اقتصاديات العادم: مساهم صامت في التكنولوجيا الخضراء

من جانب Sveinung Odegard • 12 رجب 1439

تلك الخسائر المؤلمة

لا يمكنك تجاهل أنظمة استعادة الطاقة المهدرة إذا كنت ترغب في المشاركة في المناقشات حول التصميمات البحرية الفعالة. ويستند هذا البيان إلى حقيقة أن معظم محركات الديزل على متن السفينة لا تزال تعمل على نطاق الكفاءة في نطاق 30 في المئة. النسبة المتبقية 60-70 في المئة تمثل الخسائر ، وتحويلها إلى حرارة. ما قيل؛ هناك أيضا محركات التي لديها عامل كفاءة في 40S. تمتلك المحركات الكبيرة والمحركات ذات السرعة البطيئة إلى السرعة المتوسطة معدلات كفاءة في الأربعينيات ، ولكن فقط في سيناريوهات الحمل المثالية والثابتة. وهذا تحد لتحقيق أي سفينة.

وتؤدي أرقام الفعالية إلى قاعدة الإبهام المؤلمة لكل 1 كيلو واط من الطاقة الصالحة للاستخدام ، كما يتم إنشاء 1.5-2 كيلوواط أخرى من الخسائر الحرارية. يصبح من الواضح أن استخدام طاقة الديزل للتسخين الكهربائي غير مستحسن من وجهة نظر الكفاءة. وبالتالي ، فإن التسخين الكهربائي يكون عمليًا فقط في الرصيف ، متصلاً بقوة الشاطئ. ومن ناحية أخرى ، فإن إعادة الاستخدام الفعال للطاقة المهدرة أثناء وجوده في البحر يمكن أن يحسن الكفاءة الكلية للسفينة بشكل كبير.

القبض وإعادة الاستخدام

يمكن التقاط خسائر الحرارة وإعادة استخدامها كطاقة لعدد كبير من أنواع التطبيقات. ولكن لا يزال هناك المزيد من المحركات في البحر دون أنظمة الاسترداد من أولئك الذين يمتلكونها. ومن بين الأنظمة التي تم تركيبها ، تعتمد أغلبيتها على أنظمة تبريد مياه الدثار ، على الرغم من أن حرارة العادم تمثل عادة طاقة أكبر.

هناك تقنيات لاستعادة حرارة العادم. شركة Ulmatec Pyro هي شركة بدأت في إنشاء اقتصادات العادم في أوائل الثمانينيات. وقد ثبت أن المقتصدين موثوقين وطويل الأمد ، لأنهم يميلون إلى البقاء على قيد الحياة طوال عمر السفينة. تصميم قوي وفعال وبسيط مع بعض الأجزاء المتحركة كان بمثابة وصفة لعمر غير عادي طويل للوحدات. تمر العديد من الوحدات بدورة حياة كاملة تزيد عن 30 عامًا دون أي تحديث رئيسي ، وهو ما يفسر على الأرجح لماذا لا تحظى المنتجات بالضرورة بالاهتمام الذي تستحقه.

كيف تعمل

التكنولوجيا بسيطة للغاية. يتم توزيع العادم ويسمح بالتدفق بحرية عبر عدة أنابيب مغمورة في الماء. تمتص المياه المتداولة حول الأنابيب الحرارة من العادم وتنقلها إلى نظام استعادة الحرارة المفقودة. على الرغم من الرغبة في البساطة ، هناك حاجة إلى نظام تحكم لضمان وجود محرك صحي. ستقوم الوحدة بإدارة الضغط الخلفي ، ودرجات حرارة مخرج العادم ، وضمان أن تكون جميع الشروط ضمن متطلبات OEM. كما يمتلك موفرو العادم Ulmatec Pyro وظيفة تجاوز ، مما يتيح التدفق الحر عندما تستدعي ظروف المحرك ذلك ، أو إذا لم تكن هناك حاجة لمزيد من الحرارة. تم إطلاق جيل جديد من الاقتصاد في الآونة الأخيرة. واحدة من الميزات الجديدة المضمنة تشمل تجاوز. سيعمل ذلك على تسهيل أعمال تركيب حوض بناء السفن بشكل كبير ، مقارنة بالتجاوز الخارجي المثبت على الأجيال الأكبر سنا. علاوة على ذلك ، سيعمل الممر الجانبي المدمج على تقليل المساحة الإجمالية للوحدة.

انخفاض مضاعف

عند استعادة الحرارة من كل من ماء التبريد والعادم ، يتم توفير كمية هائلة من الطاقة مع زيادة في استهلاك الوقود. يمكن أن يكون إجمالي كمية الحرارة المستردة في هذه الحالة أكثر من الطاقة التي يتم إخراجها من المحرك. يمكن أن يسمى هذا "مزدوج أسفل". وهناك أنواع السفن التي هي في الواقع قادرة على الاستفادة من هذا الكم الهائل من الحرارة. تعتبر سفن الصيد التي تعمل في الماء البارد أمثلة ممتازة على السفن ذات الطلب العالي على الطاقة. يتم استخدام الحرارة لإنتاج المياه العذبة ، وتجهيز الأسماك ، والإقامة ، وإزالة الجليد ، والمياه الصحية ، وتدفئة الخزان والعديد من الأغراض الأخرى. لكن سفن الصيد ليست الوحيدة. إن أي سفينة تعمل في المناطق المناخية المعتدلة ، أو لديها مساكن كبيرة ، أو تنتج المياه العذبة أو لأي سبب آخر تتطلب حرارة على متنها ، سوف ترى الفوائد.

Short Payback Times

نظام استرداد الحرارة المفقود ذو التصميم الجيد سيكون له وقت قصير للمردود. ويعتمد ذلك إلى حد كبير على تصميم السفن وأنواع المحركات والبيانات التشغيلية. في كثير من الحالات ، يستغرق إطفاء هذه التكلفة فترة تتراوح من عام إلى عامين. إذا كانت هناك حاجة إلى أي حرارة إضافية تتجاوز ما يمكن أن يوفره نظام استعادة الحرارة المفقودة ، فإن موقد الديزل المباشر يمثل بديلاً أفضل من التسخين الكهربائي.

يقول بالمار بيورنوي ، المدير الإداري لشركة Ulmatec Pyro: "ليس لدينا حساب دقيق للوحدات المبكرة" ، مضيفًا: "إذا قمنا بتضمين الوحدات التي قمنا بتسليمها لمحطات الشاطئ ، ووحدات أخرى مصممة خصيصًا ، فقد تجاوزنا 500. تم صنع الوحدات الأولى في أوائل الثمانينات. والعديد من هذه الوحدات لا تزال تعمل. عادة ، فإنها عادة ما تبقى على متن الطائرة تنتج الحرارة طوال عمر السفن ".

كما قامت شركة Ulmatec بتسليم وحدات إلى الصناعة البرية والبحرية كذلك. مركز أبحاث ترول في أنتاركتيكا هو الوحدة الجنوبية ، وخليج الملوك في نيو أليسوند في أقصى الشمال. بالنسبة للمشروعات الخارجية ، تعتبر منصات الحفر الجديدة التابعة لشركة Statoil ، Askeladden و Askepott ، أمثلة جيدة لأنظمة استعادة الحرارة. لديهم أربعة اقتصادات العادم مثبتة على كل منصة.

مراكب العمل: صالح جيد

يعتبر هذا المفهوم مناسبًا تمامًا للتطبيقات ، خاصة في أسواق قوارب العمل. في الواقع ، يمكن أن يكون حجم استخدام هذه التكنولوجيا في السعة القصوى ، طالما هناك سفينة تحتاج إلى الحرارة. على سبيل المثال ، يمكن أن ينفع النقل المائي الداخلي والعبارات الأصغر. من ناحية أخرى ، المحركات ذات السرعة البطيئة التي تستخدم عادة في الحاويات الكبيرة والسفن السياحية الأكبر هي فوق نطاق أولماتيك.

لا يزال الجليدي F / T Northern Glacier ، الذي بني في عام 1983 ، يعمل بكامل طاقته. انطلاقا من سياتل ، تقضي معظم وقتها في مياه ألاسكا. لا يزال موفر العادم الأصلي على متن الطائرة ، مما يساهم في توفير كبير في الوقود. بشكل منفصل ، يستخدم خفر السواحل النرويجية NoCGV سفالبارد الحرارة لإزالة الجليد ، وصناعة المياه ، والإقامة والمياه الصحية من بين أمور أخرى. تم بناء هذه السفينة في عام 2001 ولا تزال تقوم بدوريات في المياه النرويجية.

وبالنظر إلى المستقبل ، لن يكون لدى سفينة الأبحاث البريطانية الجديدة RRS Sir Attenborough ما لا يقل عن خمسة اقتصاديين للعادم على متنها ، إلى جانب نظام كامل لاسترداد الحرارة المفقودة. بما أن السفينة مخططة للبحث في المناطق القطبية ، فإن الحرارة الصديقة للبيئة ضرورية.

نظام التدفئة المركزية

إن نظام استرداد الحرارة المعتاد لمحركات متعددة هو نظام استعادة الحرارة المركزي الذي يأخذ الحرارة تلقائيًا من المحركات. ويمكنه أيضًا استخدام الطاقة للمحركات المسبقة التسخين في وضع الاستعداد ، مما يسمح ببداية سريعة. تتم إدارة التحكم الذكي في التدفق من خلال نظام التحكم الحاصل على براءة الاختراع الذي يراقب المستهلكين والمساهمين في الحرارة. ومع ارتفاع الطلب على الحرارة ، سيزيد النظام من تدفقه لنقل المزيد من الطاقة من المصدر إلى جانب المستهلك في النظام.

أكثر من حاجة للحرارة؟

مع نظام استرداد كامل ، قد يكون هذا هو الحال بالنسبة للبعض. ولكن مع استمرار الدفع نحو السفن الأكثر كفاءة ، تظهر منتجات جديدة باستمرار مع التركيز على إعادة استخدام خسائر الحرارة. ومع ازدياد شيوع هذه المنتجات ، ستتاح للعديد من السفن فرص حقيقية لتوفير المزيد من الوقود وتحسين كفاءة سفنها.

يتم إنتاج أحد هذه المنتجات من قبل شركة Climeon ، وهي شركة تحول الحرارة إلى كهرباء نظيفة. آخر ، Gadcooler ، لديه نظام امتصاص الذي يستخدم حرارة النفايات لتوليد كل أو جزء من التبريد التي تحتاجها سفينة الركاب. وتركز أنظمة بيرو لاستعادة الحرارة في أولماتك على تحديد وفقدان وفقدان الحرارة. وسيتم توزيع الطاقة التي تم الاستيلاء عليها على أي مستهلك قادر على الاستفادة من الحرارة.

لدى شركة Ulmatec ما يقرب من 500 من خبراء اقتصاديات العادم في قائمتها المرجعية ، ولديها ما يقرب من 100 سفينة مزودة بنظام استرداد الحرارة المستنفد الكامل. إنه منتج يلائم بشكل جيد ، من OSVs ، كاسحات الثلج ، رحلة استكشافية إلى أسفل وإلى أسفل - أو بعبارة أخرى - مركب العمل الخاص بك.

المؤلف

Sveinung Odegard هو ممثل أمريكا الشمالية عن Ulmatec Pyro. تخرج من أكاديمية بيرغن البحرية في النرويج مع تخصص في الهندسة الكهربائية البحرية. عمل في مشاريع بحرية في جميع أنحاء العالم طوال حياته المهنية ، وانتقل إلى سياتل في عام 1993.

(كما نشر في طبعة مارس 2018 من Marine News )