГ необходимо хранить в резервуарах с вакуумной изоляцией или с плоским дном . [9] Когда СПГ готов к распределению, он поступает на установку регазификации, где он закачивается в испаритель и нагревается обратно в газообразную форму. [9] Затем газ поступает в газораспределительную систему и доставляется конечному потребителю. [9]
Природный газ, подаваемый на завод СПГ, будет подвергаться очистке для удаления воды, сероводорода , углекислого газа , бензола и других компонентов, которые замерзнут при низких температурах, необходимых для хранения, или будут разрушительны для установки по сжижению природного газа. СПГ обычно содержит более 90% метана . Он также содержит небольшое количество этана , пропана , бутана , некоторых более тяжелых алканов и азота. Процесс очистки можно спланировать так, чтобы получить почти 100% метана . Одним из рисков СПГ является взрыв с быстрым фазовым переходом (RPT), который происходит при контакте холодного СПГ с водой . [10]
Наиболее важной инфраструктурой, необходимой для производства и транспортировки СПГ, является завод СПГ, состоящий из одной или нескольких линий СПГ, каждая из которых представляет собой независимую установку по сжижению и очистке газа. Типичная линия состоит из зоны сжатия, зоны конденсатора пропана и зон метана и этана .
Крупнейшая действующая линия СПГ находится в Катаре, ее общая производственная мощность составляет 7,8 млн тонн в год (MTPA). СПГ загружается на суда и доставляется на терминал регазификации, где СПГ расширяется и снова превращается в газ. Терминалы регазификации обычно подключаются к хранилищам и трубопроводной распределительной сети для распределения природного газа местным распределительным компаниям (НРС) или независимым электростанциям (НЭС).
Информация для следующей таблицы частично взята из публикации Управления энергетической информации США. [11]
См. также Список терминалов СПГ.
Во второй половине прошлого века индустрия СПГ развивалась медленно, поскольку большинство заводов СПГ расположены в отдаленных районах, не обслуживаемых трубопроводами, а также из-за высоких затрат на обработку и транспортировку СПГ. Строительство завода по производству СПГ обходится не менее чем в 1,5 миллиарда долларов за мощность на 1 млн тонн в год, приемный терминал стоит 1 миллиард долларов за пропускную способность 1 миллиард кубических футов в день, а суда СПГ стоят 200–300 миллионов долларов.
В начале 2000-х годов цены на строительство заводов СПГ, приемных терминалов и судов упали по мере появления новых технологий и увеличения инвестиций в сжижение и регазификацию газа. Это, как правило, делало СПГ более конкурентоспособным как средство распределения энергии, но растущие материальные затраты и спрос на строительных подрядчиков оказали повышательное давление на цены в последние несколько лет. Стандартная цена судна СПГ емкостью 125 000 кубометров, построенного на европейских и японских верфях, раньше составляла 250 миллионов долларов США. Когда в гонку вступили корейские и китайские верфи, возросшая конкуренция снизила размер прибыли и повысила эффективность, что привело к снижению затрат на 60 процентов. Затраты в долларах США также снизились из-за девальвации валют крупнейших судостроителей мира: японской иены и корейской воны.
С 2004 года большое количество заказов увеличило спрос на слоты верфей, повысив их цену и стоимость кораблей. Стоимость строительства завода по сжижению природного газа за тонну неуклонно падала с 1970-х по 1990-е годы. Стоимость снизилась примерно на 35 процентов. Однако в последнее время стоимость строительства терминалов сжижения и регазификации выросла вдвое из-за удорожания материалов и нехватки квалифицированной рабочей силы, профессиональных инженеров, проектировщиков, менеджеров и других служащих.
Из-за опасений нехватки природного газа на северо-востоке США и избытка природного газа в остальной части страны в Соединенных Штатах рассматривается возможность создания множества новых терминалов для импорта и экспорта СПГ. Обеспокоенность по поводу безопасности таких объектов вызывает разногласия в некоторых регионах, где они предлагаются. Одно из таких мест находится в проливе Лонг-Айленд между Коннектикутом и Лонг-Айлендом. Broadwater Energy , совместное предприятие TransCanada Corp. и Shell, желает построить терминал для импорта СПГ в проливе на стороне Нью-Йорка. Местные политики, в том числе глава администрации округа Саффолк, подняли вопросы по поводу терминала. В 2005 году сенаторы от Нью-Йорка Чак Шумер и Хиллари Клинтон также заявили о своем несогласии с проектом. [22] Несколько предложений по импортным терминалам на побережье штата Мэн также были встречены с высоким уровнем сопротивления и вопросов. 13 сентября 2013 года Министерство энергетики США одобрило заявку компании Dominion Cove Point на экспорт до 770 миллионов кубических футов СПГ в день в страны, не имеющие соглашения о свободной торговле с США [23] . В мае 2014 года FERC завершила экологическую оценку проекта Cove Point LNG, которая установила, что предлагаемый проект экспорта природного газа может быть построен и эксплуатироваться безопасно. [24] Еще один терминал СПГ в настоящее время предлагается на острове Эльба , штат Джорджия. [25] Планы строительства трех экспортных терминалов СПГ в регионе побережья Мексиканского залива США также получили условное федеральное одобрение. [23] [26] В Канаде рядом с Гайсборо , Новая Шотландия , строится экспортный терминал СПГ . [27]
При коммерческом развитии цепочки создания стоимости СПГ поставщики СПГ сначала подтверждают продажи последующим покупателям, а затем подписывают долгосрочные контракты (обычно на 20–25 лет) со строгими условиями и структурой ценообразования на газ. Только когда клиенты будут подтверждены и разработка нового проекта будет признана экономически целесообразной, спонсоры проекта СПГ смогут инвестировать в его разработку и эксплуатацию. Таким образом, бизнес по сжижению природного газа был ограничен игроками с сильными финансовыми и политическими ресурсами. Активными игроками являются крупные международные нефтяные компании (МНК), такие как ExxonMobil , Royal Dutch Shell , BP , Chevron , TotalEnergies , а также национальные нефтяные компании (ННК), такие как Pertamina и Petronas .
СПГ перевозится по всему миру на специально построенных морских судах . Торговля СПГ завершается подписанием SPA (договора купли-продажи) между поставщиком и терминалом-получателем, а также подписанием GSA (договора о продаже газа) между терминалом-получателем и конечными пользователями [28] . Раньше большинство условий контракта заключались на условиях DES или ex-ship , что возлагало ответственность за транспортировку газа на продавца. Однако из-за низких затрат на судостроение и того, что покупатели предпочитают обеспечить надежные и стабильные поставки, количество контрактов на условиях FOB увеличилось. При таких условиях ответственность за транспортировку несет покупатель, который зачастую владеет судном или заключает долгосрочное чартерное соглашение с независимыми перевозчиками.
Раньше соглашения о покупке СПГ заключались на долгосрочную перспективу с относительно небольшой гибкостью как по цене, так и по объемам. Если годовой объем контракта подтвержден, покупатель обязан принять и оплатить товар или оплатить его, даже если он не был принят, в соответствии с так называемым обязательством контракта «бери или плати» (TOP).
В середине 1990-х годов СПГ был рынком покупателя. По просьбе покупателей СПА начали применять некоторые гибкие условия в отношении объема и цены. У покупателей было больше гибкости в сторону повышения и понижения в TOP, и вступили в силу краткосрочные соглашения SPA сроком менее 16 лет. В то же время были разрешены альтернативные направления для грузов и арбитража. На рубеже XXI века рынок снова стал в пользу продавцов. Однако продавцы стали более искушенными и теперь предлагают разделить арбитражные возможности и отказаться от ценообразования по S-образной кривой. Было много дискуссий по поводу создания «ОГЕК» как газового эквивалента ОПЕК . Россия и Катар , страны с крупнейшими и третьими по величине запасами природного газа в мире, наконец, поддержали такой шаг. [ нужна цитата ]
.jpg/1280px-President_Trump_Visits_Cameron_LNG_Export_Terminal_(40884405043).jpg)
До 2003 года цены на СПГ тесно следовали за ценами на нефть. С тех пор цены на СПГ в Европе и Японии были ниже цен на нефть, хотя связь между СПГ и нефтью все еще сильна. Напротив, цены в США и Великобритании недавно взлетели, а затем упали в результате изменений в поставках и хранении. [ нужна цитата ] В конце 1990-х и начале 2000-х годов рынок изменился в пользу покупателей, но с 2003 и 2004 годов это был сильный рынок продавцов, где чистая прибыль является лучшей оценкой цен. [ нужна цитата ] .
Исследование Global Energy Monitor в 2019 году предупредило, что новая инфраструктура экспорта и импорта СПГ, разрабатываемая в настоящее время на сумму до 1,3 триллиона долларов США, подвергается значительному риску оказаться в затруднительном положении, поскольку глобальный риск перепроизводства газа, особенно если Соединенные Штаты и Канада будут играть более важную роль. . [29]
Нынешний всплеск добычи нетрадиционной нефти и газа в США привел к снижению цен на газ в США. Это привело к дискуссиям на азиатских газовых рынках, связанных с нефтью, об импорте газа на основе индекса Генри Хаба. [30] Недавняя конференция высокого уровня в Ванкувере, Тихоокеанский энергетический саммит 2013, Тихоокеанский энергетический саммит 2013, собрала политиков и экспертов из Азии и США для обсуждения торговых отношений СПГ между этими регионами.
Приемные терминалы существуют примерно в 40 [31] странах, включая Бельгию, Чили, Китай, Доминиканскую Республику, Францию, Грецию, Индию, Италию, Японию, Корею, Польшу, Испанию, Тайвань, Великобританию, США и другие. Существуют планы для Бахрейна, Германии, Ганы, Марокко, Филиппин, Вьетнама [32] и других стран также построить новые приемные ( регазификационные ) терминалы.
Проекты СПГ базовой нагрузки (крупномасштабные, >1 млн тонн в год) требуют запасов природного газа, [33] покупателей [34] и финансирования. Использование проверенных технологий и проверенного подрядчика чрезвычайно важно как для инвесторов, так и для покупателей. [35] Требуемые запасы газа: требуется 1 триллион кубических футов газа на млн тонн СПГ в год в течение 20 лет. [33]
СПГ наиболее экономически эффективно производится на относительно крупных объектах из-за эффекта масштаба , на объектах с доступом к морю, что позволяет осуществлять регулярные крупные оптовые поставки непосредственно на рынок. Для этого требуется надежное газоснабжение достаточной мощности. В идеале объекты располагаются вблизи источника газа, чтобы минимизировать затраты на промежуточную транспортную инфраструктуру и утечку газа (потери топлива при транспортировке). Высокая стоимость строительства крупных объектов СПГ делает необходимым постепенное развитие источников газа для максимального использования мощностей, а продление срока службы существующих, финансово изношенных объектов СПГ экономически эффективным. В частности, в сочетании с более низкими продажными ценами из-за большой установленной мощности и роста затрат на строительство, это затрудняет экономическую проверку/обоснование разработки новых, особенно новых, объектов СПГ, даже если они могут быть более экологически чистыми, чем существующие объекты с участием всех заинтересованных сторон. опасения удовлетворены. Из-за высокого финансового риска, прежде чем приступить к принятию инвестиционного решения, обычно заключаются контракты на поставку газа/концессии и продажу газа на длительный период времени.
Основное использование СПГ — упрощение транспортировки природного газа от источника к месту назначения. В больших масштабах это происходит, когда источник и пункт назначения находятся через океан друг от друга. Его также можно использовать, когда недостаточная пропускная способность трубопровода недоступна. При крупномасштабном транспортном использовании СПГ обычно регазифицируется на приемной стороне и подается в местную инфраструктуру газопровода.
СПГ также может использоваться для удовлетворения пикового спроса, когда обычная трубопроводная инфраструктура может удовлетворить большинство потребностей спроса, но не потребности пикового спроса. Эти заводы обычно называются установками для снижения пиковой нагрузки СПГ, поскольку их цель состоит в том, чтобы сократить часть пикового спроса от того, что требуется из трубопровода подачи.
СПГ можно использовать в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. СПГ находится на ранних стадиях превращения в основное топливо для транспортных нужд. Он оценивается и тестируется для грузовых автомобилей, [36] внедорожников, [37] морских судов и поездов. [38] Известны проблемы с топливными баками и подачей газа в двигатель, [39] но, несмотря на эти опасения, начался переход на СПГ в качестве транспортного топлива. СПГ напрямую конкурирует со сжатым природным газом в качестве топлива для автомобилей, работающих на природном газе, поскольку двигатель идентичен. Могут возникнуть ситуации, когда грузовики, автобусы, поезда и суда, работающие на СПГ, могут оказаться экономически эффективными для регулярного распределения энергии СПГ вместе с обычными грузами и/или пассажирами среди небольших, изолированных населенных пунктов, не имеющих местного источника газа или доступа к трубопроводам.
.jpg/1280px-Nufam_2023,_Rheinstetten_(P1130477).jpg)
Китай является лидером по использованию транспортных средств, работающих на СПГ [40]: по состоянию на сентябрь 2014 года на дорогах находится более 100 000 автомобилей, работающих на СПГ. [41]
В Соединенных Штатах закладываются основы общественной заправки СПГ. Сайт отслеживания альтернативных заправочных центров показывает 84 общественных заправочных центра СПГ для грузовиков по состоянию на декабрь 2016 года. [42] Большие грузовики могут совершать поездки по пересеченной местности, например, из Лос-Анджелеса в Бостон, и заправляться на общественных заправочных станциях каждые 500 миль. В Национальном справочнике дальнобойщиков за 2013 год указано около 7000 стоянок для грузовиков, [43] таким образом, примерно на 1% стоянок для грузовиков в США имеется СПГ.
Хотя по состоянию на декабрь 2014 года СПГ и газомоторные автомобили не получили широкого распространения в Европе, и было сомнительно, станет ли СПГ когда-либо топливом, предпочтительным для операторов автопарков [44], последние тенденции, начиная с 2018 года, показывают иные перспективы. [45] В 2015 году Нидерланды представили грузовики, работающие на СПГ, в транспортном секторе. [46] Правительство Австралии планирует построить автомагистраль по производству СПГ, чтобы использовать СПГ местного производства и заменить импортное дизельное топливо, используемое в транспортных средствах между штатами. [47]
В 2015 году Индия также начала с малого, транспортируя СПГ автоцистернами, работающими на СПГ, в штате Керала. [48] В 2017 году Petronet LNG создаст 20 станций СПГ на автомагистралях вдоль западного побережья Индии, соединяющих Дели с Тируванантапурамом, общей протяженностью 4500 км через Мумбаи и Бангалор. [49] В 2020 году Индия планировала установить 24 заправочные станции СПГ вдоль 6000-километровых автомагистралей Золотого четырехугольника , соединяющих четыре метрополитена, из-за снижения цен на СПГ. [50]
Япония, крупнейший в мире импортер СПГ, собирается начать использовать СПГ в качестве топлива для автомобильного транспорта. [51]
Объем двигателя является важным фактором мощности двигателя внутреннего сгорания . Таким образом, двигатель объемом 2,0 л обычно будет более мощным, чем двигатель объемом 1,8 л, но это предполагает использование аналогичной топливовоздушной смеси .
Однако если двигатель меньшего размера использует топливовоздушную смесь с более высокой плотностью энергии (например, через турбокомпрессор), то он может производить больше мощности, чем двигатель большего размера, сжигающий менее энергоплотную смесь воздуха и топлива. Для мощных двигателей с высоким крутящим моментом предпочтительнее топливо, создающее более энергоплотную воздушно-топливную смесь, поскольку меньший и более простой двигатель может производить ту же мощность.
В обычных бензиновых и дизельных двигателях плотность энергии топливовоздушной смеси ограничена, поскольку жидкое топливо плохо смешивается в цилиндре. Кроме того, бензин и дизельное топливо имеют температуру и давление самовоспламенения, соответствующие конструкции двигателя. Важной частью конструкции двигателя является взаимодействие цилиндров, степеней сжатия и топливных форсунок, при котором предотвращается преждевременное зажигание , но в то же время может быть впрыснуто как можно больше топлива, которое хорошо перемешается и при этом останется время для завершения процесса сгорания. Процесс сгорания во время рабочего такта.
Природный газ не самовоспламеняется при давлениях и температурах, присущих конструкциям обычных бензиновых и дизельных двигателей, поэтому он обеспечивает большую гибкость конструкции. Метан, основной компонент природного газа, имеет температуру самовоспламенения 580 °C (1076 °F), [52] тогда как бензин и дизельное топливо самовоспламеняются примерно при 250 °C (482 °F) и 210 °C (410 °F). соответственно.
В двигателе, работающем на сжатом природном газе (СПГ), смешивание топлива и воздуха более эффективно, поскольку газы обычно хорошо смешиваются за короткий период времени, но при типичном давлении КПГ само топливо менее энергоемко, чем бензин или дизельное топливо. , поэтому в результате получается менее энергоплотная топливовоздушная смесь. Для двигателя с заданным объемом цилиндров атмосферный двигатель, работающий на сжатом природном газе, обычно менее мощный, чем бензиновый или дизельный двигатель аналогичного объема. По этой причине турбокомпрессоры популярны в европейских автомобилях, работающих на сжатом природном газе. [53] Несмотря на это ограничение, 12-литровый двигатель Cummins Westport ISX12G [54] является примером двигателя, работающего на сжатом природном газе, предназначенного для буксировки тягача с прицепом массой до 80 000 фунтов (36 000 кг), что показывает, что сжатый природный газ можно использовать во многих -применение дорожных грузовиков. Оригинальный двигатель ISX G включал турбонагнетатель для повышения плотности энергии воздуха и топлива. [55]
СПГ предлагает уникальное преимущество перед СПГ для более требовательных приложений с высокой мощностью, устраняя необходимость в турбонагнетателе. Поскольку СПГ кипит примерно при -160 °C (-256 °F), с помощью простого теплообменника небольшое количество СПГ можно перевести в газообразную форму при чрезвычайно высоком давлении с использованием небольшого количества механической энергии или вообще без нее. Правильно спроектированный мощный двигатель может использовать этот энергоемкий источник газообразного топлива с чрезвычайно высоким давлением для создания воздушно-топливной смеси с более высокой плотностью энергии, чем можно эффективно создать с помощью двигателя, работающего на сжатом природном газе. Результатом по сравнению с двигателями, работающими на сжатом природном газе, является более высокий общий КПД в двигателях большой мощности при использовании технологии прямого впрыска под высоким давлением. Топливная система Westport HDMI2 [56] является примером системы прямого впрыска высокого давления, которая не требует турбонагнетателя в сочетании с соответствующим теплообменником СПГ. 13-литровый двигатель Volvo Trucks, работающий на сжиженном природном газе [57] , является еще одним примером двигателя, работающего на сжиженном природном газе и использующего передовую технологию высокого давления.
Вестпорт рекомендует КПГ для двигателей объемом 7 литров и меньше, а СПГ с прямым впрыском — для двигателей объемом от 20 до 150 литров. Для двигателей объемом от 7 до 20 литров рекомендуется любой вариант. См. слайд 13 из презентации NGV Bruxelles – Industry Innovation Session. [58]
Разрабатываются или разрабатываются двигатели большой мощности для бурения нефтяных скважин, горнодобывающей промышленности, локомотивной и морской промышленности. [59] Пол Бломерус написал статью [60], в которой пришел к выводу, что до 40 миллионов тонн СПГ в год (приблизительно 26,1 миллиарда галлонов в год или 71 миллион галлонов в день) может потребоваться только для удовлетворения глобальных потребностей такого высокого уровня добычи. энергетических двигателей к 2025–2030 гг.
По состоянию на конец первого квартала 2015 года Prometheus Energy Group Inc заявила, что за предыдущие четыре года поставила на промышленный рынок более 100 миллионов галлонов СПГ [61] и продолжает привлекать новых клиентов.
В некоторых портах налажена бункеровка СПГ посредством заправки из грузовика на судно. Этот тип заправки СПГ легко реализовать при условии наличия запасов СПГ.
Фидерная и каботажная судоходная компания Unifeeder с конца 2017 года управляет первым в мире контейнеровозом, работающим на СПГ, Wes Amelie, курсирующим между портом Роттердама и странами Балтии по еженедельному графику. [62] Компания по контейнерным перевозкам Maersk Group решила ввести в эксплуатацию контейнеровозы, работающие на СПГ. [63] Группа DEME заключила контракт с Wärtsilä на поставку двухтопливных двигателей для своего земснаряда нового поколения класса Antigoon. [64] Компания Crowley Maritime из Джексонвилля, штат Флорида , спустила на воду два судна ConRo, работающие на СПГ, Coquí и Taino, в 2018 и 2019 годах соответственно. [65]
В 2014 году Shell заказала специальное судно-бункеровщик СПГ. [66] Планируется, что он будет принят на вооружение в Роттердаме летом 2017 года. [67]
Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ), принятая ИМО , предписывает морским судам не потреблять топливо (бункерное топливо, дизельное топливо и т. д.) с содержанием серы более 0,5% с 2020 года в течение международные воды и прибрежные районы стран, принявших такие же правила. Замена высокосернистого бункерного топлива бессернистым СПГ требуется в крупных масштабах в секторе морского транспорта, поскольку жидкое топливо с низким содержанием серы обходится дороже, чем СПГ. [68] Япония планирует использовать СПГ в качестве бункерного топлива к 2020 году. [69] [70]
BHP , одна из крупнейших горнодобывающих компаний в мире, планирует ввести в эксплуатацию суда для перевозки полезных ископаемых, работающие на СПГ, к концу 2021 года. [71]
В январе 2021 года в эксплуатации находилось 175 морских судов, работающих на СПГ, еще 200 судов были заказаны. [72]
Железная дорога Восточного побережья Флориды имеет 24 локомотива GE ES44C4 , адаптированных для работы на СПГ. [73]
Мировая торговля СПГ быстро растет с незначительного уровня в 1970 году до того, что, как ожидается, станет значительным в глобальном масштабе к 2020 году . день [75] или 54 600 тераватт-часов (186,4 квадриллиона британских тепловых единиц ) в год.
В 1970 году мировая торговля СПГ составляла 3 миллиарда кубических метров (миллиардов кубометров) (0,11 квад). [76] В 2011 году он составил 331 млрд куб. м (11,92 квад). [76] США начали экспортировать СПГ в феврале 2016 года. Согласно прогнозу Black & Veatch за октябрь 2014 года, к 2020 году одни только США будут экспортировать от 10 до 14 миллиардов кубических футов/день (от 280 до 400 миллионов м 3 /день), или теплотворная способность от 3,75 до 5,25 квад (от 1100 до 1540 ТВтч). [77] E&Y прогнозирует, что к 2020 году мировой спрос на СПГ может достичь 400 млн тонн (19,7 квадроцикла). [78] Если это произойдет, размер рынка СПГ составит примерно 10% от размера мирового рынка сырой нефти, и это не считая огромного большая часть природного газа поставляется по трубопроводу непосредственно от скважины к потребителю.
В 2004 году на долю СПГ приходилось 7 процентов мирового спроса на природный газ. [79] Ожидается, что мировая торговля СПГ, которая увеличивалась на 7,4 процента в год в течение десятилетия с 1995 по 2005 год, будет продолжать существенно расти. [80] Ожидается, что торговля СПГ будет увеличиваться на 6,7 процента в год с 2005 по 2020 год. [80]
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 СПГ из Тихоокеанского бассейна доминировали в мировой торговле СПГ. [80] Мировой интерес к использованию электростанций комбинированного цикла, работающих на природном газе, для производства электроэнергии, в сочетании с неспособностью поставок природного газа из Северной Америки и Северного моря удовлетворить растущий спрос, существенно расширил региональные рынки СПГ. Это также привлекло в торговлю новых поставщиков из Атлантического бассейна и Ближнего Востока. [80]
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). [81] Объемы торговли СПГ увеличились со 142 тонн в 2005 году до 159 тонн в 2006 году, 165 тонн в 2007 году, 171 тонн в 2008 году, 220 тонн в 2010 году, 237 тонн в 2013 году, 264 тонн в 2016 году и 290 тонн в 2017 году. [81] ] Мировое производство СПГ в 2014 году составило 246 тонн, [82] большая часть которого использовалась в торговле между странами. [83] В течение следующих нескольких лет произойдет значительный рост объема торговли СПГ. [78] Например, только в 2009 году на рынок поступило около 59 млн тонн новых поставок СПГ с шести новых заводов, в том числе:
В 2006 году Катар стал крупнейшим в мире экспортером СПГ. [76] По состоянию на 2012 год Катар является источником 25 процентов мирового экспорта СПГ. [76] По оценкам, по состоянию на 2017 год Катар поставляет 26,7% мирового производства СПГ. [81]
К 2013 году инвестиции в экспортные мощности США увеличились, эти инвестиции были стимулированы увеличением добычи сланцевого газа в Соединенных Штатах и большой разницей в ценах между ценами на природный газ в США и ценами в Европе и Азии. Cheniere Energy стала первой компанией в США, получившей разрешение и экспортировавшей СПГ в 2016 году. [8] После соглашения между США и ЕС в 2018 году экспорт из США в ЕС увеличился. [84] В ноябре 2021 года американский производитель Venture Global LNG подписал двадцатилетний контракт с китайской государственной компанией Sinopec на поставку сжиженного природного газа. [85] Импорт китайского природного газа из США увеличится более чем вдвое. [86] Экспорт сжиженного природного газа из США в Китай и другие азиатские страны резко вырос в 2021 году , при этом азиатские покупатели готовы платить более высокие цены, чем европейские импортеры. [87] Ситуация изменилась в 2022 году, когда большая часть американского СПГ пошла в Европу. Контракты на экспорт СПГ из США заключаются в основном сроком на 15–20 лет. [88] Экспорт из США, вероятно, достигнет 13,3 млрд куб. футов в сутки в 2024 году из-за ввода в эксплуатацию проектов в Мексиканском заливе. [89]
В 1964 году Великобритания и Франция совершили первую торговлю СПГ, купив газ в Алжире , что стало свидетелем новой эры энергетики.
В 2014 году СПГ экспортировали 19 стран. [76]
По сравнению с рынком сырой нефти, в 2013 году рынок природного газа составлял около 72 процентов рынка сырой нефти (в тепловом эквиваленте), [90] из которых СПГ составляет небольшую, но быстро растущую часть. Во многом этот рост обусловлен потребностью в экологически 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 миллиона тонн СПГ, что составило около 30 процентов мировой торговли СПГ в этом году. Также в 2005 году Южная Корея импортировала 22,1 миллиона тонн, а в 2004 году Тайвань импортировал 6,8 миллиона тонн. Эти три крупнейших покупателя покупают примерно две трети мирового спроса на СПГ. Кроме того, в 2006 году Испания импортировала около 8,2 млн тонн нефти в год, что сделало ее третьим по величине импортером. Франция также импортировала такие же объемы, как и Испания. [ нужна цитата ] После ядерной катастрофы на Фукусиме-дайити в марте 2011 года Япония стала крупным импортером, на долю которого приходится одна треть от общего объема. [91] Европейский импорт СПГ упал на 30 процентов в 2012 году и еще больше упал на 24 процента в 2013 году, поскольку импортеры из Южной Америки и Азии платили больше. [92] Европейский импорт СПГ вырос до новых высот в 2019 году, оставался высоким в 2020 и 2021 годах и увеличился еще больше в 2022 году. [88] Основными поставщиками стали Катар, США и Россия. [93]
В 2017 году мировой импорт СПГ достиг 289,8 [94] млн тонн СПГ. В 2017 году 72,9% мирового спроса на СПГ приходилось на Азию. [95]
В соответствии с договорами купли-продажи СПГ СПГ предназначен для заранее согласованных пунктов назначения, и перенаправление этого СПГ не допускается. Однако если Продавец и Покупатель заключили обоюдное соглашение, то перенаправление груза допускается при условии распределения дополнительной прибыли, полученной в результате такого перенаправления, путем уплаты неустойки. [88] В Европейском Союзе и некоторых других юрисдикциях не разрешается применять положение об участии в прибылях в СПГ-договорах.
В течение длительного периода времени конструктивные усовершенствования заводов по сжижению газа и танкеров приводили к снижению затрат.
В 1980-х годах стоимость строительства завода по сжижению природного газа стоила 350 долларов за тонну в год. В 2000-х годах она составляла 200 долларов за тонну в год. В 2012 году затраты могут достичь $1000/т в год, отчасти из-за роста цен на сталь. [76]
Еще в 2003 году было принято считать, что это эффект «кривой обучения», который будет продолжаться и в будущем. Однако за последние несколько лет это представление о неуклонном снижении затрат на СПГ развеялось. [80]
Стоимость строительства новых проектов СПГ начала стремительно расти с 2004 года и увеличилась с примерно 400 долларов США за тонну мощности в год до 1000 долларов США за тонну мощности в год в 2008 году.
Основные причины резкого роста затрат в отрасли СПГ можно описать следующим образом:
За исключением высокозатратных проектов, рост на 120% за период 2002-2012 гг. больше соответствует росту в нефтегазовой отрасли, как сообщает индекс UCCI [96].
Мировой финансовый кризис (ГФК) 2007–2008 годов вызвал общее снижение цен на сырье и оборудование, что несколько снизило стоимость строительства заводов СПГ. [97] [98] Однако к 2012 году это было более чем компенсировано увеличением спроса на материалы и рабочую силу для рынка СПГ.
Небольшие заводы по сжижению газа подходят для снижения пиков нагрузки на газопроводах, транспортировке топлива или для поставок природного газа в отдаленные районы, не подключенные к трубопроводам. [99] Они обычно имеют компактные размеры, питаются от газопровода и расположены недалеко от места, где будет использоваться СПГ. Такая близость снижает затраты потребителей на транспортировку и продукцию СПГ. [100] [101] Это также позволяет избежать дополнительных выбросов парниковых газов, образующихся во время длительной транспортировки.
Небольшой завод СПГ также позволяет локализовать пиковые нагрузки, балансируя доступность природного газа в периоды высокого и низкого спроса. Это также дает возможность общинам, не имеющим доступа к газопроводам, устанавливать местные распределительные системы и снабжать их хранящимся СПГ. [102]
В текущих контрактах на СПГ действуют три основные системы ценообразования:
Формула индексированной цены выглядит следующим образом:
CP = BP + β X
Эта формула широко использовалась в азиатских СПГ-соглашениях, 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, он варьируется независимо от колебаний цен на нефть.
Некоторые покупатели СПГ уже подписали контракты на будущие поставки грузов из США по ценам, привязанным к ценам Генри-Хаба . [104] Цена экспортного контракта СПГ компании Cheniere Energy состоит из фиксированной платы (плата за сжижение газа) плюс 115% Генри Хаба за миллион британских тепловых единиц СПГ. [105] Плата за толлинг в контрактах Cheniere различается: 2,25 доллара США за миллион британских тепловых единиц (7,7 доллара США за МВтч) с BG Group, подписанным в 2011 году; 2,49 доллара за миллион британских тепловых единиц (8,5 доллара за МВтч) при подписании с Испанией GNF в 2012 году; и 3,00 доллара за миллион британских тепловых единиц (10,2 доллара за МВтч) с южнокорейскими компаниями Kogas и Centrica, подписанными в 2013 году. [106]
Нефтяной паритет – это цена СПГ, которая будет равна цене сырой нефти в пересчете на баррель нефтяного эквивалента (BOE). Если цена СПГ превышает цену сырой нефти в терминах Банка Англии, то такая ситуация называется нарушенным нефтяным паритетом. Коэффициент 0,1724 дает полный нефтяной паритет. В большинстве случаев цена СПГ ниже цены сырой нефти в терминах Банка Англии. В 2009 году в нескольких спотовых грузовых сделках, особенно в Восточной Азии, нефтяной паритет приблизился к полному нефтяному паритету или даже превысил нефтяной паритет. [107] В январе 2016 года спотовая цена СПГ в размере 5,461 доллара США за миллион британских тепловых единиц (18,63 доллара США/МВтч) нарушила нефтяной паритет, когда цена на нефть марки Brent (≤32 долларов США/баррель) резко упала. [108] К концу июня 2016 года цена СПГ упала почти на 50% ниже паритетной цены на нефть, что сделало его более экономичным, чем более загрязняющее дизельное топливо/газойль в транспортном секторе. [109]
Большая часть торговли СПГ регулируется долгосрочными контрактами. Многие формулы включают S-образную кривую , где формула цены различна 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, чем долгосрочные контракты, индексированные цены на нефть, наиболее выгодным конечным использованием СПГ является использование мобильных двигателей для замены дорогостоящего потребления бензина и дизельного топлива.
В большинстве восточноазиатских контрактов на СПГ формула цены индексируется по корзине сырой нефти, импортируемой в Японию, которая называется « Японский сырой коктейль» (JCC). В индонезийских контрактах на СПГ формула цены привязана к индонезийской цене на сырую нефть (ICP).
В континентальной Европе индексация формулы цены не имеет одного и того же формата и варьируется от контракта к контракту. Элементами индексации являются цена на сырую 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. формулы цен.
Обычно существует пункт, позволяющий сторонам инициировать пересмотр цен или возобновление цен в СПГ-СПП. В некоторых контрактах есть два варианта инициирования пересмотра цены. обычные и специальные. Обычными являются даты, которые будут согласованы и определены в СПГ-соглашениях с целью пересмотра цен.
Качество СПГ является одним из наиболее важных вопросов в бизнесе СПГ. Любой газ, который не соответствует согласованным спецификациям в договоре купли-продажи, считается «некондиционным» (некондиционным) или «некачественным» газом или СПГ. Правила качества служат трем целям: [110]
В случае некондиционного газа или СПГ покупатель может отказаться принять газ или СПГ, а продавец должен выплатить заранее оцененные убытки за соответствующие объемы некондиционного газа.
Качество газа или СПГ измеряется в пункте доставки с помощью такого прибора, как газовый хроматограф.
Наиболее важные проблемы качества газа связаны с содержанием серы и ртути, а также с теплотворной способностью. Из-за чувствительности установок по сжижению к элементам серы и ртути, газ, направляемый в процесс сжижения, должен быть тщательно очищен и проверен, чтобы гарантировать минимально возможную концентрацию этих двух элементов перед поступлением на завод по сжижению, поэтому беспокойство о них.
Однако основной проблемой является теплотворная способность газа. Обычно рынки природного газа можно разделить на три рынка по теплотворной способности: [110]
Существует несколько способов довести теплоту сгорания производимого СПГ до желаемого уровня. Решением проблемы повышения теплотворной способности является впрыскивание пропана и бутана. Для снижения теплотворной способности проверенными решениями являются закачка азота и экстракция бутана и пропана. Решением может быть смешивание с газом или СПГ; однако все эти решения, хотя и теоретически жизнеспособны, могут быть дорогостоящими и сложными с точки зрения логистики для управления в больших масштабах. Цена обедненного СПГ с точки зрения энергетической ценности ниже, чем цена богатого СПГ. [111]
Существует несколько процессов сжижения, доступных для крупных заводов СПГ с базовой нагрузкой (в порядке распространенности): [112]
По состоянию на январь 2016 года мировая номинальная мощность по сжижению природного газа составляла 301,5 млн тонн в год (миллион тонн в год), еще 142 млн тонн в год находятся в стадии строительства. [113]
В большинстве этих поездов для процесса сжижения используется технология APCI AP-C3MR или Cascade. Другие процессы, используемые на небольшом меньшинстве некоторых заводов по сжижению газа, включают технологию Shell DMR (двойное смешивание хладагента) и технологию Linde.
Технология APCI является наиболее распространенным процессом сжижения на заводах СПГ: из 100 действующих или строящихся линий сжижения 86 линий общей мощностью 243 млн тонн в год спроектированы на основе технологии APCI. Каскадный процесс Phillips является вторым по распространенности, он используется на 10 линиях общей мощностью 36,16 млн тонн в год. Процесс Shell DMR использовался на трех линиях общей мощностью 13,9 млн тонн в год; и, наконец, процесс Linde/Statoil используется в однопоездной линии Snohvit мощностью 4,2 млн тонн в год.
Плавучие установки по производству сжиженного природного газа (СПГ) плавают над морским газовым месторождением и производят, сжижают, хранят и транспортируют СПГ (и, возможно, сжиженный нефтяной газ и конденсат ) в море, прежде чем перевозчики отправят его непосредственно на рынки. Первый завод по производству СПГ в настоящее время находится в разработке компании Shell, [114] он должен быть завершен в 2018 году. [115]
Современные резервуары для хранения СПГ обычно относятся к типу с полной защитной оболочкой и имеют внешнюю стену из предварительно напряженного бетона и внутренний резервуар из стали с высоким содержанием никеля с чрезвычайно эффективной изоляцией между стенками. Большие резервуары имеют небольшое удлинение (высота к ширине) и цилиндрическую форму с куполообразной стальной или бетонной крышей. Давление хранения в этих резервуарах очень низкое, менее 10 килопаскалей (1,5 фунтов на квадратный дюйм ). Иногда для хранения используются более дорогие подземные резервуары. Меньшие количества (скажем, 700 кубических метров (180 000 галлонов США) и меньше) можно хранить в горизонтальных или вертикальных сосудах под давлением с вакуумной рубашкой. Эти резервуары могут находиться под давлением от менее 50 до более 1700 кПа (7,3–246,6 фунтов на квадратный дюйм).
СПГ необходимо хранить холодным, чтобы он оставался жидким независимо от давления. Несмотря на эффективную изоляцию, в СПГ неизбежно произойдет некоторая утечка тепла, приводящая к его испарению. Этот выпарной газ сохраняет СПГ холодным (см. «Охлаждение» ниже). Отпарный газ обычно сжимается и экспортируется как природный газ или повторно сжижается и возвращается в хранилище.
СПГ перевозится на специально спроектированных судах с двойным корпусом , защищающим грузовые системы от повреждений и утечек. Существует несколько специальных методов проверки герметичности мембранных грузовых танков судов СПГ. [116]
Стоимость танкеров составляет около 200 миллионов долларов США каждый. [76]
Транспортировка и снабжение являются важным аспектом газового бизнеса, поскольку запасы природного газа обычно находятся довольно далеко от потребительских рынков. Природный газ имеет гораздо больший объем транспортировки, чем нефть, и большая часть газа транспортируется по трубопроводам. Сеть газопроводов существует в бывшем Советском Союзе , Европе и Северной Америке. Природный газ менее плотный даже при более высоких давлениях. Природный газ будет перемещаться по трубопроводу высокого давления гораздо быстрее, чем нефть, но сможет передавать лишь около пятой части количества энергии в день из-за более низкой плотности. Природный газ обычно сжижается в СПГ в конце трубопровода перед отправкой.
Доступны короткие трубопроводы СПГ для перемещения продукта с судов СПГ в береговые хранилища. В стадии разработки находятся более длинные трубопроводы, которые позволят судам разгружать СПГ на большем расстоянии от портовых сооружений. Для этого требуется технология «труба в трубе», поскольку необходимо сохранять СПГ холодным. [117]
СПГ перевозится автоцистернами, [118] железнодорожными цистернами, [119] и специально построенными судами, известными как перевозчики СПГ . СПГ иногда доводят до криогенных температур, чтобы увеличить вместимость танкеров. Первые коммерческие перевалки с судна на судно (STS) были осуществлены в феврале 2007 года на заводе Flotta в Скапа-Флоу [120] , когда между судами Excalibur и Excelsior было перевезено 132 000 м 3 СПГ. Передачи также были осуществлены компанией Exmar Shipmanagement , бельгийским владельцем газовых танкеров в Мексиканском заливе , которая включала перегрузку СПГ с обычного танкера СПГ на судно для регазификации СПГ (LNGRV). До этого коммерческого проекта СПГ перекачивался между судами лишь в нескольких случаях по мере необходимости после инцидента. [ нужна 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 на море. [121]
Помимо судов 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.
Великобритания имеет мощности по импорту СПГ объемом до 50 миллиардов кубометров в год. [122]
Изоляция, какой бы эффективной она ни была, сама по себе не будет сохранять СПГ достаточно холодным. Утечка тепла неизбежно приведет к нагреванию и испарению СПГ. Промышленная практика предполагает хранение СПГ в виде кипящего криогена . То есть жидкость хранится при температуре кипения при том же давлении, при котором она хранится (атмосферное давление). Когда пар испаряется, тепло, необходимое для фазового перехода, охлаждает оставшуюся жидкость. Поскольку изоляция очень эффективна, для поддержания температуры необходимо лишь относительно небольшое количество испарения. Это явление еще называют автоохлаждением .
Отпарный газ из наземных резервуаров для хранения СПГ обычно сжимается и подается в сети газопроводов . Некоторые перевозчики СПГ используют в качестве топлива отпарный газ.
Природный газ можно считать наименее вредным для окружающей среды ископаемым топливом, поскольку он имеет самые низкие выбросы CO 2 на единицу энергии и пригоден для использования на высокоэффективных электростанциях комбинированного цикла . При эквивалентном количестве тепла при сжигании природного газа образуется примерно на 30 процентов меньше углекислого газа, чем при сжигании нефти , и примерно на 45 процентов меньше, чем при сжигании угля . [123] Биометан считается примерно CO 2 -нейтральным и позволяет избежать большей части проблем выбросов CO 2 . В сжиженном виде (как LBM) он выполняет те же функции, что и СПГ. [124]
В расчете на километр транспортировки выбросы от СПГ ниже, чем от трубопроводного природного газа, что является особой проблемой в Европе, где значительные объемы газа транспортируются по трубопроводам за несколько тысяч километров от России. Однако выбросы природного газа, транспортируемого в виде СПГ, выше, чем выбросы природного газа, добываемого на месте до точки сгорания, поскольку выбросы, связанные с транспортировкой, для последнего ниже. [ нужна цитата ]
Однако на западном побережье США, где до бума гидроразрыва в США было предложено построить до трех новых терминалов для импорта СПГ, экологические группы, такие как Pacific Environment , Taxpayers for Affordable Clean Energy (RACE) и Rising Tide , перешли на противостоять им. [125] Они утверждали, что, хотя электростанции, работающие на природном газе, выбрасывают примерно половину углекислого газа по сравнению с эквивалентной угольной электростанцией, сжигание природного газа, необходимое для производства и транспортировки СПГ на электростанции, добавляет на 20–40 процентов больше углекислого газа, чем сжигание природного газа. один. [126] Рецензируемое исследование 2015 года оценило полный сквозной жизненный цикл СПГ, производимого в США и потребляемого в Европе или Азии. [127] Он пришел к выводу, что глобальное производство CO 2 будет сокращено из-за сокращения сжигания других видов ископаемого топлива.
Некоторые ученые и местные жители выразили обеспокоенность по поводу потенциального воздействия инфраструктуры подземных хранилищ СПГ в Польше на морскую жизнь в Балтийском море . [128] Аналогичные опасения были высказаны в Хорватии . [129]
Природный газ – это топливо и горючее вещество. Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов СПГ принимаются особые меры. На морском транспорте правила использования СПГ в качестве судового топлива изложены в Кодексе IGF . [130]
В жидком состоянии СПГ не взрывоопасен и не может воспламениться. Чтобы СПГ загорелся, он должен сначала испариться, затем смешаться с воздухом в правильных пропорциях ( диапазон воспламеняемости составляет от 5 до 15 процентов), а затем воспламениться. В случае утечки СПГ быстро испаряется, превращаясь в газ (метан плюс газовые примеси) и смешиваясь с воздухом. Если эта смесь находится в пределах воспламеняемости , существует риск возгорания, что может создать опасность пожара и теплового излучения .
Выпуск газа из транспортных средств, работающих на СПГ, может создать опасность возгорания, если они припаркованы в помещении более чем на неделю. Кроме того, из-за низкой температуры заправка автомобиля, работающего на СПГ, требует обучения, чтобы избежать риска обморожения . [131] [132]
Танкеры СПГ прошли более 100 миллионов миль без гибели судна или даже крупной аварии. [133]
Ниже перечислены несколько аварий на площадке, связанных с СПГ:
8 мая 2018 года США вышли из Совместного всеобъемлющего плана действий с Ираном , восстановив санкции Ирана против своей ядерной программы. [140] В ответ Иран пригрозил закрыть Ормузский пролив для международного судоходства. [141] Ормузский пролив является стратегическим маршрутом, по которому проходит треть мирового объема СПГ от производителей Ближнего Востока. [142]
В январе 2024 года Катар остановил танкеры со сжиженным природным газом через Баб-эль-Мандебский пролив после того, как авиаудары под руководством США по объектам хуситов в Йемене увеличили риски в проливе. [143] Танкеры СПГ были вынуждены плыть вокруг Африки через мыс Доброй Надежды, чтобы избежать зоны боевых действий. [144]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )