Investigation of hydrodynamic and thermodynamic processes in the liquefied natural gas transportation and regasification system

Abstract

The research work concerns the current world energy situation, alternative fuels, specifically liquefied natural gas (LNG), and the minimisation of pollution, which is important in the transport sector. The technological analysis and theoretical investigations are applied to analyse hydrodynamic, thermo-dynamic and evaporation processes and determine hydraulic energy losses in LNG transportation and regasification systems, thereby increasing the technological availability of LNG terminals. The introduction presents the relevance of the research, its purpose, tasks, scientific novelty, and results obtained from theoretical research based on the technical parameters of the Floating Storage and Regasification Unit (FRSU) and the established technological regimes of the regasification process. It also specifies the significance of the dissertation’s topic, defensive statements, and a list of scientific publications published by the author. The first chapter analyses the transportation, storage and regasification technologies and challenges of LNG mathematical models. The chapter introduces LNG fundamentals, provides a global overview of the NG and LNG markets, and delves into transportation, storage, and regasification technologies, as well as mathematical models applied as technical solutions to evaluate technological problems. It focuses on the challenges associated with the thermal-physical properties of LNG that impact hydrodynamic and thermodynamic evaporation processes. The second chapter presents the analysis of FSRUs’ technical equipment and characteristics. It explains the estimation of LNG’s technical parameters and thermal-physical properties. The analysis aims to determine the technological parameters for creating theoretical mathematical models of LNG transportation and regasification systems. The third chapter considers mathematical models of the LNG transportation and regasification systems at an FSRU. The analysis of hydrodynamics, thermodynamics, and evaporation processes in the total LNG transportation and regasification systems was performed and adopted according to the researchers in this dissertation. Nine scientific articles focusing on the subject of the dissertation were published: three in scientific journals included in Clarivate Analytics Web of Science databases with IF; one in a scientific journal included in Elsevier Scopus databases with IF; one in Clarivate Analytics Web of Science Database Conference Proceedings; three in Elsevier Scopus Science Database Conference Proceedings; and two in peer-reviewed international conference materials.

Mokslinio darbo aktualumas yra susijęs su dabartine pasaulio energetikos situacija, alternatyvaus kuro, kaip suskystintų gamtinių dujų (SkGD), vartojimo ir taršos mažinimo tendencijomis, kurios yra svarbios transporto sektoriuje. Technologinė analizė ir teoriniai tyrimai taikomi siekiant ištirti hidrodinaminius, termodinaminius, garavimo procesus ir nustatyti hidraulinius energijos nuostolius SkGD transportavimo ir dujinimo sistemose taip didinant SkGD terminalų technologinį prieinamumą. Įvade pateiktas tyrimo aktualumas, tikslas, uždaviniai, mokslinis naujumas bei gauti teorinių tyrimų rezultatai, remiantis plaukiojančios saugyklos su dujinimo įranga techniniais įrangos parametrais. Taip pat yra pateiktas nagrinėjamos temos reikšmingumas, ginamieji teiginiai ir autoriaus paskelbtų mokslinių publikacijų disertacijos tema sąrašas. Pirmame skyriuje pateikiama SkGD transportavimo, laikymo ir dujinimo technologijų, įrangos techninės problematikų analizė bei matematiniai modeliai, taikomi kaip techniniai sprendimai technologinėms problematikoms tirti. Skyriuje aprašomos SkGD savybės, pateikiama pasaulinė GD ir SkGD rinkų apžvalga ir gilinamasi į transportavimo, saugojimo bei pakartotinio dujinimo technologijas, matematinius modelius. Skyriuje apžvelgiami technologiniai procesai, turintys įtakos hidrodinaminiams ir termodinaminiams SkGD garavimo procesams bei dujų šiluminėms ir fizinėms savybėms. PSDĮ techninės įrangos ir charakteristikų analizė pateikta 2 skyriuje. Šiame skyriuje analizuojami SkGD techniniai parametrai ir šiluminės-fizinės savybės. Analize siekiama nustatyti technologinius parametrus kuriant SkGD transportavimo ir dujinimo sistemų teorinius matematinius modelius. Trečiame skyriuje rengiami PSDĮ SkGD transportavimo ir dujinimo sistemų matematiniai modeliai. Hidrodinamikos, termodinamikos, garavimo procesų analizė atlikta taikant sukurtus SkGD transportavimo ir pakartotinio dujinimo sistemų matematinius modelius. Kita analizės dalis – energijos suvartojimo ir eksergijos analizės, viso pakartotinio dujinimo proceso energetinių nuostolių įvertinimas. Disertacijos tema yra paskelbtos devynios mokslinės publikacijos: trys publikacijos paskelbtos Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazėje su citavimo indeksu esančiuose žurnaluose; viena publikacija paskelbta Elsevier Scopus duomenų bazės leidiniuose, turinčiuose citavimo rodiklį; viena publikacija paskelbta tarptautinės konferencijos leidinyje, Clarivate Analytics Proceedings; trys publikacijos paskelbtos Elsevier Scopus duomenų bazės konferencijų darbų leidiniuose; dvi – recenzuojamuose tarptautinių konferencijų pranešimų rinkiniuose.