Применение альтернативных топлив на судах. Применение альтернативных топлив в авиационных газотурбинных двигателях. Сжиженный нефтяной газ

УДК 629.735;

АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ НА ВОЗДУШНЫХ СУДАХ

Д.Р.САРГСЯН

Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.

В статье анализируется опыт применения альтернативных топлив на воздушных судах, виды и особенности топлив. Описываются требования к СПГ и обеспечению БП.

Ключевые слова: альтернативное топливо, виды альтернативных топлив, сжиженный природный газ (СПГ), безопасность полетов (БП).

Введение

Постоянно нарастающий спрос на авиаперевозки за последние годы развития экономики, а также техники и технологий вызвало большую потребность топливных ресурсов. Вследствие чего инженеры многих ведущих авиастроительных компаний в разных странах, в том числе и в России, начали разработки по обеспечению авиации новым видом топлива. Рассматривается огромное количество альтернатив керосину: биотопливо, синтетическая нефть, сжиженный природный газ (СПГ), водород. Весь накопившийся опыт с момента первого в мире полета на альтернативном топливе (самолета Ту-155 в 1988 году) показывает эффективность, экономичность и экологичность разработок в данном направлении.

В российской авиации рассматривается возможность использования СПГ, в частности, из-за запасов природного газа, а также сопутствующие нефтедобыче газы, которые сжигаются в факелах месторождений при добыче нефти. На данном этапе развития гражданской авиации наиболее близки к реализации проекты вертолетов и самолетов, которые применяют в качестве топлива сжиженные попутные газы, получаемые при добыче нефти (пропан и бутан).

Переоборудование воздушных судов требует минимальных затрат - лишь переделки топливных баков и системы подачи топлива в двигатели. Также требуется обеспечить аэропорты криогенными заправочными станциями, хранилищем топлива и инфраструктуры доставки СПГ до хранилищ. На данном этапе требуется не только участие авиапромышленного комплекса, но и участие газодобывающих компаний для создания соответствующей инфраструктуры.

Опыт применения

Альтернативу авиакеросину начали искать еще в середине ХХ века. История работ в ОКБ А.Н. Туполева по альтернативным видам топлива уходит в 60-е гг. - уже тогда рассматривалась возможность перевода силовых установок проектируемых в ОКБ А.Н. Туполева самолетов на жидкий водород.

В середине 70-х гг. Академией наук СССР совместно с рядом научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро была разработана программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по широкому внедрению альтернативных видов топлива в народное хозяйство. Так 15 апреля 1988 года впервые поднялся в небо Ту-155 с экспериментальным двигателем НК-88 на криогенном топливе, который выполнил на СПГ и водороде почти 100 полетов. В октябре 1989 года этот самолет совершил показательный перелет по маршруту Москва-Братислава-Ницца (Франция) на 9-й Международный конгресс по природному газу. В июле 1991 г. самолет совершил полет по маршруту Москва- Берлин для участия в Международном конгрессе по природному газу.

При разработке этого самолета была создана экспериментальная база для испытания крио-

генного оборудования и сложился единственный в мире коллектив высококвалифицированных специалистов в области криогенной авиации. В результате этой работы были определены пути создания самолетных и аэродромных криогенных систем и оборудования. Однако в ОКБ А.Н.Туполева продолжились работы в этом направлении, на уровне технических предложений разработаны проекты модифицированных криогенных самолетов Ту-204 (Ту-204К), Ту-334 (Ту-334К), Ту-330 (Ту-330СПГ), нового регионального самолета Ту-136. Кроме того, эти самолеты будут способны одновременно применять альтернативные топлива и авиационный керосин, что делает их более универсальными и надежными. Наиболее глубоко проработаны модификации самолета Ту-204 (Ту-204К) и проект нового регионального самолета Ту-136, учитывающий особенности криогенного топлива (рис. 1).

Топливная экономичность самолетов Ту-334К и Ту-330СПГ практически не будет отличаться от базовых Ту-334 и Ту-330. Все эти самолеты могут быть переоборудованы под применение СПГ в течение 3-4 лет. Особое внимание заслуживает проект грузопассажирского регионального криогенного самолета Ту-136 с двумя турбовинтовыми двигателями ТВ7-117СФ, способного при небольших доработках применять СПГ, жидкий водород и пропан-бутановое топливо.

Виды и особенности альтернативных топлив

Самым распространенным альтернативным топливом можно считать сжиженный природный газ (СПГ). Газ относится к категории криогенных топлив. Теплофизические и теплотехнические характеристики показывают ряд преимуществ авиационных сконденсированных топлив (АСКТ) перед традиционным авиакеросином ТС-1. Также существуют синтетические топлива, получаемые из угля, газа, биомасс и растительного масла. Но синтез таких веществ требует дополнительных затрат на переработку угля, биомасс и растительных масел, что дороже керосина, и ему сопутствуют те же проблемы ресурсов и экологии. Поэтому оно вряд ли может рассматриваться как перспективное. Спирты (этиловый и метиловый) и аммиак также могут заменить керосин, но они почти в два раза уступают ему по

теплоте сгорания, следовательно, их удельный расход будет больше. Кроме того, в выхлопе при сгорании этих топлив содержатся вредные окиси азота и углерода.

В качестве альтернативы керосина для авиации может быть рассмотрено криогенное топливо - жидкий водород Н2 и легкие углеводороды от метана СН4 до пентана С5Н12.

К преимуществам водорода как авиационного топлива можно отнести следующее:

Во-первых, наибольшую теплоту сгорания на единицу массы, что дает удельный расход топлива примерно в три раза меньший, чем у керосина. Это позволяет существенно улучшить летно-технические характеристики самолетов;

Во-вторых, наибольший хладоресурс на единицу массы (в 12-15 раз больше, чем у керосина), что можно эффективно использовать для охлаждения горячих деталей двигателя и самолета;

В-третьих, повышенную температуру самовоспламенения и меньшую излучательную способность, что положительно скажется на работе камеры сгорания.

Однако водородному топливу присущи недостатки, требующие решения сложных технических проблем. Жидкий водород серьезно уступает стандартным авиакеросинам по объемной теплоте сгорания из-за низкой (почти в 11 раз меньше, чем у керосина) плотности, что значительно ухудшает габаритно-весовые характеристики ЛA при переходе с авиакеросина на водород.

Преимущества легких углеводородов также относиться к категории преимуществ водорода, но отличаются доступностью и дешевизной получения (табл. 1).

Таблица 1

Теплофизические и теплотехнические характеристики водорода, углеводородных компонентов АСКТ и авиационного топлива ТС-1

Показатель Н (водород) СН4 (метан) С2Н6 (этан) С3Н8 (пропан) С4Н10 (бутан) С5Н12 (пентан) ТС-1

М 2,016 16,04 3007 44,10 5812 7215 140

t пл., С -259,21 -182,49 -183,27 -187,69 -138,33 -129,72 -60

С -252,78 -161,73 -88,63 -42,07 -0,50 36,07 180

t ж.с., C 6,43 20,76 94,64 145,62 137,83 165,79 290

пл. кг/м 77,15 453,4 650,7 733,1 736,4 762,2 835

кип., кг/м 71,05 422,4 546,4 582,0 601,5 610,5 665

Qн,кДж/кг 114480 50060 47520 46390 45740 45390 43290

Qv.пл, кДж/дм 8832 22700 30920 34010 33680 34550 36150

Qv,кип, кДж/дм 8136 21150 25970 27000 27530 27710 28900

Нисп, кДж/кг 455,1 511,2 485,7 424,0 385,5 3575 287

и, С 510 542 518 470 405 284 -

^н, см/с 267 33,8 40,1 39,0 37,9 38,5 39

Сн, %(об) 4,1 5,3 3,0 2,2 1,9 - 1,2

Св,%(об) 75,0 15,0 12,5 9,5 8,5 - 7,1

Ro, Дж/(кг С) 4157,2 518,8 276,7 188,6 143,2 115,5 59,4

Lо, кгвозд/кгтопл 34,5 17,19 16,05 15,65 15,42 15,29 -

СПГ - (метан) его плотность (даже при температуре кипения) в 1,7 раза больше, чем у керосина, что приводит к необходимости увеличения объемов топливных баков более чем в 1,5 раза (при равной энергоемкости). Кроме того, метан имеет очень низкий диапазон нахождения в жидкой фазе (-20 С), низкую критическую температуру (-82,6 С). Это вызывает необходимость

создания для баков, арматуры и коммуникаций топливных магистралей новых хладостойких конструкций у уплотнительных материалов, а также высококачественной низкотемпературной теплоизоляции, предотвращающей быстрое вскипание метана и обледенения конструкции.

В отличие от керосина, метан в камеру сгорания двигателя для исключения двухфазного состояния придется подавать в газообразном виде, что полностью исключает использование штатных топливных агрегатов, коммуникаций, коллекторов и форсунок. Это значительно усложняет конструкцию двигателя, а в ряде случаев делает невозможной его модификацию для питания двумя видами топлива.

Из-за этих же свойств жидкого метана потребуются весьма громоздкие и дорогостоящие наземные средства для его транспортировки, хранения, заправки и т.д., близкие по своим параметрам к водородным. Дооборудование криогенно-топливной базы аэропорта должно включать в себя специальные хранилища, оборудованные тепловой защитой, средствами поддержания криогенного состояния топлива и устройствами, предотвращающими его потери, а также сеть приемораздаточных устройств, парк специальных транспортных средств с теплоизолированными емкостями и т.п.

В то же время по массовой теплоте сгорания метан превосходит керосин на 14%, что обеспечит дальность полета и полезной нагрузки. Сжиженный метан имеет охлаждающую способность в 5 раз выше, чем у керосина, что позволяет использовать хладоресурс для охлаждения деталей и узлов двигателя. Опыт эксплуатации газотурбинных двигателей, применяемых в качестве нагнетателей на компрессорных станциях газопроводов и работающих на природном газе, показал, что срок службы таких двигателей увеличивается на 25%.

Безопасность полетов при применении СПГ

К основным видам опасностей, создаваемых специфическими свойствами, сжижению углеводородных газов, в том числе и СПГ, а также условиями их производства, хранения, транспортировки и заправки относятся: огнеопасность (пожароопасность), взрывоопасность, химическая активность, воздействие низких температур, токсичность. Правила безопасности при производстве, хранении и выдаче сжиженного природного газа (СПГ) на газораспределительных станциях магистральных газопроводов (ГРС МГ) и автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) содержат организационные, технические и технологические требования по организации безопасности производства, выполнение которых является обязательным для всех предприятий, производящих и перевозящих СПГ, при проектировании и эксплуатации комплексов по производству, хранению и выдаче СПГ.

Для обеспечения безопасной эксплуатации такого топлива необходимо располагать качественными и количественными методами оценки и сравнения каждого вида опасности. Качественная и количественная оценка, т.е. определение вида и степени опасности, позволяет провести сравнительный анализ сконденсированного топлива по критериям опасности, и в перспективе формализовать задачу выбора технических средств и методов безопасной эксплуатации топливных систем, использующих СПГ, а также его хранения и транспортировки.

Требования к кандидатам на получение Сертификата технической подготовленности обслуживанию самолета предъявляются по тем характеристикам, которые непосредственно влияют на обеспечение безопасности полетов и на выполнение производственных заданий в установленные сроки.

К ним относятся:

А - возраст;

Б - психофизическая способность выполнять предстоящую работу;

В - базовая подготовка (вуз, училище, техникум, профтехучилище и т.п.);

Г - специальная подготовка для работы на данном виде воздушного судна или AT, знание конкретной авиационной техники, назначения и содержания её технического обслуживания, технологии выполнения и контроля качества работ на ней, применяемого оборудования;

Д - умение выполнять работы, предусмотренные функциями, право на осуществление которых представляет запрашиваемый Сертификат;

Е - общий опыт работы на авиационной технике.

Как показал анализ требований по безопасной эксплуатации самолета Ту-154 при заправке и хранении топлива (СПГ), инженерно-технический персонал ИАС должен знать особенности применения этого вида топлива.

ЛИТЕРАТУРА

1. Альтернативные виды авиационного топлива / Материалы совещания по международной авиации и изменению климата. Документ ИКАО HLM-ENV/09-WP/9.- Монреаль, 10.08.09.

2. www.tupolev.ru Криогенная техника.

3. Правила безопасности при производстве, хранении и выдаче сжиженного природного газа (СПГ) на газораспределительных станциях магистральных газопроводов (ГРС МГ) и автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) ПБ 08-342-00.

ANALYSIS EXPERIENCE OF ALTERNATIVE FUELS ON AIRCRAFT

In article the technique of carrying out of expert estimations of activity of aviation enterprise of the civil aircraft directed on increase of level of safety of flights is presented.

Key words: increase of level of safety of flights, questioning, aviation enterprises, expert estimations.

Саргсян Давид Робертович, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2010), аспирант МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, альтернативное топливо, ремонт и модернизация ВС.

© Тишинская Ю.В., 2014

Актуальность данной темы обуславливается тем фактом, что судну для его функционирования необходимо большое количество топлива, что пагубно сказывается на состоянии окружающей среды, так как огромные грузовые корабли ежегодно выбрасывают в атмосферу миллионы кубометров углекислого газа, нанося огромный вред атмосфере и приближая таяние ледников на полюсах. Также в связи с нестабильными ценами на нефтепродукты и ограниченные запасы этих ископаемых заставляют инженеров постоянно искать альтернативные виды топлива и источники энергии.

Мировое судоходство является основным источником загрязнения окружающей среды, так как мировая торговля требует огромное количество потребления нефти и других горючих материалов для морских судов, но поскольку все больше внимания уделяется сокращению выбросов СО2, становится понятно, что настало время внесения изменений в силовые установки или вовсе найти им замену.

В настоящее время в рамках только одной страны потребление моторных топлив, производимых из нефти, может достигать сотни миллионов тонн. При этом автомобильный и морской транспорт являются одними из основных потребителей нефтепродуктов и останутся главными потребителями моторных топлив на период до 2040-2050 гг.

Также существенным толчком к развитию данного вопроса является тот факт, что в соответствии с требованиями Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов происходит планомерное ужесточение требований к содержанию оксидов серы, азота и углерода, а также твердых частиц в выбросах морских судов . Эти вещества наносят огромный вред окружающей среде и являются чуждыми любой части биосферы.

Наиболее жесткие требования выдвигаются для Районов Контроля Выбросов (Emission Control Areas - ECA). А именно:

· Балтийское и Северное моря

· прибрежные воды США и Канады

· Карибское море

· Средиземное море

· побережье Японии

· Малаккский пролив и др.

Таким образом , изменения норм по выбросам оксида серы с морских судов в 2012 году составляет 0 % и 3,5 % в особых районах и во всем мире соответственно. А к 2020 году нормы по выбросам оксида серы с морских судов в данных районах аналогично составят 0 %, а во всем мире уже снизятся до 0,5 % . Отсюда следует, необходимость решения проблемы снижения химических выбросов в атмосферу вредных веществ судовыми энергетическими установками и поиск новых, более «дружелюбных» видов топлива или энергии для использования последних на судах.

Для решения этих вопросов предлагается внедрение инноваций в двух различных направлениях:

1) Использование новых, более экологичных и экономичных видов топлива при эксплуатации судов;

2) Отказ от привычного нам топлива в пользу использования энергии солнца, воды, ветра.

Рассмотрим первый путь. Основными видами альтернативных топлив являются следующие:

Биодизель - это органическое топливо, производимое из масленичных культур.

Цена биодизеля марочного примерно в два раза выше цены обычного дизельного топлива. Исследования, проведённые в 2001/2002 годах в США показали, что при содержании в топливе 20 % биодизеля, содержание вредных веществв выхлопных газах увеличивается на 11 % и только использование чистого биодизеля уменьшает выбросы на 50 %;

Спирты - это органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных, непосредственно связанных с атомом углерода. Спирты запрещены как топливо с низкой температурой вспышки;

Водород - это единственный вид топлива, продуктом сгорания которого не является углекислый газ;

Используется в двигателях внутреннего сгорания в чистом виде или в виде присадки к жидкому топливу. Опасность его хранения на судне и дорогостоящее оборудование для подобного использования делают данный вид топлива совершенно не перспективным для судов;

Водотопливная эмульсия производится на судне в специальной установке - при этом экономится топливо, уменьшаются выбросы оксида азота (до 30 % в зависимости от содержания воды в эмульсии), но не оказывает существенного влияния на выбросы оксида серы;

Сжиженные и компримированные горючие газы позволяют полностью исключить выбросы серы и твердых частиц в атмосферу, кардинально - на 80 % снизить выбросы оксидов азота, существенно - на 30 % снизить выбросы диоксида углерода .

Таким образом , можно утверждать, что единственным новым видом топлива, применение которого существенно влияет на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.

Перейдем к рассмотрению второго пути. Ветер и солнце являются самыми распространенными источниками энергии на земле. Многие организации предлагают всевозможные проекты по внедрению их в повседневную жизнь .

В международной практике существует уже несколько реализованных и еще нереализованных проектов судов с использованием энергии ветра и солнца для своего плавания.

В стремлении сократить расход топлива на больших торговых судах флота в мировом океане группой из Токийского университет был разработан проект “Wild Challenger”.

Используя гигантские выдвижные паруса, размеры которых составляют 50 метров в высоту и 20 метров в ширину, годовой расход топлива может быть снижен почти на 30 процентов. Для получения максимальной тяги паруса управляются индивидуально, и каждый парус является телескопическим с пятью ярусами, что позволяет складывать их, когда погода становится неблагоприятной. Паруса полые и изогнутые сделаны из алюминия или армированного пластика, что делает их более похожими на крылья. Компьютерное моделирование, а также испытания в аэродинамической трубе показали, что данная концепция способна работать даже при боковом ветре. Таким образом, проект “Wind Challenger” действительно может стать развитием экономичных судов будущего поколения .

Компания “Eco Marine Power” разработала проект «Aquarius », что в переводе означает «Водолей». Особенностью данного проекта, является использование солнечных панелей в качестве паруса.

Такие паруса даже получили собственное название «жесткий парус». Они станут частью крупного проекта, который позволит морским судам без проблем задействовать альтернативные источники энергии, находясь в море, на рейде и порту. Каждая панель-парус будет автоматически менять положение с помощью компьютерного управления, которые разрабатывает японская компания «KEI System Pty Ltd ». Панели также могут быть убраны при неблагоприятных погодных условиях.

Последнее достижение в области солнечных технологий означает, что теперь можно использовать комбинацию солнечных батарей и паруса, и этот факт выводит данный проект на передовые позиции в области развития современного судостроения.

Система «Водолей » разрабатывается таким образом, что она не требует много внимания со стороны экипажа судна и относительно проста в установке. Материалы, из которых изготовлен жесткий парус и другие компоненты системы, подвергаются переработке.

Система «Aquarius » станет привлекательной для вложения средств судоходными компаниями и судовыми операторами, за счет быстрой окупаемости проекта .

Можно сделать вывод о том, что оба этих пути призваны решать одни и те же проблемы. Внедрение данных проектов оказывает значительное влияние на мировые морские перевозки, способствуя значительному снижению уровня загрязнения окружающей среды и сокращению расходов на топливо и обслуживание. Что выбрать – дело каждого. Более простой путь для внедрения – использование экономичного топлива, так как эта технологи не требует полной замены флота, а может быть применена на уже существующих судах, однако все же при этом сохраняется определенный уровень расходов на топливо и выбросы вредных веществ в атмосферу. Выбор в пользу постройки судов, которые в своей эксплуатации используют альтернативные источники энергии, с одной стороны, требует полной замены флота, но с другой исключает расходы на топливо и существенно снижают различные виды загрязнений окружающей среды.

Литература

1. Сокиркин В.А. Международное морское право: учеб.пособие / Сокиркин В.А.,

Шитарев В.С. – М: Международные отношения, 2009. – 384 с.

2. Шурпяк В.К. Применение альтернативных видов энергии и альтернативных

топлив на морских судах [Электронный ресурс]. - Режим доступа к документу:

http://www.korabel.ru/filemanager

3. Корабли будущего [электронный ресурс]. – Режим доступа к документу:

http://korabley.net/news/korabli_budushhego/2010-04-05-526

4. Экономичные суда возможны [электронный ресурс]. – Режим доступа к

документу:http://korabley.net/news/ehkonomichnye_suda_vozmozhny/2014-01-06-

5.Альтернативная система «Водолей» может изменить морские перевозки

[электронный ресурс]. – Режим доступа к документу: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html

Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:

Можно искать по нескольким полям одновременно:

Логически операторы

По умолчанию используется оператор AND .
Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:

исследование разработка

Оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:

исследование OR разработка

Оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:

исследование NOT разработка

Тип поиска

При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак "доллар":

$ исследование $ развития

Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:

исследование*

Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:

" исследование и разработка"

Поиск по синонимам

Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку "# " перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.

# исследование

Группировка

Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:

Приблизительный поиск слова

Для приблизительного поиска нужно поставить тильду "~ " в конце слова из фразы. Например:

бром~

При поиске будут найдены такие слова, как "бром", "ром", "пром" и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2. Например:

бром~1

По умолчанию допускается 2 правки.

Критерий близости

Для поиска по критерию близости, нужно поставить тильду "~ " в конце фразы. Например, для того, чтобы найти документы со словами исследование и разработка в пределах 2 слов, используйте следующий запрос:

" исследование разработка"~2

Релевантность выражений

Для изменения релевантности отдельных выражений в поиске используйте знак "^ " в конце выражения, после чего укажите уровень релевантности этого выражения по отношению к остальным.
Чем выше уровень, тем более релевантно данное выражение.
Например, в данном выражении слово "исследование" в четыре раза релевантнее слова "разработка":

исследование^4 разработка

По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения - положительное вещественное число.

Поиск в интервале

Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO .
Будет произведена лексикографическая сортировка.

Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.

За последние двадцать лет автомобильная промышленность достигла огромных результатов по снижению содержания вредных веществ в отработавших газах. Запрет на использование этилированных бензинов, применение каталитических нейтрализаторов отработавших газов и современных систем питания ДВС, позволили существенно уменьшить вредное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду и здоровье человека.
При работе автомобильных ДВС в атмосферу выбрасываются не только токсичные газы, но и двуокись углерода (СО 2).
Двигатели современных автомобилей стали более экономичными, а это привело к уменьшению выбросов двуокиси углерода. Применение альтернативных видов топлива также способствует как снижению вредных веществ в отработавших газах, так и снижению количества двуокиси углерода.
Сжиженные нефтяные газы (LPG - Liquefied Petroleum Gas) дают возможность снизить содержание вредных веществ в отработавших газах и одновременно примерно на 10% уменьшить количество СО 2 , выделяемого при работе ДВС.
Сжатый природный газ (CNG - Compressed Natural Gas) - это альтернативное топливо, которое может использоваться в ДВС с искровым зажиганием и в дизелях. Для использования в качестве топлива в ДВС он должен быть сжат до высокого давления, чтобы занимать меньший объем. Этот газ может транспортироваться в баллонах высокого давления. При его использовании в качестве топлива, обеспечивается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.
Метанол (Methanol) - спиртовое топливо, получаемое в процессе переработки нефти или каменного угля. При использовании метанола в качестве топлива для ДВС обеспечивается снижение уровня двуокиси углерода в отработавших газах на 5% по сравнению с бензином. Однако для получения той же мощности требуется вдвое большее количество топлива, чем при использовании бензина.
Этанол (Ethanol) - спиртовое топливо, получаемое из растений, таких как кукуруза, сахарный тростник и др., имеет примерно такие же свойства, как метанол и производит при сгорании меньшее количество оксидов азота и снижение содержания двуокиси углерода на 4% по сравнению с бензином. Отработавшие газы ДВС, работающего на этаноле, содержат вредные альдегиды, которые обладают неприятным запахом, вызывают раздражение слизистых оболочек организма человека и не могут быть устранены с помощью каталитических нейтрализаторов.
Водород (Н 2) - горючий газ, который при сгорании соединяется с кислородом образуя воду. Водород является наиболее перспективной альтернативой углеводородным видам топлива. Водород также является перспективным топливом для использования в силовых установках на топливных элементах.
Перечисленные альтернативные виды топлива могут в отдельных случаях, использоваться для автомобильных двигателей. Многие производители автомобилей имеют в своей программе выпуск автомобилей, которые могут использовать альтернативные виды топлива. Наиболее распространены автомобили, которые могут использовать наряду с бензином сжиженный газ или природный сжатый газ.

Автомобиль Mini Cooper, с двигателем, работающем на водороде

Двигатели опытных автомобилей BMW 750hL и Mini Cooper Hydrogen оборудованы системой впрыска жидкого и охлажденного водорода, смешивающегося с воздухом во впускном трубопроводе. Такой подход дает возможность улучшить наполнение цилиндров ДВС топливновоздушной смесью и свести до минимума загрязнение окружающей среды.
Использование альтернативных видов автомобильного топлива может несколько замедлить перспективу исчерпания мировых запасов нефти, но полностью не решает данной проблемы. Поэтому большинство ведущих мировых производителей автомобилей сейчас вплотную занимаются разработкой силовых установок, где используются альтернативные источники энергии.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА НА СУДАХ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

Сергеев Вячеслав Сергеевич

студент 5 курса, судомеханический факультет, Омский институт водного транспорта (филиал) ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», г. Омск

E- mail : banan 1990@ bk . ru

Дергачёва Ирина Николаевна

научный руководитель, канд. пед. наук, доцент, зав. кафедрой ЕНиОПД Омского института водного транспорта (филиал) ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», г. Омск

В настоящее время в России ежегодно потребляется около 100 млн. тонн моторных топлив, производимых из нефти. При этом автомобильный и морской транспорт являются одними из основных потребителей нефтепродуктов и останутся главными потребителями моторных топлив на период до 2040-2050 гг. В ближайшей перспективе ожидается увеличение потребления нефтепродуктов при примерно постоянных объемах их производства и нарастающем дефиците моторных топлив.

Эти факторы привели к актуальной на сегодняшний день реконструкции топливно-энергетического комплекса путем более глубокой переработки нефти, применения энергосберегающих технологий, перехода на менее дорогостоящие и экологически безопасные виды топлив. Поэтому одним из основных путей совершенствования двигателей внутреннего сгорания, остающихся основными потребителями нефтяных топлив, является их адаптация к работена альтернативных топливах.

Целью данной статьи является рассмотрение экологических аспектов применения альтернативного топлива на судах морского и речного флота.

Использование на транспорте различных альтернативных топлив обеспечивает решение проблемы замещения нефтяных топлив, значительно расширит сырьевую базу для получения моторных топлив, облегчит решение вопросов снабжения топливом транспортных средств и стационарных установок .

Возможность получения альтернативных топлив с требуемыми физико-химическими свойствами позволит целенаправленно совершенствовать рабочие процессы дизелей и тем самым улучшить их экологические и экономические показатели.

Альтернативные виды топлива получают в основном из сырья не нефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, работающих на нефтяном топливе.

На основе анализа литературы , мы выделили следующие критерии применимости альтернативных источников энергии на судах морского и речного флота:

· низкая построечная стоимость и стоимость в эксплуатации;

· срок службы;

· массогабаритные характеристики в пределах размеров судна;

· доступность источника энергии.

В процессе нашего исследования были определены основные требования к альтернативному топливу для применения на судах, а именно:

· экономическая привлекательность и большие доступные запасы сырья для его производства;

· низкие капитальные затраты по установке на судне дополнительного оборудования;

· присутствие на рынке, доступность в портах, наличие необходимой инфраструктуры или незначительные затраты на её создание;

· безопасность, а также наличие нормативных документов, регламентирующих безопасное применение на судне .

В соответствии с требованиями Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов происходит планомерное ужесточение требований к содержанию оксидов серы, азота и углерода, а также твердых частиц в выбросах морских судов . Эти вещества наносят огромный вред окружающей среде и являются чуждыми любой части биосферы.

Наиболее жесткие требования выдвигаются для Районов Контроля Выбросов (Emission Control Areas - ECA). А именно:

· Балтийское и Северное моря

· прибрежные воды США и Канады

· Карибское море

· Средиземное море

· побережье Японии

· Малаккский пролив и др.

На наш взгляд, основными видами альтернативных топлив являются: сжиженные и компримированные горючие газы; спирты; биотопливо; водотопливная эмульсия; водород.

В свою очередь, особый интерес представляет в рамках нашей статьи, следующие виды:

· биодизель - это органическое топливо, производимое из масленичных культур.

· спирты - это органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных, непосредственно связанных с атомом углерода. Спирты запрещены как топливо с низкой температурой вспышки;

· водород - это единственный вид топлива, продуктом сгорания которого не является углекислый газ;

· водотопливная эмульсия производится на судне в специальной установке - при этом экономится топливо, уменьшаются выбросы оксида азота(до 30 % в зависимости от содержания воды в эмульсии), но не оказывает существенного влияния на выбросы оксида серы;

· сжиженные и компримированные горючие газы позволяют полностью исключить выбросы серы и твердых частиц в атмосферу, кардинально - на 80 % снизить выбросы оксидов азота, существенно - на 30 % снизить выбросы диоксида углерода .

Таким образом , мы можем утверждать, что единственным новым видом топлива, применение которого существенно влияет на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.

Для подтверждения данного факта рассмотрим данные по количеству выбросов при сгорании дизельного топлива, используемого на судах и сжатого или сжиженного газа , как альтернативного вида топлива, представленные в Таблице 1.

Таблица 1.

Количество выбросов при сгорании топлива

Из таблицы видно, что в конечном итоге действительно можно утверждать, что сжатый или сжиженный газ превосходит по экологической безопасности, используемые ныне источники энергии на судах. Иначе говоря, что является наиболее перспективным сегодня для использования на морском и речном транспорте .

В заключение следует отметить, что в настоящее время назрела необходимость применения альтернативных видов топлив на судах морского и речного флота, что теоретически реализовано в данной статье.

Акцент поставлен на экологически ценные характеристики альтернативных видов топлива для речного и морского транспорта, а именно : экологическую надежность и малое присутствие вредных химических веществ.

Список литературы:

Ерофеев В.Л. Использование перспективных топлив в судовых энергетических установках: учеб. пособие. Л.: Судостроение,1989. -80 с.
Сокиркин В.А., Шитарев В.С. Международное морское право: учеб. пособие. M.: Международные отношения, 2009. - 384 с.
Шурпяк В.К.Применение альтернативных видов энергии и альтернативных топлив на морских судах [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.korabel.ru/filemanager (дата обращения 15.11.2012 г.)