المستوى 4 من وكالة حماية البيئة (EPA): صعب ومثير للجدل ، 12 عامًا والعدد في ازدياد

© JinnaritT / Adobe Stock

عندما يتعلق الأمر بالامتثال للوائح الانبعاثات الخاصة بوكالة حماية البيئة (EPA) من المستوى 4 ، فلا يوجد نقص في الإبداع الناشئ عن شركات الهندسة البحرية الأمريكية. تقدم شركات مثل Hug Engineering أنظمة تحكم مرنة ومخصصة قائمة على المعالجة اللاحقة والتي يمكن تجميعها تقريبًا في وحدات مثل الموضة. تقدم شركات أخرى ، مثل ABB Group ، مصادر طاقة هجينة تعمل بالبطاريات لتكملة طاقة الاحتراق وتجنب انبعاثات الديزل. يعمل مصنعو المحركات ، مثل Cummins ، مع موردي المعالجة اللاحقة لضمان الانسجام التشغيلي بين محطة الطاقة وضوابط التلوث. تُظهر سكانيا AB نجاحات جديدة من خلال الاقتراب من الطاقة من وجهة نظر الأنظمة ، وإلقاء نظرة فاحصة على متطلبات الطاقة الفعلية للسفينة وكيف ومتى يجب توصيل هذه الطاقة.

كما يعلم مالكو السفن ، هذه ليست أشياء سهلة - بأي شكل من الأشكال. أنظمة المستوى 4 معقدة ومكلفة للشراء والتشغيل. إنها كبيرة ، وتتطلب في كثير من الأحيان تحليلات مخصصة ومحددة لوضعها داخل السفينة ؛ تحدٍ وصعوبة تشير إليه وكالة حماية البيئة باسم "التعبئة والتغليف" ، وهي تعمل حرفياً لتلائم الأجهزة والمكونات ذات الصلة داخل الهيكل. متطلبات المستوى 4 صارمة: من المفترض أن تكون الانبعاثات الصادرة عن 25 محركًا من محركات المستوى 4 مكافئة لمحرك واحد فقط من المستوى 1. يجب أن تعمل السفينة ومحركها والمعالجة اللاحقة كنظام واحد لتحقيق الأداء الأمثل والموثوقية والتكلفة وتقليل الانبعاثات.

من خلال المناقشات مع الخبراء في مجال المستوى 4 ، تمت مواجهة بعض التحديات الفنية المتعلقة بالتركيب من المستوى 4. التقدم بطيء ولكن يتم تصميم السفن الجديدة ، على الأقل ، لدمج محركات المستوى 4 وأنظمة المعالجة اللاحقة التي تتطلب ، بالطبع ، مساحة كبيرة مثل المحركات التي يجب ربط كل وحدة بها.

(الصورة: Hug Engineering)

الأهم من ذلك ، مع ذلك ، أن هذه التطورات يجب أن تنتشر عبر منطقة متصدعة للغاية. التقدم مع وعاء أو تطبيق واحد لا يعني النجاح في مكان آخر. تتطلب كل فئة مختلفة من السفن نهجًا مختلفًا وتحليلًا لتنفيذ المستوى 4 ، وقوارب جراد البحر ليست مثل العبارات التي لا تشبه قوارب الإرشاد. ليس من المبالغة أن نكتب أن كل وعاء - وليس فقط كل فئة من السفن - تتطلب تحليلها الخاص.

لا ينطبق المستوى 4 بالطبع على السفن الجديدة فقط. يواجه مالك السفينة الذي يسعى إلى إعادة تزويد سفينة قديمة نفس القائمة الطويلة من الأسئلة والمفاضلات. قد يقرر هو أو هي أنه من الأسهل فقط تجنب مجموعة كاملة من المشكلات وبدلاً من شراء محرك واحد من المستوى 4 بقوة 800 حصان (عتبة 800 حصان من المستوى 4 ، أيضًا 600 كيلو واط) يمكنه شراء محركين أصغر بدلاً من ذلك. وعلى نحو متزايد ، تجذب التطبيقات الهجينة ، التي تستخدم توليد الطاقة الكهربائية والديزل ، انتباه المشغلين. تتضاعف الأنظمة الهجينة ، عند الحاجة ، لتوفير أقصى طاقة تحت الحمل ، وعادة ما يكون الحد الأقصى للحمل مجرد جزء بسيط من وقت تشغيل السفينة.

لجعل الأمور أكثر تعقيدًا ، تظل بيئة السوق والأعمال من الفئة 4 مهتزة. تقع قرارات المستوى 4 في بيئة تنظيمية غير مستقرة - على الرغم من الانتهاء من لوائح وكالة حماية البيئة في عام 2008 وكان من المفترض أن تنتهي مرحلة المستوى 4 بحلول عام 2017. يؤثر عدم اليقين هذا على القرارات في جميع المجالات - في أحواض بناء السفن ، بين مصنعي المحركات وأصحاب السفن.

© ويمبلدون / أدوبي ستوك

في سبتمبر الماضي ، اقترحت وكالة حماية البيئة تأجيل تنفيذ المستوى 4 لأنواع معينة من السفن - سفن ذات قدرة عالية مثل قوارب سرطان البحر. رداً على ذلك ، جاءت التعليقات من جميع أنحاء الصناعة تطلب من وكالة حماية البيئة توسيع نطاق هذا التأخير - ليشمل مجموعة أوسع من السفن ، من قوارب العمل إلى القوارب السياحية. انتهت فترة التعليقات العامة لوكالة حماية البيئة في أكتوبر. ومع ذلك ، وراء الكواليس ، حافظت وكالة حماية البيئة على مناقشة نشطة ومدروسة مع مندوبي الصناعة ، وطلبوا وجهة نظرهم بشأن التهم والتهم المضادة في مناقشة المستوى 4. تظل المشكلات العديدة المتعلقة بالامتثال للمستوى 4 مثيرة للجدل بشدة.

كانت وكالة حماية البيئة تعتمد على تغييرات تصميم السفن والتقدم التكنولوجي لتكون جاهزة للسوق بحلول عام 2017. أتاحت وكالة حماية البيئة وقت التطوير هذا لحل مشكلات "التعبئة والتغليف" (مصطلح وكالة حماية البيئة) التي أعاقت تنفيذ مرحلة أسرع في عام 2008 ؛ علمت وكالة حماية البيئة أن تطبيق وتركيب العلاج اللاحق من المستوى 4 لا يزال بعيدًا عن بعض السنوات. بعد عشر سنوات ، على الرغم من ذلك ، ظلت مشاكل "التغليف" قائمة. "لقد ثبت أن افتراض وكالة حماية البيئة (EPA) الذي مضى عليه عقد من الزمن حول كيفية استجابة السوق غير صحيح ،" هكذا لخص روبرت جيه. .

تستهدف وكالة حماية البيئة صيف 2020 لإصدار إجراء نهائي بشأن اقتراحها بالتأجيل.

دانا بروستر (الصورة: Hug Engineering)

يوضح نهج Hug Engineering للامتثال للمستوى 4 كيف يسعى المهندسون إلى أقصى قدر من المرونة فيما يتعلق بالمواد والمساحة. هذا النوع من التقدم مهم لأصحاب السفن الذين يسعون إلى إعادة الطاقة. ربما لم تتمكن من ملاءمة نظام المستوى 4 في سفينتك منذ خمس سنوات. اليوم ، قد تعمل نفس المساحة لتثبيت نظام معالجة لاحقة على محركك الحالي.

تقدم HUG Engineering عملية تخفيض حفزي انتقائي (SCR) معدلة التحديثية لتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين إلى معايير المستوى 4. يمكن إضافة مرشح جسيمات الديزل (DPF) إلى نظام SCR لتقليل الجسيمات (PM) أيضًا. أنظمة HUG's Nauticlean و Clean4Marine قابلة للتكيف مع المحركات المختلفة ؛ في الواقع ، تمتلك HUG شهادات لـ IMO III اليوم ومحركات إضافية في عملية الاعتماد حاليًا. تتعاون HUG مع بعض مصنعي المعدات الأصلية لمحركات الديزل البحرية على نطاق عالمي. مسار آخر من المستوى 4 لاستكشافه هو خيار "أفضل تقنية متاحة" (BAT). عندما لا يتوفر محرك من المستوى 4 لتطبيقات إعادة الطاقة ، فقد تنظر وكالات جودة الهواء في بعض الحالات في أفضل التقنيات المتاحة.

دانا بروستر هي مديرة المبيعات الإقليمية لهوج ، تطبيقات الهاتف المحمول (البحرية / السكك الحديدية). قال إن مهندسي HUG يتخذون ما يسميه "نهج Lego" لتركيب المعالجة اللاحقة ، أي لتلائمها مع أي مساحة متوفرة تقريبًا. قال بريوستر إنه يمكن تثبيت مخططات التحكم من المستوى 4 بشكل متزايد في تكوينات مختلفة. إذا كان هناك المزيد من المساحة الرأسية المتاحة ، فسيتم تكديس الأجهزة. في مساحة ضيقة ولكنها طويلة ، سيتمدد النظام. ولكن إذا كنت بحاجة إلى محرك يزيد عن 800 حصان ، فإن الاحتمالات أفضل الآن لأن المستوى 4 يمكن أن يعمل. مرة أخرى ، على الرغم من ذلك ، لا توجد إجابات شاملة مع المستوى 4.

قامت شركة Boyer Towing مؤخرًا بإعادة تزويد محركها Gretchen H الذي تم بناؤه عام 1997 بثلاثة محركات جديدة متوافقة مع Cummins QSK19 Tier 3 تم تقييمها بـ 750 حصان لكل منها عند 1800 دورة في الدقيقة. (الصورة: Cummins)

قال إيدي براون ، قائد قطاع البحرية التجارية في شركة Cummins Engines ، إن فريقه "يعمل عن كثب مع المهندسين المعماريين البحريين والعملاء على حلول الطاقة التي تلبي مستويات الانبعاثات من المستوى 4 وتمكن السفن من إكمال مهامها." قال براون إن "تأثير أنظمة الانبعاثات الأنظف على السفن يختلف بشكل عام". يمكن أن تستوعب بعض السفن أنظمة معالجة لاحقة جديدة دون إعادة تصميم كبيرة للأوعية. ومع ذلك ، في التطبيقات ذات السرعة العالية و / أو الحساسة للوزن ، قال براون "قد تكون هناك حاجة لإعادة تصميم أو إعادة تكوين القوارب وغرف محركاتها." تعمل Cummins بشكل وثيق مع العملاء في هذه الأنواع من المشاريع.

قال براون إن حلول الطاقة البديلة تلوح في الأفق ، من محركات الديزل والكهرباء الهجينة إلى خلايا وقود الهيدروجين. "يرغب العملاء في تحسين سفنهم باستخدام أفضل حزم الطاقة لتلبية القواعد التنظيمية مع الاستمرار في توفير أداء المحرك الأكثر كفاءة."

التهجين هو تركيز كبير لشركة ABB ومنتجات المولدات البحرية الخاصة بها. تم تصميم المولدات البحرية القياسية للجهد المنخفض (LV) من ABB للأوعية الكهربائية بالكامل ومجموعات مولدات الديزل البحرية في توليد الطاقة الرئيسية أو المساعدة أو الطوارئ. وهي تغطي نطاق الطاقة 14-2600 كيلو فولت أمبير في أحجام الإطارات 180-450 مع الفولتية النموذجية 380-480 فولت. تم اختبار هذه المعدات جيدًا في التطبيقات البحرية ، وتعمل حاليًا في أكثر من 1300 سفينة.

يصف ديف لي ، مدير الحسابات الأول في ABB ، New Build ، تقييمًا هجينًا كجزء من "نمط تفكير مختلف" فيما يتعلق بقوة السفينة. ويشير إلى أنه في زورق العمل ، على سبيل المثال ، نادرًا ما يتم استخدام قوة المحرك الكاملة. ABB تقوم بتركيب مولدات أصغر لاستكمال محرك الديزل. قال لي: "نحن نقدم نطاقًا مثاليًا للطاقة والبطارية وتكنولوجيا خلايا الوقود". يمكن أن يتجنب هذا النهج الحاجة إلى محرك ديزل ثانٍ. إنها تستخدم القدرة الحصانية بشكل أكثر فاعلية ، اعتمادًا على المهمة التي تقوم بها.

ديفيد لي (الصورة: ABB)

تعتبر فكرة القوة الإستراتيجية فكرة مهمة بالنسبة لشركة سكانيا ، التي لا تقدم محركات تزيد عن 800 حصان في الولايات المتحدة. سوق الطاقة العالية محدود للغاية. بينما يقوم المصممون بتقييم متطلبات الطاقة المستقبلية ، يتوقع ألبرتو ألكالا ، مدير المبيعات البحرية الأمريكية لشركة سكانيا ، تقدمًا إضافيًا على السفن نفسها: مصممة للسرعة وكفاءة الطاقة.

هو أيضًا يتوقع زيادة التهجين ، حيث كتب أن "التهجين يمكن أن يملأ الفجوة بين المستوى 3 والحاجة إلى محرك أكبر مع تعقيدات المستوى 4." في عام 2012 ، جهزت سكانيا سيارة Hornblower Hybrid في سان فرانسيسكو بمزيج من المستوى 2 / كهربائي. تمت ترقية تلك السفينة مؤخرًا إلى مزيج من المستوى 3 / كهربائي من أجل تلبية أهداف جودة الهواء الأكثر صرامة في كاليفورنيا.

ألبرتو الكالا (الصورة: سكانيا)

وضع Alcalá التهجين على رأس القائمة فيما يتعلق بالتقنيات التخريبية المستقبلية. تعمل سكانيا مع ABB (وغيرها) في مشاريع توضح كيف يمكن لمزيج من توليد الكهرباء والديزل أن يحل محل مجموعات المحركات الأكبر.

أظهر مهندسو سكانيا أن ثلاثة محركات أصغر يمكن أن تحل محل 3-4 محركات في قاطرة تقليدية 2000 حصان ، على مستويات المستوى 3. يمكن لمجموعات المولدات الجديدة توفير ما يصل إلى 2400 حصان في ما كان سابقًا سفينة 2000 حصان. تستخدم السفن الطاقة حسب الحاجة - التباطؤ أو الإغلاق في حالات التحميل المنخفض ، باستخدام وقود أقل بشكل كبير ، ثم سحب الطاقة القصوى فقط عند الحاجة ، مرة أخرى ، عادةً جزء صغير نسبيًا من ساعات عمل السفينة.

ترقبوا قرار وكالة حماية البيئة هذا الصيف.