Ο υπογράφων μηχανικός Αρ.Μητρώου : 58 / Ανδρέας Σερλιδάκης

Transcript

1 Το παρόν σχήμα φιλοξενείται από την Θερμοκοιτίδα νεοφυών Επιχειρήσεων της ΑΘΗΝΑΣ NESER.ICE Nethermost Emissions System Engine Running in Internal Combustion Engine. Ο υπογράφων μηχανικός Αρ.Μητρώου : 58 / 1130 Ανδρέας Σερλιδάκης 04/08/2016

2 Το πρόβλημα: Η ανάγκη για μείωση της κατανάλωσης από τα ορυκτά καύσιμα, αλλά και των εκπομπών αερίων ρύπων, από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, είναι ένα πρόβλημα που απασχολεί όλα τα εργοστάσια κατασκευής κινητήρων, αλλά και τον χώρο της μηχανολογίας εν γένει. Μηχανές εσωτερικής καύσης, χρησιμοποιούνται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε πλοία, μεγάλα κτίρια και σε απομακρυσμένα μέρη (π.χ. νησιά). Πρόκειται για μηχανές πολύ μεγάλου κυβισμού και ισχύος, που καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες καυσίμου και εκλύουν, επίσης, μεγάλες ποσότητες αερίων ρύπων στο περιβάλλον. ( CO2 CO HC NOX SOX SO2 - SOOT αιθάλη κλπ ). Επίσης, χρησιμοποιούνται και σε όλα τα τροχοφόρα οχήματα, ( αυτοκίνητα - φορτηγά λεωφορεία τρένα κλπ ). Μία πιθανή μείωση της κατανάλωσης του καυσίμου αλλά και των εκπομπών καυσαερίων, θα σήμαινε σημαντικά οφέλη στο περιβάλλον στην υγεία των ανθρώπων, αλλά και στην οικονομία. Ταυτόχρονα, η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θεσπίσει νομοθεσία η οποία έχει καταληκτική ημερομηνία το 2020, σχετικά με τους ρύπους που εκπέμπονται από τις μηχανές εσωτερικής καύσης. Στόχος της ΕΕ είναι να μειωθεί μέχρι το 2020 το εκλυόμενο ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα στο περιβάλλον κατά 20% σε σχέση με τα όσα ορίζονται στο Πρωτόκολλο του Κιότο και μέχρι το 2050 να μειωθεί το εκλυόμενο ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα κατά 50% αλλά και συνολικά τα παρακάτω. (CO2 CO HC SO2 NOX SOOT)

3 Διαθέσιμες λύσεις Ship scrubber. Πηγή :Ναυτικά χρονικά Τι είναι το σύστημα Επανακυκλοφορίας Καυσαερίων(EGR): Πρόκειται για μια τεχνολογία ελέγχου εκπομπών NOx, η οποία λειτουργεί επανακυκλοφορώντας ένα μέρος των καυσαερίων της μηχανής πίσω στους κυλίνδρους της. Η MAN Diesel & Turbo σχεδίασε και παρήγαγε το πρώτο σύστημα EGR για μια δίχρονη μηχανή diesel ενός πλοίου εμπορευματοκιβωτίων το οποίο βρισκόταν ήδη εν λειτουργία το Ως προς την αρχή λειτουργίας του, ένα μέρος των καυσαερίων αναρροφάτε μέσα από μια πλυντρίδα (scrubber), έναν ψύκτη (cooler) και ένα συλλέκτη υγρασίας με αναρρόφηση που δημιουργείται από έναν ηλεκτροκίνητο, ειδικά σχεδιασμένο φυσητήρα. Ο φυσητήρας αυξάνει την πίεση του καυσαερίου, το οποίο στη συνέχεια αναμιγνύεται με τον αέρα υπερπλήρωσης μέσω ενός σωλήνα αέρα υπερπλήρωσης, πριν εισέλθει στους ψύκτες της κύριας μηχανής. Μέσα στο scrubber, τα καυσαέρια ξεπλένονται με νερό, το οποίο και γίνεται όξινο, ανάλογα με την περιεκτικότητα των καυσαερίων σε θείο, που προέρχονται από το καύσιμο. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητη η δοσολογία υδροξειδίου του νατρίου για να ουδετεροποιήσει το όξινο νερό. Επιπλέον το scrubber ξεπλένει τα αιωρούμενα σωματίδια (PM) τα οποία εισέρχονται στο νερό και επομένως είναι απαραίτητο να υπάρχει ένα σύστημα επεξεργασίας νερού (WTS) για να απομακρύνει τα σωματίδια από το νερό και να τα αποθέτει σαν κατάλοιπα (sludge) στη δεξαμενή καταλοίπων (sludge tank) του πλοίου. Το WTS είναι σχεδιασμένο να καθαρίζει το νερό του scrubber σε τέτοιο βαθμό ώστε να μπορεί να απορριφθεί σε ανοικτή θάλασσα. Ένα πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου προσφέρει ευκολία στο πλήρωμα του πλοίου ως προς τη λειτουργία του, ενώ παράλληλα επιτρέπει σωστές και γρήγορες αντιδράσεις σε μεταβολές του φορτίου του κινητήρα.

4 Πηγή : Isalos.net Ship catalyst Πρωτογενείς μέθοδοι με μείωση της μέσης θερμοκρασίας καύσεως, επιβραδύνεται η δημιουργία ΝΟx. Ο πλέον συνήθης τρόπος για περιορισμό της μέγιστης θερμοκρασίας καύσεως σε μέγεθος και διάρκεια είναι μέσω καθυστέρησης εγχύσεως καυσίμου. Για να αντισταθμιστεί η αύξηση καταναλώσεως, αυξάνεται ο ρυθμός εγχύσεως, οπότε μειώνεται παράλληλα και η διάρκεια καύσεως, άρα το πέρας εγχύσεως συμπίπτει με αντίστοιχες, προ της ρυθμίσεως, θερμοκρασίες. Ο λόγος συμπίεσης αυξάνεται για να μην υποβαθμιστεί η ποιότητα αναφλέξεως, αλλά στο μέτρο που οι μηχανικές τάσεις λόγω μέγιστων πιέσεων δεν επηρεάζουν τη στιβαρότητα της μηχανικής κατασκευής. Επίσης η θερμική καταπόνηση βαλβίδων, λόγω πιθανής αύξησης της θερμοκρασίας καυσαερίων, πρέπει να ληφθεί υπ όψιν. Δευτερογενείς μέθοδοι Οι θερμικοί σταθμοί παραγωγής ρεύματος χρησιμοποιούν για αρκετά χρόνια μονάδες καταλυτικής αναγωγής (Selective Catalytic Reduction-SCR) των καυσαερίων για μείωση των NOx. Τέτοιες μονάδες SCR έχουν εγκατασταθεί σε περίπου 500 πλοία και χρησιμοποιούν συνήθως ουρία, που με θέρμανση διασπάται σε αμμωνία και ισοκυανικό οξύ το οποίο μετά την ανάμειξη με νερό, δίδει με ασφάλεια την απαραίτητη για καταλυτική αναγωγή αμμωνία. Το σύστημα καταλύτη είναι σχετικά ογκώδες και δαπανηρό, αλλά η μείωση των NOx μπορεί να είναι έως 98%. Το πρόβλημα λειτουργίας του SCR πάνω από κάποια θερμοκρασία καυσαερίων οδηγεί, κυρίως για 2-Χ κινητήρες, στην τοποθέτηση του καταλύτη πριν από το στρόβιλο υπερπληρωτή και συγχρόνως την εγκατάσταση βαλβίδων παράκαμψης για μεταβαλλόμενη όδευση στους αγωγούς καυσαερίων και αέρα, κατά την επιτάχυνση κινητήρα και στα χαμηλά φορτία ελιγμών. Η παρουσία θείου στο καύσιμο και φωσφόρου στα αλκαλικά λιπαντικά επιφέρει σταδιακή χημική απενεργοποίηση (poisoning) ορισμένων καταλυτικών διατάξεων. Έτσι, εξετάζονται διατάξεις συνδυασμού αποθείωσης καυσαερίων με έκπλυση (scrubber) και κατόπιν SCR.

5 Το σύστημα NESER.ICE Το καινοτόμο σύστημα NESER.ICE, αποτελείται από μια σειρά εξαρτημάτων, που όταν διασυνδεθούν και ρυθμιστούν κατάλληλα στην εισαγωγή αέρα του κινητήρα και στον υπάρχοντα μηχανισμό διαχείρισης λειτουργίας, μειώνουν την κατανάλωση του καυσίμου, ανεξάρτητα από το είδος του καυσίμου ( βενζίνη, πετρέλαιο, μαζούτ, υγραέριο, φυσικό αέρειο, κλπ) ή τη λειτουργία του κινητήρα (ατμοσφαιρικός ή υπερτροφοδοτούμενος), αλλά και τις εκπομπές καυσαερίων ρύπων (CO2 CO HC Sox Nox SOOT). Σύμφωνα με τις έως τώρα μετρήσεις και δοκιμές, η μείωση κατανάλωσης αγγίζει το 40%, ενώ η αντίστοιχη μείωση εκπομπών αερίων ρύπων ξεπερνά το 70%, χωρίς να είναι πλέον απαραίτητη η χρήση του τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα, φίλτρα dpf, ή το σύστημα Scrubber, το οποίο έχει απόβλυτα.το Σύστημα NESER.ICE, έχει δοκιμαστεί σε αυτοκίνητα τόσο βενζινοκίνητα όσο και πετρελαιοκίνητα, σε μεγάλα κομπρεσέρ αέρος για τη βιομηχανία καθώς και στη ναυτιλία, με άκρως ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Δυνητικοί πελάτες του καινοτόμου συστήματος NESER.ICE, είναι όλα τα εργοστάσια κατασκευής μηχανών εσωτερικής καύσης, αλλά και οι χρήστες αυτών. Αυτοκινητοβιομηχανία, Βιομηχανία, Ναυτιλία, ΔΕΗ, μεγάλα κτίρια, τρένα και νησιά. Φυσικά το καινοτόμο σύστημα NESER.ICE, ανήκει στις πρωτογεννείς μεθόθους αντιμετώπισης ρύπων ( εντός του κυλίνδρου ) και όχι στις δευτερογενείς που είναι η επεξεργασία καυσαερίων και τα κατάλοιπα της ατελής καύσης. Στόχος του Συστήματος NESER.ICE είναι, να μειωθούν δραστικά τα παρακάτω στοιχεία: 1. Η ποσότητα καυσίμου που καταναλώνεται ανά ώρα (kg/h). 2. Η ποσότητα καυσίμου που απαιτείται ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (gr/kwh). H ποσότητα εκλυόμενου διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (gr/kwh). Η ποσότητα εκλυόμενου μονοξειδίου του άνθρακα ( CO ) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (gr/kwh) H ποσότητα εκλυόμενων οξειδίων του αζώτου (NOx) ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). H ποσότητα του διοξείδιου του αζώτου, ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). Η ποσότητα του μονοξειδίου του αζώτου, ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). Η ποσότητα της παραγόμενης αιθάλης, ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm). Η ποσότητα του εκλυόμενου ( SO2 ) διοξειδίου του θείου ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας και αναλογικά με τον όγκο των καυσαερίων (gr/kwh και ppm).

6 Δοκιμή του συστήματος NESER.ICE σε πλοίο. Yanmar diesel generator 830hp - 500kw

7 Ισχύς ηλεκτροκινητήρα στα 240 kw εν πλω Ανάλυση καυσαερίων αιθάλης, στο πλοίο εν πλω, με εργοστασιακή λειτουργία της μηχανής.

8 Ανάλυση καυσαερίων αιθάλης, στο πλοίο εν πλω, με το μισό σύστημα NESER. Ανάλυση καυσαερίων αιθάλης, σε πλοίο εν πλω, με ολοκληρωμένο το σύστημα NESER.

9 Η αδιάκοπη λειτουργία του συστήματος NESER.ICE σε 10 ήμερο ταξίδι, απέδειξε για άλλα μια φορά τα άκρως ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Εργοστασιακή κατανάλωση κινητήρα, με βάση το test record of engine και με θερμοκρασία περιβάλλον 28 βαθμούς κελσίου. 125 kw x 263gr/kw.h = gr/h x 24h = gr 250 kw x 223gr/kw.h = gr/h x 24h = gr gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO Πραγματική κατανάλωση κινητήρα, εν πλω, με θερμοκρασία μηχανοστασίου στους 48 βαθμούς κελσίου. 125 kw x 284gr/kw.h = gr/h x 24h = gr 250 kw x 235gr/kw.h = gr/h x 24h = gr Ρύποι κινητήρα χωρίς το σύστημα NESER.ICE gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = γρ CO Κατανάλωση κινητήρα με το σύστημα NESER.ICE. 125 kw x 160gr/kw.h = gr/h x 24h = gr 250 kw x 132gr/kw.h = gr/h x 24h = gr Ρύποι κινητήρα με το σύστημα NESER.ICE gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 2,65 = gr x 10 ημέρες = gr CO gr x 1,15 = gr x 10 ημέρες = gr CO

10 Παρούσα κατάσταση και επόμενα βήματα: Το Σύστημα NESER.ICE, φιλοξενείται στη Θερμοκοιτίδα του Εμπορικού και Βιομηχανικού Επιμελητηρίου της Αθήνας από τον Απρίλιο του Άμεσα επόμενα βήματα αποτελούν, η ίδρυση νεοφυούς επιχείρησης (ΑΒΕΤΕ) ή ερευνητικού κέντρου μηχανολογίας, με αντικείμενο δραστηριότητας το σχεδιασμό, την κατασκευή, την εκπαίδευση του ανθρώπινου δυναμικού, την τοποθέτηση του συστήματος NESER.ICE αλλά και η τελική πιστοποίηση του από την Horiba, την TUV HELLAS TUV ΑUSTRIA και τον International Maritime Organisation (IMO) κλπ. Ταυτόχρονα, το σύστημα NESER.ICE, επιλέχθηκε να παρουσιαστεί στο Slush, ένα από τα μεγαλύτερα event για νεοφυή επιχειρηματικότητα στην Ευρώπη, στο Ελσίνκι της Φιλανδίας (Νοέμβριος 2016). Αξίζει να σημειώσουμε ότι, τα περισσότερα εξαρτήματα μηχανικά ή ηλεκτρονικά κατασκευάστηκαν από Ελληνικές επιχειρήσεις με άμεσο αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγής άλλων ελληνικών επιχειρήσεων και τη σημαντική αύξηση της απασχόλησης στην Ελληνική βιομηχανία. Το σύστημα NESER.ICE, έχει λάβει ημερομηνία κατάθεσης και αριθμό πρωτοκόλλου ευρεσιτεχνίας, από τον Οργανισμό Βιομηχανικής Ιδιοκτησίας. Σήμερα, το σύστημα σχεδιάζεται και κατασκευάζεται ώστε να εφαρμοστεί σε κινητήρα πετρελαίου της Wartcila W200 V12 παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (2,5MW) σε μεγάλη βιομηχανική μονάδα της χώρας, με τη συνεργασία του Εθνικού Κέντρου Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ). Wartcila W200 V12 ισχύος 2.5 M