⚠ ПОЧЕМУ АММИАК
Аммиак привлекает внимание как судовое топливо, конечно, из-за потенциала к снижению углеродного следа. Аммиак не содержит углерода и при горении не образует углекислый газ. Хоть, на сегодняшний день бОльшая часть аммиака и производится из ископаемого топлива, перспективные методы, такие как электролитический, например, или метод пиролиза метана могут сильно ослабить связь аммиака с ископаемыми видами топлива. На сегодняшний день сразу несколько кампаний в мире параллельно работают над поиском экономически эффективного способа получения аммиака.
Есть еще один несомненный "плюс" в перспективном глобальном использовании аммиака в качестве основного вида топлива для торгового флота - готовая и хорошо развитая инфраструктура. Да, в хозяйстве аммиак используется давно и в больших количествах. Его хранение и транспортировка давно освоены, а ошибки проработаны и исправлены. В индустриальных районах портовых городов аммиачные газгольдеры и трубопроводы уже есть и для подачи аммиака на борт мощности не нужно создавать заново, их нужно повышать.
А еще аммиак имеет бОльшую энергоемкость в сравнении с другими альтернативными видами топлива, больше чем даже водород. Так, стоп... подумал я...
Полез в открытие источники... Теплотворная способность водорода - 142,2 МДж/кг, а аммиака - 22,5 МДж/кг... Тем ни менее, энергоемкость водорода 3,03 кВтч/м3, а аммиака - 3,2 кВтч/м3. Почему так? Все дело в этом самом азоте, что "упаковывает" водород так, что энергоемкость получается выше. Согласен, странно это, но, вперед в открытые источники, там ты найдешь эту информацию по первым ссылкам.
⚠ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
Аммиак - не самое простое горючее в контексте использования. Вот некоторые из нежелательных его свойств:
- Аммиак токсичен и коррозионно активен, поэтому его хранению нужно уделить особое внимание.
- Усовершенствование имеющейся инфраструктуры потребует серьезных инвестиций, следовательно, нужно для начала найти частных выгодополучателей. На этом этапе могут возникнуть сложности, учитывая, что горизонт планирования существенно сократился к 2024-му году.
- Технические возможности по "зеленому" и одновременно экономически выгодному производству аммиака пока недостаточно развиты.
- Транспортировка. К емкостям для аммиака предъявляются особые требования. Субстанция агрессивная. А вот хранить его можно несколькими способами, например под давлением в сжиженном виде или в виде водного раствора.
⚠КАК ПОЛУЧАТЬ "УГЛЕРОДНО НЕЙТРАЛЬНЫЙ" АММИАК
Так... Если человечество делает что-то углеродно нейтральное, то "ЭТО" углеродно нейтральное должно быть таковым на всех стадиях производственного цикла. Смылс в том, что использование элекрокаров, конечно, это дело благое, но покуда они берут заряд из общей сети, говорить об углеродной нейтральности не приходится, ведь, на общую сеть работают и тепловые электростанции, генерирующие электроэнергию на ископаемых невозобновляемых видах топлива. Конечно, КПД стационарных генераторов выше автомобильных и удельный расход топлива ниже, но "уголь" в печку все равно идет. Не связано с аммиачной темой, но очень показательно дает понять смысл полной углеродной нейтральности.
При осознании смысла полной углеродной нейтральности можно поделить углеродно нейтральный аммиак на два типа "голубой" и "зеленый". Для получения зеленого используются возобновляемые источники энергии, а для получения голубого - традиционные ископаемые, но с последующим улавливанием углерода.
Теперь ты готов и я продолжу...
⚠КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА
- Для производства аммиака нужно использовать то, что не выкапывали и не сжигали, а именно - солнышко, ветер и воду.
- Электролиз. Электроэнергия из возобновляемых источников энергии используется для электролиза воды в процессе которого та самая вода разделяется на водород и кислород. Водород воссоединяется с азотом по техпроцессу Хабера-Боша и вуаля - свободный от углерода аммиак готов.
- Если же аммиак производится из ископаемого сырья, но весь сопутствующий углерод нужно уловить, а технические возможности уже имеются.
- На сегодняшний день производство аммиака по "зеленой" или "голубой" технологии налажено только на мелких предприятиях в качестве частных инициатив. Для нужд торгового флота этого хватит только для запуска пилотных проектов (так на момент 2024-го года и есть). Но, дальше - больше... в некоторых странах есть программы по достижению видимых результатов году так к 2030-му.
⚠ТРЕБОВАНИЯ К "АММИАЧНЫМ" ДВИГАТЕЛЯМ
Какой надзорный огран должен курировать работу судов с аммиачными силовыми установками? IGF Code, это документ, регламентирующий перевозки газа методом налива. В дальнейшем возможно появление отдельного органа, отдельной конвенции и отдельного инструментария для надзора. Как-же я люблю бюрократию... Так как пилотные аммиачные проекты уже существуют, некоторые классификационные общества уже имеют свод дополнительных правил к таким судам. Логично, как-то же они получили допуск на работу.
В общем и целом, мы пока на пути к использованию нового вида топлива в планетарном масштабе и таких устоявшихся правил, как для классических силовых установок, пока нет. Есть руководства, есть стандарты ISO, есть рекомендации.
⚠КОГДА ЖДАТЬ АММИАЧНУЮ СЕРИЮ ОТ WIN GD
Компания WIN GD обещает начать серийное производство уже во втором квартале 2025-го года. Начать планирует с серии X-DF-A с диаметрами цилиндров 520 и 720. Но двигатели не строятся просто так, это глупо, потому что дорого. Значит, есть заказ! Компания Exmar LPG заказала эти силовые агрегаты для своего газового флота. Суда, транспортирующие аммиак будут использовать его и в качестве топлива. Это очень удобно, так как львиная доля оборудования уже на борту имеется.
Посмотри на картинку выше, это карта предзаказов на движки определенных моделей. Заводы WIN GD уже загружены со второго квартала 2025-го по третий квартал 2027-го. Всего заказано 6 двигателей.
⚠А КАК ОБСТОЯТ ДЕЛА С АПГРЕЙДОМ
Пока это только в планах, но существующие двигатели серии X-DF можно будет превратить в X-DF-A специальным пакетом дополнительного оборудования. Сама платформа X-DF имеет серьезный задел на не менее серьезные обновления.
⚠РАБОТАЕМ
Тесты на существующем оборудовании проводятся уже сейчас, так как были запланированы на первую половину 2024-го года. Тесты проводятся в режиме "одного цилиндра". То есть, на имеющемся двигателе серии X-DF один цилиндр модифицирован на работу на аммиаке. Такая форма тестирования позволяет оценить реальные параметры работы и начать практическую подготовку экипажей комерческих судов до спуска со стапелей судов с полностью аммиачными ДВС.
Касательно самих X-DF-A двигателей. Они, исходя из маркировки (DF - Dual Fuel) двутопливные, поэтому, могут полноценно работать и на дистиллятном топливе. Если такое судно запустить в работу сегодня, пока вокруг толком нет подходящей инфраструктуры, оно просто поедет на старой доброй солярке. Это очень дорого, ведь дистиллятные сорта топлива стоят в два раза дороже остаточных, но такая возможность имеется. А еще имеется возможность бесшовного перехода с аммиака на дистиллятное топливо и обратно.
Чем отличается новый X-DF-A от X-DF? Модификации, по большому счету, несущественные. Нужно установить систему впрыска аммиака, дополнительный рейл ( об устройстве RT-flex смотри ранние мои ролики) для аммиака, модифицировать цилиндровую крышку, платформы для новых трубопроводов.
⚠РАБОЧИЙ АММИАЧНЫЙ ЦИКЛ
Аммиак принципиально не изменяет дизельный цикл. Все тот-же впрыск топлива в сжатый заряд свежего воздуха остается, меняется лишь вид топлива. Вот смотри...
1- Сжатие. Как и в классическом дизеле поршень на восходящем ходе сжимает воздух, в результате чего повышается его температура, критически важный параметр для самовоспламенения распыляемого топлива. Только с аммиаком будет двухэтапное воспламенение. Сначала загорится запальное топливо, впрыснутое запальной форсункой, а уже это маленькое пламя инициирует горение основного топлива - аммиака.
2- Впрыск. Аммиак, как основное топливо, впрыскивается чуть раньше, что дает ему время на распыливание и перемешивание с воздухом.
3- Воспламенение. Запальная порция топлива впрыскивается в цилиндр с учетом угла опережения подачи (как и в традиционном дизеле), под воздействием высокой температуры порция запального топлива самовоспламеняется.
4- Горение основного топлива. Запальное открытое пламя инициирует горение аммиачно-воздушной смеси.
5- Смесь горит, давление увеличивается и действует на поршень, толкая его вниз. После открывается выпускной клапан, а потом и продувочные окна... Цикл повторяется.
⚠КАК АММИАК ПОДАЕТСЯ В ДВИГАТЕЛЬ
Вспоминаем классическую информацию о системах. Топливная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи в двигатель топлива. Аммиак - тоже топливо. поэтому все элементы присутствуют.
Хранение. Аммиак хранится в специальных герметичных емкостях. Хранить его нужно при низкой температуре и под давлением, поэтому конструкция газгольдера соответствует тем, что применяются для транспортировки и хранения сжиженного природнго газа. Для поддержания низкой температуры применяется криогенное оборудование.
Перекачка. На пути из танков хранения к двигателю аммиак греется в специальных теплообменниках, а давление повышается до отметки 85 бар. При этом, система выполнена с учетом коррозионой активности аммиака.
Обработка. Системы очистки тоже присутствуют, так как в любом топливе может быть что-то нежелательное или, откровенно вредное для двигателя. Для контроля температуры и поддержания ее на требуемом уровне система оснащена термостотическим оборудованием.
Впрыск. Система подачи топлива непосредственно в цилиндры - это клапанный блок и специальной конструкции форсунки. Клапанный блок не просто обеспечивает подачу и вольюметрический контроль (как в двигателях серии RT-flex), но и обеспечивает подачу инертного газа (азота) и продувку системы в специальные промежуточные танки, а так-же отвод аммиака из топливной системы двигателя.
Перед началом работы, ровно как и в процессе работы, топливный блок контролирует герметичность системы посредством датчиков. Топливные трубы выполнены по схема "двойной стенки", а пространство между ними постоянно вентилируется и подвергается анализу.
⚠ПАРАМЕТРЫ АММИАКА ПЕРЕД ВПРЫСКОМ
Нисшая теплота сгорания - 18,6 МДж/м3
Чистота - 99,5%
Содержание воды - 0,2 - 0,5 %
Содержание масла (используется для уплотнения форсунок) - менее 0,4 %
Содержание кислорода - 2,5 частей на миллион
Температура - 35 - 45 градусов по шкале Цельсия
Темпреатура - 85 бар
Допустимое отклонение давления - 2 бара
⚠НУЖНО ЛИ ДОПОЛНИТЕЛЬНО НАСТРАИВАТЬ ДВИГАТЕЛЬ
Фактически дизель остается дизелем и такие параметры как диатмер цилиндра, ход поршня и скорость поршня остаются неизменными. Однако, при модификации двигателя, работающего на сжиженном природном газе нужно настаривать степень сжатия, но, при электронном управлении выпускным клапаном это сделать довольно просто. Хотя, есть и другой способ изменить степень сжатия. Об одном из них я рассказывал в ЭТОЙ статье.
Все это сильно похоже на то, что делает компания МАН с нейизменной тягой WIN GD к рейловой системе. Рейл обьеденяет все цилиндры, а клапанный блок распределяет уже подготовленное и сжатое до нужного давления топливо в цилиндры (как на серии RT-flex).
Ссылочку на первоисточник прилагаю - https://www.wingd.com/en/documents/general/brochures/wingd-ammonia-faq-booklet/
Системам безопасности нужно уделить отдельне внимание. Проспектик с концептом таковой я уже нашел, и, если увижу интерес ниже в комментариях - обязательно выложу адаптивный перевод.
Передаю пламенный привет энергетическим староверам, адептам 2JZ и прочей подкапотной классики, свидетелям бакаутовых дейдвудных уплотнений и прочим специалистам, что не смогли принять современные вызовы в сфере судовой энергетики. Прошу, добро пожаловать в комментарии, вас так интересно читать).
