Кемелерге арналған теңіз дизель генераторлары қандай стандарттарға сай болуы керек?

IMO-ның MARPOL VI қосымшасы мен NOx Техникалық кодексіне кіріспе

Халықаралық теңіз ұйымының MARPOL VI қосымшасы теңіз қозғалтқыштарының шығарындыларына, әсіресе азот тотьщыларына (NOx), күкірт тотьщыларына (SOx) және бөлшектік заттарға (PM) қатал әлемдік шектеулер қояды. Бұл реттеу алғаш рет 2005 жылы енгізілді және содан бері бірнеше рет жаңартылды. Ережелер негізінен 130 кВт-тан астам қуаты бар үлкен қозғалтқыштарға қолданылады, ал NOx стандарттарының деңгейі қозғалтқыш қашан жасалған немесе орнатылғанына байланысты өзгеше болады. Халықаралық күкірт шектеуі 2020 жылы теңіз отынындағы күкірт мөлшерінің 0,50%-ке дейін күрт төмендеуіне байланысты теңіз көлігі компаниялары газ шаю қондырғылары сияқты технологияларға немесе сұйықтатылған табиғи газ (LNG) сияқты альтернативті отындарға толығымен ауысуға мәжбүр болды. Бұл реттеу өзгерісі теңіз секторы бойынша үлкен нарықтық трансформацияны тудырды.

Теңіз дизель-генераторларының шығарындыларын реттеудегі Халықаралық теңіз ұйымының рөлі

Халықаралық теңіз ұйымы өзінің 175 елі үшін шығарындылар бойынша ережелерді стандарттауға тырысады. Бұл дегеніміз, әлем бойынша кемелер ұқсас сынақтардан өтеді, ұқсас тәртіппен сертификатталады және теңіз дизельдік қозғалтқыштарына қатысты біркелкі бақылау жүйесіне ұшырайды. Ұйымның NOx техникалық кодексі өндірушілерге осы машиналар нақты жағдайларда қалай жұмыс істейтінін ескере отырып, типтік бекіту арқылы қозғалтқыштары стандарттарға сай болатынын дәлелдеуді талап етеді. Компаниялар қозғалтқыштарының әртүрлі жүктеме режимдерінде не шығаратыны туралы егжей-тегжейлі ақпарат беруі тиіс. Бұл талаптар Америка Құрама Штаттарының Қоршаған ортаны қорғау агенттігі сияқты ұйымдармен ынтымақтастықты ыңғайлы етуге көмектеседі, глобалдық стандарттар мен жергілікті нормативтер арасындағы ынтымақтастықты жеңілдетеді. Халықаралық және ұлттық ережелер бір-біріне жақырақ болған сайын, кеме операторлары үшін талаптарға сай болу әлем бойынша оңайласады.

Шығарындылар бойынша стандарттар теңіз дизельдік генераторларының құрылымы мен жұмыс істеуін қалай қалыптастырады

Қазіргі заманғы теңіз дизель генераторлары бүгінгі таңда қатаң Tier III стандарттарына сәйкес келуі тиіс, сондықтан өндірушілер таңдамалы каталитикалық тотықсыздандыру жүйелерін, жақсырақ жобаланған жану камераларын және отын енгізуін әлдеқайда дәлірек басқаруды қоса бастады. Бұл барлық жақсартулар азот тотықтарының шығарындыларын 2021 жылы Raju және оның әріптестерінің зерттеуі бойынша ескі қозғалтқыштар шығарғаннан 80 пайызға дейін азайтты. Тағы бір үлкен өзгеріс — бұл бүкіл өнеркәсіп бойынша өте төмен күкірті бар дизелге өту болып табылады. Бұл таза отын теңізде күнбе-күн сенімді жұмыс істеу қабілетін төмендетпей-ақ бөлшектік заттардың шығарындыларын шамамен үштен бір бөлігіне дейін азайтады.

Деңгейлік классификациялық жүйе: Tier 1-ден Tier 3 деңгейіне дейінгі сәйкестік

Теңіз дизель қозғалтқыштары үшін Tier 1, Tier 2 және Tier 3 шығарындылар шектеулерінің салыстырмасы

Халықаралық теңіз ұйымы белгілеген азот тотығы шығарындыларына қарай теңіз дизельді қозғалтқыштары үш топқа бөлінеді. Бірінші топ 2000 жылға дейінгі, киловатт-сағатына 14,4 граммға дейін NOx шығаруға мүмкіндік беретін қозғалтқыштарды қамтиды. 2011 жылдан кейін жақсартылған жану әдістері арқасында рұқсат етілген шығарындыларды осы мөлшердің шамамен жартысына, 7,7 г/кВт·сағ дейін төмендеткен Екінші деңгей стандарттары пайда болды. Содан кейін 2016 жылдан бастап кейбір аймақтарда қолданыла бастаған Үшінші деңгей нормалары пайда болды, онда қазір кемелер NOx шығарындыларын тек 2,0 г/кВт·сағ дейін шектеуі керек. Бұл бастапқы кезеңде рұқсат етілген мөлшермен салыстырғанда 80% төмендеу болып табылады. Бұл жаңа қозғалтқыштар көбінесе бұл қатаң талаптарға сай келу үшін таңдамалы каталитикалық төмендету жүйелеріне немесе шығарылатын газдарды қайта шеңберге алу технологиясына сүйенеді. Бөлшектік заттар шектеулеріне назар аударсақ, Төменгі деңгей 1 бойынша 0,40 г/кВт·сағ-тан бастап Төменгі деңгей 3 қозғалтқыштарында 0,10 г/кВт·сағ дейін төмендеген ұқсас құбылыс байқалады.

Саты	NOx шектеуі (г/кВт·сағ)	Бөлшектік заттар шектеуі (г/кВт·сағ)	Енгізу мерзімі
Бірінші деңгей	≤ 14,4	≤ 0,40	2000–2011
2-деңгей	≤ 7,7	≤ 0.20	2011–2016
3-ші деңгей	≤ 2.0	≤ 0.10	2016 жылдан бастап қазіргі уақытқа дейін

Шығарындыларды бақылау аймақтарында (ECAs) 3-деңгейлі сәйкестік талаптары

Солтүстік Американың жағалауы мен Балтық теңізі сияқты шығарындыларды бақылау аймақтарында жұмыс істейтін кемелер ескіріп кеткен 1-деңгейлі қозғалтқыштармен салыстырғанда азот тотықтарының шығарындыларын 80% азайту дегенді білдіретін 3-деңгейлі стандарттарға сай болуы керек. Көбінесе кеме иелері осы талапқа сай болу үшін екі жолдың бірін таңдайды. Кейбіреулер өздерінің қолданыстағы генераторларына таңдамалы каталитикалық төмендету жүйелерін орнатуды таңдаса, басқалары сұйылтылған табиғи газбен жұмыс істейтін гибридті қозғалтқыштарға көшеді. Мұндай аймақтарда күкірт мөлшеріне қойылатын талаптар да осындай қатаң, оның максималды шегі 0,10%. Сәйкестікке ие болу үшін кемелер не арнайы күкірті аз отын жағады, не түтін газдарын шығару алдында тазартатын қымбат сүзгіш технологиясына инвестиция жасайды.

Зерттеу жағдайы: Солтүстік Американың ШБА аймағында жұмыс істейтін кемелерге 3-деңгейді енгізу

2023 жылы зерттеушілер Солтүстік Американың ECA аймағында жұмыс істейтін 24 жүк кемесін зерттеп, қызықты нәрсе байқады. Олар өздерінің қозғалтқыштарын Tier 3 стандартына дейін жаңартқан кезде азот тотығының шығарындылары ескі Tier 1 модельдерімен салыстырғанда шамамен 92% төмендеді. Бірақ көптеген кеме иелері үшін мұның өзіне қиындық болды. Олардың шамамен үштен бірі жаңа жүйелерге SCR сүзгілерін регулярлы түрде ауыстыру қажет болғандықтан, жөндеуге көбірек ақша жұмсауға тура келді. Бұл қосымша шығындар жылына шамамен он сегіз мыңнан қырық бес мың долларға дейінгі аралықта болды. Дегенмен, Халықаралық теңіз ұйымының өткен жылғы тексеруі көпшілік компаниялардың ережелерге бағынатынын көрсетті, әрбір 100 кемеден шамамен 89-ы талаптарға сай болды. Бағынбағандар әрбір бұзушылық үшін орташа есеппен үш жүз жиырма мың доллар мөлшерінде айыппұлға тартылды. Бұл күрделі жүйелерді тиімді басқару үшін көбірек теңіз кәсіпорындары болжамды техникалық қызмет көрсету бағдарламаларына жүгінуде, бұл соңғы өңдеу жүйелерінің дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз етіп, маңызды операциялар кезінде күтпеген тоқтап қалуларды минималдандырады.

Теңіз дизель-генераторлары үшін 4-деңгейдегі стандарттардың жүзеге асымдылығын бағалау

Жер қозғалтқыштарының стандарттарына негізделген соңғы 4-деңгейдегі нормативтер

4-деңгейдегі шығарынды стандарттары жаңа кейінгі өңдеу технологиялары арқылы азот оксидтері мен бөлшектік заттарды азайту мақсатында жер үстіндегі жол емес қозғалтқыштар үшін талап ретінде басталды. Халықаралық теңіз ұйымы әлі осы стандарттарды кемелерге енгізбегенімен, болашақта теңіз регламенттеріне осындай ұғымдардың кейбіреуін қолдану мәселесі бойынша талқылаулар жүргізілуде. Дегенмен, көліктерде кеңістіктің шектеулі болуы мен теңізде өзгеше инженерлік талаптардың болуы сияқты себептерге байланысты жер үстіндегі шешімдерді тікелей қайықтарға бейімдеу нақты қиындықтар туғызады.

4-деңгейдегі талаптарды теңіз қолданбаларына бейімдеудегі технологиялық қиындықтар

Теңіз дизельді генераторларына Tier 4 деңгейіне сәйкес жүйелерді орнату оңай іс емес. Селективті каталитикалық төмендету (SCR) құрылғылары мен дизель бөлшектерінің сүзгілері (DPF) сияқты кейінгі өңдеу бөліктері Tier 3 конфигурацияларындағыдан 18-25 пайызға көбірек орын алады. Сонымен қатар, бұл компоненттер теңіздегі қатаң жағдайларға ұшыраған кезде беріктігін сақтауда қиындықтарға тап болады. Солтүстік Американың теңіз дизельді қозғалтқыш рыногының соңғы хабарламасында көрсетілгендей, кемелерде тұз суы барлық жерге таралып, үнемі тербелістер техникалық құрылғыларды тез износилайды. Нақтылы SCR катализаторлары үшін жердегі ұқсас жабдықтармен салыстырғанда қызмет ету мерзімі шамамен 40 пайызға төмендейді. Бұл теңіз ортасы механикалық жүйелерге уақыт өте келе қаншалықты күшті әсер ететінін ескерсек, түсінікті.

Сала бойынша талқылау: Tier 4 теңіз дизельді генератор жүйелері үшін практикалық ма?

Дәл қазір теңіз көлігі саласы бұл мәселе бойынша қатты бөлініп тұр. Біз операторлардың сауалнама нәтижелеріне қараған кезде, шамамен 62 пайызы Tier 4 сәйкестік жүйелеріне қажетті дұрыс электр энергиясын тарату үшін бар болғаны кеме конструкцияларында орын жеткіліксіз деп айтты. Осы нормативтердің жақтаушылары олар гибридті қозғалтқыштарды қолдануды нақты алға жылжытады деп дәлелдейді, бірақ алдыңғы шепте жұмыс істейтін адамдар әрбір 450-500 жұмыс сағатынан кейін дизелдік бөлшектік сүзгілердің тазартылуына қатты назар аударады. Мұндай тұрақты техникалық қызмет кезеңдері шынымен де жұмыс уақыты кестесін бұзады. Сонымен қатар модульді шығару қондырғыларына да үміт артылады, бірақ көпшілік сарапшылар флоттарда кеңінен енгізу алдында оларға кем дегенде теңізде екі немесе үш жыл ішінде нақты сынақтан өту қажет деп келіседі.

Теңіз компрессиялық тұтандыру қозғалтқыштары үшін сертификаттау және реттеу аясы

Қуат шығысы бойынша теңіз компрессиялық тұтандыру қозғалтқыштарының EPA классификациясы

Көлік құралдарындағы сығылу арқылы тұтатын двигательдердің шығыс қуатына байланысты EPA әртүрлі санаттарға бөледі және оларға нақты шығарындыларды бақылау шараларын енгізеді. 37 киловатттан жоғары қуат өндіретін двигательдерге жол емес двигательдерге қойылған нормаларға сәйкес азот оксидтері мен бөлшектік заттарға қатаң шектеулер қойылады. Коммерциялық теңіз кемелерінде қолданылатын үлкен двигательдер осы талаптарға сай болу үшін өте күрделі технологияларды қабылдауға мәжбүр. Теңізде заңды шеңберде әрі тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету мақсатында кемелерге түтін газын қайта шығару жүйелері немесе таңдамалы каталитикалық тотықсыздандыру жинақтары сияқты қосымша жабдықтар қажет болады.

АҚШ-тың федералдық нормативтік талаптары бойынша теңіз дизель-генераторларының сертификаттау процесі

Мұхит қолданбалары үшін АҚШ сертификаттау процесі қайықтардың су бетінде нақты тәжірибе жинауы мүмкін барлық нақты міндетті циклдарды қамтитын өте қатаң сынақтарды талап етеді. Бұл двигательдерді уақытша жүктемелерге шыдату және олардың уақыт өте келе нақты теңіз суының жағдайларына ұшыраған кезде не болатынын модельдеу дегенді білдіреді. Соңғы федералдық ережелерге сәйкес, өндірушілер двигательдің қуат шығысы бойынша белгіленген мәннің кемінде 80 пайызын қанағаттандыратынын көрсетуі тиіс. Осы үдерісте бірнеше маңызды бақылау нүктелері де бар. Алдымен өндірістің басталуынан бұрын әртүрлі двигатель басқару технологияларына рұқсат алу керек. Содан кейін компоненттердің қалай табиғи түрде ыдырауын ескеру керек, сондықтан шығарындылар жабдықтың толық 10 000 сағаттық қызмет ету мерзімі бойы шектерден аспайды. Бұл бүкіл үдеріс сертификатталған мұхит двигательдері қатаң жағдайларда жылдар бойы тұрақты жұмыс істегеннен кейін де сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

Ұлттық және халықаралық реттеу талаптарының сәйкестігі

EPA Tier 4 стандарттары ескірген Tier 1 жабдықтармен салыстырғанда шамамен 90 пайызға аз NOx шығарындыларын қажет етеді. Ал Халықаралық теңіз ұйымы MARPOL VI қосымшасы арқылы SOx және NOx шығарындыларын бақылау жұмыстарын жүргізуде. Қазіргі кезде теңіз дизель-генераторлары жиі екі отынды нұсқалармен және осы әртүрлі талаптарға сәйкес келетін модульді өңдеу жүйелерімен жабдықталады. Әлем бойынша жұмыс істеуі қажет болатын қозғалтқыштар жасайтын компаниялар үшін барлық осы сынақ әдістері мен шығарындылар мақсаттарын сәйкестендіру тек қана пайдалы болып қоймай, өнімдерін тұрақты түрде негізінен қайта жобалаусыз әртүрлі аймақтарда бәсекеге қабілетті болу үшін негізгі қажеттілікке айналып отыр.

Жиі қойылатын сұрақтар

MARPOL VI қосымшасының негізгі мақсаты қандай?

MARPOL VI қосымшасының негізгі мақсаты — азот тотықтары (NOx), күкірт тотықтары (SOx) және бөлшектік заттар (PM) шығарындыларын бақылау арқылы кемелер қозғалтқыштарынан болатын ауа ластануын азайту.

3-ші деңгейлі шығарынды стандарттар неге маңызды?

3-ші деңгейлі шығарынды стандарттар Емиссияны бақылау аймақтарында (ЕСА) таза ауа мен сәйкестікті қамтамасыз ету үшін көне стандарттармен салыстырғанда NOx шығарындыларын шамамен 80% дейін азайтатындықтан маңызды.

4-ші деңгейлі стандарттар бойынша кеме операторлары қандай қиындықтарға тап болады?

Дизелдік бөлшектердің сүзгілерін жиі қажет ететін және жұмыс кестесіне кедергі жасайтын қызмет көрсету қажеттілігіне байланысты кеме операторлары 4-ші деңгейлі стандарттармен байланысты қиындықтарға тап болады.

LNG сияқты альтернативті отындар шығарынды стандарттарына сай келуге қалай көмектеседі?

Сұйылтылған табиғи газ (LNG) сияқты альтернативті отындар күкірт пен азот тотықтары шектеулеріне сәйкес келу үшін дәстүрлі теңіз отындарымен салыстырғанда азырақ шығарындылар өндіру арқылы шығарынды стандарттарына сай келуге көмектеседі.