prezentacja programu powerpoint · fotowoltaiczne wiatrowy odnawialne ŹrÓdŁa energii parowy +...

49
ALTERNATYWNE PALIWA ŻEGLUGOWE Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Wydział Techniki Morskiej i Transportu Konferencja Globalne wyzwania dotyczące redukcji emisji GHG dla żeglugi międzynarodowej i przemysłu stoczniowego Gdańsk, 9 stycznia 2020 Wojciech Zeńczak

Upload: others

Post on 26-Jun-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

ALTERNATYWNE PALIWA

ŻEGLUGOWE

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny

w Szczecinie

Wydział Techniki Morskiej i Transportu

Konferencja

Globalne wyzwania dotyczące redukcji emisji GHG dla żeglugi

międzynarodowej i przemysłu stoczniowego

Gdańsk, 9 stycznia 2020

Wojciech Zeńczak

Page 2: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

2

Plan wystąpienia

1. Wprowadzenie

2. Definicja paliw alternatywnych i ich klasyfikacja

3. Proekologiczne projektowanie siłowni okrętowych

4. Przegląd wybranych paliw alternatywnych

5. Analiza porównawcza paliw alternatywnych

6. Podsumowanie

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 3: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

3

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Wprowadzenie

Przesłanki do poszukiwania i stosowania paliw alternatywnych

• Wyczerpujące się zasoby paliw kopalnych

• Wprowadzenie stref kontroli emisji spalin (SECA, NECA)

• Ograniczenie dopuszczalnej zawartości siarki w paliwie

globalnie (0,5% od stycznia 2020)

• Wysokie koszty paliw niskosiarkowych lub alternatywnie

instalacji scruberów

• Wymagana poprawa efektywności energetycznej statku

(sukcesywne obniżanie EEDI, określenie SEEMP, EEOI)

• Ograniczenie emisji gazów cieplarnianych (redukcja o 50%

do 2050 r. w porównaniu do roku 2008 wg strategii IMO)

Page 4: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

4www.cleanairatsea.com

Dopuszczalna

zawartość siarki w

paliwie w portach UE

i na wodach

europejskich

0,5%

0,1%

Wojciech Zeńczak

Alternatywne paliwa żeglugowe

Foto: autor

0,1%

Page 5: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

5

Wojciech Zeńczak

Alternatywne paliwa żeglugowe

Emisja a jakość powietrza i zmiany klimatyczne

Kategoria I Kategoria II

Emisja lokalna Emisja gazów cieplarnianych

➢ Głównie NOx, SOx oraz PM ➢ Głównie CO2 i CH4

Inspirowane przez

S. Bleuanus, Wärtsilä Marine Business

➢ Wpływ na zdrowie i środowisko ➢ Wpływ na globalne ocieplenie

➢ Skutek w krótkim czasie ➢ Skutek po dłuższym czasie

➢ Efekt lokalny ➢ Efekt globalny

Jak przeciwdziałać?

Page 6: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

6

➢ Instalacja scrubera

ok. 4 mln USD / statek

Alternatywne paliwa żeglugowe

➢ LS MGO

ok. 2 mln USD rocznie / statek

Wojciech Zeńczak

www.alfalaval.com

➢ Paliwa alternatywne

www.dnvgl.com

Page 7: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

7

Wojciech Zeńczak

Alternatywne paliwa żeglugowe

Definicja paliw alternatywnych i ich klasyfikacja

Definicja ogólna:

Paliwa alternatywne (niekonwencjonalne) to wszelkie materiały i

substancje, które mogą być stosowane jako paliwa lecz inne niż

konwencjonalne paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz ziemny) i

materiały promieniotwórcze (uran , tor)

W żegludze:

Paliwa alternatywne to inne niż ciekłe paliwa ropopochodne.

Za takie uważa się powszechnie LNG, LPG, metanol,

biopaliwa ciekłe i gazowe, amoniak, wodór, E- paliwa

(technologia PtF), pelet zwykły i toryfikowany (biowęgiel)

Page 8: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

8

Paliwa możliwe do stosowania w okrętowym systemie energetycznym z

podziałem na konwencjonalne i niekonwencjonalne

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Paliwo

Niekonwencjonalne Konwencjonalne

Węgiel Stałe

Olej gazowy

Olej napędowy

Olej

pozostałościowy

Benzyna

Metan

LPG

Ciekłe

Gazowe

Stałe

Ciekłe

Gazowe

Izotopy

Biomasa

Orimulsion

Alkohol

Olej roślinny

Wodór

Półstałe

Amoniak

Biogaz

Page 9: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

9

Paliwa możliwe do stosowania w okrętowym systemie energetycznym z

podziałem na konwencjonalne i niekonwencjonalne

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Paliwo

Niekonwencjonalne Konwencjonalne

Węgiel Stałe

Olej gazowy

Olej napędowy

Olej

pozostałościowy

Benzyna

Metan

LPG

Ciekłe

Gazowe

Stałe

Ciekłe

Gazowe

Izotopy

Biomasa

Orimulsion

Alkohol

Olej roślinny

Wodór

Półstałe

Amoniak

Biogaz

Page 10: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

PALIWO SILNIK PRZEKŁADNIA

WĘGIEL

MGO,

MDO, HFO

METAN

BIOPALIWA

.

SPALINOWY

ELEKTRYCZNY

+

OGNIWO

PALIWOWE

HYDRAULICZNA

MECHANICZNA

ELEKTRYCZNA

B

A

R

D

Z

I

E

J

P

R

Z

Y

J

A

Z

N

Y

D

L

A

Ś

R

O

D

O

W

I

S

K

A

PAROWY+

KOCIOŁ

KONWENCJONALNY

ELEKTRYCZNY

+

OGNIWO

FOTOWOLTAICZNE

WIATROWY

ODNAWIALNE

ŹRÓDŁA

ENERGII

PAROWY +

KOCIOŁ FLUIDALNY

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak10

Proekologiczne projektowanie siłowni okrętowych

WODÓR+

E-fuels

Wpływ wyboru źródła

energii i rozwiązania

układu napędowego

na obciążenie

środowiska

naturalnego

Page 11: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

11

Wpływ wyboru źródła

energii i rozwiązania

układu napędowego

na obciążenie

środowiska

naturalnego

PALIWO SILNIK PRZEKŁADNIA

WĘGIEL

MGO,

MDO, HFO

METANSPALINOWY

ELEKTRYCZNY

+

OGNIWO

PALIWOWE

HYDRAULICZNA

MECHANICZNA

ELEKTRYCZNA

B

A

R

D

Z

I

E

J

P

R

Z

Y

J

A

Z

N

Y

D

L

A

Ś

R

O

D

O

W

I

S

K

A

PAROWY+

KOCIOŁ

KONWENCJONALNY

ELEKTRYCZNY

+

OGNIWO

FOTOWOLTAICZNE

WIATROWY

ODNAWIALNE

ŹRÓDŁA

ENERGII

PAROWY +

KOCIOŁ FLUIDALNY

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

WODÓR+

E-fuels

BIOPALIWA

.

Proekologiczne projektowanie siłowni okrętowych

Page 12: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

12

Przewidywane zmiany w projektowaniu

okrętowych systemów energetycznych

Doskonalenie klasycznych

rozwiązań opartych na

paliwach ciekłych

ropopochodnych pod

kątem zmniejszenia zużycia

paliwa i ograniczenia

zanieczyszczeń środowiska

Dążenie do stosowania

nowoczesnych technologii

energetycznych np. układów

hybrydowych na bazie ogniw

paliwowych, wodoru (e-fuels),

akumulatorów i silników cieplnych

lub samych ogniw paliwowych

W miarę możliwości

wykorzystywanie

odnawialnych źródeł

energii

Traktowanie LPG i LNG jako paliw przejściowych

Wojciech Zeńczak

Alternatywne paliwa żeglugowe

Page 13: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

13

Przegląd wybranych paliw alternatywnych

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

LNG

Zalety

➢ Wysoka wartość opałowa tj. 50 MJ/kg

➢ Ze wszystkich węglowodorów LNG (CH4) posiada największy

stosunek atomów wodoru do atomów węgla (4:1)

➢ Emisja CO2 ok. 25 % mniejsza niż podczas spalania MDO

➢ Znaczne doświadczenia praktyczne w stosowaniu LNG jako

paliwa okrętowego

Wady

➢ Niska temperatura magazynowania (< -160oC)

➢ Mała gęstość (450 kg/m3)

➢ Wymagana dawka pilotowa MDO do zapłonu gazu

Fot.. M. Adamkiewicz

Page 14: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

14

Emisja

6S70ME-C (HFO) 6S70ME-GI (LNG)

Składnik Wartość Składnik Wartość

CO2, g/kWh 577 CO2, g/kWh 446

O2, g/kWh 1359 O2, g/kWh 1340

CO, g/kWh 0,64 CO, g/kWh 0,79

NOx, g/kWh 11,58 NOx, g/kWh 10,12

HC, g/kWh 0,19 HC, g/kWh 0,39

SOx, g/kWh 10,96 SOx, g/kWh 0,88

PM mg/m3 0,54 PM mg/m3 0,34

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Porównanie wielkości emisji przez silniki zasilane HFO i LNG

Źródło: ME-GI Dual Fuel MAN B&W Engines, MAN Diesel, Copenhagen

Page 15: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

15

Emisja

6S70ME-C (HFO) 6S70ME-GI (LNG)

Składnik Wartość Składnik Wartość

CO2, g/kWh 577 CO2, g/kWh 446

O2, g/kWh 1359 O2, g/kWh 1340

CO, g/kWh 0,64 CO, g/kWh 0,79

NOx, g/kWh 11,58 NOx, g/kWh 10,12

HC, g/kWh 0,19 HC, g/kWh 0,39

SOx, g/kWh 10,96 SOx, g/kWh 0,88

PM mg/m3 0,54 PM mg/m3 0,34

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Porównanie wielkości emisji przez silniki zasilane HFO i LNG

Źródło: ME-GI Dual Fuel MAN B&W Engines, MAN Diesel, Copenhagen

Page 16: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

16

2000 r. – początek eksploatacji pierwszego w świecie

promu (Glutra) zasilanego LNG

Źródło: Szynkaruk 9/2013

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 17: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

17

2013 r. wejście do eksploatacji na linię Turku – Marienhamm –

Sztokholm pierwszego dużego promu zasilanego LNG*

*) Liczba pasażerów -2800 osób,

Załoga -200 osób,

Zużycie paliwa – 50 Mg LNG/24 godziny,

Zbiorniki zapasowe paliwa 2x200m3 ( ok. 3 dni)

Żródło: Szynkaruk 9/2013

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 18: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

18

Metanol

Zalety

➢ Brak emisji SOx

➢ Bardzo niska emisja NOx (na poziomie Tier III)

➢ Neutralna wobec środowiska emisja CO2 w przypadku stosowania

biometanolu

➢ Łatwość rozpuszczania się metanolu w wodzie i szybka biodegradacja

Wady

➢ Niska wartość opałowa tj. 20 MJ/kg

➢ Objętość zbiorników zapasowych paliwa musi być dwukrotnie większa

niż dla paliw klasycznych przy założeniu tego samego zasięgu statku

➢ Niska temperatura zapłonu 11oC !

➢ Konieczność życia niewielkiej dawki oleju napędowego inicjującego

zapłon

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 19: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

19

Właściwość Metanol LNG MGO HFO

Zawartość węgla, (wt .%) 37,49 75 87 85

Gęstość w temp. 15oC , kg/m3 794,6 431÷464* 833÷881 950÷1010

Wartość opałowa, MJ/kg 20 49 42,5÷43 39,2÷41,5

Min. temp. zapłonu, oC 11** -136** 60 60

Temp. samozapłonu, oC 464 580 320÷360 280÷350

Liczba cetanowa 5 0 >40 >40

Mieszanina wybuchowa w

powietrzu, vol% in air

6,72÷36,5 4,2÷16 1÷5

Rozpuszczalność w wodzie całkowita Nie Nie

Zawartość siarki , % 0 <0,06 <0,5 lub <0,1 <3,5

Emisja NOx Spełnia

wymagania

Spełnia

wymagania

Wymagany

katalizator

Wymagany

katalizator

Emisja cząstek stałych Bardzo niska Bardzo niska Mniejsza niż HFO Wysoka

Opcja redukcji GHG Może być

zastąpiony

biometanol

Może być

zastąpiony

biogaz

Może być

zastąpiony przez

biodiesel

Nie

*) w temp. wrzenia

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Porównanie właściwości metanolu z innymi paliwami ciekłymi

**) 1 Stycznia 2017 wszedł w życie IGF CODE (International Code of Safety for Ships Using Gases or other Low-flashpoint Fuels

Page 20: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

20

Prom „Stena Germanica“ pierwszy duży statek na świecie zasilany

metanolem przebudowany w Stoczni Remontowa w roku 2015

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Źródło: https://www.gospodarkamorska.pl/

Page 21: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

21

Zalety

➢ Nietoksyczny i zerowa emisja związków toksycznych

➢ Bardzo wysoka wartość opałowa (120 MJ/kg)

➢ Dostępny w nieograniczonych ilościach przy zastosowaniu

elektrolizy wody do jego produkcji

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wodór

Wady

➢ Bardzo mała gęstość (LH2 -71 kg/m3)

➢ Objętość zbiorników zapasowych paliwa 5 x większa

(LH2) lub 10 x większa (CH2 - 70 MPa) niż dla HFO

przy założeniu tego samego zasięgu statku

➢ Kłopotliwe magazynowanie wodoru

➢ Szeroki zakres palności (4-75% V/V), a wybuchowości

15-95% V/V w powietrzu

Page 22: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

22

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Ogniwo

paliwowe

Technologia

konwencjonalna

Energia chemiczna paliwa

Energia elektryczna

Ciepło

Energia

mechaniczna

Schemat wytwarzania energii elektrycznej w sposób

konwencjonalny i z wykorzystaniem ogniwa paliwowego

https://marine.man-es.comPublished by Siemens AG

Page 23: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Paliwo do ogniw paliwowych

➢ czysty wodór

➢ związki bogate w wodór

(gaz ziemny, metanol, etanol, amoniak oraz destylaty

ropy naftowej lub zgazyfikowany węgiel)

Wodór otrzymuje się z tych związków w konwerterze

w procesie tzw. reformingu czyli rozkładu termicznego

(np. z metanolu wodór pozyskiwany jest w reakcji z

parą wodną w temperaturze 180 -330 oC w obecności

katalizatora)

CH3OH+ H2O =CO2 +3H2

23

Alternatywne paliwa żeglugowe

Page 24: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Możliwe sposoby magazynowania wodoru na statku:

➢ w postaci wodorków metali np. FeTi lub FeTi+MgNi;

(w wyniku podgrzewania wodorku np. ciepłem

odpadowym z ogniwa uwalnia się wodór;

FeTi – 40 ÷ 70 oC

FeTi+MgNi – 80 ÷ 300 oC

1 m3 proszku może wchłonąć 66,5 kg H2

➢ skroplony w zbiornikach super zaizolowanych

(-253oC)

➢ sprężony w zbiornikach ciśnieniowych

(35 MPa do 70 MPa);

Fot: autor

24

Alternatywne paliwa żeglugowe

Page 25: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

82,3 82,3

481

204

90

0

100

200

300

400

500

1 2 3 4 5

1221 1163 1238

612

376

1000

150

300

450

600

750

900

1050

1200

1 2 3 4 5 6

*CGH2 LH2 CH3OH LPG MDO

Ma

sa

[ M

g]

* CGH2 LH2 MeH2 CH3OH LPG MDOObję

tość [

m3]

Masa i objętość zapasu

różnych rodzajów paliw dla

statku typu rzeka-morze o

zasięgu 4000 Mm

12 TEU

Alternatywne paliwa żeglugowe

*) przyjęto zbiorniki firmy Dynatek na ciśnienie 75MPa,

Źródło: WOJCIECH ZEŃCZAK, KONCEPCJA ROZWIĄZANIA SYSTEMU ENERGETYCZNEGO STATKU TYPU

RZEKA- MORZE Z OGNIWEM PALIWOWYM , Konferencja Okrętownictwo i Oceanotechnika 2006

Page 26: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Okręt podwodny klasy 214 (Howaldswerke, Kiel)

Zbiorniki z ciekłym

tlenem

Zbiorniki

z wodorkami

Stos ogniw w kontenerze

wypełnionym

inert gazem (N2)

2x 120 kW FC

W znurzeniu: 6 w

(7dni) / 4 w (14 dni)

26

Alternatywne paliwa żeglugowe

Published by Siemens AG

Page 27: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

27

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wymiary główne:

• długość 20,00 m

• szerokość 8,20 m

• zanurzenie 1,25 m

• wyporność 149 t

• moc 2x210 kW

Autonomiczność/ zasięg

• na akumulatorach 6H 8h/ 65 km

• hybrydowym Aku +FC 16h /100 km

ELEKTRA- pierwszy w pchacz rzeczny

z zeroemisyjnym napędem

hybrydowym do użytku komercyjnego

na trasę Berlin -Hamburg ( w budowie)

Page 28: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

28

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

E- paliwa (technologia PtF).

Wytwarzanie

e. elektrycznej

Produkcja

wodoru

Dostarczenie CO2, synteza,

kondycjonowanie

Żeglugowe

E-paliwa

H2, (LH2)

CH4, (LMG)

Metanol

Olej

napędowy

Amoniak i

jego

pochodne

H2O

H2

https://marine.man-es.com Fot: autorhttps:rolls-royce.com/

Page 29: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

29

Zalety

➢ Może być stosowany w silnikach spalinowych

➢ Jako nośnik wodoru do ogniw paliwowych (stopień

konwersji amoniaku do wodoru wynosi 98-99%)

➢ Łatwy w magazynowaniu

➢ Wysoka liczba oktanowa 110 – 130

Alternatywne paliwa żeglugowe

Amoniak

Wady

➢ Toksyczny i wywołuje korozję

➢ Intensywny i nieprzyjemny zapach

➢ Wolne rozprzestrzenianie się płomienia (silniki musiałby

mieć b. wysoki stopień sprężania od 40:1 do 100:1, lub

konieczne współspalanie z benzyną)

Wojciech Zeńczak

Page 30: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

30

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Pelet toryfikowany (lub zwykły)

Toryfikacja (torrefaction) jest najbardziej efektywnym

procesem uszlachetniania biomasy.

Polega ona na ogrzewaniu biomasy zwykle w temperaturze

od 200 do 300 oC w atmosferze gazów obojętnych w wyniku

czego powstaje materiał o właściwościach bardzo

zbliżonych do węgla (karbonizat).

Typowa toryfikacja daje ok 30% zagęszczenie energii

Z toryfikowanej biomasy mogą być też wytwarzane tzw.

pelety drugiej generacji.

www.power-eng.com

Page 31: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

31

Zalety

➢ Praktycznie zerowa emisja SOx (< 0.08% S)

➢ Emisja NOx jest bardzo niska tj. na poziomie Tier III

➢ Neutralna wobec środowiska emisja CO2

➢ Posiada właściwości hydrofobowe

Wady

➢ Niska wartość opałowa w porównaniu

do HFO lub LNG (duża

objętość zapasu paliwa)

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczakwww.edie.net

Page 32: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

32

Forma biomasy

lub paliwo

Wartość opałowa

[MJ/kg]

Gęstość

[kg/m3]

Słoma szara 15,2 90 -165

Drewno bez kory 18,5 380 - 640

Brykiet drzewny 17,5 470 1)

Pelet drzewny zwykły 19,5 630- 750 1)

Pelet toryfikowany 23-26 750-850 1)

Węgiel kamienny 16 - 29 800 - 10001)

Olej napędowy (DMA) 40 890 (bei 15 oC)

Olej opałowy (RMK 700) 39,4 1010 (bei 15 oC)

Metanol 20 794 (bei 15 oC)

LNG 49 431-464 2)

Wartość opałowa i gęstość różnych form biomasy oraz paliw

1) Gęstość nasypowa 2) w temp. wrzenia

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 33: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

33

Forma biomasy

lub paliwo

Wartość opałowa

[MJ/kg]

Gęstość

[kg/m3]

Słoma szara 15,2 90 -165

Drewno bez kory 18,5 380 - 640

Brykiet drzewny 17,5 470 1)

Pelet drzewny zwykły 19,5 630- 750 1)

Pelet toryfikowany 23-26 750-850 1)

Węgiel kamienny 16 - 29 800 - 10001)

Olej napędowy (DMA) 40 890 (bei 15 oC)

Olej opałowy (RMK 700) 39,4 1010 (bei 15 oC)

Metanol 20 794 (bei 15 oC)

LNG 49 431-464 2)

Wartość opałowa i gęstość różnych form biomasy oraz paliw

1) Gęstość nasypowa 2) w temp. wrzenia

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 34: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

34

Forma biomasy

lub paliwo

Wartość opałowa

[MJ/kg]

Gęstość

[kg/m3]

Słoma szara 15,2 90 -165

Drewno bez kory 18,5 380 - 640

Brykiet drzewny 17,5 470 1)

Pelet drzewny zwykły 19,5 630- 750 1)

Pelet toryfikowany 23-26 750-850 1)

Węgiel kamienny 16 - 29 800 - 10001)

Olej napędowy (DMA) 40 890 (bei 15 oC)

Olej opałowy (RMK 700) 39,4 1010 (bei 15 oC)

Metanol 20 794 (bei 15 oC)

LNG 49 431-464 2)

Wartość opałowa i gęstość różnych form biomasy oraz paliw

1) Gęstość nasypowa 2) w temp. wrzenia

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 35: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Parametr Wartość Jednostka

Masa zapasu toryfikowanego Peletu (60 godzin ) 597 Mg

Objętość zapasu toryfikowanego Peletu

(dla gęstości 850 kg/m3 i dla 26 MJ/kg)

702 m3

Masa zapasu peletu zwykłego (60 godzin ) 796 Mg

Objętość zapasu peletu zwykłego (dla gęstości 750 kg/m3 ) 1061 m3

Masa zapasu MDO do kotła (60 g. zamiast peletu) 388 Mg

Objętość zapasu MDO 435 m3

Masa zapasu LNG (zamiast peletu) 316 Mg

Objętość zapasu LNG 682 m3

Obliczenia objętości zapasu różnych

paliw dla promu typu

ro- pax na linię Świnoujście- Ystad *

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

35

www.portalmorski.pl

*) Całkowita moc siłowni 17 000 kW

Page 36: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Parametr Rodzaj paliwa

Pelet

zwykły

Pelet

toryfikowany

ULSFO LNG

Cena jednostkowa, $/Mg 196 1) 703) 682 2) 265

Zapas na 60 h, Mg 796 597 300 244

Koszty paliwa, $ 156 016 41 790 204 705 64 872

1) Kurs wymiany 3,82 PLN =1 USD

2) Cena przeliczona z USD/ metric ton na USD/Mg dla gęstości 850 kg /m3

3) Przyjęto cenę jak dla węgla energetycznego

Koszty paliwa dla siłowni turboparowej i motorowej

Siłownia turboparowa

Siłownia motorowa

Na podstawie: A. Adamkiewicz, D. Łuszczyński, W. Zeńczak BIOKOHLEPELLETS ALS BETRIEBSSTOFF FÜR DIE IN

DER SCHWEFELEMISSIONSKONTROLLZONE BETRIEBENE SCHIFFE, 25 Energie Symposium, Stralsund 2018

Alternatywne paliwa żeglugowe

36

Wojciech Zeńczak

Page 37: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

37

Schemat systemu transportu pneumatycznego peletu toryfikowanego na statku

1 - zbiorniki zapasowe, 2 - czujnik poziomu, 3 - rurociąg zasilający, 4 - sprężarki

powietrza, 5 - dozownik, 6 - rurociąg transportowy do kotła, 7 - zbiornik dzienny,

8 - zbiornik popiołu, 9 - kocioł z złożem fluidalnym

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 38: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

38

Stanowisko badawcze

1. Podstawa

2. Platforma

3. Dmuchawa

4. Siłownik śrubowy

5. Silnik elektryczny

6. Zasilanie

7. Rurociąg transportowy

8. Zbiorniki

9. Cyklon

10. Komputer

11. Manometer różnicowy

12. Termoanemometer

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Page 39: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

39

Spadek ciśnienia w rurociągu transportowym dla różnych

okresów symulowanych kołysań bocznych statku

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Źródło: A. Adamkiewicz, D. Łuszczyński, W. Zeńczak BIOKOHLEPELLETS ALS BETRIEBSSTOFF FÜR DIE IN DER

SCHWEFELEMISSIONSKONTROLLZONE BETRIEBENE SCHIFFE, 25 Energie Symposium, Stralsund 2018

Page 40: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

40

Wojciech Zeńczak

Alternatywne paliwa żeglugowe

Źródło: inspirowane https://www.dnvgl.com/maritime/publications

Analiza porównawcza paliw alternatywnych

Page 41: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

41

Źródło: na podstawie www.dnvgl.com

HFO

MGO

LNG (katarski stosowany w Europie)

LNG (katarski sosowany w Katarze)

LPG

Metanol (produkowany z CH4)

Biometanol

Biodiesel *

Biogaz (o zaw. 97%metanu, ciekły)

LH2 (produkowany z CH4)

LH2 (produkowany z wody, elektroliza)

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Wielkość emisji CO2 z alternatywnych paliw żeglugowych z uwzględnieniem

emisji podczas ich produkcji

*) emisja zależy od metody produkcji

Zbiornik -pędnik

Źródło - zbiornik

Page 42: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

42

Alternatywne paliwa żeglugowe

Porównanie cen najbardziej popularnych paliw

alternatywnych w odniesieniu do ropy Brent

Wojciech Zeńczak

Page 43: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

43

Alternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

Żródło: https://www.dnvgl.com

Zimna cen LNG, metanolu i ciekłych paliwa ropopochodnych

w okresie 06.2014- 11.2019

Page 44: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

44

PodsumowanieAlternatywne paliwa żeglugowe

Wojciech Zeńczak

➢ Istnieje duże zainteresowanie w budowie statków zasilanych

paliwami alternatywnymi szczególnie przeznaczonych do

eksploatacji w strefach ECA

➢ Najpopularniejszymi paliwami alternatywnymi w żegludze

są LNG i metanol

➢ Należy się spodziewać ekspansji statków z napędem

hybrydowym elektrycznym bateryjnym w połączeniu z

ogniwami paliwowymi (zwiastun -pchacz Elektra)

➢ Dobrą alternatywą dla paliw klasycznych ale także LNG i

metanolu może być toryfikowany pelet

➢ Brakiem emisji CO2 charakteryzuje się wodór otrzymywany

na drodze elektrolizy wody z użyciem odnawialnych źródeł

energii, w drugiej kolejności są biopaliwa

➢ Aktualnie najniższe ceny w przeliczeniu na jednostkę

energii mają paliwa gazowe (LNG, LPG)

Page 45: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Dziękuję za uwagę

e-mail: [email protected]

Wydział techniki Morskiej i Transportu

www.portalmorski.pl

Fot: autor

Page 46: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

46

Z uwagi na zalety metanolu oraz LNG, w aspekcie

wprowadzenia stref SECA, dopuszczono zgodnie z SOLAS

Ch.II-2 Reg. 17 stosowanie paliw o niskiej temperaturze

zapłonu na statkach handlowych pod warunkiem

wykorzystania podczas projektowania sprawdzonej metody

oceny ryzyka („risk-based design and approval”).

1 Stycznia 2017 wszedł w życie IGF CODE (International

Code of Safety for Ships Using Gases or other Low-

flashpoint Fuels).

Wojciech Zeńczak

Alternatywne paliwa żeglugowe

Page 47: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

Rurociąg transportowy

Zasobnia paliwa

stałego

Zasobnia popiołu

Zasobnie paliwa

dzienne

Zasobnie popiołu

Źródło:

Crawley M., Pneumatic Transfer of Coal on Board, raport

Macweber Engineering, U.S.A

Zasobnia

paliwa stałego

Przykład instalacji transportu paliwa stałego na statku

Alternatywne paliwa żeglugowe

Page 48: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

48

Biogaserzeugung 26. ENERGIE SYMPOSIUM

Das Biogas enthält:

• bis zu 60% Methan (CH4),

• bis zu 9% verschiedenen Gase wie Wasserstoff (H2),

Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2) und Schwefelwasserstoff

(H2S),

• Kohlendioxid (CO2) (der Rest).

Das Produkt der Methangärung ist neben Biogas ein Biomüll,

der als organischer Dünger verwendet werden kann.

Von 1 kg organischer Substanz kann ca. 0,4 m3 Biogas mit

einem Heizwert von 16,8 bis 23 MJ / m3 gewonnen werden.

Page 49: Prezentacja programu PowerPoint · FOTOWOLTAICZNE WIATROWY ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII PAROWY + KOCIOŁ FLUIDALNY Alternatywne paliwa żeglugowe Wojciech Zeńczak WODÓR+ E-fuels

49

Biogaserzeugung 26. ENERGIE SYMPOSIUM

Verwertung an Bord

Speisereste

Bordküche/Restaurants

Sonstige organische

Reststoffe

Schiffsbiogas-

anlage

Biogas

Speicherung &

Nutzbarmachung

Prozess-

optimierung

Gärreste

Klärschlamm(aus der

Abwasserreinigung)

Schema einer anaeroben Behandlung organischer

Reststoffe an Bord von Kreuzfahrtschiffen

www.clean-biogas.de