CC BY
39
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПГ-ТАНКЕРОВ Голубев Р.О. Email: [email protected]
Голубев Роман Олегович — бакалавр, магистрант, кафедра судовых энергетических установок систем и оборудования, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, г. Санкт-Петербург
Аннотация: в работе исследуются наиболее перспективные направления развития энергетических установок СПГ-танкеров. На примере больших стандартных газовозов оценивается эффект от использования следующих типов энергетических установок: одновальной и двухвальной с единой электроэнергетической системой, с малооборотными главными двухтопливными двигателями. Устанавливается ряд технических характеристик газовоза, наиболее чувствительных к изменению типа энергетической установки. По полученным значениям этих характеристик делаются выводы о приоритетном направлении развития главной энергетики газовозов.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания (ДВС), единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС), сжиженный природный газ (СПГ), судовая электростанция (СЭС), энергетическая установка (ЭУ).
THE SURVEY OF LNG CARRIER S ENERGY EFFICIENCY IMPROVEMENT
WAYS Golubev R.O.
Golubev Roman Olegovich — Bachelor of Science, Undergraduate, DEPARTMENT OF MARINE POWER PLANTS SYSTEMS AND EQUIPMENT, SAINT PETERSBURG STATE MARINE TECHNICAL UNIVERSITY, SAINT PETERSBURG
Abstract: the survey of the most promising types ofpower plants for LNG carriers was carried out. The energy efficiency of large conventional LNG carrier's (170000 CBM) integrated electric propulsion system and power plant with low speed dual fuel engines was estimated for single-screw and twin-skeg propulsion schemes. Several LNG carrier's technical characteristics considerably dependent on the change of the propulsion system were defined. The most progressive way of propulsion development for this ship type was chosen according to the calculated value of explored characteristics.
Keywords: internal combustion engine, integrated electric propulsion system, liquefied natural gas (LNG), auxiliary electrical plant, power plant.
УДК 629.5.016.7
Описание объекта и методики исследования
На сегодняшний день, большинство спускаемых на воду СПГ-танкеров - это большие стандартные газовозы (large conventional). Их средняя грузовместимость (по геометрическому объёму грузовых танков) составляет 170 тыс. м3, а скорость хода - порядка 19 уз. Ниже в табл. 1 приведены технические характеристики некоторых из них.
Таблица 1. Краткие технические характеристики газовозов класса
Название Год постройки Грузовместимость, м3 Номинальная мощность ЕЭЭС, кВт Валь-ность
CASTILLO de SANTISTEBAN [2, c. 24] 2010 173887 30800 1
VELIKIY NOVGOROD [3, с. 104] 2014 170200 30958 2
MARAN GAS ACHILLES [4, с. 58] 2015 174078 26460 2
Об энергетической эффективности проекта, для газовозов с электродвижением, в первую очередь, говорит мощность ЕЭЭС, а именно, её часть, используемая на пропульсивные нужды. Эта величина наиболее чувствительна к изменениям вальности пропульсивной установки, типа главных и вспомогательных двигателей (ГД и ВД). Именно результатам исследования влияния этих факторов посвящён материал статьи.
В качестве условий анализа принимаются интенсивность грузоперевозки (объём газа, условно, транспортируемый за час), для выше приведённых судов, составляющая порядка 600 м3/ч, на плече рейса в 2500 морских миль и полная грузовместимость в 170 тыс. м3. Характеристики газовозов с различными типами ЭУ были получены путём статистического анализа данных по проектам судов, например, по аналитическим сведениям, опубликованным фирмой MAN D&T [1, с. 17]. Принимаемая стоимость типов топлива: СПГ - 316,54 $/тыс. нм3, дизельное топливо - 505,75 $/т.
Одновальная ЭУ с ЕЭЭС
Этот тип ЭУ стал классическим для стандартных газовозов грузовместимостью до 150 тыс. м3, а также достаточно часто используется и для больших стандартных газовозов. Преимущества такой ЭУ - это конструктивная простота одновальной установки и отсутствие жёсткой связи между главными электрогенераторами и движителем. Чаще всего, в качестве приводов электрогенераторов используются двухтопливные среднеоборотные ДВС (например, фирмы Wartsila). Характеристики такого проекта для условий, установленных в предыдущем разделе, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Характеристики одновальной ЭУ с ЕЭЭС
Полезная 3 грузовместимость, м Эксплуатационная пропульсивная мощность, кВт Эксплуатационная мощность ЕЭЭС, кВт Скорость хода, уз Часовые затраты по топливу, $/ч
164769 28577 29945 19,05 1934,16
Главный недостаток ЭУ с приведёнными характеристиками в одновальном исполнении - это необходимость увеличения частоты вращения гребного винта, для достижения необходимого упора. С повышением частоты вращения винта снижается эффективность его работы и, как следствие, возрастают затраты ЭУ по топливу. В условиях, когда топливо - это перевозимый газ, одновременно снижается полезная грузовместимость.
Двухвальная ЭУ с ЕЭЭС
В последние годы, для больших стандартных газовозов наблюдается тенденция к переходу от одновальной схемы к двухвальной. Таким образом, при имеющейся осадке (порядка 11,5 м), удаётся понизить оборотность каждого из винтов и, тем самым увеличить энергетическую эффективность проекта, хотя и в ущерб построечной стоимости. Характеристики такого варианта проекта приведены в табл. 3.
Таблица 3. Характеристики двухвальной ЭУ с ЕЭЭС
Полезная 3 грузовместимость, м3 Эксплуатационная пропульсивная мощность, кВт Эксплуатационная мощность ЕЭЭС, кВт Скорость хода, уз Часовые затраты по топливу, $/ч
164908 27037 28378 19,04 1833,30
Полученные характеристики показывают значительный прирост энергетической эффективности ЭУ, а именно сокращение на полтора МВт пропульсивной мощности, необходимой для обеспечения, практически, той же скорости хода, с соответствующим сокращением часовых расходов на топливо и увеличением полезной грузовместимости проекта.
При этом сохраняется общий недостаток схем ЭУ с ЕЭЭС - значительные потери мощности при её передаче на гребные винты. В систему главной передачи мощности ЕЭЭС входят такие элементы как: силовые кабельные трассы - канализируют электроэнергию от генераторов к главным потребителям; блок статического преобразования частоты - преобразует параметры генерируемой электроэнергии в потребные гребным электродвигателям; гребной электродвигатель - преобразует электрическую энергию в механическую; главный редуктор - преобразует параметры механической энергии под необходимые на гребном винте. Включение в состав ЭУ всех этих элементов, в среднем, снижает эффективность пропульсивной установки на 7%. Также сама электроэнергия генерируется за счёт механической работы, совершаемой среднеоборотными ДВС, которые, в силу внутренних конструктивных особенностей, менее экономичны, чем малооборотные.
ЭУ с прямой передачей мощности и дизельными ВД
Использование малооборотных двухтопливных ДВС с прямой передачей мощности на винты - это новое направление в энергетике газовозов. Флот СПГ-танкеров с таким типом ЭУ достаточно малочисленен. Тем не менее, этот тип ЭУ имеет ряд очевидных преимуществ. Во-первых, малооборотные ГД (например, фирмы Winterthur G&D) - самый экономичный тип двигателей на флоте. Во-вторых, прямая передача мощности на винты исключает энергетические потери в элементах, описанных в предыдущем разделе. В-третьих, если ВД - дизельные, то они не потребляют
перевозимый судном газ. ВД необходимы этому типу ЭУ для привода электрогенераторов, обеспечивающих электроэнергией вспомогательную ЭУ и общесудовых потребителей. Установки этого типа всегда двухвальные. Потому что, при прямой передаче мощности на винт, только в этом случае обеспечивается надёжность ЭУ газовоза на должном уровне. Характеристики варианта проекта приведены в табл. 4.
Таблица 4. Характеристики ЭУ с прямой передачей и дизельными ВД
Полезная грузовместимость, м3 Эксплуатационная пропульсивная мощность, кВт Эксплуатационная мощность СЭС, кВт Скорость хода, уз Часовые затраты по топливу, $/ч
165861 24592 2450 18,92 1300,19
Использование этого типа ЭУ позволяет дополнительно сократить пропульсивную мощность, примерно, на полтора МВт. Высокая экономичность двигателей Winterthur позволяет повысить полезную грузовместимость проекта, почти, на 1 тыс. м3 СПГ. Значительно сокращаются затраты на топливо, в том числе, потому что двигатели фирмы Winterthur отличаются минимальным потреблением запального дизельного топлива на единицу газового топлива.
С другой стороны, повышенная экономичность главной ЭУ приводит к избыточности, испаряющегося в танках газовоза, груза, который необходимо повторно сжижать и возвращать в танки. Осуществление этого процесса значительно повышает мощность СЭС. К тому же, при работе СЭС на дорогостоящем дизельным топливе, страдает экономичность ЭУ.
ЭУ с прямой передачей мощности и двухтопливными ВД
Данный тип ЭУ предпочтителен при необходимости обеспечения наиболее полной утилизации испаряющегося груза. В этом случае, дизель-генераторы заменяются генераторами, приводимыми двигателями, работающими на газе. Например, теми же среднеоборотными двухтопливными двигателями фирмы Wartsila. Эффект от этого технического решения возможно оценить по данным табл. 5.
Таблица 5. Характеристики ЭУ с прямой передачей мощности и двухтопливными ВД
Полезная грузовместимость, м3 Эксплуатационная пропульсивная мощность, кВт Эксплуатационная мощность СЭС, кВт Скорость хода, уз Часовые затраты по топливу, $/ч
165688 24671 2187 18,94 1259,19
По данным таблицы видно, что, в сравнении с предыдущим вариантом, действительно, удаётся на 263 кВт сократить мощность СЭС. При этом не происходит значительного прироста экономичности ЭУ, поскольку, перевод СЭС на газ приводит к сокращению полезной грузовместимости и, как следствие, к необходимости повышения пропульсивной мощности ЭУ для сохранения на прежнем уровне интенсивности грузоперевозки. К тому же отказ от дизельных ВД в пользу двухтопливных увеличивает построечную стоимость ЭУ.
Анализ полученных результатов
Для анализа влияния различных типов ЭУ на энергетическую эффективность СПГ-танкеров выбираются следующие характеристики ЭУ: полезная грузовместимость, эксплуатационная пропульсивная мощность, часовые затраты по топливу. На рис. 1, 2 и 3 приведены графики изменения этих характеристик в зависимости от типа ЭУ.
ВД - дизельные ВД - двухтопливные ЭУ с прямой передачей мощности
Рис. 1. Полезная грузовместимость газовозов с различными типами ЭУ
ВД- дизельные ВД - двухтопливные ЭУ с прямой передачей мощности
Рис. 2. Эксплуатационная пропульсивная мощность вариантов ЭУ
Рис. 3. Часовые затраты типов ЭУ по топливу
Из приведённых данных однозначно следует, что требованию повышения энергетической эффективности (и, как следствие, снижению затрат по топливу) в наибольшей степени соответствует оснащение проекта двухтопливными малооборотными ГД и двухтопливными электрогенераторными агрегатами.
С другой стороны, с позиции обеспечения максимальной полезной грузовместимости этот вариант ЭУ не является наилучшим и уступает ЭУ с дизельными ВД, не расходующими перевозимый груз. Тем не менее, из сравнения данных по табл. 4 и 5 следует, что дополнительный расход газа ВД успешно компенсируется незначительным повышением скорости хода, позволяющим сохранить интенсивность грузоперевозки на прежнем уровне. Важно, что, даже при увеличении скорости хода и соответствующем увеличении пропульсивной мощности, вариант с двухтопливными ВД показывает большую экономичность, превосходя ближайшего конкурента более чем на 3%.
Также из рис. 2 следует, что переход на ЭУ с малооборотными ГД обеспечивает снижение на 9% пропульсивной мощности, что обеспечивает снижение построечной стоимости энергетической установки.
Перспективными остаются такие способы дальнейшего повышения энергетической эффективности ЭУ с малооборотными ДВС как использование валогенераторов и утилизационных турбин, но такие технические решения ещё не нашли широкого применения на флоте СПГ-танкеров.
Список литературы / References
1. Propulsion trends in LNG carriers. Copenhagen: MAN Diesel & Turbo, 2013. 20 с.
2. Significant ships of 2010. London: Royal institution of naval architects, 2011. 115 с.
3. Significant ships of 2014. London: Royal institution of naval architects, 2015. 109 с.
4. Significant ships of 2015. London: Royal institution of naval architects, 2016. 91 с.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕВОЗОК ЗРИТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ В ПЕРИОД ПРОВЕДЕНИЯ КРУПНЫХ СПОРТИВНЫХ СОРЕВНОВАНИЙ Коротаев А.С. Email: [email protected]
Коротаев Александр Сергеевич — магистрант, кафедра автомобильных перевозок, факультет управления, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, г. Москва
Аннотация: в статье предложена и обоснована методика планирования и организации перевозок зрителей автомобильным транспортом в период проведения крупных спортивных соревнований. При разработки методики изучен зарубежный и отечественный опыт организации транспортного обеспечения зрителей в период проведения спортивных соревнований. Кроме того, учтено действующее законодательство Российской Федерации в области транспортного обеспечения Кубка конфедераций FIFA 2017 года и чемпионата мира по футболу FIFA 2018 года в Российской Федерации, в том числе Концепция мобильности болельщиков.
Ключевые слова: методика планирования и организации перевозок, автомобильный транспорт, спортивные соревнования.
DEVELOPMENT OF METHODS FOR PLANNING AND ORGANIZING THE TRANSPORT OF SPECTATORS BY MOTOR TRANSPORT DURING THE PERIOD OF MAJOR SPORTING EVENTS Korotaev A.S.
Korotaev Alexander Sergeevich - Graduate Student, DEPARTMENT OF ROAD TRANSPORT, FACULTY OF MANAGEMENT, MOSCOW STATE AUTOMOBILE AND ROAD TECHNICAL UNIVERSITY, MOSCOW
Abstract: the article proposes and justifies the methodology for planning and organizing the transport of spectators by road during the period of major sporting events. When developing the methodology, foreign and domestic experience in organizing transport support for spectators during the period of sporting events was studied. In addition, the current legislation of the Russian Federation in the field of transport security The Confederations Cup of the FIFA 2017 and the World Cup FIFA 2018 in the Russian Federation, including the concept of mobility offans.
Keywords: methods ofplanning and organization of transportation, road transport, sports competitions.
УДК 656.02
