Уровень 4 Агентства по охране окружающей среды США: сложные и спорные, 12 лет и больше

© ДжиннаритТ / Adobe Stock

Когда дело доходит до соблюдения норм выбросов Агентства по охране окружающей среды США Tier 4, у американских морских инженерных фирм нет недостатка в творческом подходе. Такие компании, как Hug Engineering, предлагают гибкие, настраиваемые системы управления на основе доочистки, которые можно собирать практически по модульному принципу. Другие компании, такие как ABB Group, предлагают аккумуляторно-гибридные источники питания, чтобы дополнить мощность сгорания и избежать пороговых выбросов дизельного топлива. Производители двигателей, такие как Cummins, сотрудничают с поставщиками систем доочистки, чтобы обеспечить согласованность работы электростанции и системы контроля загрязнения. Scania AB демонстрирует новые успехи, рассматривая мощность с системной точки зрения, внимательно изучая фактическую потребность судна в мощности, а также то, как и когда эта мощность должна быть предоставлена.

Судовладельцы знают, что это непростая задача – во всяком случае. Системы уровня 4 сложны и дороги в покупке и эксплуатации. Они большие, часто требуют индивидуального, специфического анализа для помещения в сосуд; задача и трудность, которую EPA называет «упаковкой», буквально работающей над установкой оборудования и связанных компонентов внутри корпуса. Требования Уровня 4 строги: выбросы от 25 двигателей Уровня 4 должны быть эквивалентны только одному двигателю Уровня 1. Судно, его двигатель и система доочистки должны функционировать как единая система для обеспечения оптимальной производительности, надежности, стоимости и сокращения выбросов.

Обсуждения с экспертами в области Уровня 4 показали, что некоторые технические проблемы установки Уровня 4 решаются. Прогресс идет медленно, но новые суда, по крайней мере, разрабатываются для установки двигателей уровня 4 и систем доочистки, которые, конечно, требуют столько же места, сколько и двигатели, к которым должен быть подключен каждый блок.

(Изображение: Hug Engineering)

Важно, однако, что эти достижения должны распространяться по очень раздробленной местности. Прогресс с одним судном или приложением не означает успеха в другом месте. Каждый отдельный класс судов требует своего подхода и анализа для реализации Уровня 4. Лодки для омаров — это не то же самое, что паромы, которые не то же самое, что лоцманские катера. Не будет преувеличением сказать, что каждое судно, а не только каждый класс судов, требует собственного анализа.

Уровень 4, конечно же, распространяется не только на новые суда. Владелец судна, стремящийся переоборудовать старое судно, сталкивается с тем же длинным списком вопросов и компромиссов. Он или она может решить, что проще просто избежать всего набора проблем, и вместо покупки одного двигателя уровня 4 мощностью 800 л.с. (800 л.с. порог уровня 4, также 600 кВт) он или она может купить вместо этого два двигателя меньшего размера. И все больше внимание операторов привлекают гибридные приложения, использующие электрическую и дизельную энергию. Гибридные системы удваиваются, когда это необходимо, для обеспечения максимальной мощности под нагрузкой, а максимальная нагрузка обычно составляет лишь часть рабочего времени судна.

Что еще более усложняет ситуацию, рынок Tier 4 и деловая среда остаются шаткими. Решения по Уровню 4 находятся в неурегулированной нормативно-правовой среде, даже несмотря на то, что правила Агентства по охране окружающей среды были завершены в 2008 году, а ввод в действие Уровня 4 должен был завершиться к 2017 году. Эта неопределенность влияет на решения по всем направлениям — на верфях, среди производителей двигателей и владельцев судов.

© Уимблдон / Adobe Stock

В сентябре прошлого года EPA предложило отложить внедрение Уровня 4 для определенных типов судов — мощных судов, таких как суда для ловли лобстеров. В ответ на это поступили комментарии со всей отрасли, умоляющие EPA расширить рамки этой задержки, включив в нее более широкий спектр судов, от рабочих лодок до туристических катеров. Период общественного обсуждения EPA закончился в октябре. Тем не менее, за кулисами EPA поддерживало активную и целенаправленную дискуссию с представителями отрасли, спрашивая их точку зрения на обвинения и встречные обвинения в рамках дебатов уровня 4. Многие проблемы с соответствием требованиям Уровня 4 остаются весьма спорными.

Агентство по охране окружающей среды рассчитывало, что изменения конструкции судов и технологические достижения будут готовы к рынку к 2017 году. Агентство по охране окружающей среды предоставило это время для разработки, чтобы решить проблемы «упаковки» (термин Агентства по охране окружающей среды), которые препятствовали более быстрому вводу в эксплуатацию в 2008 году; АООС знало, что до применения и установки системы доочистки Уровня 4 осталось еще несколько лет. Однако спустя десять лет проблемы с «упаковкой» остались. «Предположение (АООС) десятилетней давности о том, как отреагирует рынок, оказалось неверным», — так Роберт Дж. Лоулер-младший, президент Ассоциации пассажирских судов, резюмировал положение дел Уровня 4 в комментарии EPA. .

Агентство по охране окружающей среды нацелилось на лето 2020 года, чтобы принять окончательное решение по своему предложению об отсрочке.

Дана Брюстер (Фото: Hug Engineering)

Подход Hug Engineering к соответствию требованиям Уровня 4 показывает, как инженеры стремятся к максимальной гибкости в отношении материалов и пространства. Этот вид продвижения важен для владельцев судов, стремящихся переоборудовать. Возможно, пять лет назад вы не смогли установить на свое судно систему уровня 4. Сегодня это же место может подойти для установки системы доочистки на существующий двигатель.

Компания HUG Engineering предлагает модифицированную систему селективной каталитической нейтрализации (SCR) для снижения выбросов NOx до уровня стандартов Tier 4. Дизельный сажевый фильтр (DPF) может быть добавлен к системе SCR, чтобы уменьшить количество твердых частиц (PM). Системы HUG Nauticlean и Clean4Marine адаптируются к различным двигателям; на самом деле, сегодня HUG имеет сертификаты IMO III и дополнительные двигатели, которые в настоящее время находятся в процессе сертификации. HUG сотрудничает с некоторыми OEM-производителями судовых дизельных двигателей по всему миру. Еще один путь уровня 4, который следует изучить, — это вариант «наилучшей доступной технологии» (BAT). Когда двигатель Уровня 4 недоступен для перенастройки, агентства по контролю качества воздуха в некоторых случаях могут рассмотреть возможность использования НДТ.

Дана Брюстер (Dana Brewster) — региональный менеджер Hug по продажам мобильных приложений (морской/железнодорожный транспорт). Он сказал, что инженеры HUG используют то, что он называет «подходом Lego» к установке доочистки, т. е. помещают ее практически в любое доступное пространство. Брюстер сказал, что схемы управления уровня 4 все чаще можно устанавливать в различных конфигурациях. Если доступно больше места по вертикали, оборудование складывается. В узком, но более протяженном пространстве система вытянется. Но если вам нужен двигатель мощностью более 800 л.с., теперь шансы на то, что уровень 4 может работать, выше. Тем не менее, опять же, по Уровню 4 нет общих ответов.

Компания Boyer Towing недавно модернизировала свой буксир Gretchen H, построенный в 1997 году, тремя новыми двигателями Cummins QSK19 Tier 3 мощностью 750 л.с. каждый при 1800 об/мин. (Фото: Камминс)

Эдди Браун, руководитель сегмента коммерческого морского флота в Cummins Engines, сказал, что его команда «тесно сотрудничает с судостроителями и заказчиками над энергетическими решениями, которые соответствуют уровням выбросов Tier 4 и позволяют судам выполнять свои задачи». Браун сказал, что «в целом влияние более чистых систем выбросов на суда различается». На некоторых судах могут быть установлены новые системы доочистки без существенной переделки конструкции судна. Однако, по словам Брауна, в приложениях, чувствительных к более высокой скорости и / или весу, «может возникнуть необходимость в изменении конструкции или изменении конфигурации лодок и их машинных отделений». Cummins тесно сотрудничает с клиентами в таких проектах.

Браун сказал, что альтернативные энергетические решения не за горами, от дизель-электрических гибридов до водородных топливных элементов. «Клиенты хотят оптимизировать свои суда с помощью лучших силовых агрегатов, чтобы они соответствовали нормативным требованиям и при этом обеспечивали наиболее эффективную работу двигателя».

Гибридизация находится в центре внимания компании ABB и ее судовых генераторов. Стандартные судовые генераторы низкого напряжения (НН) компании АББ предназначены для полностью электрических судов и судовых дизель-генераторных установок, предназначенных для основного, вспомогательного или аварийного производства электроэнергии. Они охватывают диапазон мощностей 14–2 600 кВА с типоразмером 180–450 и типичными напряжениями 380–480 В. Это оборудование хорошо протестировано в морских условиях и в настоящее время работает на более чем 1300 судах.

Дэйв Ли, старший менеджер по работе с клиентами ABB, New Build, описывает гибридную оценку как часть «другого мышления» в отношении мощности судна. Он отмечает, что, например, на рабочей лодке редко используется полная мощность двигателя. АББ устанавливает генераторы меньшего размера в дополнение к дизельному двигателю. «Мы предлагаем оптимальный диапазон мощностей, аккумуляторы и топливные элементы», — сказал Ли. Такой подход позволяет избежать необходимости во втором дизельном двигателе. Он наиболее эффективно использует мощность в зависимости от поставленной задачи.

Дэвид Ли (Фото: ABB)

Понятие стратегической мощи является важным для Scania, которая не предлагает в США двигатели мощностью более 800 л.с. Рынок мощных автомобилей слишком ограничен. Пока конструкторы оценивают будущие потребности в мощности, Альберто Алькала, менеджер по продажам морских судов компании Scania в США, предсказывает дальнейший прогресс в отношении самих судов: они созданы для скорости и энергоэффективности.

Он также ожидает усиления гибридизации, написав, что «гибридизация может заполнить пробел между уровнем 3 и потребностью в более крупном двигателе со сложностями уровня 4». В 2012 году Scania оснастила Hornblower Hybrid в Сан-Франциско комбинацией Tier 2 / Electric. Недавно этот корабль был модернизирован до уровня 3/электрического, чтобы соответствовать более жестким требованиям Калифорнии по качеству воздуха.

Альберто Алькала (Фото: Scania)

Алькала поставила гибридизацию на первое место в списке прорывных технологий будущего. Scania работает с ABB (и другими) над проектами, которые демонстрируют, как сочетание электрического и дизельного поколения может заменить большие комплекты двигателей.

Инженеры Scania продемонстрировали, что три двигателя меньшего размера могут заменить 3-4 двигателя в традиционном буксире мощностью 2000 л.с. на уровне 3. Новые генераторные установки могут обеспечить до 2400 л.с. на том, что когда-то было судном мощностью 2000 л.с. Суда используют мощность по мере необходимости - на холостом ходу или остановке в условиях низкой нагрузки, используя значительно меньше топлива, затем используя максимальную мощность только при необходимости, опять же, обычно это относительно небольшая часть часов работы судна.

Следите за решением EPA этим летом.