АО «ЦНИИМФ» выполнил имитационное моделирование и комплексный технико-экономический анализ трансарктической контейнерной линии в рамках проекта «Северный морской транзитный коридор».
Необходимость диверсификации транспортных коридоров между Азией и Европой сегодня становится всё более очевидной. Геополитическая напряженность между Китаем и США, а также события в Суэцком канале и их последствия наглядно свидетельствуют о востребованности новых путей перевозок. В то же время, альтернативный арктический маршрут, несмотря на очевидно меньшую дистанцию, до недавних пор оставался недооцененным и вызывал ряд вопросов у экспертного сообщества в части устойчивости и экономической эффективности перевозок. Для ответа на эти вопросы по заказу Госкорпорации «Росатом» были выполнены научные исследования, призванные дать обоснованную оценку эффективности морских арктических перевозок, проанализировать возможные риски и условия обеспечения устойчивости маршрута.
Работа выполнялась в рамках проекта развития контейнерной линии между Северо-Западной Европой и Восточной Азией – Северный Морской Транзитный Коридор (СМТК). В рамках проекта планируется создание транспортно-логистических узлов (ТЛУ), строительство арктического контейнерного флота, а также развитие инфраструктуры, что позволит обеспечить высокую эффективность транспортной системы и современный уровень сервиса. Развитие международных транзитных контейнерных перевозок осуществляет отраслевой интегратор логистического бизнеса Госкорпорации – компания «Русатом Карго».
Целью проведенного исследования было решение вопросов, связанных, в первую очередь, с обеспечением бесперебойности поставок грузов в условиях сложной ледовой обстановки, растущего трафика по СМП и соответствующей потребности в ледоколах. Для этого в работе были выполнены комплексный технико-экономический анализ и детальное имитационное моделирование контейнерной линии, а также разработана организационно-управленческая модель СМТК. В качестве головного исполнителя работы выступило АО «ЦНИИМФ», имитационная модель создавалась специалистами ООО «Бюро Гиперборея», данные о ледовых условиях были предоставлены ФГБУ «ААНИИ». Консультантами в части правового регулированию арктических контейнерных перевозок выступило АБ СПб «Инмарин».
В ходе работы были рассмотрены различные конфигурации транспортной системы, включающие как прямые перевозки между целевыми портами Азии и Европы, так и варианты с перевалкой в транспортно-логистических узлах, расположенных на западе и востоке России.
При исследовании организационных и управленческих аспектов СМТК были сформированы требования к сохранности контейнерных грузов при транспортировке, хранении и перемещении в портах, подготовлены рекомендации по правовому регулированию арктических контейнерных перевозок, рассмотрены варианты страхования грузов, судна и экипажа, определены формы владения и оперирования транспортно-логистическими узлами и коммерческим флотом, а также предложены схемы взаимодействия с целевыми контейнерными терминалами и владельцами фидерных судов в Азии и Европе.
Задача имитационной модели СМТК заключалась в поиске путей повышения устойчивости и регулярности работы морской транспортной системы. В имитационной модели было учтено множество технических деталей, физических и логистических процессов и параметров, что позволило максимально приблизить компьютерную модель к реальным условиям эксплуатации. Имитационная модель воспроизводит работу флота, при этом моделируется динамика ветро-волновых и ледовых условий, определяются параметры движения судов и расходы топлива, учитываются навигационные условия маршрутов, моделируются процессы перегрузки контейнеров в портах с учетом соответствующих погодных и технологических ограничений, описывается работа ледокольного флота и вывод судов на докование.
Особенностью созданной модели является прямой учет такого важного аспекта арктической навигации как движение судов по оптимальным маршрутам – ледовая маршрутизация, позволяющая обходить наиболее тяжелые ледовые образования и двигаться по наиболее легким участкам пути. Для этого в модель был интегрирован модуль автоматической оптимальной маршрутизации, корректность работы которого была проверена путем сопоставления с натурными данными. Другой важной особенностью модели является наличие модуля планирования на основе решения задачи комбинаторной оптимизации, который постоянно перепланирует работу ледоколов исходя из сложившейся ледовой обстановки и графика движения контейнеровозов. В результате работа системы организовывается таким образом, что ледоколы сопровождают транспортные суда на наиболее тяжелых участках, избегая лишних переходов.
Ледовые условия были описаны на основе архивных диагностических карт за период 1997-2020 годов. Карты содержат порядка 15-ти параметров ледовой обстановки, влияющих на судоходство, и имеют шаг по времени порядка 5-7 дней.
Для проведения имитационных экспериментов был создан вариантный ряд арктических контейнеровозов, различающихся главными размерениями, вместимостью, ледовым классом, ледопроходимостью, типом и мощностью энергетической установки и движительного комплекса. В общей сложности было рассмотрено около 30 вариантов судов для пилотной и полномасштабной стадий реализации СМТК. Создание вариантного ряда производилось с помощью специализированной проектной модели, позволяющей получать детальные характеристики проектируемых контейнеровозов, такие как форма обводов корпуса, весовые показатели, параметры конструкции корпуса, характеристики винтов, сопротивление на чистой воде и во льдах, данные о посадке и остойчивости судна. Модель была верифицирована на основе данных по контейнеровозам для чистой воды.
Учитывая высокую чувствительность арктического региона к антропогенному воздействию и приверженность компании целям устойчивого развития (ЦУР), в работе был сделан акцент на соблюдение экологичности перевозок. В частности, при расчете маршрутов движения судов учитывались требования существующих и перспективных заповедников и национальных парков арктических морей. Рассматривались только энергетические установки с объёмом вредных выбросов оксидов серы и азота в пределах норм, регламентируемых конвенцией МАРПОЛ, в том числе, установки, работающие на сжиженном природном газе.
На этапе финансово-экономического моделирования специалистами АО «ЦНИИМФ» была разработана модель оценки строительной стоимость вариантного ряда арктических контейнеровозов на базе метода укрупненных весовых нагрузок, но с учетом актуальных цен на основное судовое оборудование и арктическую сталь.
По результатам выполненных имитационных экспериментов с использованием разработанной финансово-экономической модели были определены ключевые показатели работы арктического флота, включая оценку стоимости перевозки одного контейнера. На этой стадии было также определено влияние на экономику проекта различных факторов, таких, как, например, использование двухтопливной энергетической установки, выбор традиционных валов или винто-рулевых колонок, влияние ледового класса судна. Отдельно анализировались различные логистические схемы, варианты расположения транспортно-логистических узлов и другие показатели.
Выполненное финансово-экономическое моделирование работы арктической контейнерной линии показало конкурентоспособную стоимость перевозки одного контейнера (TEU). Было получено подтверждение целесообразности применения на судах в качестве топлива сжиженного природного газа, а также использование в качестве движителей полноповоротных электрических винто-рулевых колонок, обеспечивающих более эффективную работы судов в тяжелых ледовых условиях восточного сектора Арктики.
На основе полученных оценок, а также принимая во внимание необходимость обеспечения круглогодичной ритмичной работы контейнерной линии, объем ледокольного обеспечения при растущем трафике по СМП, для пилотной стадии СМТК был рекомендован приоритетный вариант арктического контейнеровоза вместимостью около 6000 TEU ледового класса Arc8 с винто-рулевыми колонками. В качестве основного топлива предусмотрен сжиженный природный газ, что обеспечивает высокие экологические показатели. Судно способно работать как носом, так и кормой вперед, а на заднем ходу, по мнению экспертов, должно обладать ледопроходимостью порядка 2.7 м.
Выполненные исследования продемонстрировали работоспособность, эффективность и устойчивость системы СМТК. Результаты работы прошли несколько этапов обсуждений с судоходной и судостроительной общественностью. На расширенных заседаниях научно-технического совета АО «ЦНИИМФ», на которых результаты исследований и разработок были рекомендованы к утверждению и дальнейшему использованию.
Материал подготовлен АО «ЦНИИМФ»
