Gazowe silniki do jednostek pływających

MIZU TechnologyZaburtowy silnik Yamaha. Na silniku widoczny regulator ciśnienia holenderskiego systemu zasilania Vialle LPi

MIZU Technology

MIZU TechnologyZaburtowy silnik Yamaha. Uwagę zwraca pionowe ustawienie silnika. Na pierwszym planie widoczne wtryskiwacze gazowego systemu zasilania Vialle LPi

Bardzo ciekawe silniki do niewielkich jednostek pływających oferuje niemiecka firma MIZU Technology, która wykonuje adaptacje na zasilanie gazowe różnych silników w tym także mających zastosowanie w łodziach. Adaptacje są dokonywane w oparciu system zasilania gazowego LPi holenderskiej firmy Vialle. Firma adaptuje do zasilania gazowego zarówno niewielkie silniki zaburtowe (Suzuki 1,9 l i Yamaha 1,6 l) mające po 100 KM mocy oraz duże jednostki napędowe montowane pod pokładem. Są to silniki o zapłonie iskrowym Volvo Penta budowane w widlastym układzie konstrukcyjnym. Dostępne są silniki V6: 3,0 i 4,3 l oraz V8, które występują w 3 pojemnościach skokowych (5,0; 5,7 i 8,1 l). Rozpiętość mocy silników zawiera się w zakresie od 190 do 420 KM. W zależności od wielkości silnika i potrzeb użytkownika na pokładzie łodzi stosowane są zbiorniki gazu o pojemnościach od 60 do 178 l.

MAN Diesel & TurboNawet tej wielkości jednostki napędowe można zasilać LPG. Taki sposób zasilania wyewoluował z zastosowania LNG do napędu jednostek pływających

dieselnet.comZmiany w normach emisji dla silników okrętowych

Oprócz silników gazowych stosowanych w niewielkich jednostkach pływających do wprowadzenia paliw gazowych przygotowują się również producenci dużych silników okrętowych. Wynika to z zaostrzających się norm emisyjnych. Przykładowo, obecnie obowiązująca norma Tier II, dopuszcza w spalinach 14,4 g/kWh tlenków azotu podczas gdy planowana do wprowadzenia w 2016 r. norma Tier III ogranicza tę wartość do 3,4 g/kWh (dla silników wolnoobrotowych n

MAN Diesel & TurboZbiorniki do magazynowanie LNG są produkowane przez firmę TGE Marine AG z siedzibą w Bonn

Właśnie ze względów ekologicznych LNG (Liquified Natural Gas) jest uważane za przyszłościowe paliwo żeglugowe, natomiast utworzenie infrastruktury niezbędnej do tankowania tego paliwa jest bardzo kosztowne, czasochłonne i podlega wielu obostrzeniom wynikającym z konieczności zachowania surowych reżimów bezpieczeństwa. Tylko nieliczne kraje dysponują obecnie infrastrukturą do tankowania jednostek pływających LNG, np. Norwegia.

Oprócz oczywistych względów związanych z ekologią koncepcja zasilania gazem silników okrętowych jest związana z napędem dużych gazowców służących do przewozu LNG. Jest on przewożony w ogromnych, izolowanych cieplnie zbiornikach, które muszą zapewnić utrzymanie temperatury -163° C. Z uwagi na duże odległości jakie pokonują gazowce i nieunikniony w tym czasie wzrost temperatury ładunku pewna część LNG odparowuje. Kiedyś odparowany gaz był wypuszczany wprost do atmosfery, co oczywiście w myśl obecnie obowiązujących wymagań ekologicznych jest niedopuszczalne, zatem stosuje się systemy do ponownego skraplania gazu ziemnego lub wykorzystuje go do napędu siłowni takiego statku.

MAN Diesel & TurboPrzekrój silnika MAN ME-GI z uwidocznieniem poszczególnych elementów układu paliwowego

MAN Diesel & Turbo

Dwusuwowe silniki okrętowe charakteryzują się największą sprawnością, około 50%, dlatego są najczęściej stosowane do napędu pełnomorskich jednostek pływających. Firma MAN oferuje tego typu silniki, również w wersjach zasilanych paliwami gazowymi. Są one budowane w oparciu silniki ME, w których kontrola procesu spalania, tzn. otwarcie zaworu wylotowego (powietrze jest dostarczane do cylindra przez okna wykonane w gładziach cylindrowych) oraz doprowadzenie paliwa do komór spalania są kontrolowane elektronicznie. Gazowe wersje silników ME kryją się pod oznaczeniem ME-GI (Gas Injection). Obecnie przygotowywana jest wersja silnika Liquid ME-GI przystosowana do spalania LPG.

MAN Diesel & TurboW ofercie MAN znajdują się także średnioobrotowe czterosuwowe silniki gazowe. Na zdjęciu silnik L51

Silniki ME-GI są dwupaliwowymi jednostkami napędowymi, w zapłon dostarczonego do komór spalania paliwa gazowego jest inicjowany przez pilotową dawkę paliwa dieslowskiego (MDO - Marine Diesel Oil), które ulega samozapłonowi jak w klasycznym silniku o zapłonie samoczynnym. Silniki ME-GI mogą mieć średnicę cylindra (350, 600, 650, 700 mm) przy skoku tłoka odpowiednio (1550, 2400, 2730 oraz 2360 lub 2800 mm dla średnicy 700 mm).

Układ paliwowy silników ME-GI jest bardzo prosty i ma niewielką liczbę części ruchomych. Powoduje to, że wysokociśnieniowy system zasilania gazowego jest nieczuły na rodzaj gazu oraz jego skład. Silnik może być z powodzeniem zasilany różnymi paliwami węglowodorowymi, w tym także LPG, będącym mieszaniną propanu i butanu bez zmian osiągów silnika. Oczywiście niezbędne stało się wprowadzenie pewnych zmian chociażby z uwagi na większą gęstość LPG w stosunku do LNG. Istotną różnicą jest konieczność zapewnienia znacznie wyższego niż w przypadku LNG ciśnienia wtrysku. Wynika to poniekąd ze stanu skupienia z jakim oba paliwa są podawane do silnika. LNG jest kierowane do układu paliwowego po odparowaniu, natomiast LPG jest podawany do silnika w fazie ciekłej.

MAN Diesel & TurboUkład wtrysku paliwa w silniku okrętowym

Silnik Liquid ME-GI zasilany za pomocą systemu wtrysku gazu ciekłego wykorzystuje powszechnie dostępne i sprawdzone urządzenia do układów paliwowych LPG. Nie są wymagane technologie kriogeniczne, których zastosowanie wymusza LNG. Dzięki temu koszty układu paliwowego są znacznie niższe. Także paliwo (LPG) jest jednym z najtańszych niskosiarkowych (w porównaniu z paliwami żeglugowymi) nośników energii, dlatego jego stosowanie ma również mocne podstawy ekonomiczne.

Silniki serii ME-GI są nowoczesnymi dwusuwowymi jednostkami napędowymi charakteryzującymi się bardzo dobrym wykorzystaniem energii zawartej w paliwie. Wprowadzenie LPG do systemu dwupaliwowego skutkuje znacznym obniżeniem emisji szkodliwych składników spalin, zwłaszcza w odniesieniu do związków siarki, dwutlenku węgla, cząstek stałych i tlenków azotu.

MAN Diesel & TurboSchemat układu zasilania silników okrętowych MAN ME-GI skroplonym gazem ziemnym (LNG)

Układ paliwowy silnika umożliwia również zasilanie jednostki napędowej z wykorzystaniem DME (eter dimetylowy), który jest przez wielu ekspertów uważany za przyszłościowe, bardzo czyste, paliwo, dodatkowo doskonale mieszające się z LPG. W UE planuje się wprowadzić DME w 2030 r., głównie jako paliwo do trakcyjnych silników o zapłonie samoczynnym, ponieważ charakteryzuje się dużą wartością liczby cetanowej, co ułatwia samozapłon.

Silnik Liquid ME-GI będzie testowany w 2011 r. w centrum testowym MAN Diesel & Turbo w Kopenhadze.

Podsumowanie

Według specjalistów MAN rynek LPG jako paliwa morskiego jest niszą nawet w stosunku do LNG, lecz silniki zasilane gazem płynnym mogą znaleźć zastosowanie w sektorze niewielkich tankowców, statków ro-ro (roll on / roll off - załadunek poziomy) operujących na strefie przybrzeżnej oraz na wodach śródlądowych. Zainteresowanie gazem płynnym wykazywane w wielu dziedzinach techniki, w kontekście wzrastających wymagań emisyjnych jest dobitnym potwierdzeniem potencjału ekologicznego tego nośnika energii.