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DNV GL:Northern Lights為CCS海運方案指明方向

2020-03-13 19:19:28
來源:DNVGL船級社 編輯: 國際船舶網(wǎng) 我有話要說

近期的重點報告把碳捕獲和儲存(CCS)列為實現(xiàn)聯(lián)合國全球減排目標的關(guān)鍵所在,而二氧化碳(CO2)的海上運輸越來越成為去碳化鏈條中的重要環(huán)節(jié)之一。通過船舶高效運輸CO2將為這個數(shù)量龐大、但有時也帶來問題的副產(chǎn)品打開新的產(chǎn)業(yè)市場。

“Northern Lights”項目背后有兩大主要動力,該項目也是挪威實現(xiàn)全面CCS倡議的一部分。項目從奧斯陸峽灣地區(qū)的水泥生產(chǎn)廠和垃圾發(fā)電廠中捕獲CO2,并將液化的CO2從這些廠址運輸至挪威西海岸的陸上終端站。在那里,液態(tài)的CO2將通過管道輸送至北海的海底儲存點永久儲存。

“因為管道并不能提供CO2運輸?shù)娜拷鉀Q方案,我們需要了解如何讓CO2海運發(fā)揮作用”,Northern Lights項目航運負責人Frank Ollerhead表示,“該倡議旨在為CO2海運提供可行且必需的解決方案。”

可用于CCS的船舶

“Northern Lights”是挪威國家石油公司、殼牌和道達爾之間的合作項目,由DNV GL提供技術(shù)支持。

“用于‘Northern Lights’項目的船舶規(guī)模相對較小,班期緊湊”,Ollerhead說,“為此,我們決定在方案中采用成熟的技術(shù),而不依靠研發(fā)。大部分技術(shù)已經(jīng)存在。我們現(xiàn)在要做的是整合成一個實踐方案。”

Ollerhead說,項目希望設(shè)計的船型盡可能符合EEDI第三階段。“我們希望船舶能盡可能綠色,但我們并沒有為其開發(fā)新的綠色技術(shù)”,據(jù)他介紹,液化天然氣(LNG)和雙燃料都是考慮中的燃料選項,而電池可提供最多45分鐘的操控動力。“這些基本都是標準化船型,配備新的維護液艙和電池。盡管減少的CO2排放量看起來不多,但利用電池提高能效是符合潮流的特色。”

Northern Lights——全鏈示意圖

左列:CO2捕獲,液化CO2

         從工廠中捕獲

         壓縮并臨時儲存

中列:運輸,液化CO2運輸船

         船舶運輸壓縮的CO2

右列:永久儲存,液化CO2、液化CO2

         接收并永久儲存CO2

         通過海上管道輸送

         永久儲存在液庫中(海平面以下約3000米)

Northern Lights

Northern Lights項目包括船舶運輸、岸上儲存、管道運輸至海上注入井,并且將CO2注入海底儲存綜合體

來源:挪威CCS項目

制定經(jīng)濟方案

DNV GL海事的高級主任驗船師、氣體船船型專家Magnus Lindgren介紹,相比管道,船舶解決方案在標準化設(shè)計中引入高壓低溫的貨物維護系統(tǒng),有助于降低成本、提升經(jīng)濟性。

“標準尺寸是船舶經(jīng)濟性的前提條件,但在本案例中,液艙的設(shè)計可承受超高壓力。這就需要高強度材料”,Lindgren解釋,與項目伙伴的合作過程中,重點在于液艙材料的審批,其中采用了與標準船型相容的設(shè)計。一旦液艙使用了高強度材料,其疲勞屬性可能變得至關(guān)重要。設(shè)計團隊已經(jīng)考慮了這些屬性,以確保滿足規(guī)則中要求的安全等級。

Lindgren指出,決定在Northern Lights項目中采用單體大直徑C型液貨艙的決定改善了液體CO2運輸船的經(jīng)濟性,并補充說,當應(yīng)用于液化石油氣(LPG)運輸?shù)拇皶r,這種液貨艙設(shè)計提供了相對較高的容積利用率。

“貨物維護系統(tǒng)是新的,但船舶仍然基于成熟的船型設(shè)計”,Ollerhead說,“我們選擇了一種經(jīng)濟型的設(shè)計方案。它在一定程度上超出了標準,傳統(tǒng)來看是一種成本驅(qū)動因素,不過船舶的經(jīng)濟性仍然很好。”在項目合作伙伴的資助下,DNV GL于2019年10月完成了Northern Lights項目中液化CO2所需的新型C型貨物維護系統(tǒng)的入級前評估。

Northern Lights——項目地圖

左上:位于北海的海底儲存位置

左下:Northern Lights聯(lián)營體處理運輸和儲存

中:位于接近卑爾根的Naturgassparken的陸上設(shè)施

右上:Fortum Oslo Varme垃圾發(fā)電站

右下:Norcem水泥廠

為適應(yīng)CO2運輸對液罐設(shè)計的關(guān)鍵修改

為了液化二氧化碳(在大氣壓下直接在氣態(tài)和固態(tài)(干冰)之間升華),其溫度必須保持在零下50°C左右,壓力為7 bar (和LPG貨物維護系統(tǒng)一致)。經(jīng)DNV GL批準的液化二氧化碳維護系統(tǒng)降低了制冷要求,可在零下30°C范圍內(nèi)實現(xiàn)營運設(shè)計溫度。這樣就要求C型罐能承受19 bar的更大壓力。

高密度貨物、高設(shè)計壓力和大罐徑的結(jié)合需要有創(chuàng)新解決方案,以滿足液貨艙的強度要求。設(shè)計修改不僅包括在若干位置加強C型液罐設(shè)計,而且還在利用較大撓度降低液罐內(nèi)動態(tài)應(yīng)力的位置處采取了軟化設(shè)計。

這些船舶的設(shè)計足以承受滿載航行的壓力積聚以及液態(tài)CO2的腐蝕作用。所選擇的設(shè)計采用更優(yōu)質(zhì)的鋼材替代壓力容器的標準低溫鋼,在滿足液罐安全要求的同時,也協(xié)調(diào)了液罐制造經(jīng)濟性的需求沖突。

穩(wěn)健方案保障安全

液罐方案的設(shè)計旨在適應(yīng)液體CO2在裝載和卸載階段的物理特性。要特別注意控制可能形成干冰的壓力下降,干冰會對液貨泵產(chǎn)生磨損。液罐的設(shè)計也能承受滿載和空載航次之間的壓力變化,以及滿載時液體的加速載荷。

設(shè)計和選材中采用了能承受更高極限載荷并確?箶嗔研缘母邚姸葘傩圆牧。“在設(shè)計得到入級前批準之前,記錄液罐設(shè)計的安全性是一項關(guān)鍵衡準。這需要不厭其煩的測試,以確保材料能滿足針對疲勞裂紋發(fā)展的安全要求”,Lindgren介紹。

結(jié)論是,該設(shè)計能夠承受動態(tài)載荷,并且不超過可能導(dǎo)致疲勞裂紋擴張的應(yīng)力水平。2019年11月,挪威國家石油公司獲得了DNV GL確認設(shè)計批準的GASA聲明。

Northern Lights:管窺宏大的CCS計劃

工業(yè)規(guī)模的CCS被確定為實現(xiàn)巴黎聯(lián)合國氣候變化大會1.5°C目標的解決方案的一部分。“除了有助于實現(xiàn)聯(lián)合國的目標外,利用船舶轉(zhuǎn)移CO2的更大效果是讓利益相關(guān)者能與能源鏈以外的公司打交道”,Ollerhead堅持認為。

“CO2已經(jīng)用于其他工業(yè)應(yīng)用,在運輸方面,它與液化氣貿(mào)易類似。液罐技術(shù)已經(jīng)用于食品行業(yè)的船舶。我們只是采用了更厚的液罐和更低的溫度。”

在Northern Lights項目中,全面開展船舶運送CO2具有很高的價值,F(xiàn)rank Ollerhead證實,“例如,碳中和水泥生產(chǎn)的潛力將促進投資決策。隨著該項目解決方案的不斷開發(fā),船東能看到潛在的新市場,為通向其他產(chǎn)業(yè)打開了大門?傮w來看,目前是引入這項技術(shù)的好時機。”

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