EPA Tier 4: Δύσκολο και αμφιλεγόμενο, 12 χρόνια και συνεχίζεται

© JinnaritT / Adobe Stock

Όσον αφορά τη συμμόρφωση με τους κανονισμούς εκπομπών Tier 4 της EPA, δεν υπάρχει έλλειψη δημιουργικότητας από τις αμερικανικές εταιρείες ναυτιλιακής μηχανικής. Εταιρείες όπως η Hug Engineering προσφέρουν ευέλικτα, προσαρμοσμένα συστήματα ελέγχου που βασίζονται σε μετεπεξεργασία που μπορούν να συναρμολογηθούν σχεδόν με αρθρωτό τρόπο. Άλλες εταιρείες, όπως ο όμιλος ABB, προσφέρουν υβριδικές πηγές ενέργειας μπαταρίας για να συμπληρώσουν την ισχύ καύσης και να αποφύγουν τις κατώτερες εκπομπές ντίζελ. Οι κατασκευαστές κινητήρων, όπως η Cummins, συνεργάζονται με προμηθευτές μετεπεξεργασίας για να εξασφαλίσουν λειτουργική αρμονία μεταξύ των ελέγχων της μονάδας παραγωγής ενέργειας και της ρύπανσης. Η Scania AB επιδεικνύει νέες επιτυχίες προσεγγίζοντας την ισχύ από την άποψη του συστήματος, εξετάζοντας προσεκτικά τις πραγματικές απαιτήσεις ισχύος ενός σκάφους και πώς και πότε πρέπει να παραδοθεί αυτή η ισχύς.

Όπως γνωρίζουν οι ιδιοκτήτες σκαφών, αυτό δεν είναι εύκολο πράγμα – με κανέναν τρόπο. Τα συστήματα της βαθμίδας 4 είναι πολύπλοκα και ακριβά για την αγορά και τη λειτουργία τους. Είναι μεγάλα, συχνά απαιτούν προσαρμοσμένες, ειδικές αναλύσεις για τοποθέτηση σε ένα σκάφος. μια πρόκληση και δυσκολία που η EPA αναφέρεται ως «συσκευασία», που κυριολεκτικά εργάζεται για να χωρέσει το υλικό και τα σχετικά εξαρτήματα μέσα σε μια γάστρα. Οι απαιτήσεις της βαθμίδας 4 είναι αυστηρές: οι εκπομπές από 25 κινητήρες Tier 4 υποτίθεται ότι ισοδυναμούν με έναν μόνο κινητήρα Tier 1. Το σκάφος, ο κινητήρας του και η μετεπεξεργασία πρέπει να λειτουργούν ως ενιαίο σύστημα για βέλτιστη απόδοση, αξιοπιστία, μείωση κόστους και εκπομπών.

Από συζητήσεις με ειδικούς στον τομέα της Βαθμίδας 4, ορισμένες από τις τεχνικές προκλήσεις εγκατάστασης της Βαθμίδας 4 αντιμετωπίζονται. Η πρόοδος είναι αργή, αλλά νέα σκάφη, τουλάχιστον, σχεδιάζονται για να ενσωματώνουν κινητήρες Tier 4 και συστήματα μετεπεξεργασίας τα οποία, φυσικά, απαιτούν τόσο χώρο όσο και οι κινητήρες με τους οποίους πρέπει να συνδεθεί κάθε μονάδα.

(Εικόνα: Hug Engineering)

Είναι σημαντικό, ωστόσο, αυτές οι εξελίξεις πρέπει να εξαπλωθούν σε ένα πολύ σπασμένο τοπίο. Η πρόοδος με ένα σκάφος ή μια εφαρμογή δεν σημαίνει επιτυχία αλλού. Κάθε διαφορετική κατηγορία σκάφους απαιτεί διαφορετική προσέγγιση και ανάλυση για την εφαρμογή της Βαθμίδας 4, τα σκάφη αστακού δεν είναι ίδια με τα πορθμεία που δεν είναι ίδια με τα πιλοτικά σκάφη. Δεν είναι υπερβολή να γράψουμε ότι κάθε σκάφος – όχι μόνο κάθε κατηγορία σκάφους – απαιτεί τη δική του ανάλυση.

Το Tier 4, φυσικά, δεν ισχύει μόνο για νέα πλοία. Ένας ιδιοκτήτης σκάφους που επιδιώκει να ανανεώσει ένα παλαιότερο σκάφος αντιμετωπίζει τον ίδιο μακρύ κατάλογο ερωτήσεων και συμβιβασμούς. Αυτός ή αυτή μπορεί να αποφασίσει ότι είναι ευκολότερο απλώς να αποφύγει όλο το σύνολο των προβλημάτων και αντί να αγοράσει έναν κινητήρα Tier 4 στους 800 HP (το όριο των 800 HP Tier 4, επίσης 600 kW) μπορεί να αγοράσει δύο μικρότερους κινητήρες. Και ολοένα και περισσότερο, οι υβριδικές εφαρμογές, με χρήση ηλεκτρικής και ντίζελ παραγωγής ενέργειας τραβούν την προσοχή των χειριστών. Τα υβριδικά συστήματα διπλασιάζονται, όταν χρειάζεται, για να παρέχουν μέγιστη ισχύ υπό φορτίο και το μέγιστο φορτίο είναι συνήθως μόνο ένα κλάσμα του χρόνου λειτουργίας ενός σκάφους.

Για να γίνουν τα πράγματα πιο περίπλοκα, η αγορά και το επιχειρηματικό περιβάλλον Tier 4 παραμένουν ασταθείς. Οι αποφάσεις της βαθμίδας 4 βρίσκονται σε ένα άστατο ρυθμιστικό περιβάλλον – παρόλο που οι κανονισμοί της EPA οριστικοποιήθηκαν το 2008 και η φάση εισαγωγής της βαθμίδας 4 υποτίθεται ότι θα είχε ολοκληρωθεί έως το 2017. Αυτή η αβεβαιότητα επηρεάζει τις αποφάσεις σε όλα τα επίπεδα – στα ναυπηγεία, μεταξύ κατασκευαστών κινητήρων και ιδιοκτητών σκαφών.

© Wimbledon / Adobe Stock

Τον περασμένο Σεπτέμβριο, η EPA πρότεινε να καθυστερήσει η εφαρμογή της Βαθμίδας 4 για ορισμένους τύπους σκαφών – πλοία υψηλής ισχύος, όπως τα σκάφη αστακού. Σε απάντηση, ήρθαν σχόλια από όλο τον κλάδο ζητώντας από την EPA να επεκτείνει το εύρος αυτής της καθυστέρησης – για να συμπεριλάβει ένα ευρύτερο φάσμα πλοίων, από σκάφη εργασίας έως τουριστικά σκάφη. Η περίοδος δημόσιων σχολίων της EPA έληξε τον Οκτώβριο. Ωστόσο, στα παρασκήνια, η EPA διατήρησε μια ενεργή και έντονη συζήτηση με εκπροσώπους του κλάδου, ζητώντας την άποψή τους σχετικά με τις χρεώσεις και τις αντιχρήσεις στη συζήτηση για τη Βαθμίδα 4. Τα πολλά ζητήματα με τη συμμόρφωση στο Tier 4 παραμένουν έντονα αμφιλεγόμενα.

Η EPA βασιζόταν σε αλλαγές σχεδιασμού σκαφών και τεχνολογικές προόδους που θα ήταν έτοιμες στην αγορά έως το 2017. Η EPA επέτρεψε σε αυτόν τον χρόνο ανάπτυξης να επιλυθούν τα ζητήματα «συσκευασίας» (όρος της EPA) που εμπόδισαν μια ταχύτερη σταδιακή εισαγωγή το 2008. Η EPA γνώριζε ότι η εφαρμογή και η εγκατάσταση της μετεπεξεργασίας Tier 4 απείχε ακόμη μερικά χρόνια. Δέκα χρόνια αργότερα, όμως, τα προβλήματα «συσκευασίας» παρέμειναν. «Η δεκαετία παραδοχή (της EPA) για το πώς θα αντιδρούσε η αγορά έχει αποδειχθεί λανθασμένη», είναι ο τρόπος με τον οποίο ο Robert J. Lawler, Jr., Πρόεδρος της Ένωσης Επιβατηγών Πλοίων συνόψισε την κατάσταση των πραγμάτων στο Tier 4 σε σχόλια στην EPA .

Η EPA στοχεύει το καλοκαίρι του 2020 για να εκδώσει μια τελική ενέργεια σχετικά με την πρότασή της για καθυστέρηση.

Dana Brewster (Φωτογραφία: Hug Engineering)

Η προσέγγιση της Hug Engineering για τη συμμόρφωση με το Tier 4 δείχνει πώς οι μηχανικοί αναζητούν τη μέγιστη ευελιξία όσον αφορά τα υλικά και το χώρο. Αυτό το είδος προκαταβολής είναι σημαντικό για τους ιδιοκτήτες σκαφών που επιδιώκουν να ανανεώσουν την ενέργεια. Μπορεί να μην μπορούσατε να τοποθετήσετε ένα σύστημα Tier 4 στο σκάφος σας πριν από πέντε χρόνια. Σήμερα, αυτός ο ίδιος χώρος μπορεί να λειτουργήσει για την εγκατάσταση ενός συστήματος μετεπεξεργασίας στον υπάρχοντα κινητήρα σας.

Η HUG Engineering προσφέρει εκ των υστέρων επιλεκτική καταλυτική μείωση μετεπεξεργασίας (SCR) για τη μείωση των εκπομπών NOx στα πρότυπα Tier 4. Ένα φίλτρο σωματιδίων ντίζελ (DPF) μπορεί να προστεθεί στο σύστημα SCR για να μειώσει επίσης τα σωματίδια (PM). Τα συστήματα Nauticlean και Clean4Marine της HUG προσαρμόζονται με διάφορους κινητήρες. Στην πραγματικότητα, η HUG διαθέτει πιστοποιήσεις για τον ΙΜΟ III σήμερα και επιπλέον κινητήρες που βρίσκονται στη διαδικασία πιστοποίησης. Η HUG συνεργάζεται με μερικούς από τους OEM κινητήρων ντίζελ θαλάσσης σε παγκόσμια κλίμακα. Ένα άλλο μονοπάτι Tier 4 για εξερεύνηση είναι η επιλογή "Best Available Technology" (BAT). Όταν ένας κινητήρας Tier 4 δεν είναι διαθέσιμος για εφαρμογές ανανέωσης ισχύος, οι υπηρεσίες ποιότητας του αέρα σε ορισμένες περιπτώσεις ενδέχεται να εξετάσουν τη ΒΔΤ.

Η Dana Brewster είναι Περιφερειακή Διευθύντρια Πωλήσεων της Hug, Mobile Applications (Marine/Rail). Είπε ότι οι μηχανικοί της HUG υιοθετούν αυτό που αποκαλεί «προσέγγιση Lego» στην εγκατάσταση μετεπεξεργασίας, δηλαδή, για να την χωρέσουν σχεδόν σε οποιονδήποτε διαθέσιμο χώρο. Ο Brewster είπε ότι τα συστήματα ελέγχου Tier 4 μπορούν, όλο και περισσότερο, να εγκατασταθούν σε διάφορες διαμορφώσεις. Εάν υπάρχει περισσότερος κατακόρυφος διαθέσιμος χώρος, το υλικό στοιβάζεται. Σε ένα στενό αλλά πιο μακρύ χώρο, το σύστημα θα απλωθεί. Αλλά αν χρειάζεστε κινητήρα άνω των 800 HP, οι πιθανότητες είναι καλύτερες τώρα που μπορεί να λειτουργήσει το Tier 4. Και πάλι, όμως, δεν υπάρχουν γενικές απαντήσεις με το Tier 4.

Η Boyer Towing τροφοδότησε πρόσφατα το ρυμουλκό Gretchen H, κατασκευής 1997, με τρεις νέους κινητήρες συμβατούς με Cummins QSK19 Tier 3 με ισχύ 750 HP ο καθένας στις 1.800 σ.α.λ. (Φωτογραφία: Cummins)

Ο Eddie Brown, Segment Leader, Commercial Marine στην Cummins Engines, είπε ότι η ομάδα του «συνεργάζεται στενά με ναυτικούς αρχιτέκτονες και πελάτες σε λύσεις ενέργειας που πληρούν τα επίπεδα εκπομπών Tier 4 και επιτρέπουν στα σκάφη να ολοκληρώσουν τις αποστολές τους». Ο Μπράουν είπε ότι «συνολικά, ο αντίκτυπος των καθαρότερων συστημάτων εκπομπών στα πλοία ποικίλλει». Ορισμένα πλοία μπορούν να φιλοξενήσουν νέα συστήματα μετεπεξεργασίας χωρίς σημαντικό επανασχεδιασμό του σκάφους. Ωστόσο, σε εφαρμογές υψηλότερης ταχύτητας και/ή ευαίσθητων στο βάρος, ο Μπράουν είπε ότι «μπορεί να υπάρχει ανάγκη επανασχεδιασμού ή αναδιαμόρφωσης των σκαφών και των μηχανοστασίου τους». Η Cummins συνεργάζεται στενά με πελάτες σε τέτοιου είδους έργα.

Ο Μπράουν είπε ότι εναλλακτικές λύσεις ενέργειας βρίσκονται στον ορίζοντα, από υβρίδια ντίζελ-ηλεκτρισμού έως κυψέλες καυσίμου υδρογόνου. «Οι πελάτες θέλουν να βελτιστοποιήσουν τα σκάφη τους με τα καλύτερα πακέτα ισχύος για να πληρούν τους ρυθμιστικούς κανόνες και να παρέχουν την πιο αποδοτική απόδοση του κινητήρα».

Ο υβριδισμός αποτελεί μεγάλη εστίαση για την ABB και τα προϊόντα θαλάσσιων γεννητριών της. Οι τυποποιημένες θαλάσσιες γεννήτριες χαμηλής τάσης (LV) της ABB είναι σχεδιασμένες για πλήρως ηλεκτρικά πλοία και για θαλάσσιες γεννήτριες ντίζελ σε κύρια, βοηθητική ή έκτακτη παραγωγή ενέργειας. Καλύπτουν το εύρος ισχύος 14-2.600 kVA σε μεγέθη πλαισίων 180-450 με τυπικές τάσεις 380-480 V. Αυτός ο εξοπλισμός είναι καλά δοκιμασμένος σε θαλάσσιες εφαρμογές και λειτουργεί επί του παρόντος σε περισσότερα από 1.300 πλοία.

Ο Dave Lee, Senior Account Manager της ABB, New Build, περιγράφει μια υβριδική αξιολόγηση ως μέρος ενός «διαφορετικού σχεδίου σκέψης» σχετικά με την ισχύ του σκάφους. Σημειώνει ότι σε ένα σκάφος εργασίας, για παράδειγμα, σπάνια χρησιμοποιείται πλήρης ισχύς κινητήρα. Η ABB εγκαθιστά μικρότερες γεννήτριες για να συμπληρώσει τον κινητήρα ντίζελ. «Προσφέρουμε βέλτιστη εμβέλεια ισχύος και τεχνολογία μπαταρίας και κυψελών καυσίμου», είπε ο Lee. Αυτή η προσέγγιση μπορεί να αποφύγει την ανάγκη για δεύτερο κινητήρα ντίζελ. Χρησιμοποιεί την ιπποδύναμη πιο αποτελεσματικά, ανάλογα με την εργασία.

David Lee (Φωτογραφία: ABB)

Η έννοια της στρατηγικής ισχύος είναι σημαντική για τη Scania, η οποία δεν προσφέρει κινητήρες άνω των 800 HP στις ΗΠΑ. Αυτή η αγορά υψηλής ισχύος είναι πολύ περιορισμένη. Καθώς οι σχεδιαστές αξιολογούν τις μελλοντικές απαιτήσεις ενέργειας, ο Alberto Alcalá, διευθυντής πωλήσεων ναυτιλιακών εταιρειών στις ΗΠΑ για τη Scania, προβλέπει πρόσθετη πρόοδο στα ίδια τα σκάφη: διαμορφωμένα για ταχύτητα και ενεργειακή απόδοση.

Αναμένει επίσης αυξανόμενο υβριδισμό, γράφοντας ότι «ο υβριδισμός μπορεί να καλύψει το κενό μεταξύ της βαθμίδας 3 και της ανάγκης για έναν μεγαλύτερο κινητήρα με την πολυπλοκότητα της βαθμίδας 4». Το 2012, η Scania εξόπλισε το Hornblower Hybrid στο Σαν Φρανσίσκο με ένα Tier 2 / ηλεκτρικό μείγμα. Αυτό το πλοίο αναβαθμίστηκε πρόσφατα σε Tier 3 / ηλεκτρικό μείγμα προκειμένου να εκπληρώσει τους πιο σκληρούς στόχους της Καλιφόρνια για την ποιότητα του αέρα.

Alberto Alcalá (Φωτογραφία: Scania)

Η Alcalá τοποθέτησε τον υβριδισμό στην κορυφή της λίστας όσον αφορά τις μελλοντικές τεχνολογίες που προκαλούν αναστάτωση. Η Scania συνεργάζεται με την ABB (και άλλους) σε έργα που καταδεικνύουν πώς ένας συνδυασμός παραγωγής ηλεκτρικού ντίζελ μπορεί να αντικαταστήσει μεγαλύτερα σετ κινητήρων.

Οι μηχανικοί της Scania έχουν αποδείξει ότι τρεις μικρότεροι κινητήρες μπορούν να αντικαταστήσουν 3-4 κινητήρες σε ένα παραδοσιακό ρυμουλκό 2.000 HP, σε επίπεδα 3. Οι νέες γεννήτριες μπορούν να παρέχουν έως και 2.400 HP σε αυτό που κάποτε ήταν ένα σκάφος 2.000 HP. Τα πλοία χρησιμοποιούν ισχύ όπως απαιτείται – ρελαντί ή σβήσιμο σε καταστάσεις χαμηλού φορτίου, χρησιμοποιώντας δραματικά λιγότερα καύσιμα, στη συνέχεια αντλούν μέγιστη ισχύ μόνο όταν χρειάζεται, και πάλι, συνήθως ένα σχετικά μικρό μέρος των ωρών λειτουργίας ενός σκάφους.

Μείνετε συντονισμένοι για την απόφαση της EPA αυτό το καλοκαίρι.