Le problematiche connesse con il trasporto di GNL con navi gasiere

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1 Le problematiche connesse con il trasporto di GNL con navi gasiere Francesco Giunto Medea Development Università degli Studi dell Insubria Convegno internazionale Il trasporto delle merci pericolose criticità e pianificazione degli interventi Varese, 13 novembre

2 Perchè il GNL come sistema di approvvigionamento del gas naturale? In Italia, il gas naturale, trainato dal settore della generazione elettrica ovvero dalla costruzione di nuovi impianti a ciclo combinato, ha assunto un ruolo dominante nell attuale e futuro assetto della domanda energetica italiana Le opportunità create dal processo di liberalizzazione del mercato, unitamente alla necessità di potenziare e rendere maggiormente flessibile il sistema di importazione, essenzialmente costituito da pipeline gestite dall ex monopolista (ENI), hanno orientato la scelta dei nuovi Operatori principalmente verso la modalità di approvvigionamento via nave ovvero mediante terminali di ricezione e rigassificazione del Gas Naturale Liquefatto (GNL). Progetti di nuove infrastrutture di approvvigionamento del gas naturale GN/GNL - (Fonte: Ministero dello Sviluppo Economico, 2008) 2

3 Perchè il GNL come sistema di approvvigionamento del gas naturale? Nel corso dell ultimo decennio il trasporto via nave del gas naturale ha assunto un ruolo sempre piú importante, pari a circa ⅓ del volume mondiale di gas naturale commercializzato, grazie ad alcuni mutamenti radicali del settore tra cui: il graduale, inevitabile allontanamento dei mercati di produzione dai centri di consumo ovvero la necessità di soddisfare la crescente domanda interna non esauribile con le sole forniture via tubo; la possibilità, grazie alla innovazione tecnologica, di sviluppare campi prima ritenuti non commercialmente sfruttabili; la necessità di ampliare le fonti di approvvigionamento per diminuire la dipendenza dai produttori tradizionali, migliorando la sicurezza delle forniture e aumentando la competitività sul mercato finale; il considerevole abbattimento dei costi nella realizzazione delle infrastrutture (circa 20-25%), con particolare riguardo ai terminali di liquefazione ed alle navi metaniere; l opportunità offerta dal mercato a breve termine e su base spot nell ambito della commercializzazione del GNL. Le infrastrutture di importazione del GNL (rigassificatori) presentano poi la possibilità di svolgere funzioni di modulazione e riserva e di ampliare, entro certi limiti a costi marginali, la propria capacità rappresentando un ulteriore elemento di distinzione dall alternativa via tubo Evoluzione del mercato mondiale del GNL fino al 2002 e nello scenario futuro - (Fonte: Enagas, 2006 su dati CERA e BG) 3

4 Perchè il GNL come sistema di approvvigionamento del gas naturale? Uno dei fattori principali per orientare la scelta verso l opzione del GNL è senz altro la distanza dalla fonte di approvvigionamento. Dall analisi dei grafici si può evincere che fino a distanze dell ordine dei km l alternativa via pipe per il trasporto del gas naturale è più competitiva e dunque preferibile a parità di altre condizioni. Oltre i km il GNL è, al contrario, decisamente più competitivo e dunque preferibile. Nel mezzo di tale intervallo ci si trova in un area di sostanziale equilibrio competitivo, rendendosi opportuna un analisi più dettagliata di ogni singola parte della filiera al fine di adottare la scelta ottimale. È bene specificare che tale diagramma è da intendersi come dinamico, ovvero suscettibile di variazioni anche sensibili nel tempo, in ragione della particolare combinazione dei valori dei parametri alla base dell analisi tecnico-economica. Confronto tra costi unitari del trasporto via GNL con quelli via tubo (Fonte: Enagas, 2006) Confronto tra costi unitari del trasporto via GNL con quelli via tubo (off-shore) - (Fonte: IEFE, 2008) 4

5 Il trasporto del GNL: la flotta di navi metaniere La capacità di trasporto della flotta è in continua crescita presentando attualmente una capacità media per nave compresa tra e mc, con una età media di circa dieci anni. Capacità di trasporto della flotta di navi metaniere - (Fonte: LNG World Shipping Journal, 2007 su dati Braemar Seascope) Oltre la metà delle navi di grande stazza (superiore ai mc) sono entrate in servizio dopo il 2000 ed, in prospettiva, entro il 2010 si ridurrà ulteriormente l età media del naviglio. In ogni caso si tratta di navi a doppio scafo dotate di un numero generalmente compreso tra 3 e 5 serbatoi criogenici di contenimento del GNL, indipendenti tra loro e mediamente con capacità compresa tra e mc liquidi, anch essi costruiti in modo tale da presentare una duplice barriera a protezione del carico. L equipaggio normalmente imbarcato è di circa 30 unità e la vita utile raggiunge e supera facilmente i 40 anni Suddivisione della flotta esistente ed in costruzione per anno di costruzione - (Fonte: LNG World Shipping Journal, 2007 su dati Braemar Seascope) 5

6 La nave metaniera: i diversi sistemi di contenimento Tipo Moss con serbatoi sferici autoportanti Tipo GTT con serbatoi prismatici a membrana Tipo IHI con serbatoi prismatici autoportanti 6

7 La nave metaniera: tipologia Moss con serbatoi sferici autoportanti I serbatoi sferici autoportanti, didiametroparia m, sono generalmente costruiti in lega di alluminio o in acciaio criogenico al nichel 9%, con spessore variabile fino a 100 mm, ed un rivestimento esterno di schiuma isolante per contenere i valori di boil-off entro i regimi usuali pari a 0,15-0,2% per giorno di viaggio. Il contenitore è saldato lungo il profilo mediano del serbatoio (equatore) ad un supporto in acciaio fissato allo scafo interno della nave, mantenendo in tal modo una propria indipendenza funzionale e libertà di deformazione allo specifico regime termico cui è sottoposto. 7

8 La nave metaniera: tipologia Gaz Transport-Technigaz (GTT) con serbatoi a membrana In tal caso i serbatoi sono inseriti completamente nello scafo cui trasferiscono il peso del carico e costituiti da una duplice membrana formatadaunprimocontenitoredispessorevariabilefinoa1,5mmdi acciaio inossidabile (Technigaz) o di invar (Gaz Transport) e da opportuni rivestimenti ed intercapedini per l isolamento termico del carico, fissati al secondo contenitore esterno. In entrambi i sistemi l intercapedine è continuamente flussata con azoto con il duplice scopo di inibire lo scambio termico riducendo il tasso di vaporizzazione (boil-off) e inertizzare l ambiente, monitorando in uscita l eventuale presenza di idrocarburi nel flusso di azoto per controllare la presenza di possibili perdite di liquido. Il carico della nave è dunque separato dall acqua di mare da una barriera multistrato il cui spessore è mediamente compreso tra 2 e 4 m. 8

9 La nave metaniera: tipologia IHI con serbatoi prismatici autoportanti Esiste una terza tipologia sviluppata dalla IHI che può essere classificata come un sistema intermedio tra i due precedenti, con serbatoi prismatici autoportanti, ma allo stato attuale è poco diffusa e dunque poco rappresentativa. 9

10 La nave metaniera: confronto tra le due principali tipologie (Moss vs GTT) Gli sforzi dovuti all oscillazione del liquido quando la nave è in movimento con carico parziale ( sloshing phenomena ) ed ai connessi fenomeni di risonanza, possono portare a seri danneggiamenti del sistema di contenimento interno ai serbatoi. Questo particolare scenario operativo riguarda esclusivamente la tipologia GTT con serbatoi a membrana caratterizzata dalla presenza di punti angolosi dove lo sforzo si amplifica e dalla particolare struttura del sistema di contenimento, costituito da più strati uniti tra loro con collanti e materiali adesivi, che più facilmente può essere oggetto di danneggiamento dovuto a tensioni interne. Pertanto essa è soggetta a specifiche restrizioni i ioperative, relative nella fattispecie i al livelloll di riempimento i dei serbatoi che non deve essere superiore al 10% o inferiore all 80% della capacità nominale prevista. Schematizzazione dello sloshing phenomena e test di laboratorio su modelli in scala - (Fonte: BMT, 2006) 10

11 La nave metaniera: confronto tra le due principali tipologie (Moss vs GTT) La tipologia GTT è caratterizzata generalmente da minori costi di costruzione (anche fino al 20-30%), minor tempo di costruzione e messa a punto a parità di capacità nominale, costo di transito del Canale di Suez inferiore e una maggiore propensione all aumento della massima capacità di carico nominale. Questo fattore, unitamente ai continui miglioramenti tecnologici apportati al sistema di contenimento, spiega in particolare la sostanziale differenza tra le due tipologie nel portafoglio ordini delle navi metaniere: alla tipologia a membrana infatti appartengono le cosiddette Q flex eq max,navi metaniere con capacità nominale, rispettivamente, pari o superiore a e mc. Numero di navi metaniere per tipologia di sistema di contenimento - (Fonte: BMT, 2006) 11

12 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: eventi accidentali Il trasporto del GNL a fronte di oltre 40 anni di esercizio presenta un eccellente casistica incidentale, con soli due incidenti di significativa enitità, entrambi collocati alla fine degli anni 70 e relativi a casi di incagliamento su fondale roccioso a velocità sostenuta. Dei due quello più grave, occorso alla El Paso Paul Kayser ad una velocità pari a 19 nodi, ha dimostrato in particolare le notevoli caratteristiche di resistenza di una nave metaniera che, pur viaggiando a pieno carico (circa mc di GNL) e a velocità di crociera, non ha registrato alcuna perdita nel sistema di contenimento. In questo senso se, come normalmente si opera nel settore dell analisi di rischio, si volesse utilizzare l esperienza storica, tenendo anche in conto il continuo miglioramento delle procedure operative e della tecnologia applicata, si potrebbe concludere che la probabilità di una perdita del carico è praticamente nulla Danni minori causati allo scafo da un arenamento (Fonte: BMT, 2006) L arenamento della El Paso Paul Kayser: il solco provocato dall impatto sullo scafo - (Fonte: CH-IV International, 2006) 12

13 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: eventi accidentali Stima del danno provocato in funzione della velocità di collisione e della energia assorbita - (Fonte: Sandia, 2004) Gli eventi accidentali, quali la collisione con altre navi e/o l incagliamento, sono stati studiati con l utilizzo di modelli di calcolo agli elementi finiti, anche basandosi sull esperienza storica dei casi realmente accaduti. I risultati principali hanno dimostrato che, fino ad una velocità di navigazione di circa 5-7 nodi, il massimo scenario incidentale ipotizzabile (urto con angolo di 90 con nave di grande stazza) non comporta la fuoriuscita di liquido dai serbatoi interni grazie alla struttura a doppio scafo ed alla deformabilità del sistema di contenimento. Esempio di analisi agli elementi finiti della collisione tra navi metaniere - (Fonte: Det Norske Veritas, 2004) 13

14 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: eventi intenzionali A tale proposito è significativo citare il caso, riportato in letteratura, della petroliera a doppio-scafo Limburg, oggetto di un attacco terroristico nel L esplosivo trasportato con una piccola imbarcazione dagli attentatori provocò una falla nello scafo esterno di ampiezza pari a circa 8 m di diametro ed una serie di fori sullo scafo interno equivalenti ad un foro di circa 1 m di diametro dal quale fuoriuscì tuttavia solo il 4% del carico trasportato. Tenendo presenti le caratteristiche costruttive delle navi metaniere (strutture di separazione aggiuntive, intercapedini di isolamento etc.) rispetto a quelle di una petroliera a doppio scafo come la Limburg, gli esperti ritengono plausibile che un analogo attacco nei confronti di una nave metaniera non avrebbe prodotto alcuna perdita di prodotto. Evento incidentale Dimensioni della falla (m 2 ) Incagliamento 0 Collisione accidentale con nave di piccola stazza 0 Collisione accidentale con nave di grande stazza 0-1 Attacco terroristico 0,5-5 Stima del danno provocato per tipologia di evento incidentale (Fonte: elaborazioni su dati Sandia e DNV) La falla provocata nell attacco terroristico alla Limburg (Fonte: CH-IV International, 2006) 14

15 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: effetti di eventuali rilasci di GNL 15

16 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: effetti di eventuali rilasci di GNL 16

17 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: effetti di eventuali rilasci di GNL Applicando ai casi studio così individuati i diversi modelli di simulazione disponibili per la valutazione delle possibili conseguenze incidentali (in termini di irraggiamento termico e/o di dispersione dei vapori), si determinano gli scenari maggiormente significativi per le valutazioni della sicurezza nel trasporto del GNL. I risultati si sintetizzano generalmente nella indicazione della distanza di pericolo per il pool-fire e della massima distanza di propagazione della miscela infiammabile, in caso di assenza di innesco, ovvero della massima estensione di un potenziale flash-fire. Ciò che preme evidenziare è che le scelte di fondo nella determinazione delle condizioni al contorno e/o dei valori di base dei parametri chiave, non dovrebbero essere mai avulse da considerazioni tecniche preliminari sulla fondatezza delle assunzioni fatte. Scenario Diametro falla Pool Fire Hazard Range Dispersione e Flash Fire Hazard Range [mm] [m] [m] Accidentale Intenzionale NON CREDIBILE Conseguenze degli eventi incidentali per la nave metaniera - massimi scenari credibili - (Fonte: Det Norske Veritas, 2004) 17

18 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: effetti di eventuali rilasci di GNL In primo luogo è stato recentemente dimostrato che al crescere delle dimensioni della pozza di GNL, in caso di incendio, il comportamento della fiamma è sempre più simile a quello di un incendio da benzina di pari dimensioni, con produzione di fumo e fuliggine ad elevato potere assorbente, dovuta alla mancanza di ossigeno al centro della fiamma. È stato stimato che un pool fire di diametro pari a 300 m sulla superificie acquatica emette il 50% del calore radiante di un analogo pool fire di diametro pari a 13 m. Riprese fotografiche dei test su rilasci di GNL - Pool fire di diametro pari a 13 m (sinistra) e 35 m (destra) (Fonte: Technology&Management Systems, 2007) 18

19 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: effetti di eventuali rilasci di GNL Un ulteriore elemento da tenere presente nell interpretazione dei risultati è rappresentato dalla protezione passiva offerta dagli indumenti indossati e/o dalla presenza nell ambiente circostante di oggetti in grado di schermare dall irraggiamento prodotto. Il fattore di riduzione del flusso termico in grado di raggiungere la pelle di soggetti esposti all irraggiamento termico da incendio è pari a 3 per un abbigliamento ordinario e addirittura a 4 nel caso di interposizione di un semplice foglio di giornale per un breve tempo di esposizione Test di laboratorio sull irraggiamento da pool fire di GNL con radiometro a d= 20 m dal limite della pozza (Fonte: Technology&Management Systems, 2007) 19

20 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: l esperienza in Italia Nel caso dei progetti Gas Natural a Taranto e Trieste va rilevato che unitamente alla documentazione progettuale è stato elaborato e sottoposto alle autorità competenti, su base volontaria, uno specifico studio sulla compatibilità del porto con la movimentazione delle navi metaniere, redatto in ottemperanza alla normativa spagnola R.O.M. - Recomendaciones para Obras Marítimas ed inclusivo di una simulazione in tempo reale di detta movimentazione, condotta presso il centro di ricerche MARIN - MAritime Research INstitute di Delft (Olanda). La simulazione in tempo reale della navigazione in ambito portuale: il simulatore e il relativo output grafico - (Fonte: Gas Natural, 2006) 20

21 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: l esperienza in Italia A conferma del fatto che l elemento nave metaniera nell ambito dell istruttoria autorizzativa non trova una sua precisa collocazione, ma interessa più procedimenti, è rilevante menzionare l ulteriore studio sviluppato su richiesta del proponente dal Consorzio Interuniversitario Nazionale per l Ingegneria delle Georisorse tra le Università di Bologna, Cagliari, Roma La Sapienza e Trieste, anche in risposta a talune prescrizioni impartite dalle Autorità competenti in relazione all analisi della compatibilità territoriale dell insieme impianto-nave metaniera. Risultati dell analisi di compatibilità territoriale dell interfaccia nave-impianto GNL per il sito di Trieste - (Fonte: CINIGeo, 2007) 21

22 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: l esperienza in Italia Il Terminale GNL di Taranto: distanze dai principali insediamenti civili nell area 22

23 La sicurezza nel trasporto del GNL con navi metaniere: conclusioni È significativo notare come in termini di causa iniziatrice del totale di casi incidentali analizzati la maggioranza sia ancora saldamente rappresentata dall errore umano. Tale circostanza porta inevitabilmente ad una considerazione molto spesso trascurata, ma che proprio in questa sede è il caso di sottolineare: la necessità di una adeguata formazione professionale del personale. Il notevole aumento del numero di navi metaniere previsto richiederà l impiego di personale altamente specializzato (almeno 6 unità di alto profilo per nave): le stime attese al 2010 indicano un numero pari a circa unità, limitandosi al solo impiego sulle navi e non tenendo presenti le altre parti della filiera produttiva del GNL (piattaforme, FSRU etc.) valore ben superiore alla disponibilità stimata. cause iniziatrici 1% 4% 19% M.F. blocchi F.A./ disservizi E.U. Rott. tubaz./valv. 52% Rott. Appar. 13% Cause est./collis. 4% N.P. 7% Scomposizione degli incidenti in funzione delle cause iniziatrici - (Fonte: CINIGeo, 2007) 23