ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК: ДВУХТОПЛИВНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Предметом настоящего исследования являются двигатели внутреннего сгорания, способные использовать газообразное топливо, - газовые и двухтопливные двигатели. В работе рассмотрены основные технологии использования природного газа в поршневых двигателях с позиций обеспечения наивысшей энергоэффективности и экологической безопасности. Отмечается, что использование в качестве топлива природного газа, вне зависимости от технологии, позволяет сократить выбросы диоксида углерода с про- дуктами сгорания на 28 % по сравнению с жидкими видами топлив. Все известные конструкции газовых и двухтопливных двигателей принципиально реализуют две технологии: использование гомогенных или гетерогенных газовоздушных смесей. Наиболее распространенной является технология гомогенных смесей, обеспечивающая высокую топливную экономичность и наиболее высокие показатели экологической безопасности. Данная технология предусматривает подачу газа низкого давления во впускные каналы двигателя через автоматические газовые клапаны. В отработавших газах двигателя практически отсутствуют оксиды серы, твердые частицы, а эмиссия оксидов азота может быть обеспечена на уровне требований стандарта Tier III. При этом основным недостатком технологии гомогенной смеси является потенциальная возможность проникновения природного газа, обладающего высоким уровнем парникового эффекта, превышающий до 28 раз эффект от углекислого газа в выпускной тракт двигателя - «проскальзывание метана». Подчеркивается, что этот негативный аспект может быть в значительной мере минимизирован за счет использования гетерогенной технологии, когда топливный газ подается непосредственно в цилиндр двухтопливного двигателя под высоким давлением, до 50 бар, в конце процесса сжатия. Данная технология получает распространение в конструкциях двухтактных двигателей в связи со спецификой их процесса газообмена. Однако высокая динамика процесса тепловыделения при реализации гетерогенной технологии газовоздушных смесей сопряжена с высокой эмиссией оксидов азота, соизмеримой с эмиссией NOx дизельным двигателем. На основе анализа параметров и характеристик продукции ведущих производителей, реализующих различные технологии использования природного газа в качестве топлива, сделаны выводы о потенциальных преимуществах и перспективах использования газовых и двухтопливных двигателей.

природный газ, газовый двигатель, двухтопливный двигатель, энергоэффективность, экологическая безопасность, параметры, перспективы использования

1. Statistical Review of World Energy 2021 / 70th edition. - London: Whitehouse Associates, 2021. - 70 р.

2. Живлюк Г. Е. Перспективные технологии водного транспорта для ограничения парникового эффекта / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2021. - Т. 13. - № 5. - С. 730-743. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-5-730-743.

3. Иванченко А. А. Энергетическая эффективность судов и регламентация выбросов парниковых газов / А. А. Иванченко, А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 3 (31). - C. 103-112. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-7-3-103-112.

4. Петров А. П. Экологическая безопасность. Ограничение выбросов серы судовыми энергетическими установками / А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2019. - Т. 11. - № 1. - С. 130-145. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-1-130-145.

5. Живлюк Г. Е. Техническое обеспечение для соответствия судовых энергетических установок новым требованиям 2021 г. по выбросам оксидов азота / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2020. - Т. 12. - № 1. - С. 122-138. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-1-122-138.

6. Трофимова Г. И. Метан как альтернативное топливо / Г. И. Трофимова [и др.] // Символ науки: международный научный журнал. - 2016. - № 11-3 (23). - С. 165-172.

7. Костылев И. И. Сжиженный природный газ как судовое топливо: проблемы и перспективы их решения / И. И. Костылев // Транспорт Российской Федерации. - 2018. - № 2 (75). - С. 74-78.

8. Карпенко А. А. Перспективы перевода судов морского и речного транспорта на альтернативные виды топлива / А. А. Карпенко, Е. П. Копцева // Транспортное дело России. - 2017. - № 3. - С. 63-66.

9. Hagiwara R. Development of pure marine gas engine (EYG26L) / R. Hagiwara, I. Ohashi // Marine Engineering. - 2015. - Vol. 50. - Is. 6. - Pp. 719-725. DOI: 10.5988/jime.50.719.

10. Мельник Г. В. Развитие конструкции газовых двигателей (по материалам конгресса CIMAC) / Г. В. Мельник // Двигателестроение. - 2020. - № 3 (281). - С. 35-53.

11. Saunois M. The growing role of methane in anthropogenic climate change / M. Saunois, R. B. Jackson, P. Bousquet, B. Poulter, J. G. Canadell // Environmental Research Letters. - 2016. - Vol. 11. - Is. 12. - Pp. 120207. DOI: 10.1088/1748-9326/11/12/120207.

12. Семенов С. М. Парниковый эффект: открытие, развитие концепции, роль в формировании глобального климата и его антропогенных изменений / С. М. Семенов // Фундаментальная и прикладная климатология. - 2015. - Т. 2. - С. 103-126.

13. Мельник Г. В. Развитие газовых двигателей (по материалам конгресса CIMAC) / Г. В. Мельник // Двигателестроение. - 2021. - № 4 (286). - С. 31-53.

14. ME-GI dual fuel MAN B&W engines. A technical, operational and cost-effective solution for ships fuelled by gas. - Denmark, Copenhagen: MAN Diesel & Turbo, 2015. - 32 p.

15. Stoumpos S. Towards Marine Dual Fuel Engines Digital Twins - Integrated Modelling of Thermodynamic Processes and Control System Functions / S. Stoumpos, G. Theotokatos, C. Mavrelos, E. Boulougouris // Journal of Marine Science and Engineering. - 2020. - Vol. 8. - Is. 3. - Pp. 200. DOI: 10.3390/jmse8030200.