Webinar slides - Technical pre-feasibility study of shuttle type CO2 ship transport
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Slides from the webinar discussing the Preliminary Feasibility Study on CO2 Carrier for Ship-based CCS webinar. The slides were presented by the Project Leader for the study, Professor Masahiko Ozaki. Professor Ozaki was the lead author on the IPCC Special Report on CCS -Chapter on CO2 Shipping Transportation. The report and the recorded webinar can be viewed at http://www.globalccsinstitute.com/publications/preliminary-feasibility-study-co2-carrier-ship-based-ccs
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Webinar slides - Technical pre-feasibility study of shuttle type CO2 ship transport
- 1. ＣＯ２シャトルシップ方式と沖合貯留システム 東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 海洋技術環境学専攻 教授 尾崎 雅彦
- 2. 背 景 日本におけるCCS 沿岸域に多数のCO2大規模排出源が分布 沿岸に近い海域は漁業などの活動が盛ん 沖合い海域は大水深になる 日本のＣＯ2大規模排出源の分布 RITE報告書より） （RITE報告書より）
- 3. 日本でCCSを実展開するための技術構想 CO2 CO2船舶輸送方式 比較的大水深の沖合を想定した洋上からの圧入方式 日本のＣＯ2大規模排出源の分布 RITE報告書より） （RITE報告書より）
- 4. 大量で長距離のガス輸送には、パイプライン方式と船による海上 圧 圧 圧 圧 圧 圧 圧 圧 入 入 入 入 一時貯蔵 一時貯蔵 一時貯蔵 一時貯蔵 荷 荷 荷 荷 役 役 役 役 パイプライン輸送 船舶輸送 荷 荷 荷 荷 役 役 役 役 一時貯蔵 一時貯蔵 一時貯蔵 一時貯蔵 輸送方式がある 液 液 液 液 化 化 化 化 液 液 液 液 化 化 化 化 CO2輸送 圧 圧 圧 圧 圧 圧 圧 圧 縮 縮 縮 縮 回 回 回 回 回 回 回 回 収 収 収 収
- 5. CO2輸送 パイプラインによるCO2輸送；実績あり カナダWeyburnプロジェクトでは年間100万トンのCO 320km輸送（陸上） カナダWeyburnプロジェクトでは年間100万トンのCO2を320km輸送（陸上） Weyburnプロジェクトでは年間100万トンの CO2輸送船；搭載量1,000m3級で実績あり Coral Carbonic Yara Gas I Owned by Anthony Veder Owned by Yara Industrial B.V. 1,250m3, -40degC, 1.8MPa 850m3, -30degC, 2.0MPa
- 6. 船舶輸送方式を用いることによるメリット [Project flexibility] 船舶輸送はsource-sink matchingの制約をあまり受けない 船舶輸送は の制約をあまり受けない （水深や輸送距離の増大がコストに及ぼす影響が小さい） プロジェクトの段階的拡張や規模の変更が、 プロジェクトの段階的拡張や規模の変更が、輸送の観点からは 比較的容易である 輸送システムの再利用が可能である [Social acceptance] 沿岸域でのパイプライン建設が不要である 輸送経路の変更が可能である
- 7. 技術検討プロジェクト 2011年2月～9月 Project Leader 東京大学 尾崎 Project Managing 千代田化工建設 Global CCS Institute補助 圧入装置を搭載したCO2シャトル輸送船による 圧入装置を搭載したCO CCSを提案 国内・地域内向け沖合CCSを提案 国内・地域内向け沖合CCS シャトル方式CO2船舶輸送・洋上圧入システム シャトル方式CO 船舶輸送・ の技術的成立性と経済性を検討・ の技術的成立性と経済性を検討・評価 何故シャトル輸送？
- 8. パイプライン方式による構想例 Offshore Injection Wells Main Pipeline & Offshore Network 流量あたりの輸送コストを下げるには 大直径のパイプラインを少数建設す るのが望ましい CO2 Sources
- 9. パイプライン方式の代替案としての船舶輸送 Offshore Injection Wells Offshore Platform with Buffer Tanks & Pipeline Network スケールメリットによる経済性向上を Bi- Weekly to Bi-weekly ねらって、数万トン級の大型船を用い Transport by Large Ships るプロジェクト検討が行われている CO2 Sources
- 10. パイプライン方式の代替案としての船舶輸送 Offshore Injection Wells Offshore Platform with Buffer Tanks & Pipeline Network 本研究では、比較的小型の船舶によ る１～２日毎の輸送（シャトル輸送）と Bi- Weekly to Bi-weekly 船からの直接圧入によって、陸上お Transport by Large Ships よび沖合の施設を大幅に小規模化さ せることを考える CO2 Sources
- 11. 船舶シャトル輸送方式による構想例 Offshore Injection Wells Daily Shuttle Shipping CO2 Sources
- 12. 船舶シャトル輸送方式による別の構想例 CO2 Sources Daily Shuttle Shipping Offshore Injection Wells
- 13. シャトル輸送のスケジュール計画 輸送距離が200km以下の場合、２隻の船が１日交替で現地へ。 200km 輸送距離が200km以下の場合、２隻の船が１日交替で現地へ。 200kmから800kmでは４隻のローテーションとなる 200kmから800kmでは４隻のローテーションとなる から800km Ship j th day (j+1)th day (j+2)th day load- to back to CO2injecti #1 ing CO2 injection home loading on site site CO2 * back to * CO2 * back #2 home loading home injection site injection * : switching period of offshore operation
- 14. 本研究におけるシステムのサイズ １か所の坑井で圧入可能な流量を最大3,000トン／日とする。 3,000 １か所の坑井で圧入可能な流量を最大3,000トン／日とする。 100万トンに相当する。 これは年間100万トンに相当する。 これは年間100 上記がシステム全体を律すると考えると、ハブ方式を採らない 3,000トンの能力を有すればよい。 輸送システムは一日平均3,000トンの能力を有すればよい。 輸送システムは一日平均3,000 搭載量3,000トン級の船によるシャトル輸送を検討する。 3,000 搭載量3,000トン級の船によるシャトル輸送を検討する。
- 15. 本研究の基本仮定 船によるシャトル輸送 沖合施設は無人運用 日量3,000トンの輸送と圧入 日量3,000トンの輸送と圧入 3,000 日本の排他的経済水域内の水深200m～500mの海域対象 日本の排他的経済水域内の水深200m～500mの海域対象 200m CO2圧入時の条件 • 10 MPa in pressure (Max.) • 5 deg C in temperature
- 16. CO2シャトル輸送船 Lpp=89.6m,B=14.6m, D=6.9m, d=5.6m Service velocity=15.0knot 1,150kW× 3,000kW× Side thruster 1,150kW×2, Azimuth Propeller 3,000kW×1 Power Generator 3,500kW×2 3,500kW× 自動船位保持装置（DPS）装備 自動船位保持装置（DPS DPS）装備
- 17. CO2タンク Bi- Type : Bi-lobe Number : 2 (tandem) Dia. of single cylinder=7.0m Length=27m Volume : 1,500m3(each) Design Temp : -10 degC Design Pressure: 3.1 MPa • Necessary pressure for CO2 as liquid phase= 2.65MPa • Rise of pressure by Boil-off Boil- = about 0.1MPa after 3 days Midship Section
- 18. CO2の温度・圧力条件 Pressure [bar] solid liquid vapor Temperature [deg C] 大型ガス輸送船の設計では、貨物の温度・ 大型ガス輸送船の設計では、貨物の温度・圧力条件として三重点近傍が 設定されることが多いが、本研究では陸上の液化プラントの省エネ、 設定されることが多いが、本研究では陸上の液化プラントの省エネ、沖 合での昇温の容易さなども考え、より高い圧力・ 合での昇温の容易さなども考え、より高い圧力・高い温度を選択
- 19. 積み出し Reference Scope of Study CO2 Tank Loading Arm CO2 Shuttle Tanker Captured Compressor CO2 Dryer CO2 Liquefier CO2 Loading Pump Major equipment CO2 tank : operating condition -10degC, 2.65MPa 430m3×14 (2 days’ stock) 250ton/h× stand- CO2 loading pump : 250ton/h×3 (1 is stand-by) CO2 tank BOG cooler 500ton/h× Loading arm : 500ton/h×1 Un- 200ton/h× Un-loading arm : 200ton/h×1 (for emergency) CO2 vent stack (for emergency)
- 20. フレキシブルパイプを用いた洋上圧入 Pick up buoy Satellite Pick up float Tele communication ≪CO2 Carrier≫ Carrier≫ Coupler winch (Sheer mount) Battery Communication buoy Riser end fitting Mooring wire Bend stiffener Pick up rope Signal & Battery charging wire Messenger line Flexible riser + Umbilical cable Bend restrictor Transponder Pipe protector Anchor Christmas tree Sinker Pick up wire
- 21. フレキシブルパイプのピックアップ FLOAT PICKUP BUOY FLOATING SYNTEHTIC ROPE Pick up buoy Pick up float Messenger line Flexible pipe Sinker Pick up wire
- 22. フレキシブルパイプの設計条件 管内流量 : 3,000 m3/16hr (52 litter/sec) litter/sec) 管内流速 : 3 m/sec パイプ内径 : 0.16 m 設計圧力 : MP 20 MPa 使用圧力 : 10 MPa
- 23. フレキシブルパイプの試設計 Table3.3-1 Construction of flexible pipe Layer Thickness Outer diameter Material (mm) (mm) Interlock carcass 5.5 163 Stainless steel Inner pipe 6.7 176.4 High density PE Inner pressure 2.0" 2 184.4 Carbon steel armor Tensile armor 2.0" 2 192.4 Carbon steel Buoyant layer 51.8 295 Plastic tape Outer sheath 7.0 309 High density PE
- 24. 昇圧、5 昇圧、5℃まで昇温し、海底坑井へと圧入する 輸送船がサイトに到着してフレキシブルパイプを結合した後, 10MPaまで 輸送船がサイトに到着してフレキシブルパイプを結合した後, CO2 を10MPaまで esaB resiR CF pmuP noitcejnI 2OC B-ograC 2OC sllew 01 CF retaeH 2OC llew noitcejnI ℃5 M IL IL AaPM50.01 reknaT tnempiuqE elttuhS ℃5 daeH eW daeH lllleW 2 2OC ℃01- ℃01- AaPM50 01 AaPM50..01 renffitS dneB AaPM1.01 IF ℃01- gnittiF dnE resiR AaPM6.2 pmuP retaW aeS IL IL ℃ 21 CT M IF CP IF IF IF ℃ 91 A-ograC 2OC aeS ot egrahcsiD relooC tekcaj enignE retaW metsyS morf retaW toH lortnoC noitcejnI aeS CO2 洋上圧入
- 26. 洋上作業の安全性と稼働率 荒れた海象条件下で船は退避し、フレキシブルパイプは波・ 風の影響の無い海底に置かれる。ピックアップブイシステム は荒天に対して柔軟に耐えることができる。 DPSによる位置保持条件、船長ヒアリングにもとづく作業限 界（最大縦揺角3度）、船体への冠水限界を考慮すると、今回 想定条件での海上作業の稼働率はおよそ90%となった。
- 27. コスト評価 検討範囲 (1) 陸上プラント : CO2 一時貯蔵タンク, 荷役用ポンプ, ローディングアーム，その他 一時貯蔵タンク, 荷役用ポンプ, 付帯設備一式 (2) 自動船位保持装置付きCO2 シャトル船，CO2 圧入ポンプ, 昇温用海水ポンプ， 自動船位保持装置付きCO シャトル船，CO 圧入ポンプ, CO2 ヒーター，圧入制御装置，ウィンチ類 (3) 沖合設備: CO2 圧入用フレキシブルパイプ，ピックアップブイ一式 沖合設備: 以下は対象外 ・CO2 回収設備 ・港までのパイプライン ・CO2 荷役桟橋 ・CO2 海底坑口装置 ・海底坑口装置から圧入孔までのパイプライン ・CO2 圧入孔 CO2 圧縮・液化設備は参考用データとして報告
- 28. コスト評価 ケーススタディ (1) CO2圧入量 ) ・公称圧入量 : 1,000,000 トン／年 ・有効圧入量: 陸上プラントやシャトル船で必要な電力および燃料油によって発生する ・有効圧入量: CO2 を差し引く (2) 稼働寿命 ・コスト評価は、30年間稼働を想定 30 ・コスト評価は、30年間稼働を想定 ・個々の設備の寿命: 陸上プラントは30年以上，CO2 シャトル船は15 年（途中で更新）， 30年以上， ・個々の設備の寿命: 陸上プラントは30年以上，CO シャトル船は15 30年と想定 沖合設備は30年と想定 沖合設備は30 (3) スタディケース ・ケース１: 片道輸送距離200 km，水深500 m， ・ケース１: 片道輸送距離200 km，水深500 m， 2隻によるシャトル輸送 km，水深500 m， ・ケース２: 片道輸送距離400 ～800 km，水深500 m， 4隻によるシャトル輸送 ・ケース２: 片道輸送距離400 (4) 評価方法の詳細は報告書を参照ください（公開済み）
- 29. コスト評価の結果 初期コスト 単位 : 百万円（百万豪ドル） 3800 4300 6520 900 Case-1 (43.9) (49.6) (75.2) (10.4) Compression CO2 tank CO2 CO2 & Liquefaction & Loading shuttle injection (for reference) at port shipping 3800 4300 13040 900 Case-2 (43.9) (49.6) (150.5) (10.4)
- 30. コスト評価の結果 トータルコスト =初期コストの償却＋運転コスト＋ 初期コストの償却＋運転コスト＋管理費 単位 : 円（豪ドル） 1898 (21.9) 2274 388 1001 509 Case-1 (26.2) (4.5) (11.6) (5.9) Compression CO2 tank CO2 CO2 & Liquefaction & Loading shuttle injection (for reference) at port shipping 2274 388 2006 703 Case-2 (26.2) (4.5) (23.2) (8.1) 3097 (35.7)
- 31. 結 言 圧入装置を搭載したCO シャトル船による沖合CCSを提案した。 圧入装置を搭載した 2シャトル船による沖合 を提案した。 を提案した スケール効果を考慮して、数万トン級の大型船を用いるship-based CCS スケール効果を考慮して、数万トン級の大型船を用いる のプロジェクト検討が欧州を中心に行われている。しかし、CO2 回収源 のプロジェクト検討が欧州を中心に行われている。しかし、 が分散していたり貯留サイトの性能に不確実性が伴う場合、 が分散していたり貯留サイトの性能に不確実性が伴う場合、比較的小 型の船を用いたシャトル輸送方式が有効であると考えられる。 型の船を用いたシャトル輸送方式が有効であると考えられる。 また、船輸送の両サイドにおけるCO2一時貯蔵用大規模設備の建設が また、船輸送の両サイドにおける 技術的、経済的あるいは社会的な理由で困難な場合、 技術的 、 経済的あるいは社会的な理由で困難な場合 、頻繁なシャトル 輸送と洋上からの直接圧入は、有望な解決策になると考えられる。 輸送と洋上からの直接圧入は、有望な解決策になると考えられる。
- 32. 結 言 今回の研究では、 船によるCO2シャトル輸送と沖合での洋上圧入に 今回の研究では、 船による ついて、技術的成立性と経済性を検討し、ケーススタディ結果を例示し ついて、技術的成立性と経済性を検討し、 た。 具体的な条件の下で、より詳細な検討と最適化が必要である。 具体的な条件の下で、より詳細な検討と最適化が必要である。
- 33. ＣＯ２シャトルシップ方式と沖合貯留システム 東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 尾崎 雅彦 Thanks to: Global CCS Institute for financial support , Chiyoda Corporation for project managing, Sasebo Heavy Ind., JAMSTEC, Furukawa Electric, MEC, NTT Data & JANUS for engineering and legal study, Dr.T.Ohsumi as co-leader of the project, and Mike for your earnest assistance