JOK2009 NO 3 - Journal of KONES

Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 16, No. 3 2009
PROPOSAL OF ECOLOGICAL PROPULSION
FOR SEAGOING SHIPS
Zygmunt Górski, Romuald Cwilewicz
Gdynia Maritime University
Department of Marine Power Plants
Morska Street 83, 81-225 Gdynia, Poland
tel.: +48 58 6901-322,
e-mail: [email protected]
Abstract
Exhaust gases from engines of seagoing ships are the serious problem for environment. That is why the discussion
in the matter is very important. One of means to minimise harmful substances emission to earth atmosphere is
application of „ecological fuel” – natural gas or nuclear energy for ship propulsion. Natural gas is commonly used in
onshore applications but is rarely applied in marine propulsion. Heavy Fuel Oil is the basic brand of fuel used
onboard of seagoing ships. Other kinds of fuel e.g. Diesel Oil or Gas Oil are used on smaller ships with limited sailing
range. The nuclear energy, due to high costs is used only on few types of warships and some icebreakers. A real
means for minimising harmful substances in exhaust gases from ships engines is replacement of Heavy Fuel Oil by
Natural Gas. Nowadays, heavy oil is commonly used due to technical and logistic abilities and conservative attitude of
ship owners. The necessity of improvement in the field of environment protection inclines towards wide application of
Natural Gas as marine fuel.
Application power-plant novel type would break the traditionalism in the shipbuilding and the introduction novel
generation of shipping drives.
Keywords: natural gas in marine propulsion, dual fuel marine engines, dual fuel marine boilers
PROPOZYCJA NAPĉDU EKOLOGICZNEGO
STATKÓW MORSKICH
Streszczenie
Zanieczyszczenie Ğrodowiska naturalnego przez szkodliwe skáadniki spalin wylotowych silników napĊdowych
statków morskich wywoáuje dyskusjĊ nad sposobami poprawy sytuacji w tej dziedzinie. Jednym ze sposobów
zmniejszenia emisji szkodliwych substancji do atmosfery ziemskiej jest szerokie zastosowanie do napĊdu statków
morskich „paliwa ekologicznego” – gazu naturalnego lub paliwa jądrowego. Gaz naturalny powszechnie uĪywany
w zastosowaniach lądowych wciąĪ nie znajduje szerszego zastosowania w transporcie morskim. W napĊdach
peánomorskich statków towarowych podstawowym rodzajem paliwa jest ciĊĪki olej opaáowy. Inne rodzaje paliwa jak
lekki olej opaáowy czy olej gazowy stosowane są do napĊdu mniejszych statków o ograniczonym zasiĊgu páywania.
Paliwo jądrowe ze wzglĊdu na koszty stosowane jest na nielicznych typach okrĊtów wojennych i niektórych
lodoáamaczach. Realne zmniejszenie emisji szkodliwych substancji w spalinach wylotowych silników napĊdowych
statków moĪe przynieĞü zastąpienie paliwa ciĊĪkiego przez gaz naturalny. Paliwo ciĊĪkie jest obecnie powszechnie
stosowane do napĊdu statków ze wzglĊdu na moĪliwoĞci techniczne i logistyczne oraz zachowawcze nastawienie
armatorów. KoniecznoĞü poprawienia sytuacji w dziedzinie ochrony Ğrodowiska skáania do szerokiego zastosowania
gazu naturalnego jako paliwa okrĊtowego.
Sáowa kluczowe: gaz naturalny w napĊdach morskich, dwupaliwowe silniki morskie, dwupaliwowe bojlery morskie
1. WstĊp
Spaliny wylotowe z silników okrĊtowych zawierają duĪe iloĞci substancji szkodliwych dla
Ğrodowiska. Obecnie na statkach stosowane jest powszechnie paliwo ciĊĪkie uĪywane do napĊdu
silników gáównych, silników pomocniczych i kotáów okrĊtowych. W ciągu wielu lat potwierdziáo
Z. Górski, R. Cwilewicz
ono swoją przydatnoĞü do napĊdu statków. NajnowoczeĞniejsze konstrukcje silników i kotáów
okrĊtowych przystosowane są do tego rodzaju paliwa a armatorzy i zaáogi statków przyzwyczajone
do jego stosowania. Ze wzglĊdu jednak na koniecznoĞü zmniejszenia emisji szkodliwych
substancji w spalinach wylotowych i poprawienia sytuacji w dziedzinie ochrony Ğrodowiska
niezbĊdne jest opracowanie nowych rozwiązaĔ konstrukcyjnych i logistycznych w dziedzinie
stosowanego paliwa okrĊtowego. Prace nad przystosowaniem napĊdów okrĊtowych do zasilania
gazem naturalnym prowadzone są przez wiodących producentów silników okrĊtowych od
dáuĪszego czasu z umiarkowanym powodzeniem. Zastosowanie silników spalinowych spalających
gaz naturalny na razie jest ograniczone i odnosi siĊ do silników Ğrednioobrotowych. Do
napĊdzania statków najpowszechniej stosowane są silniki spalinowe wolnoobrotowe wciąĪ
zasilane wyáącznie ciĊĪkim olejem opaáowym. W niewielkim zakresie stosuje siĊ teĪ gaz naturalny
do opalania kotáów okrĊtowych.
2. MoĪliwoĞci zastosowania gazu naturalnego do napĊdów okrĊtowych
Obecna infrastruktura logistyczna w transporcie morskim (brak stacji zaopatrzenia gazem
páynnym) ogranicza zastosowanie gazu naturalnego jako paliwa do statków przewoĪących gaz
naturalny jako áadunek to jest do zbiornikowców LNG (Liquefied Natural Gas Tankers). Statek
taki zbudowany przez Samsung Heavy Industries Co Ltd, Korea pokazano na Rys. 1. Gaz
naturalny przewoĪony jest na zbiornikowcach LNG (gazowcach) w postaci páynnej pod ciĞnieniem
atmosferycznym w temperaturze –163°C. Podczas przewozu ma miejsce penetracja ciepáa do
zbiorników áadunkowych i parowanie áadunku. Odpowiednia izolacja zbiorników nie zabezpiecza
caákowicie przed tym zjawiskiem. Przyjmuje siĊ, Īe w ciągu doby odparowuje okoáo 0,15%
przewoĪonego áadunku. Odparowany gaz musi byü skroplony w odpowiedniej instalacji
i skierowany na powrót do zbiorników áadunkowych lub moĪe byü wykorzystany do napĊdu
statku. Na obecnie eksploatowanych zbiornikowcach LNG o áadownoĞci powyĪej 140000 m3 gazu
iloĞü odparowanego áadunku pokrywa zapotrzebowanie ukáadu napĊdowego gazowca na paliwo
w ruchu morskim z peáną prĊdkoĞcią.
Rys. 1. Zbiornikowiec LNG Mozah armatora Qatar Gas Transport CO w ruchu morskim
Fig. 1. LNG carrier Mozah owner Qatar Gas Transport CO steaming at sea
Ukáady napĊdowe statków muszą byü odpowiednio przystosowane do zasilania gazem.
WyróĪnia siĊ tu nastĊpujące moĪliwe konfiguracje ukáadów napĊdowych:
- napĊd dwupaliwowymi silnikami spalinowymi wolnoobrotowymi,
- napĊd dwupaliwowymi silnikami spalinowymi Ğrednioobrotowymi,
- napĊd turbinami gazowymi zasilanymi gazem naturalnym,
122
Proposal of Ecological Propulsion for Seagoing Ships
-
napĊd kombinowany silnikami spalinowymi i turbinami gazowymi zasilanymi gazem
naturalnym,
- napĊd turbinami parowymi z kotáami dwupaliwowymi,
- napĊd kombinowany turbinami gazowymi zasilanymi gazem naturalnym skojarzonymi
termodynamicznie z turbiną parową.
RozwaĪając konfiguracjĊ siáowni oprócz napĊdu gáównego naleĪy uwzglĊdniü koniecznoĞü
produkcji energii elektrycznej i cieplnej (najczĊĞciej w postaci pary) niezbĊdnych w eksploatacji
statku.
a)
3
1
2
b)
3
6
G
6
G
6
G
4
1
5
4
2
6
G
6
7 G
G
Rys. 2. Ukáady napĊdowe z dwupaliwowym silnikiem spalinowym wolnoobrotowym: 1 - silnik wolnoobrotowy; 2 - linia
waáów; 3 - Ğruba napĊdowa o staáym skoku; 4 - kocioá pomocniczy; 5 – kocioá utylizacyjny; 6 - spalinowy zespóá
prądotwórczy; 7 - prądnica zawieszona na gáównym ukáadzie napĊdowym
Fig. 2. Propulsion plants with dual fuel low speed diesel engine: 1 - low speed diesel engine; 2 - shafting; 3 - fixed pitch
propeller; 4 - auxiliary boiler; 5 - exhaust gas boiler; 6 - diesel alternator; 7 - shaft alternator
Ukáady napĊdowe z dwupaliwowymi wolnoobrotowymi silnikami spalinowymi (Rys. 2a)
rokują uzyskanie wysokiej sprawnoĞci napĊdu gáównego statku. Pozostaje problem zasilania
w paliwo kotáów pomocniczych i zespoáów prądotwórczych. Pewne uproszczenie uzyskuje siĊ
przez zastosowanie kotáa utylizacyjnego ogrzewanego spalinami odlotowymi silnika gáównego.
Kocioá utylizacyjny pracuje jednak tylko podczas ruchu silnika gáównego co stwarza koniecznoĞü
wyposaĪenia statku w dodatkowy dwupaliwowy kocioá opalany lub kocioá kombinowany
ogrzewany spalinami silników i paliwem (Rys. 2b). MoĪliwe jest równieĪ zastosowanie prądnicy
zawieszonej na gáównym ukáadzie napĊdowym, którą napĊdza dwupaliwowy silnik gáówny statku.
Elektrownia okrĊtowa mniejsza jest wówczas o jeden zespóá prądotwórczy (Rys. 2b).
Ukáady napĊdowe z dwupaliwowymi silnikami Ğrednioobrotowymi (Rys. 3) wymagają
zastosowania do napĊdu Ğrub okrĊtowych przekáadni redukcyjnych mechanicznych lub
elektrycznych.
W przypadku przekáadni mechanicznej (Rys. 3a) konieczne jest zastosowanie spalinowych
zespoáów prądotwórczych, których liczbĊ moĪna zmniejszyü przez zastosowanie prądnic
zawieszonych na gáównym ukáadzie napĊdowym. Konieczne staje siĊ tez zastosowanie Ğrub
napĊdowych o skoku nastawnym. Zastosowanie kotáów utylizacyjnych i kotáów opalanych jest
analogiczne jak w przypadku siáowni z dwupaliwowymi silnikami wolnoobrotowymi.
Przekáadnia elektryczna pozwala na caákowicie odmienną konfiguracjĊ siáowni (Rys. 3b).
Dwupaliwowe Ğrednoobrotowe silniki spalinowe napĊdzają prądnice gáówne, które zasilają
zarówno napĊd gáówny statku jak i sieü okrĊtową. W napĊdzie gáównym moĪliwe jest
zastosowanie azymutalnych pĊdników gondolowych, które oprócz napĊdu speániają równieĪ
funkcjĊ bardzo efektywnego urządzenia sterowego. W siáowni zbĊdne są oddzielne zespoáy
prądotwórcze zasilające sieü okrĊtową, co znakomicie redukuje i upraszcza ukáad energetyczny
statku. EnergiĊ cieplną uzyskuje siĊ z kotáów utylizacyjnych i dwupaliwowego kotáa
pomocniczego.
123
Z. Górski, R. Cwilewicz
a)
7
3
1
4
5
8
G
G
8
2
4
2
3
1
G
5
7G
6
b)
11
10
13
12
5
1
G
M
11
10
6
9
5
G
M
9
1
Rys. 3. Ukáady napĊdowe z dwupaliwowymi silnikami spalinowymi Ğrednioobrotowymi: 1 - silnik Ğrednioobrotowy;
2 - linia waáów; 3 - Ğruba napĊdowa o skoku nastawnym; 4 - przekáadnia redukcyjna; 5 - kocioá utylizacyjny;
6 - kocioá pomocniczy; 7 - prądnica zawieszona na gáównym ukáadzie napĊdowym; 8 - spalinowy zespóá
prądotwórczy; 9 - prądnica gáówna; 10 - przetwornik czĊstotliwoĞci; 11- pĊdnik gondolowy; 12 - gáówna tablica
rozdzielcza; 13 - transformator
Fig. 3. Propulsion plants with dual fuel medium speed diesel engines: 1 - medium speed diesel engine; 2 - shafting;
3 - controllable pitch propeller; 4 - reduction gear; 5 - exhaust gas boiler; 6 - auxiliary boiler; 7 - shaft
alternator; 8 - diesel alternator; 9 - main alternator; 10 - frequency converter; 11 - azipod propulsor; 12 - main
switchboard; 13 - transformer
NapĊd dwupaliwowymi turbinami gazowymi (Rys. 4) charakteryzuje siĊ niĪszą sprawnoĞcią
ogólną ze wzglĊdu na wysoką stratĊ wylotową turbin gazowych, która tylko czĊĞciowo jest
niwelowana przez zastosowanie kotáów utylizacyjnych. Zwraca jednak uwagĊ prosta konfiguracja
siáowni i áatwoĞü przystosowania turbin gazowych do zasilania gazem naturalnym. Konieczne jest
teĪ zastosowanie dwupaliwowych zespoáów prądotwórczych, których iloĞü moĪe byü zmniejszona
przez uĪycie prądnic waáowych. Siáownia musi teĪ byü wyposaĪona w dwupaliwowy kocioá
pomocniczy.
7
3
G
5
1
8
6
2
5
1
8
G
G
4
Rys. 4. Ukáad napĊdowy z dwupaliwowymi turbinami gazowymi: 1 - turbina gazowa; 2 - linia waáów; 3 - Ğruba
napĊdowa o skoku nastawnym; 4 - przekáadnia redukcyjna; 5 - kocioá utylizacyjny; 6 - kocioá pomocniczy;
7 - prądnica zawieszona na gáównym ukáadzie napĊdowym; 8 - spalinowy zespóá prądotwórczy
Fig. 4. Propulsion plant with dual fuel gas turbines: 1 - gas turbine; 2 - shafting; 3 - controllable pitch propeller;
4 - reduction gear; 5 - exhaust gas boiler; 6 - auxiliary boiler; 7 - shaft alternator; 8 - diesel alternator
NapĊd kombinowany silnikami spalinowymi i turbinami gazowymi zasilanymi gazem
naturalnym (Rys. 5) jest siáownią typu CODAG (Combined Diesel and Gas) przystosowaną do
zasilania gazem naturalnym. Konfiguracja z przekáadnią mechaniczną (Rys. 5a) pozwala na
wykorzystanie peánej mocy zespoáu napĊdowego w ruchu morskim statku i odáączenie turbiny
gazowej w ruchu manewrowym i przy zredukowanych obciąĪeniach. Turbina gazowa
charakteryzuje siĊ bowiem szczególnie niską sprawnoĞcią przy obciąĪeniach czĊĞciowych.
Zastosowanie prądnicy zawieszonej na gáównym ukáadzie napĊdowym zmniejsza iloĞü
124
Proposal of Ecological Propulsion for Seagoing Ships
spalinowych zespoáów prądotwórczych. Zespóá napĊdowy przekazuje moc na ĞrubĊ nastawną.
Oprócz kotáów utylizacyjnych niezbĊdny jest teĪ dwupaliwowy kocioá pomocniczy.
Konfiguracja kombinowanego ukáadu napĊdowego z przekáadnią elektryczną (Rys. 5b)
pozwala na uproszczenie siáowni przez rezygnacjĊ zastosowania niezaleĪnych zespoáów
prądotwórczych. Elektrownia zasila zarówno napĊd statku jak i sieü okrĊtową. Zastosowane
mogą byü pĊdniki gondolowe lub napĊd Ğrub silnikami elektrycznymi. EnergiĊ cieplną
dostarczają kotáy utylizacyjne lub w warunkach obciąĪeĔ czĊĞciowych i na postoju
dwupaliwowy kocioá pomocniczy.
a)
1
8 G
6
6
9
4
3
2
9
7
G
G
5
1
6
2
13
b)
12
11
G
10
G
M
12
6
11
10
1
7
G
M
10
1
14
Rys. 5. Ukáady napĊdowe kombinowane z dwupaliwowymi silnikami spalinowymi i turbiną gazową: 1 - silnik
Ğrednioobrotowy; 2 - turbina gazowa; 3 - linia waáów; 4 - Ğruba napĊdowa o skoku nastawnym; 5 - przekáadnia
redukcyjna; 6 - kocioá utylizacyjny; 7 - kocioá pomocniczy; 8 - prądnica zawieszona na gáównym ukáadzie
napĊdowym; 9 - spalinowy zespóá prądotwórczy; 10 - prądnica gáówna; 11 - przetwornik czĊstotliwoĞci;
12 - pĊdnik gondolowy; 13 - gáówna tablica rozdzielcza; 14 - transformator
Fig. 5. Combined propulsion plants with dual fuel diesel engines and dual fuel gas turbine: 1 - medium speed diesel
engine; 2 - gas turbine; 3 - shafting; 4 - controllable pitch propeller; 5 - reduction gear; 6 - exhaust gas boiler;
7 - auxiliary boiler; 8 - shaft alternator; 9 - diesel alternator; 10 - main alternator; 11 - frequency converter;
12 - azipod propulsor; 13 - main switchboard; 14 - transformer
Siáownia turboparowa z kotáami dwupaliwowym (Rys. 6) jest atrakcyjnym rozwiązaniem
napĊdu statku ze wzglĊdu na prostotĊ konfiguracji. Tylko kotáy gáówne muszą byü przystosowane
do spalania gazu naturalnego. Zarówno turbiny napĊdu gáównego jak turbiny zespoáów
prądotwórczych zasilane są parą. Przystosowanie kotáów do opalania gazem jest stosunkowo
proste i bezpieczne. Ujemną stroną takiej siáowni jest niĪsza sprawnoĞü energetyczna
w porównaniu z innymi rodzajami napĊdu. Prostota konfiguracji zapewnia jednak duĪą
niezawodnoĞü i áatwoĞü eksploatacji, maáą iloĞü napraw i mniejszą iloĞü czynnoĞci serwisowych.
Nie ma teĪ potrzeby stosowania Ğruby nastawnej, kotáów pomocniczych i rozbudowanej instalacji
przygotowania paliwa ciĊĪkiego do spalania w kotáach.
Ostatnią propozycją rozwiązania siáowni jest napĊd kombinowany turbinami gazowymi
zasilanymi gazem naturalnym skojarzonymi termodynamicznie z turbiną parową skrótowo
nazywany napĊdem typu COGES (Combined Gas Turbine and Steam Turbine Integrated
Electric Drive System) pokazany na Rys. 7. Zwraca uwagĊ prostota konfiguracji ukáadu
napĊdowego.
125
Z. Górski, R. Cwilewicz
9
2
1
G
7
8
G
6
5
8
3
G
4
1
Rys. 6. Turboparowy ukáad napĊdowy z kotáami dwupaliwowymi: 1 - kocioá gáówny dwupaliwowy; 2 - turbina parowa
wysokiego ciĞnienia; 3 - turbina parowa niskiego ciĞnienia; 4 - skraplacz gáówny; 5 - przekáadnia gáówna;
6 - linia waáów; 7 - Ğruba napĊdowa o staáym skoku; 8 - turboparowy zespóá prądotwórczy; 9 - prądnica
zawieszona na gáównym ukáadzie napĊdowym
Fig. 6. Steam propulsion plant with dual fuel main boilers: 1 - dual fuel main boiler; 2 - high pressure steam turbine;
3 - low pressure steam turbine; 4 - main condenser; 5 - main reduction gear; 6 - shafting; 7 - fixed pitch
propeller; 8 - steam turboalternator; 9 - shaft alternator
W zaáoĪeniu COGES jest napĊdem turboelektrycznym. Dwa gáówne zespoáy prądotwórcze
napĊdzane są turbinami gazowymi zasilanymi gazem naturalnym. Spaliny odlotowe z turbin
gazowych ogrzewają kocioá parowy produkujący parĊ do napĊdu trzeciego turboparowego
zespoáu prądotwórczego i do zasilania instalacji pary grzewczej. Ukáad taki pozwala na
efektywne wykorzystanie ciepáa spalin wylotowych turbin gazowych i wydatnie zwiĊksza
sprawnoĞü energetyczną siáowni poprzez likwidacjĊ straty wylotowej turbin gazowych.
Wytwarzana energia elektryczna pokrywa zapotrzebowanie napĊdu gáównego statku i sieci
okrĊtowej. Niepotrzebne są niezaleĪnie napĊdzane zespoáy prądotwórcze oraz dodatkowe kotáy
pomocnicze. PĊdniki gondolowe zapewniają napĊd statku oraz efektywnie zastĊpują tradycyjne
urządzenie sterowe.
8
11
5
10
4
7
1
4
7
3
6
6
1
9
4
2
8
11
Linia elektryczna (electric line)
Spaliny (exhaust gases)
Para (steam)
Woda zasilająca (feed water)
Rys. 7. Kombinowany ukáad napĊdowy typu COGES: 1 - turbina gazowa; 2 - turbina parowa; 3 - kocioá parowy
ogrzewany spalinami; 4 - prądnica gáówna; 5 - gáówna tablica rozdzielcza; 6 - przetwornik czĊstotliwoĞci;
7 - pĊdnik gondolowy; 8 - transformator; 9 - instalacja pary grzewczej; 10 - dolot wody zasilającej;
11 - odbiorniki energii elektrycznej
Fig. 7. Combined COGES type propulsion plant: 1 - gas turbine; 2 - steam turbine; 3 - exhaust gas steam boiler;
4 - main alternator; 5 - main switchboard; 6 - frequency converter; 7 - azipod propulsor; 8 - transformer;
9 - heating steam system; 10 - feed water inlet; 11 - electric power receivers
126
Proposal of Ecological Propulsion for Seagoing Ships
3. Podsumowanie i wnioski
Omówione w punkcie 2 rodzaje siáowni za wyjątkiem napĊdu typu COGES opierają siĊ na
dwupaliwowych silnikach spalinowych, dwupaliwowych turbinach gazowych i dwupaliwowych
kotáach parowych. Rozwiązania dwupaliwowe powodują koniecznoĞü podwojenia w urządzeniach
energetycznych instalacji paliwowych, które pozwolą na alternatywne zasilanie paliwem ciĊĪkim
lub gazem naturalnym. Komplikuje to instalacjĊ paliwową [3] i zwiĊksza obciąĪenie operatora
siáowni. W wiĊkszym stopniu dotyczy to silników spalinowych dwupaliwowych aniĪeli kotáów
parowych. Przed dostarczeniem do instalacji roboczych oba rodzaje paliwa muszą byü
odpowiednio przygotowane. Zasilanie paliwem ciĊĪkim wymaga wyposaĪenia statku w instalacjĊ
przygotowania tego paliwa do spalania skáadającą siĊ ze zbiorników osadowych i wirówek. Statek
musi teĪ byü wyposaĪony w zbiorniki zapasowe paliwa ciĊĪkiego i instalacjĊ transportową paliwa.
Zasilanie gazem naturalnym równieĪ wymaga budowy odpowiedniej instalacji doprowadzającej
gaz w postaci lotnej pod odpowiednim ciĞnieniem jak teĪ dodatkowej automatyki i zabezpieczeĔ.
W szczególnoĞci w przypadku silników wysokoprĊĪnych dwusuwowych wolnoobrotowych
konieczne jest sprĊĪanie gazu do bardzo wysokiego ciĞnienia (rzĊdu 15-25 MPa) co wymaga
skomplikowanych i specjalnej konstrukcji wielostopniowych instalacji sprĊĪających. Silniki
Ğrednioobrotowe czterosuwowe, turbiny gazowe i kotáy parowe pozwalają na zasilanie gazem
o niĪszym ciĞnieniu (poniĪej 1-2 MPa). Obecnie najlepiej opanowana jest technika zasilania
gazem naturalnym kotáów parowych morskich i lądowych oraz turbin gazowych w instalacjach
lądowych. Zasilanie gazem turbin gazowych morskich nie powinno stanowiü problemu.
NastĊpnym problemem jest iloĞü urządzeĔ, które bĊdą zasilane gazem. JeĪeli zaáoĪyü
kompleksowe przystosowanie siáowni statku do zasilania gazem to wynikiem bĊdzie znaczne
rozbudowanie instalacji zasilających, poniewaĪ zasilane muszą byü zarówno silniki gáówne jak teĪ
silniki zespoáów prądotwórczych i kotáy pomocnicze. MoĪliwe jest czĊĞciowe przystosowanie
siáowni do zasilania gazem ograniczone tylko do silników gáównych. Takie rozwiązanie prostsze
instalacyjnie i taĔsze traci jednak walor kompleksowoĞci. Jedynie w siáowni turboparowej
przystosowanie jest proste i kompleksowe. Ogranicza siĊ tylko do dwóch kotáów gáównych,
których opalanie gazem naturalnym sprawdziáo siĊ w praktyce. W siáowni typu COGES
kompleksowe przystosowanie dotyczy tylko dwóch turbin gazowych i kotáa parowego co
niewątpliwie upraszcza instalacjĊ.
WaĪnym aspektem jest sprawnoĞü energetyczna róĪnych typów siáowni przystosowanych do
zasilania gazem naturalnym. Analizy takie przeprowadzono w wielu publikacjach miĊdzy innymi
w [3, 4]. Zwykle rozwaĪa siĊ tylko sprawnoĞü efektywną napĊdu gáównego. Z wiĊkszoĞci analiz
wynika, Īe najwyĪszą sprawnoĞcią charakteryzują siĊ siáownie z wolnoobrotowymi silnikami
spalinowymi, nieco niĪszą siáownie z silnikami Ğrednioobrotowymi a najniĪszą siáownie
turbogazowe i turboparowe. Jak wykazano w [4] nowoczesna siáownia typu COGES dorównuje
sprawnoĞcią siáowniom z silnikami wolnoobrotowymi osiągając sprawnoĞü powyĪej 50%.
W elektrowniach lądowych sprawnoĞü ta jest jeszcze wyĪsza.
Koszt ruchu siáowni róĪnych typów jest obecnie trudny do oszacowania ze wzglĊdu na
rozchwiane ceny na rynku ropy naftowej, paliw i gazu naturalnego. Wedáug analiz
przeprowadzonych w [4] koszt paliwa w siáowni typu COGES zasilanej gazem jest porównywalny
z kosztem paliwa ciĊĪkiego zuĪytego przez siáowniĊ z silnikami spalinowymi.
RozwaĪając moĪliwoĞü napĊdu ekologicznego statku gazem naturalnym moĪna sformuáowaü
postulaty:
- statek powinien byü napĊdzany wyáącznie gazem naturalnym, ze wzglĊdu na koszty
przystosowania i trudnoĞci eksploatacyjne naleĪy zrezygnowaü z urządzeĔ dwupaliwowych,
- instalacja zasilania gazem powinna byü niskociĞnieniowa (poniĪej 2 MPa) ze wzglĊdu na
mniejsze problemy konstrukcyjne i eksploatacyjne,
- siáownia powinna mieü jak najmniejszą iloĞü urządzeĔ energetycznych niezbĊdnych do ruchu
statku, ukáad energetyczny powinien charakteryzowaü siĊ prostotą rozwiązania
127
Z. Górski, R. Cwilewicz
konstrukcyjnego i koncepcyjnego oraz byü áatwy w obsáudze.
Postulaty powyĪsze speánia siáownia typu COGES, która poza tym w porównaniu do innych
typów siáowni charakteryzuje siĊ:
- mniejszymi kosztami inwestycyjnymi (do 40% w porównani z innymi rodzajami napĊdu),
- znacznie mniejszym ciĊĪarem i objĊtoĞcią (do 30% w porównaniu z siáowniami silnikowymi),
- niskimi kosztami remontów,
- wysoką niezawodnoĞcią,
- prostotą eksploatacyjną,
- wysoką manewrowoĞcią statku ze wzglĊdu na zastosowanie pĊdników gondolowych,
- brakiem niezaleĪnych zespoáów prądotwórczych.
PoniewaĪ obecnie nie ma stacji bunkrowych gazu naturalnego moĪliwoĞci zastosowania
siáowni zasilanych gazem ograniczone są do statków przewoĪących taki áadunek. Paliwem
w podróĪy powrotnej pod balastem byáaby czĊĞü áadunku pozostawiona na statku [6]. WzglĊdy
ochrony Ğrodowiska skáaniają do dyskusji i propagowania napĊdu statków „paliwem
ekologicznym” - gazem naturalnym. W przeszáoĞci przy rozpowszechnianiu siĊ napĊdu
mechanicznego statków istniaáy podobne problemy logistyczne stacji bunkrowych wĊgla i paliw
páynnych. Stacje zaopatrzenia statków w paliwo ekologiczne są tylko kwestiami typu
logistycznego i inwestycyjnego. Zastosowanie siáowni nowego typu przeáamaáoby teĪ
tradycjonalizm w budownictwie okrĊtowym i wprowadzenie nowej generacji napĊdów
okrĊtowych.
Literatura
[1] Cwilewicz, R., OkrĊtowe turbiny gazowe, Fundacja Rozwoju Akademii Morskiej w Gdyni,
Gdynia 2004.
[2] Gas Turbine World 2005 Performance Specifications.
[3] Giernalczyk, M., Analysis of possibilities of the application of dual fuel engines as a main
propulsion on LNG Gas Carriers, 33rd International Scientific Congress on Powertrain and
Transport Means, Journal of KONES Powertrain & Transport, Vol. 15, No. 4, Stare
Jabáonki 2008.
[4] Górski, Z., Cwilewicz, R., Proposal of turbine propulsion for a new generation liquefied
natural gas carrier with a capacity of 250,000 - 300,000 cbm, 33rd International Scientific
Congress on Powertrain and Transport Means, Journal of KONES Powertrain & Transport,
Vol. 14, No. 2, Warsaw 2007.
[5] Konopacki, à., Kruk, K., Analiza moĪliwoĞci zastosowania zintegrowanego napĊdu
turbinowego typu COGES do napĊdu gazowca LNG o áadownoĞci 250000m3, Praca
dyplomowa magisterska pod kierunkiem Zygmunta Górskiego, Katedra Siáowni OkrĊtowych
Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2008.
[6] Górski, Z., Cwilewicz, R., Konopacki, à., Kruk, K., Proposal of propulsion for liquefied
natural gas tanker (LNG Carrier) supplying LNG terminal in Poland, 33rd International
Scientific Congress on Powertrain and Transport Means, Journal of KONES Powertrain
& Transport, Vol. 15, No. 2, Stare Jabáonki 2008.
[7] Czasopisma: Gas Turbine World, Lloyd’s Ship Manager, Motor Ship, Shipping World
& Shipbuilder.
128