Rozwój prac projektowych przemysłowego systemu wydobywania konkrecji z dna Oceanu Spokojnego poprzez realizację projektów badawczo-rozwojowych

Transkrypt

1

2 Rozwój prac projektowych przemysłowego systemu wydobywania konkrecji z dna Oceanu Spokojnego poprzez realizację projektów badawczo-rozwojowych prof. dr hab. inż. Tadeusz Szelangiewicz przygotowanie prezentacji: dr hab. inż. Katarzyna Żelazny

3 Plan prezentacji 1. Koncepcja przemysłowego kompleksu wydobywczo-transportowego 2. Projekt koncepcyjny statku wydobywczego z hydrauliczną instalacją wydobywczą 3. Projekt koncepcyjny agregatu zbierającego konkrecje 4. Projekty badawczo-rozwojowe wspierające projektowanie i budowę przemysłowego kompleksu wydobywania i transportu polimetalicznych konkrecji 5. Wnioski

4 1. Przemysłowy kompleks wydobywczo-transportowy 1 statek wydobywczy, 2 statki transportowe, 3 statek zaopatrzeniowy, 4 statek obsługi technicznej, 5 baza lądowa

5 Warunki zewnętrzne mające wpływ na parametry projektowe kompleksu wydobywczo-transportowego - Bardzo wysokie koszty inwestycyjne (budowa kompleksu wydobywczo-transportowego), - Bardzo duża roczna wydajność wydobywania (miliony ton/rok) - Bardzo duże trudności techniczne wydobywanie konkrecji z dna oceanicznego z głębokości m, - Konieczność precyzyjnego, zdalnego sterowania agregatem zbierającym konkrecje z bardzo urozmaiconej powierzchni dna oceanicznego, - Oczekiwana bardzo wysoka niezawodność i ochrona środowiska morskiego, - Możliwość występowania niesprzyjających parametrów środowiska morskiego (wiatr, falowanie).

6 Cel procesu projektowego Poszukiwanie optymalnych parametrów projektowo-eksploatacyjnych kompleksu wydobywczotransportowego dla założeń: roczna wydajność systemu wydobywczotransportowego, (administracyjne decyzje ISA), koszt wydobycia 1 tony urobku na pokład statku, jednostkowy koszt eksploatacji kompleksu wydobywczo-transportowego, światowy koszt metali (lub koncentratów metali możliwych do uzyskania z wydobywanych konkrecji), jednostkowy koszt przeróbki konkrecji w zakładzie lądowym.

7 Wynik analiz optymalizacyjnych Agregat zbierający konkrecje z dna: szerokość i prędkość przemieszczania się, wydajność i efektywność zbierania konkrecji z dna, Statek wydobywczy: nośność, wymiary i moc siłowni, Instalacja wydobywcza (hydrauliczna): średnica rurociągu, prędkość przepływu mieszaniny konkrecji w wodzie, moc pomp, wydajność teoretyczna, Hydrauliczna instalacja przeładunkowa: wydajność przeładowywania, moc pomp, Statki transportowe: nośność, prędkość i ich liczba, Środowisko morskie: maksymalne parametry wiatrów i falowania, przy których będzie prowadzony proces wydobywania konkrecji i ich przeładunek na statki transportowe.

8 2. Projekt koncepcyjny statku wydobywczego z hydrauliczną instalacją wydobywczą

9 Wizualizacja projektu koncepcyjnego statku wydobywczego Widok perspektywiczny statku wydobywczego Widok boczny statku wydobywczego

10 Magazyn rur wydobywczych na pokładzie nad ładownią rufową Widok na pokład jedna z rufowych ładowni

11 3. Projekt koncepcyjny agregatu zbierającego konkrecje

12 Wizualizacja projektu koncepcyjnego agregatu zbierającego konkrecje

13 4. Projekty badawczo-rozwojowe wspierające projektowanie i budowę przemysłowego kompleksu wydobywania i transportu polimetalicznych konkrecji Zadanie 1 optymalizacja parametrów projektowoeksploatacyjnych przemysłowego kompleksu wydobywczo-transportowego Zadanie 2 analiza komputerowa ruchu układu: agregat zbierający konkrecje, rurowa instalacja wydobywcza, statek wydobywczy w środowisku morskim, Zadanie 3 opracowanie projektów, budowa i testy doświadczalnych prototypowych instalacji wydobywczych

14 4.1. Zadanie 1 optymalizacja systemu wydobywczo-transportowego Matematyczny model agregatu zbierającego konkrecje: szerokość i prędkość ruchu agregatu, moc napędu, właściwości manewrowe, teoretyczna efektywność zbierania, Matematyczny model hydraulicznej instalacji wydobywczej: średnica rury, moc pomp wydobywczych, teoretyczna efektywność wydobywania, Matematyczny model statku wydobywczego: wymiary statku, moc siłowni (elektrowni), nośność, Matematyczny model hydraulicznej instalacji przeładunkowej: wydajność przeładowywania, moc pomp przeładunkowych, teoretyczna wydajność przeładunku, Matematyczny model statków transportowych: wymiary statków, nośność, prędkość, moc napędu, liczba statków transportowych.

15 Cel zadania 1 Dla: zakładanych rocznych wydajności wydobywania konkrecji, zakładanych parametrów pogodowych, przy których będą prowadzone prace wydobywcze lub przeładunkowe, przeprowadzenie wielokryterialnej optymalizacji wybór parametrów projektowo-eksploatacyjnych, dla których będą najniższe koszty wydobycia i transportu konkrecji.

16 4.2. Zadanie 2 - Symulacje komputerowe ruchu systemu wydobywczego Statek nad złożem r do p x x 1 y 1 y V A V C H W V dop stabilizowany kurs i prędkość statku względem trajektorii ruchu agregatu zbierającego średnia droga statku wynikająca ze średniego ruchu agregatu zbierającego kołysania statku o częstości fali w płaszczyźnie poziomej V prędkość ruchu statku nad złożem utrzymywana z dokładnością V, kurs statku, utrzymywany z dokładnością V dop, r dop dopuszczalne odchylenie od zadanej trajektorii ruchu statku, V A prędkość wiatru, V C prędkość prądu powierzchniowego, H W wysokość fali średnia pozycja statku wynikająca ze śledzenia pozycji agregatu zbierającego chwilowa pozycja statku z uwzględnieniem kołysań

17 Dynamika rurowej instalacji wydobywczej y z x 3 1 z V x średnia statyczna krzywizna rury instalacji wydobywczej y z 2 V c (z, c ) chwilowa dynamiczna krzywizna rury instalacji wydobywczej lokalna linia pionu V c (z, c ) odchylenie dolnego końca rury od pionu V AD 1 statek wydobywczy, 2 pionowa rura wydobywcza, 3 pompy głębinowe, 4 bufor, 5 poziomy elastyczny rurociąg transportowy, 6 denny agregat zbierający, V prędkość statku wydobywczego, V AD prędkość dennego agregatu zbierającego konkrecje, V C (z, C ) prędkość prądu głębinowego, której wartość zależy od głębokości wody z i geograficznego kierunku C prądu

18 Wzajemne położenie dolnego końca rurociągu wydobywczego (bufora) i agregatu zbierającego b R MIN R MAX agregat zbierający konkrecje 2 elastyczny, poziomy rurociąg 3 dolny koniec pionowego rurociągu

19 Cel zadania 2 analiza oddziaływania i wzajemnego położenia elementów systemu wydobywczego na naprężenie, odkształcenie instalacji wydobywczej, analiza zagrożeń występujących podczas ruchu statku z instalacją wydobywczą i agregatu zbierającego konkrecje, analiza efektywności zbierania konkrecji z dna oceanicznego.

20 4.3. Zadanie 3 - Badanie doświadczalne prototypów systemu wydobywczego Etap I wykonanie projektu, budowa i testy systemu wydobywczego na małej głębokości ~ 300 m (morze Bałtyckie) Etap II wykonanie projektu, budowa i testy systemu wydobywczego na głębokości m (Pacyfik, rejon Clarion-Clipperton).

21 Etap I: System wydobywczy na małą głębokość ponton wydobywczy 2. rura wydobywcza 3. agregat zbierający konkrecje 4. kablolina zasilająca agregat 5. lina stalowa do wleczenia agregatu 6. obciążniki liny 7. lina holownicza 8. holownik

22 Cel testów etapu I: badanie efektywności zbierania konkrecji za pomocą agregatu wleczonego po dnie morskim, badanie agregatu z własnym napędem sterowanym z pokładu platformy, badanie: urządzeń zbierających, wstępnego oczyszczenia i podawania konkrecji do rurociągu wydobywczego, badanie systemu pompowego do transportu pionowego, badanie systemu monitorowania środowiska morskiego oraz ruchu agregatu zbierającego konkrecje.

23 Wstępny harmonogram realizacji projektu etap I 1. projekt techniczny systemu wydobywczego 6 miesięcy 2. opracowanie harmonogramu i zakresu testów wydobywczych 2 m-ce 3. przygotowanie lądowej bazy dla systemu wydobywczego (hala magazynowa, warsztat) 8 miesięcy 4. wykonanie wszystkich elementów systemu wydobywczego 12 miesięcy, 5. przebudowa pływającej platformy, instalacja systemu wydobywczego 10 miesięcy 6. testy wydobywcze: - z agregatem bez własnego napędu 2 miesiące, - z agregatem z własnym napędem 3 miesiące, 7. opracowanie wyników testów i wytycznych do budowy pilotowego systemu wydobywczego 3 miesiące a 6b

24 Wstępne parametry prób etapu I: całkowity czas realizacji projektu 30 miesięcy czas trwania prób 5 miesięcy ilość wydobytych konkrecji 10 ton kosztorys projektu: - projekt i budowa systemu wydobywczego, instalacja na pływającej platformie 22 mln Euro - wykonanie prób (wynajęcie holownika) 1 mln Euro

25 Etap II: Pilotowy system wydobywczy 1. statek wydobywczy 2. rurociąg wydobywczy, 3. elastyczny odcinek rurociągu wydobywczego, 4. agregat zbierający konkrecje, 5. bufor, 6. pompy głębinowe,

26 Cel testów pilotowego systemu wydobywczego: badanie systemu zbierania i podnoszenia konkrecji z dużych głębokości, badanie napędu i sterowania agregatu zbierającego konkrecje, badanie dynamiki i wzajemnego położenia agregatu zbierającego konkrecje, rurowej instalacji wydobywczej i statku wydobywczego, badanie efektywności zbierania i podnoszenia konkrecji z dna oceanicznego, monitorowanie środowiska morskiego podczas wydobycia konkrecji, monitorowanie rozchodzenia się iłów dennych oraz wody morskiej podnoszonej z dna razem z konkrecjami.

27 Wstępny harmonogram realizacji projektu pilotowego wydobycia konkrecji 1. projekt techniczny systemu wydobywczego 12 miesięcy 2. opracowanie harmonogramu i zakresu testów wydobywczych 4 m-ce, 3. wykonanie wszystkich elementów systemu wydobywczego 16 miesięcy, 4. zakup używanego statku wiertniczego i projekt techniczny jego przebudowy 8 miesięcy 5. przebudowa statku wiertniczego, instalacja systemu wydobywczego 12 miesięcy 6. pilotowe testy wydobywcze 6 miesięcy 7. opracowanie wyników testów i wytycznych do budowy przemysłowego kompleksu wydobywczo-transportowego 2 miesiące

28 Wstępne parametry prób: całkowity czas realizacji projektu 44 miesiące czas trwania prób 6 miesięcy ilość wydobytych konkrecji ton kosztorys projektu: - projekt i budowa systemu wydobywczego 90 mln Euro - wykonanie prób (eksploatacja statku) 10 mln Euro

29 5. Wnioski: 1. Dalsze prace projektowe nad przemysłowym kompleksem wydobywczo-transportowym wymagają finansowania projektów badawczorozwojowych: - w zakresie modelowania matematycznego i symulacji komputerowych zadania 1 i 2, - w zakresie budowy prototypów i testów w środowisku morskim zadanie Projekty w zadaniu 1 i 2 oraz w zadaniu 3 mogą być prowadzone równolegle.

30 3. Wszystkie projekty badawczo-rozwojowe (zadania 1, 2 i 3) mogą w całości być zrealizowane w Polsce są odpowiednie zespoły badawcze, wykonawcy urządzeń dla prototypowych instalacji wydobywczych oraz baza do przeprowadzenia doświadczeń. 4. Realizacja zaproponowanych projektów badawczo-rozwojowych pozwoli na rozpoczęcie projektowania i budowy przemysłowego kompleksu wydobywczo-transportowego do eksploatacji podwodnych złóż konkrecji.

31