Lina Paola Wilches Madrigal 5082091 Septiembre 2012

Gas Natural Comprimido (GNC): Una Alternativa para Gas Natural Licuado (GNL)

Resumen

El gas natural se está convirtiendo rápidamente en un recurso aún más importante de energía. Su participación en el consumo mundial aumentará notablemente en las próximas décadas. En la actualidad, el gas natural es transportado a los mercados a través de gasoductos asi como el gas natural licuado. El Transporte del gas natural por ductos es conveniente y económicamente atractivo en tierra. Para el transporte en alta mar de gas natural, las tuberías de agua se han convertido en un reto como la profundidad del agua y el incremento del transporte a distancia. El GNL, un medio eficaz para el transporte de gas para distancias a través de los mares, constituye el 25% del movimiento de gas mundo. Pero los proyectos de GNL requieren grandes inversiones, junto con importantes reservas de gas natural, y son económicamente viable para distancias de 2.500 kilómetros y más allá.

El CNG proporciona una forma eficaz para acortar distancias de transporte. La tecnología está dirigida a monetizar reservas submarinas que no pueden ser producidos a causa de la falta de disponibilidad de una tubería o porque la opción de GNL es muy costoso. Técnicamente, el GNC es fácil de implementar, con menores requisitos de las instalaciones y la infraestructura. "Coselle" y "Votrans" son dos posibles tecnologías para el GNC , de alta presión de almacenamiento de gas y de transporte. El análisis técnico y económico de estas dos tecnologías se han hecho en este estudio, así como una comparación entre ambas. Los resultados muestran que para distancias de hasta 2.500 kilómetros, gas natural puede ser transportado como GNC a precios que van de dólares EE.UU. 0,93 a 2,23 dólares por MMBtu en comparación con el gas natural licuado, que puede costar entre $ 1,5 y $ 2,5 por MMBTU en función de la distancia real. En distancias más allá de 2.500 millas, el costo de la entrega de gas GNC llega a ser mayor que el costo de GNL debido a la diferencia en los volúmenes de gas transportados con las dos tecnologías.

Introducción

El consumo de gas natural a nivel internacional se ha incrementado rápidamente, por lo que es uno de los recursos energéticos más importantes del mundo. En este momento, el consumo mundial de gas natural ha tocado a 100 billones de pies cúbicos, un incremento de aproximadamente el 25% en una década (en comparación con un aumento del 16% para el petróleo y un aumento del 5% para el carbón). Dentro de 20 años, se prevé que el gas natural aumente su cuota mundial de energía sustancialmente de la actual 23%. Gran parte del aumento del consumo se ve en la generación de energía eléctrica, pero el transporte será probablemente el factor decisivo en el aumento dramático real y potencial.

Las emisiones de carbono del gas natural son más bajas en comparación con el petróleo y el carbón y también hay una reducción de emisiones de óxidos de nitrógeno y las partículas en el medio ambiente, por lo que es más atractivo el gas. Más importante aun, es que el costo de la generación de energía utilizando gas natural, ya que es algo como el 50% menos que el uso de carbón. En los EE.UU. solamente, hay proyecciones anuales de consumo de gas natural por generación de energía, de 5,25 billones de pies cúbicos en 2004 a 9,5 billones de pies cúbicos en 2024, un incremento del

80%. Tendencias similares se observan en forma rápida en otras partes del mundo que están en vía de desarrollo, como China y el sudeste asiático.

Este aumento en el consumo de gas natural, junto con la reducción anticipada de la cuota de mercado del carbón y el petróleo, ha elevado el espectro de la escasez del suministro en los Estados Unidos y otras naciones. Con la demanda de los países emergentes y las nuevas oportunidades de mercado, se espera que surjan los métodos de transporte del gas de las reservas en alta mar y las fuentes de ultramar, ya que han generado considerable interés.

Los medios existentes de transporte de gas natural consisten principalmente de las tuberías y de GNL. Las tuberías representan el 75%, y el GNL el resto (Administración de Información de Energía 2004). El GNL proporciona una manera apropiada de suministrar gas natural desde costa afuera. Sin embargo, debido a la gran inversión inicial, el GNL requiere de grandes reservas de gas natural cerca de las instalaciones para apoyar un proyecto de GNL y para obtener rendimientos aceptables de inversión de capital. Nuevos proyectos de GNL necesitan aproximadamente 0.5 a 1 millones de pies cúbicos por día de producción de gas para justificar la inversión. Otro requisito para el GNL es la necesidad de una gran demanda de usuarios. Por ejemplo, una típica importación de GNL requeriría capacidades de generación de gas de hasta 5.000 MW. Tal demanda limita los receptores potenciales de GNL a solo unos países y lugares.

Satisfacer la demanda de los mercados pequeños y la monetización de reservas, son las dos cosas que tiene por objeto el transporte de GNC gas natural. La tecnología de CNG se puede utilizar fácilmente para el transporte de gas desde los campos más pequeños y marginales con caudales pequeños de, por ejemplo, 100 MMpc / D. La tecnología es simple y se puede poner en aplicación comercial fácilmente. En la actualidad, no hay ningún proyecto de GNC importante de explotación comercial, pero los recientes acciones de enviar grandes volúmenes de gas y los trabajos en curso en los diseños de ingeniería sugieren que la tecnología está en el umbral de ser aplicado comercialmente.

Un estudio comparativo de los costes de la navegación marítima y tecnologías de transporte de gas natural fue presentado recientemente por los. El estudio analizó los datos disponibles sobre los costos de capital, costos de operación y envío de propuestas, conceptuales y costos reales de transporte de gas. La integración de estos datos fue presentada en un modelo económico, el atractivo fue el comparativo de los diferentes métodos marítimos de transporte de gas natural (incluidos los medios de transporte de GNC, GNL y oleoductos submarinos). Los resultados, los cuales examinaron varios volúmenes de gas y varias distancias, apoya la noción de que los proyectos de GNC son más adecuados para distancias más cortas (por ejemplo, desde 1000 hasta 2500 km), mientras que el GNL es más adecuado para mayores distancias proyectos. Las tuberías Submarinas, por otra parte, son apropiados para las distancias muy cortas de transporte de gas natural (por ejemplo, menos de 500 km).

Sin embargo, se necesita un análisis comparativo más detallado basado en las técnicas y los costos para el GNL y el GNC. En este trabajo, tratamos de llenar ese vacío, y demostrar la promesa comercial de GNC en una distancia más corta y de menor volumen (y, por lo tanto, enfocadas a las pequeñas reservas requeridas) para transporte de gas natural por alta mar vs GNL.

GNL

La conversión de gas natural a GNL se reduce a 1/6 de sus condiciones normales de volumen, lo que permite el transporte en buques cisterna especializados en distancias largas. La producción y almacenamiento de GNL se lleva a cabo normalmente en instalaciones en tierra. Los principales componentes de la cadena de valor incluyen: (1) la producción de gas natural, (2) el proceso de licuefacción (el ciclo "cascada" es el más común en esta tecnología) en la que el gas natural pretratado se convierte a licuado a una temperatura de aproximadamente -256 ° F (-160 ° C), (3) el transporte, (4) la regasificación y la distribución (5).

El costo de la tecnología

El equipo involucrado en el procesamiento y el transporte de GNL es muy intensivo en capital y altamente especializado. La planta de licuefacción es la unidad más cara de la producción de gas natural licuado, el costo de. $ 750 millones a US $ 1,25 mil millones. Esto es casi el 50% de la inversión total. La descarga de GNL requiere de instalaciones especiales, y una terminal de regasificación. Las instalaciones Regasificación costarán $ 500-550 millions, dependiendo de la capacidad del terminal. Metaneros, dedicados específicamente a cada proyecto, son complejos y costosos. El envío de GNL es una función de la distancia de transporte. Suponiendo que los buques de transporte de GNL son nuevos, el costo unitario de las gamas de envío de dólares EE.UU. 0,41 a $ 1.5/MMBtu para distancias de 500 a 5.000 millas. En general para el GNL, la inversión total puede variar de $ 1,5 a $ 2,5 millones, dependiendo de las necesidades del mercado y el número de buques requeridos. La figura. 2 muestra los componentes de costos para un proyecto típico de GNL, una parte muy importante de la inversión en bienes de uso.

GNC

GNC como un modo de transporte de gas natural es ahora buscado con un interés renovado. Los primeros intentos en la década de 1960 para comercializar esta tecnología se encontraron con dificultades técnicas, que, junto con la exigencia de fuertes inversiones y el precio del gas natural, la aplicación comercial de la tecnología fue inviable.

El descubrimiento y el desarrollo de un nuevo tipo de recipiente de presión de contención, llamado Coselle, promete hacer del transporte GNC atractivo. Esta es una bobina muy grande de relativamente diámetro pequeño del tubo, con alta presión de almacenamiento de gas y un sistema de transporte que se sienta en un carrusel de acero viga (Coselle 2006). Un portador típico GNC Coselle es una de 60.000 DWT grueso, con 108 Coselles y una capacidad de gas de 330 MMpc. La figura. 3 muestra la disposición de CNG en un buque Coselle. La idea intenta volver a reducir el costo de fabricación del sistema de contención de gas. Los carretes de pequeño diámetro (6 pulg.) de tubería flexible en grandes carruseles cumplen con el propósito. El gas se presuriza hasta 3.000 psi a temperatura ambiente.

Otro enfoque para el transporte de CNG ha sido nombrado el Votrans (Transporte de volumen optimizado y de almacenamiento), en la que se comprime el gas natural y se enfría a temperaturas más bajas. Esto reduce el volumen del gas comprimido, en comparación con simplemente comprimir a temperatura ambiente. A las temperaturas inferiores de 0 a -40 ° F, el proceso funciona a presiones

más bajas que las requeridas a temperatura ambiente. Para el concepto Votrans, los barcos llevan el gas frío comprimido en una estructura en forma de caja llamada el "módulo de GNC". El diseño del módulo consiste en un apilamiento de tubos horizontal o vertical (Fig. 4).

Tecnología GNC

El concepto básico para GNC es para comprimir el gas natural original, que está a una cierta temperatura y presión, a presiones más altas y enfriándolo a temperaturas más bajas. Se presta una especial atención al diseño de barcos, que tienen un sistema de contención para transportar el gas comprimido frío. La tecnología se puede dividir en tres partes: la compresión, la refrigeración y transporte.

La potencia de frenado requerida de la etapa del compresor y la compresión se puede calcular sobre la base de la relación de compresión, el volumen de gas, las temperaturas y presiones. Estudios de Cran (comunicación personal 2005) dan una correlación para predecir la potencia de compresión por unidad MMpc / D como una función de la relación de compresión (Fig. 5).

La temperatura de descarga del gas comprimido depende del tipo de posrefrigeradores utilizados. Con enfriadores refrigerados por aire, las temperaturas de descarga son de aproximadamente 100 ° F. El uso de agua de mar en los enfriadores pueden reducir las temperaturas de descarga a 60 ° F. Para estimar el requerimiento de refrigeración para enfriar el gas comprimido a 0 ° C, -20 ° F, o -40 ° F, la exigencia de calor necesita ser estimada sobre la base de la tasa de flujo de masas gasíferas, el calor específico del gas, y la diferencia de temperatura. La figura. 6, también proporcionado por Cran, predice la refrigeración en caballos de potencia por unidad MMpc / D basado en la temperatura final.

La parte de la tecnología de transporte incluye la carga, el viaje usando los vehículos de GNC y la descarga. El transporte de gas natural comprimido es intensivo en capital, ya que requiere 85 a 90% de las necesidades totales de capital para el proceso. La infraestructura en tierra para la carga del gas comprimido en el barco requiere principalmente el compresor y accesorios. Los refrigeradores están a bordo de los buques que transportan, lo que reduce la necesidad de una infraestructura de carga especial para manejar los líquidos refrigerados. La descarga del gas se realiza con un mecanismo de desplazamiento de fluido. El fluido dispuesto, es una mezcla de etilenglicol y agua.

El costo de la tecnología de GNC

Este transporte de gas natural requiere menos capital para implementar que GNL y es muy adecuado para explotar las fuentes de suministro y los aislados y limitados mercados de consumo. Una planta de GNC con instalaciones de carga, incluyendo compresores, tuberías, y las boyas cuesta de $ 30 a $ 40 millones. Barcos de GNC, con refrigerador y el desplazamiento fluido a bordo, cuestan de $ 150 millones a $ 300 millones para la capacidad de los buques de 400 a 1.000 MMBtu para Votrans. El número de buques requeridos para una cierta distancia de transporte depende de la velocidad de carga, la distancia viaje y el tiempo requerido para que un buque haga un ciclo completo de carga, transporte, descarga y retorno. Por lo tanto, los números de GNC requeridos aumentaran con el transporte a distancia. La Tabla 1 muestra el número estimado de buques requeridos para el transporte de distancias de 500 a 5.000 millas.

Para la tecnología de Coselle, la figura 7 representa la relación entre la capacidad de los buques y los costos de los buques, donde SSY representa un ampliamente citado barco corredor. Las instalaciones de carga de GNC que consisten en separadores, depuradores y calentadores, tienen un costo de $ 16 a $ 20 millones. En general, para el GNC la inversión total puede variar entre $ 1 a $ 2 mil millones, dependiendo del número de buques de requeridos. En la figura. 8 se muestran los componentes de costos para un típico proyecto de GNC. Uno de los principales atractivos de GNC es que el maximo de la inversión es en bienes muebles. Para ilustrar cómo el número de buques afecta el precio de tarifa de transporte, el análisis de un proyecto real se presenta en la figura 9. Esto demuestra que para una distancia relativamente corta (menos de 2000 km) y una capacidad baja de los buques (650 MMpc), el número de buques que afecta a la tarifa de transporte es considerable. Esto es debido a que el volumen total diario manejado gas aumenta a través del incremento de números de barcos.

Fue hecho un análisis de costo optimizado para el rango presiones, temperaturas y las distancias basándose en un ritmo de descarga de 1,000 MMpc / D . El criterio para optimizar el costo más bajo es sostenido para el transporte de la capacidad estimada de CNG. La Tabla 2 muestra el coste óptimo, en dólares estadounidenses por Mpc, con la presión de contención óptima y el volumen estándar transportados en estas condiciones a una temperatura dada. Los resultados de la Tabla 2 muestran la optimización de los refrigerados por aire y compresores. Uso de compresores enfriados por agua y con las condiciones de confinamiento que quedan en el mismo, tienen un costo unitario de gas entregado de $ 0.01/Mscf. Esto se traduce en un aumento de $ 8.000 a $ 12.000 por cada carga de GNC descargado en el lado proveedor.

GNC vs GNL

En la comparación de CNG con el GNL, se utiliza la misma capacidad volumétrica de transporte por buque real. Sin embargo, al hacer la comparación, vale la pena recordar la discrepancia en el volumen real estándar del gas transportado. Para averiguar la capacidad misma nave, el GNL transporta 2,1 millones de pies cúbicos de gas natural en comparación con un volumen máximo de 1,2 millones de pies cúbicos transportados para el GNC.

Al mantener a un lado la diferencia en volúmenes estándar, una comparación apropiada entre las dos tecnologías garantiza una revisión de los requisitos y los costos respectivos involucrados para ambos casos. En cualquier proyecto de GNL para ser económicamente viable, se requiere una producción de 0,5 a 1 mpc / d de gas natural. Una planta de GNL de 3 MMtpa necesita una velocidad de gas de 400 a 450 MMpc / D. Esto se traduce en reservas de gas de 5 a 8 TCF para un proyecto de vida de 20 años, dependiendo de la cantidad de condensados en el gas. Los proyectos de GNC, por otro lado, no requieren una cantidad de reservas para el mismo rendimiento. Los campos con modestas reservas y tarifas de gas pueden apoyar proyectos de GNC.

Para comparar GNC con GNL, se necesita una revisión de los costos involucrados. Esto no incluye los gastos de transporte de los barcos y otras instalaciones necesarias para la carga y descarga. Para el CNG, los barcos cuestan aproximadamente $ 230 millones, mientras que para el GNL, los barcos cuestan aproximadamente $ 160 millones. La simplicidad de las operaciones de GNC ofrece una ventaja añadida sobre el GNL. El equipo requerido es de fácil acceso, con poco o ningún detalle para personalizar. Ambas tecnologías comparten la necesidad común de que los buques deben estar especialmente construidos para que lleven las cargas respectivas de LNG o CNG. Para LNG, la consideración principal durante su transporte se mantiene el estado del líquido, que en el caso de

CNG es simplemente el mantenimiento de la presión y de la temperatura sin la preocupación por los cambios de fase.

Para la cadena de valor de GNL típico por MMBTU de gas es el siguiente: exploración y producción, $ 0,5 a $ 1.0/MMBtu, licuefacción, $ 0,8 a $ 1.2/MMBtu y regasificación y almacenamiento, $ 0,3 a $ 0.5/MMBtu). Por lo tanto, el costo total de producción y transporte de GNL puede variar entre $ 2 y $ 4,2 por MMBTU para distancias de 500 a 5.000 kilómetros.

Para el GNC, manteniendo el mismo coste unitario para la exploración y producción, la cadena de valor por MMBTU, es el siguiente: exploración y producción, $ 0,5 a $ 1.0/MMBtu y el procesamiento y el transporte, 3.82/MMBtu $ 0,88 a $ para distancias de 500 a 5.000 millas. Esto se traduce en un costo unitario de $ 1,38 a $ 4,82 por MMBtu.

Tomando un precio de cadena de gas de $ 0.75/MMBtu para el GNC y el GNL y el costo de licuefacción de $ 1.0/MMBtu con un costo de regasificación de $ 0.4/MMBtu, el precio unitario de GNL entregado es mostrado en la Tabla 3. La Tabla 4 muestra la comparación del precio de la unidad entregada de GNC con la de GNL.

La figura. 10 muestra una gráfica de la comparación del precio por unidad entregada de gas como CNG y GNL. Es evidente que para distancias de hasta 2.500 millas, el GNC puede entregar el gas de una manera más efectiva que el GNL; para distancias mayores de 4.000 kilómetros, el GNL se vuelve más rentable que el GNC. La razón principal para el aumento de los costos con GNC es la importante inversión necesaria en el mayor número de buques que se necesitan. La figura. 11 es un estudio de caso de comparación de costos de GNC vs GNL basada en una capacidad de transporte de 400 MMpc. Estos resultados apoyan bastante nuestras conclusiones.

Uno de los factores en la elección entre el GNC y GNL es el ritmo de la implementación del proyecto. Por lo general, los proyectos de GNL requieren por lo menos 4 a 5 años a partir de la fase de planificación hasta la entrega del primer cargamento. En cambio los proyectos de GNC se pueden poner en marcha en un período de 30 a 36 meses, comenzando con el diseño del proyecto, planificación y construcción de la infraestructura necesaria y la entrega de la primera carga. Claramente, la tecnología como la de GNC se vuelve inherente para acelerar la aplicación y la monetización de las reservas con menores volúmenes y las opciones poco atractivas para el GNL o gasoducto.

Lo que es evidente es que el GNC es eminentemente competitivo con GNL para las condiciones consideradas en este estudio. Considerando que el GNL tiene un punto fuerte en su capacidad para transportar grandes volúmenes de gas en cada viaje, como su incapacidad para comercializar las reservas de transición, lo que hace que el GNC sea muy atractivo para las pequeñas reservas y los pequeños usuarios. El GNL es más adecuado para los transportes a larga distancia de gas.

Oportunidades de Aplicación

¿Cuáles son las aplicaciones potenciales de todo el mundo GNC? La pregunta es especialmente pertinente a la luz de los recientes anuncios de muchos de los proyectos de GNL, los cuales se esperan para remediar la inminente escasez de gas natural.

Según lo determinado en este trabajo, para distancias de hasta 2.500 millas (o incluso más), el GNC es potencialmente un medio muy eficaz para el transporte de gas natural en los principales mercados de América del Norte, Asia y Europa. Teniendo en cuenta los precios actuales del mercado de gas natural y GNL, este tiene una mejor oportunidad para distancias entre Australia, Indonesia, Nigeria y Japón o los mercados emergentes grandes de China. Sin embargo, el GNC sería una opción obvia para el transporte de gas desde la costa del Pacífico de Rusia a Japón y China, Argelia y Libia para Europa, Canadá Atlántico y el noreste de EE.UU., y la costa noroeste de los EE.UU. Incluso anunciado y proyectos desarrollados como Trinidad a los EE.UU., Venezuela a los EE.UU., y, sobre todo, el norte de África hacia Europa, deberían considerar seriamente GNC en lugar de gas natural licuado.

Una forma de aplicar la tecnología de GNC es en relación con el gas natural licuado. Puede funcionar como un complemento para un proyecto de GNL debido a que el GNC puede servir como una solución temporal de las reservas que eventualmente puedan apoyar un proyecto de GNL. Dicha solicitud monetiza las reservas antes, acelerando de este modo "flujo de caja y rentabilidad económica para los gastos de exploración". Entre tanto, el comportamiento de la producción puede probar la viabilidad de GNC para apoyar un proyecto a largo plazo de GNL. También, CNG proporciona la opción de un repliegue en el caso de fallo del LNG y es mucho más flexible a las fluctuaciones imprevistas del mercado.

Conclusiones

A partir de este estudio, se puede determinar que el transporte de gas natural por GNC en alta mar es económicamente viable. El hardware y los procesos tales como la compresión y refrigeración son fácilmente disponibles utilizando equipos industriales estándar. Las naves para el transporte y la refrigeración del gas comprimido son únicas en diseño y proporcionan una manera eficaz para la contención y transporte de gas. Requisitos sencillos de carga y descarga proporcionan una ventaja en el uso de la tecnología para fines de costa afuera.

Tanto para las tecnologías Coselle y Votrans, el 90% de la inversión es en el transporte, por lo que los proyectos de GNC son menos arriesgados. Esto le da la flexibilidad para moverse en torno a los activos, si es necesario y en caso de que un proyecto no cumpla con las expectativas.

Un inconveniente es el menor volumen de gas transportado. El GNL transporta de dos a tres veces la cantidad de gas que puede transportar el GNC basado en los conceptos actuales. La principal ventaja de CNG es el bajo costo en el que se pueda transportar a través de distancias de hasta 2.500 millas, en las que el GNC es más rentable que el GNL. La capacidad de GNC para comercializar pequeñas reservas es un beneficio adicional. La tecnología tiene un amplio ámbito de aplicación comercial, que une los principales mercados como América del Norte, Japón, China y Europa.

Figura 2 Tabla 1

Tabla 2

Tabla 3 Tabla 4