© Тишинская Ю.В., 2014 г
Актуалността на тази тема се определя от факта, че един кораб изисква голямо количество гориво за своята работа, което има вредно въздействие върху околната среда, тъй като огромни товарни корабигодишно освобождават милиони кубични метри въглероден диоксид в атмосферата, причинявайки огромна вреда на атмосферата и ускорявайки топенето на ледниците на полюсите. Също така, поради нестабилните цени на петролните продукти и ограничените запаси от тези минерали, инженерите непрекъснато търсят алтернативни горива и източници на енергия.
Световното корабоплаване е основен източник на замърсяване на околната среда, тъй като глобалната търговия изисква огромни количества петрол и други горими материали за морски кораби, но тъй като се обръща повече внимание на намаляването на емисиите на CO2, става ясно, че е дошъл моментът да се направят промени в силовите агрегати или изобщо да се намери заместител.
В момента само в рамките на една държава потреблението на моторни горива, произведени от нефт, може да достигне стотици милиони тонове. В същото време автомобилният и морският транспорт са сред основните потребители на петролни продукти и ще останат основни потребители на моторни горива за периода до 2040-2050 г.
Също така, значителен тласък за развитието на този въпрос е фактът, че в съответствие с изискванията на Международната конвенция за предотвратяване на замърсяването от кораби, има систематично затягане на изискванията за съдържанието на оксиди на сяра, азот и въглерод, както и прахови частици в емисиите от морски кораби. Тези вещества причиняват голяма вреда средаи са чужди на всяка част от биосферата.
Най-строгите изисквания са поставени за зоните за контрол на емисиите (ECA). а именно:
· Балтийско и Северно морета
· крайбрежните води на САЩ и Канада
· Карибско море
Средиземно море
· бреговете на Япония
· Малакския пролив и др.
Така, промените в стандартите за емисии на серен оксид от морски кораби през 2012 г. са съответно 0% и 3,5% в специални зони и в световен мащаб. И до 2020 г. стандартите за емисии на серен оксид от морски кораби в тези зони по подобен начин ще бъдат 0%, а в световен мащаб вече ще паднат до 0,5%. Това предполага необходимостта от решаване на проблема с намаляването на химическите емисии на вредни вещества в атмосферата от корабните електроцентрали и търсенето на нови, по-„приятелски“ видове гориво или енергия за използване на кораби.
За решаването на тези проблеми се предлага да се въведат иновации в две различни посоки:
1) Използването на нови, по-екологични и икономични видове гориво при експлоатация на кораби;
2) Отказ от нашето обичайно гориво в полза на използването на енергията на слънцето, водата и вятъра.
Нека разгледаме първия начин. Основни видове алтернативни гориваса следните:
Биодизелът е органично гориво, произведено от маслодайни култури.
Цената на марковия биодизел е приблизително два пъти по-висока от цената на обикновеното дизелово гориво. Изследвания, проведени през 2001/2002 г. в САЩ показват, че когато горивото съдържа 20% биодизел, съдържанието на вредни вещества в отработените газове се увеличава с 11% и само използването на чист биодизел намалява емисиите с 50%;
Алкохолите са органични съединения, съдържащи една или повече хидроксилни групи, директно свързани с въглероден атом. Алкохолите са забранени като горива с ниска точка на възпламеняване;
Водородът е единственият вид гориво, чийто продукт на горене не е въглероден диоксид;
Използва се в двигатели вътрешно горене V чиста формаили като добавка към течно гориво. Опасността от съхраняването му на кораб и скъпото оборудване за такова използване правят този типабсолютно никакво гориво не е обещаващоза кораби;
Емулсията вода-гориво се произвежда на кораба в специална инсталация - това спестява гориво, намалява емисиите на азотен оксид (до 30% в зависимост от съдържанието на вода в емулсията), но не оказва значително влияние върху емисиите на серен оксид;
Втечнените и компресирани горивни газове позволяват напълно да се елиминират емисиите на сяра и прахови частици в атмосферата, радикално да се намалят емисиите на азотни оксиди с 80% и значително да се намалят емисиите на въглероден диоксид с 30%.
Така, може да се твърди, че единственият нов вид гориво, чието използване значително влияе върху екологичните характеристики на корабните двигатели, е природен газ.
Нека да преминем към разглеждане на втория начин. Вятърът и слънцето са най-често срещаните източници на енергия на земята. Много организации предлагат всякакви проекти, в които да ги реализират ежедневието.
В международната практика вече има няколко реализирани и неосъществени проекта на кораби, използващи вятърна и слънчева енергия за своята навигация.
В опит да се намали консумацията на гориво на големите търговски кораби в световните океани, група от Токийския университет разработи проекта „Wild Challenger”.
Чрез използването на гигантски прибиращи се платна с размери 50 метра височина и 20 метра ширина, годишният разход на гориво може да бъде намален с почти 30 процента. За максимална тяга платната се контролират индивидуално и всяко платно е телескопично с пет нива, което им позволява да бъдат прибрани, когато времето се окаже неблагоприятно. Платната са кухи и извити, изработени от алуминий или подсилена пластмаса, което ги прави по-подобни на крила. Компютърни симулации, както и тестове в аеродинамичен тунел, показаха, че концепцията може да работи дори при страничен вятър. По този начин проектът Wind Challenger може наистина да се превърне в разработка на икономични кораби от бъдещото поколение.
Компанията “Eco Marine Power” разработи проект “ Водолей“, което означава „Водолей“. Особеност на този проект е използването на слънчеви панели като платно.
Те дори получиха такива платна собствено име"твърдо платно" Те ще станат част от голям проект, който ще позволи на морските кораби лесно да използват алтернативни източници на енергия, докато са в морето, на рейда и в пристанището. Всеки платнен панел автоматично ще промени позицията си с помощта на компютърни контроли, които се разработват от Японска компания « KEI System Pty Ltd" Панелите могат да бъдат демонтирани и при неблагоприятни метеорологични условия.
Последно постижениев областта на соларните технологии означава, че вече е възможно да се използва комбинация от слънчеви панели и платна и този факт поставя този проект в челните редици на развитието на съвременното корабостроене.
система " Водолей» е проектиран по такъв начин, че да не изисква много внимание от екипажа на кораба и е относително лесен за инсталиране. Материалите, от които е направено твърдото платно и другите компоненти на системата, се рециклират.
система " Водолей» ще стане привлекателен за инвестиции от корабни компании и корабни оператори поради бързата възвращаемост на проекта.
Можем да заключим, че и двата начина са предназначени за решаване на едни и същи проблеми. Изпълнението на тези проекти има значително въздействие върху глобалното корабоплаване, като допринася за значително намаляване на замърсяването на околната среда и намаляване на разходите за гориво и поддръжка. Какво да изберете е работа на всеки. По-лесен начин за внедряване е използването на икономично гориво, тъй като тази технология не изисква пълна подмяна на флота, но може да се използва на съществуващи кораби, но все пак поддържа определено ниво на разходите за гориво и емисиите на вредни вещества в атмосферата . Изборът в полза на изграждането на кораби, които използват алтернативни енергийни източници в работата си, от една страна, изисква пълна подмяна на флота, но от друга, елиминира разходите за гориво и значително намалява различни видовезамърсяване на околната среда.
Литература
1. Сокиркин В.А. Международно морско право: учебник / Сокиркин В.А.,
Шитарев В.С. – М: Международни отношения, 2009. – 384 с.
2. Шурпяк В.К. Приложение на алтернативни видове енергия и алтернатива
горива на морски кораби [Електронен ресурс]. - Режим на достъп до документи:
http://www.korabel.ru/filemanager
3. Корабите на бъдещето [електронен ресурс]. – Режим на достъп до документи:
http://korabley.net/news/korabli_budushhego/2010-04-05-526
4. Възможни са икономични кораби [електронен ресурс]. – Режим на достъп
документ: http://korabley.net/news/ehkonomichnye_suda_vozmozhny/2014-01-06-
5.Алтернативната система Aquarius може да промени доставката
[електронен ресурс]. – Режим на достъп до документ: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html
През последните двадесет години автомобилната индустрия постигна огромен напредък в намаляването на съдържанието на вредни вещества в отработените газове. Забрана за използването на оловен бензин, използването на каталитични конвертори на отработените газове и модерни системизахранване на двигателя с вътрешно горене, направи възможно значително намаляване вредни ефекти автомобилен транспортвърху околната среда и човешкото здраве.
По време на работата на автомобилните двигатели с вътрешно горене в атмосферата се отделят не само токсични газове, но и въглероден диоксид (CO 2).
Модерните автомобилни двигатели са станали по-икономични, което води до по-ниски емисии на въглероден диоксид. Използването на алтернативни горива също помага както за намаляване на вредните вещества в отработените газове, така и за намаляване на количеството въглероден диоксид.
Втечнени нефтени газове(LPG - Liquefied Petroleum Gas) позволяват да се намали съдържанието на вредни вещества в отработените газове и в същото време да се намали с приблизително 10% количеството CO 2, отделяно по време на работа на двигателя с вътрешно горене.
Сгъстен природен газ(CNG - Compressed Natural Gas) е алтернативно гориво, което може да се използва в двигатели с вътрешно горене и дизелови двигатели с искрово запалване. За да се използва като гориво в двигател с вътрешно горене, той трябва да бъде компресиран до високо наляганеда заема по-малко място. Този газ може да се транспортира в бутилки с високо налягане. Когато се използва като гориво, осигурява намаляване на емисиите на вредни вещества в атмосферата.
Метанол(Метанол) - алкохолно гориво, получено по време на рафиниране на нефт или въглища. При използване на метанол като гориво за двигатели с вътрешно горене нивото на въглероден диоксид в отработените газове се намалява с 5% в сравнение с бензина. Въпреки това, за да се произведе същата мощност, е необходимо два пъти повече гориво, отколкото при използване на бензин.
Етанол(Етанол) - алкохолно гориво, получено от растения като царевица, захарна тръстика и др., има приблизително същите свойства като метанола и произвежда по-малко азотни оксиди и 4% намаление на въглеродния диоксид при изгаряне в сравнение с бензина. Отработените газове от двигател с вътрешно горене, задвижван с етанол, съдържат вредни алдехиди, които имат неприятна миризма, причиняват дразнене на лигавиците на човешкото тяло и не могат да бъдат елиминирани с помощта на каталитични конвертори.
Водород(H 2) е запалим газ, който при изгаряне се свързва с кислорода, за да образува вода. Водородът е най-обещаващата алтернатива на въглеводородните горива. Водородът също е обещаващо гориво за използване в електроцентрали с горивни клетки.
Изброените алтернативни горива могат в някои случаи да се използват за автомобилни двигатели. Много производители на автомобили имат в програмата си производство на автомобили, които могат да използват алтернативни горива. Най-често срещаните автомобили са тези, които могат да използват втечнен газ или природен сгъстен газ заедно с бензин.
Mini Cooper с водороден двигател
Двигателите на прототипите BMW 750hL и Mini Cooper Hydrogen са оборудвани със система за впръскване на течен и охладен водород, смесен с въздух във всмукателния колектор. Този подход позволява да се подобри пълненето на цилиндрите на двигателя с вътрешно горене със смес гориво-въздух и да се минимизира замърсяването на околната среда.
Използването на алтернативни видове автомобилно гориво може донякъде да забави перспективата за изчерпване на световните петролни запаси, но не решава напълно този проблем. Ето защо повечето от водещите световни производители на автомобили сега са тясно ангажирани в разработването на електроцентрали, които използват алтернативни източници на енергия.
100 години след пълното изоставяне на платноходките, корабостроителите отново се обръщат към вятърната енергия в опит да намалят разходите за гориво.
Ето няколко проекта за транспортни кораби, които използват алтернативни източници за доставка на товари.
Eco Marine Power - слънчевите панели работят като платна
Японската компания Eco Marine Power (EMP) реши да създаде едновременно ветроходен и високотехнологичен кораб, като замени традиционните платна с .
EMP е иновативна компания, която прилага нови технологии при проектирането и строителството на морски плавателни съдове. Инженерите и изследователите на компанията са си поставили за цел да разработят по-екологични двигатели за морски и речен транспорт, за да намалят както традиционните източници на енергия, така и вредите, причинени от използването им на околната среда.
Вместо традиционни платна, те използваха контролирани слънчеви панели. Първо, голямата им площ и наличието на контролиран въртящ се механизъм позволяват панелите да се използват като обикновени платна. И второ, натрупани по време на пътуването електрическа енергияще се използва за захранване на двигателите при маневриране на кораба в пристанището.
Въртящата се система на всеки соларен панел ви позволява да го позиционирате перфектно при вятър или да го премахнете напълно при лошо време. Когато са сгънати хоризонтално, слънчевите панели все още ще имат активните си повърхности, обърнати към слънчевата светлина и ще зареждат допълнително бордовите батерии.
Представителите на EMP твърдят, че твърдостта и надеждността на дизайна на техните високотехнологични платна могат да издържат дори на много силни бури в морето и следователно корабът ще остане на повърхността и ще се движи по одобрения курс, дори когато е нормално ветроходни корабите няма да могат да направят това. Освен това новите платна изискват минимална поддръжка.
Инженерите на EMP са изчислили, че оборудването на конвенционален кораб с такива уникални платна ще намали разхода на гориво с 20%, а ако корабът е оборудван и с допълнителни електрически двигатели, тогава разходът ще бъде намален почти наполовина - с около 40%.
ЕКОЛОГИЧНИ АСПЕКТИ НА ИЗПОЛЗВАНЕТО НА АЛТЕРНАТИВНИ ГОРИВА НА КОРАБИТЕ НА МОРСКИ И РЕЧЕН ФЛОТ
Сергеев Вячеслав Сергеевич
Студент 5-та година, факултет по корабна механика, Омски институт по воден транспорт (филиал) на Федералната бюджетна образователна институция за висше професионално образование "Новосибирска държавна академия по воден транспорт", Омск
д-поща: банан 1990@ кн . ru
Дергачева Ирина Николаевна
научен ръководител д.ф.н. пед. науки, доцент, гл. Отдел ENiOPD Омски институт по воден транспорт (клон) Федерална бюджетна образователна институция за висше професионално образование "Новосибирска държавна академия по воден транспорт", Омск
В момента в Русия се консумират около 100 милиона тона моторни горива, произведени от петрол. В същото време автомобилният и морският транспорт са сред основните потребители на петролни продукти и ще останат основни потребители на моторни горива за периода до 2040-2050 г. В близко бъдеще се очаква нарастване на потреблението на петролни продукти при приблизително постоянни обеми на тяхното производство и нарастващ недостиг на моторни горива.
Тези фактори доведоха до релевантниДнес реконструкцията на горивно-енергийния комплекс чрез по-дълбоко рафиниране на петрол, използване на енергоспестяващи технологии и преход към по-евтини и екологични видове горива. Ето защо един от основните начини за подобряване на двигателите с вътрешно горене, които остават основните потребители на петролни горива, е адаптирането им за работа с алтернативни горива.
Целта на тази статияе да разгледа екологичните аспекти на използването на алтернативни горива на морски и речни кораби.
Използването на различни алтернативни горива в транспорта дава решение на проблема със замяната на петролните горива, значително ще разшири суровинната база за производство на моторни горива и ще улесни решаването на проблемите с доставките на гориво превозни средстваи стационарни инсталации.
Възможността за получаване на алтернативни горива с необходимите физични и химични свойства ще позволи целенасочено подобряване на работните процеси на дизеловите двигатели и по този начин подобряване на техните екологични и икономически показатели.
Алтернативни гориваполучени главно от суровини от непетролен произход, те се използват за намаляване на потреблението на петрол чрез (след реконструкция) енергоемки устройства, работещи с нефтено гориво.
Въз основа на анализа на литературата установихме следното критерии за приложимост алтернативни източнициенергияна кораби от морския и речния флот:
· ниски строителни и експлоатационни разходи;
· срок на експлоатация;
· тегловно-габаритни характеристики в рамките на габаритите на плавателния съд;
Наличие на източник на енергия.
В процеса на нашето изследване бяха определени основните изисквания към алтернативните горива за използване на кораби, а именно:
· икономическа привлекателност и големи налични запаси от суровини за производството му;
ниски капиталови разходи за монтаж на кораб допълнително оборудване;
· присъствие на пазара, достъпност в пристанища, наличие на необходимата инфраструктура или незначителни разходи за нейното създаване;
· безопасност и наличност нормативни документирегулиране на безопасното използване на борда.
В съответствие с изискванията на Международната конвенция за предотвратяване на замърсяването от кораби, има системно затягане на изискванията за съдържанието на сяра, азот и въглеродни оксиди, както и на прахови частици в емисиите от морските кораби. Тези вещества причиняват огромна вреда на околната среда и са чужди на всяка част от биосферата.
Най-строгите изисквания са поставени за зоните за контрол на емисиите (ECA). а именно:
· Балтийско и Северно морета
· крайбрежните води на САЩ и Канада
· Карибско море
Средиземно море
· бреговете на Япония
· Малакския пролив и др.
Така, промените в стандартите за емисии на серен оксид от морски кораби през 2012 г. са съответно 0% и 3,5% в специални зони и в световен мащаб. И до 2020 г. стандартите за емисии на серен оксид от морски кораби в тези зони по подобен начин ще бъдат 0%, а в световен мащаб вече ще паднат до 0,5%. Това предполага необходимостта от решаване на проблема с намаляването на химическите емисии на вредни вещества в атмосферата от корабните електроцентрали.
според нас, основни видове алтернативни гориваса: втечнени и сгъстени запалими газове; алкохоли; биогориво; водно-горивна емулсия; водород.
От своя страна, от особен интерес в рамките на нашата статия, следните видове:
· Биодизелът е органично гориво, произведено от маслодайни култури.
Цената на марковия биодизел е приблизително два пъти по-висока от цената на обикновеното дизелово гориво. Изследвания, проведени през 2001/2002 г. в САЩ показват, че когато горивото съдържа 20% биодизел, съдържанието на вредни вещества в отработените газове се увеличава с 11% и само използването на чист биодизел намалява емисиите с 50%;
· алкохолите са органични съединения, съдържащи една или повече хидроксилни групи, директно свързани с въглероден атом. Алкохолите са забранени като горива с ниска точка на възпламеняване;
· водородът е единственият вид гориво, чийто продукт на изгаряне не е въглероден диоксид;
Използва се в двигатели с вътрешно горене в чист вид или като добавка към течно гориво. Опасността от съхранението му на кораб и скъпото оборудване за такова използване правят този вид гориво напълно не е обещаващоза кораби;
· водно-горивната емулсия се произвежда на кораба в специална инсталация - това спестява гориво, намалява емисиите на азотни оксиди (до 30% в зависимост от съдържанието на вода в емулсията), но не оказва значително влияние върху емисиите на серен оксид;
· втечнените и сгъстените горими газове позволяват пълното премахване на емисиите на сяра и прахови частици в атмосферата, радикално намаляване на емисиите на азотни оксиди с 80% и значително намаляване на емисиите на въглероден диоксид с 30%.
Така, можем да твърдим, че единственият нов вид гориво, чието използване значително влияе върху екологичните характеристики на корабните двигатели, е природен газ.
За да потвърдим този факт, нека разгледаме данните за количеството емисии при изгарянето на дизелово гориво, използвано на корабите и компресиран или втечнен газ , като алтернативно гориво, представени в таблица 1.
Таблица 1.
Количество емисии от изгаряне на гориво
От таблицата се вижда, че в крайна сметка наистина може да се твърди, че сгъстен или втечнен газпревъзхожда по отношение на безопасността на околната среда използваните в момента енергийни източници на кораби. С други думи, какво е най обещаващднес за използване в морски и речен транспорт.
В заключениеТрябва да се отбележи, че в момента съществува необходимост от използването на алтернативни видове горива на кораби от морския и речния флот, което е теоретично реализирано в тази статия.
Акцентът е поставен върху ценните за околната среда характеристики алтернативни гориваза река и морски транспорт, именно: екологична надеждност и ниско съдържание на вредни химикали.
препратки:
- Ерофеев В.Л. Използването на съвременни горива в корабоплаването електроцентрали: учебник надбавка. Л.: Корабостроене, 1989. -80 с.
- Сокиркин В.А., Шитарев В.С. Международно морско право: учебник. надбавка. М .: Международни отношения, 2009. - 384 с.
- Shurpyak V.K. Приложение на алтернативни видове енергия и алтернативни горива на морски кораби [Електронен ресурс] - Режим на достъп. - URL: http://www.korabel.ru/filemanager (достъпен на 15 ноември 2012 г.)
Международните инициативи за намаляване на въглеродния диоксид (CO2) и други вредни емисии от корабите стимулират търсенето на алтернативни източници на енергия.
По-специално, доклад от класификационната организация DNV GL разглежда употребата горивни клетки, газови и парни турбини заедно с електрически задвижващи системи, които могат да бъдат ефективни само в комбинация с по-екологичен вид гориво.
Използване на горивни клетки на кораби в настоящ моменте в процес на разработка, но ще мине доста време преди да заменят основните двигатели. Концепции в тази посока вече съществуват, например ферибот от VINCI Energies. Такъв съд е с дължина 35 м. Той ще може да задържи заряд енергия, получена от възобновяеми източници, за 4 часа. Уебсайтът на компанията казва, че такъв кораб ще оперира между френския остров Уесант и континента от 2020 г.
Също като иновативни технологииобмисля се използването на батерии и вятърна енергия.
Вятърен кораб, The Vindskip
Батерийните системи вече се използват в корабоплаването, но използването на технологията за морски плавателни съдове е ограничено поради ниската ефективност.
И накрая, използването на вятърна енергия, макар и да не е ново, все още трябва да докаже своята икономическа привлекателност в съвременното корабостроене.
Припомняме, че от 1 януари 2020 г. съдържанието на сяра (SOx) в горивото не трябва да съдържа повече от 0,5%, а емисиите на парникови газове трябва да бъдат намалени с 50% до 2050 г., според последното решение на Международната морска организация ( ММО).
Алтернативни горива
Алтернативните горива, които в момента се разглеждат, включват втечнен природен газ (LNG), втечнен нефтен газ (LPG), метанол, биогорива и водород.
В момента IMO разработва кодекс за безопасност (IGF Code) за кораби, използващи газ или други екологични горива. Продължава работата в областта на метанола и горивата с ниска точка на запалване.
Все още не е разработен IGF код за други видове гориво, което корабособствениците трябва да вземат предвид.
Въздействие върху околната среда
Според DNV GL LNG отделя най-малко количество парникови газове (основните парникови газове са водна пара, въглероден диоксид, метан и озон). Въпреки това, неизгорелият метан, който е основният компонент на LNG, създава емисии с 20 пъти по-голям парников ефект от въглеродния диоксид (CO2 - въглероден диоксид).
Въпреки това, според производителите на двигатели с двойно гориво, обемът на неизгорял метан в съвременното оборудване не е толкова голям и използването им намалява парниковите газове в корабоплаването с 10-20%.
Въглеродният отпечатък (количеството парникови газове, причинени от организационни дейности и дейности по транспортиране на товари) от използването на метанол или водород е значително по-голям от този от използването на тежко гориво (HFO) и корабен газьол (MGO).
При използване на възобновяема енергия и биогорива въглеродният отпечатък е по-малък.
Най-екологичното гориво е водородът, произведен от възобновяема енергия. В бъдеще може да се използва течен водород. Въпреки това, той има доста ниска обемна енергийна плътност, което води до необходимостта от създаване на големи площи за съхранение.
По отношение на азотните емисии, двигателите с вътрешно горене с цикъл на Ото, задвижвани от CNG или водород, не изискват оборудване за обработка на отработените газове, за да отговарят на стандарта Tier III. В повечето случаи двугоривните двигатели, работещи на дизелов цикъл, не са подходящи за покриване на стандарта.
Азотни емисии по време на употреба различни видовегориво.
