"Вяртсиля": "Считаем, что двигатель внутреннего сгорания останется надолго"

— Александр Иванович, к 2030-му году ИМО планирует сократить выбросы углерода на судне на 40%, а к 2050-му — наполовину по всему флоту или 70% на судно. Какие двигатели и топливо помогут выполнить эту задачу? 

 

Старицын А. И., генеральный менеджер морского отдела "Вяртсиля" по продажам в странах Балтии и Финляндии / Фото: Wartsila

— Снижение выбросов зависит не только от двигателей и топлива. На это влияет и то,  как сконструированы и эксплуатируются корабли. Улучшение проектного индекса (EEDI для новых судов и EEXI для существующих) играет важную роль в сокращении выбросов. Именно по этой причине EEXI в настоящее время уделяется так много внимания. Wartsila предлагает несколько продуктов, которые могут снизить выбросы за счет повышения эффективности судов. Этот метод повышения эффективности, наряду со снижением мощности двигателя и улучшением работы судна, будет играть очень важную роль в достижении целей ИМО на 2030 год. 
 
Мы также предполагаем с большой долей вероятности, что низкоуглеродное или безуглеродное топливо не будет доступно в необходимых количествах до середины 2030-х годов и даже позже, а его стоимость вначале будет на порядок выше, чем у углеродного топлива, а впоследствии приблизится к нему. Мы ожидаем, что СПГ сыграет важную роль в переходе на экологически чистое топливо. Несомненно, что для достижения целей 2050 года потребуются топлива с нулевым выбросом углерода или экологически чистые топлива. Проблема не в технологии двигателей для сжигания этих видов горючего. Wartsila уже тестирует двигатели на аммиаке, метаноле и водороде, и они будут готовы в ближайшие несколько лет. Намного раньше, чем экологичное топливо станет широко доступным.
 
— О чем заставляют задуматься судовладельцев два новых показателя EEXI и CII? 
 
— О возможностях сокращения выбросов и, в то же время, повышении конкурентоспособности. Есть несколько альтернатив для достижения требуемых уровней: снизить скорость, использовать эффективные технологии или модернизировать оборудование на борту судна и использовать альтернативные виды топлива.
 
Сокращения выбросов CO₂ увеличивается по мере того, как вы движетесь по следующей  цепочке. Первый шаг — это оптимизация рейса: минимально возможные скорости, оптимальная маршрутизация и цифровая интеграция портов. На шаг дальше оптимизированная мощность судов: оптимизированные силовые установки, энергосберегающие устройства, оптимизация корпуса и балласта, дифферента, воздушная смазка корпуса судна и т.д. Третий важный пункт — распределение мощности: это гибриды, связанные с ними батареи и потребление энергии из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце. И, наконец, не стоит забывать об эффективном производстве энергии: достижении максимальной эффективности и более чистом топливе.

Лаборатория новых видов топлива / Фото: Wartsila

— Какие перспективы у slow steaming?
 
— Уменьшение скорости судов является одним из вариантов выполнения требований EEXI для судов к 2023 году, но в то же время снижает их конкурентоспособность. Поэтому мы рекомендуем использовать доступные энергоэффективные технологии для модернизации флота. Они позволят выполнить требования без уменьшения скорости хода или с небольшим уменьшением скорости. Все зависит от правильности выбора стратегии инвестирования судовладельца.
 
— Многие эксперты называют СПГ мостиком между прошлым и будущим судового топлива и считают, что после природного газа наступит эра водорода. Вы разделяет такой подход? Появятся ли водородные суда на маршруте Шанхай — Амстердам?
 
— Эра водорода, безусловно, последует, но, возможно, не будет применение чистого водорода из-за трудности его использования в морских условиях из-за физических свойств. Это может быть вариант для портовых судов или короткоплечных морских перевозок, но, конечно, мы не увидим кораблей на маршруте Шанхай — Амстердам просто из-за количества места, необходимого для хранения сжатого или сжиженного водорода. Однако носители водорода, такие как аммиак и метанол (совместно с технологиями улавливания углерода), демонстрируют большие перспективы на будущее.

Фото: Wartsila

Работа на природном газе приводит к сокращению выбросов CO₂ до 23-25% и значительно снижает другие местные загрязнители, такие как NO_x, SO_x и твердые частицы. Цена конкурентоспособна, а инфраструктура быстро развивается и, таким образом, обеспечивает идеальную платформу для перехода на безуглеродное топливо в будущем.
 
— На каких типах судов будут востребованы газовые двигатели? 
 
— Газовые двигатели становятся все более популярными. Если вначале мы видели первые газовые двигатели на танкерах-газовозах, оффшорном секторе и паромах для коротких маршрутов, то теперь все больше и больше судов с протяженными маршрутами (танкеры, контейнеровозы, автовозы и т. д.), а также круизные суда и суда специального сегмента, такие как ледоколы, буксиры и земснаряды, используют СПГ. Вероятнее всего, большинство судов, работающих в порту или на коротком плече, будут применять  газовые двигатели или альтернативные источники энергии.
 
— Что сдерживает рост числа судов с двигателями на газовом топливе?
 
— Недостаток мест бункеровки, проблемы с установкой, в основном, с нехваткой места для установки топливных резервуаров СПГ, дополнительные капитальные затраты.
 
— В чем различия использования в качестве топлива обычного, био- и синтетического СПГ? 
 
— Значительных отличий в использовании разного СПГ нет. Если не вдаваться глубоко в детали, его основная характеристика — это метановое число, и если этот показатель удовлетворяет требованиям двигателя , СПГ возможно использовать.
 
Зеленый биометан интересен тем, что его характеристики для процесса сгорания в двигателе, как у СПГ. Биометан — это метан очень хорошего качества, который с точки зрения системы подачи топливного газа и двигателя равен природному газу и СПГ. Если смешивать природный СПГ и биометан, то биометан уменьшает выбросы парниковых газов тем больше, чем выше его доля в смешанном топливе. Биометан также можно использовать в качестве альтернативы природному газу, его удельная энергия относительно высока по сравнению с топливом на водородной основе (за исключением синтетического метана). Это означает, что мы можем свободно смешивать зеленый биометан с СПГ в любом соотношении, и использовать эту смесь непосредственно в наших двигателях. 
 
Вероятно, это наиболее экономичная альтернатива ископаемым топливам из-за зрелости технологии, наличия топлива, доступности сырья для биометана и его более высокой углеродной эффективности, чем у биодизеля, существующих правил и положений, и, наконец, того факта, что это хорошая альтернатива для соответствия требованиям ECA. Для использования биометана не требуется дополнительных инвестиций. Исследования показывают, что им можно было бы снабжать большую часть транспортной отрасли. 
 
Зеленый синтетический метан использует зеленый водород и CO₂. Как и биометан, мы можем использовать его непосредственно в наших двигателях. Основная неопределенность связана с технологией улавливания углерода. Из-за низкой концентрации СО₂ в воздухе единственным экономически целесообразным решением будет улавливание СО₂ в выхлопных газах от сжигания биотоплива (а не ископаемого топлива). 
 
— Много разговоров об аммиаке и метаноле…
 
— Число исследований, связанных с использованием аммиака в качестве топлива, стремительно растет. Он имеет несколько преимуществ перед водородом. Например, у аммиака более высокая объемная плотность энергии, плюс, он не требует сжатия и низких температур при хранении. Но аммиак токсичен и вызывает сильную коррозию, поэтому с ним сложно работать, особенно на пассажирских судах. Важно отметить, что мы говорим об аммиаке, произведенном экологически устойчивым способом.
 
Wärtsilä не стартует в этой области с нуля. Мы имеем многолетний опыт проектирования погрузочно-разгрузочных систем, способных работать с аммиаком  на танкерах. Что касается хранения и поставок этого топлива, то мы участвуем в европейском проекте Ship FC. Речь идет о разработке систем, которые будут подавать аммиак в топливные элементы судна снабжения Eidesvik Offshore Viking Energy. Оно должно быть построено к 2023 году. Мы провели испытания горения с использованием аммиака в нашей топливной лаборатории, следующий этап — полномасштабные испытания двигателя.

Фото: Wartsila

Что касается метанола, то до сих пор он не использовался широко в качестве судового топлива. Этот легко и дешево производимый технический спирт получается, преимущественно, из природного газа, но использование водорода из возобновляемых источников энергии и уловленного углерода для производства зеленого метанола, сделало бы метанол углеродно нейтральным. Благодаря более простому использованию и хранению (например допускается хранение в обычных топливных танках), метанол является ключевым компонентом декарбонизации в морской промышленности, опять же подчеркну, что речь идет о зеленом метаноле. 
 
Очень немногие двигателестроители имеют опыт работы с двигателями на метаноле. В 2015 году начался проект по переоборудованию двигателя Wärtsilä Z40 на паромном судне Stena Germanica для сжигания метанола. В настоящее время двигатель работает, в основном, на этом спирте, и успех установки вдохновил Wärtsilä на дальнейшие исследования.
 
— Ваш флагман Wartsila 31 эксплуатируется уже несколько лет. Клиенты компании успели оценить преимущества этого двигателя? 
 
— Да, двигатель стал очень популярным в рыбной промышленности и паромном сегменте. Но не только, у нас есть установки в яхтенной, круизной индустрии и других сегментах. Первым проектом, на который были установлены двигатели W31, стал российский ледокол "Обь" (владелец — ФГУП "Атомфлот"), и они успешно работают в Арктике. Судовладельцам нравится эффективность двигателей W31, более длительные интервалы обслуживания, надежность, низкий уровень шума и вибрации. Также многие судовладельцы предпочитают иметь на борту двигатель новейшей линейки. Следует отметить немаловажный факт, что двигатель 31 имеет модульную конструкцию и его легко переоборудовать для использования различных видов топлив.
 
— Вы одними из первых приступили к выпуску двухтопливных судов. Как развивается этот сегмент сегодня? 
 
— Очень активно, доля двигателей DF по сравнению с однотопливными в судостроении всё больше растет. Мы поставляем газовые двигатели от малого диаметра поршня W20DF до больших диаметров, таких как 46DF и 50DF. Многие газовые двигатели также отправляются на электростанции. Мы считаем, что установив многотопливный двигатель сейчас, вы защитите свои инвестиции в будущем, т.к. он сможет использовать экологическое топливо доступное в будущем.
 
— Многие автомобильные гиганты заявили о прекращении разработок новых типов ДВС. Что вы думаете о будущем судового поршневого двигателестроения? 
 
— Считаем, что двигатель внутреннего сгорания останется надолго. Возможно, это не так широко известно, но он может использовать все более или менее доступные виды топлива. Например, благодаря модульной конструкции двигателя Wärtsilä 31, 95% компонентов двигателя унифицированы, и для перехода на новые виды топлив не требуется менять основные узлы.
 
— В начале века "Вяртсиля" продала права на выпуск высокооборотных двигателей 170-ой и 200-той серии, а в 2018 году вернулась в этот сегмент, выпустив Wartsila 14. Это похоже на двойную замену Черышева в матче Россия-Бельгия...
 
— Мы видим, что заказчики требуют комплексного решения для главных и вспомогательных двигателей. Чтобы удовлетворить их запросы, мы нашли партнера для производства нового высокооборотного двигателя W14. Он также хорошо подходит для установки в гибридные системы, где наработка самих двигателей меньше. Например, на буксиры.
 
— Действительно, одно из применений W14 — гибридные силовые установки. Реализовывали ли вы проекты гибридных судов в России? Какую экономию топлива дает эта система, за сколько окупается? На каких классах судов их целесообразно использовать?
 
— К сожалению, мы еще не внедряли гибридные корабельные решения в России. Гибридные суда являются специфическим сегментом и очень зависят от условий эксплуатации, рабочего профиля судна. Гибридная система адаптирована к конкретному профилю условий эксплуатации, поэтому параметры компонентов (например, аккумуляторов) допускается варьировать. Это может быть система, которая поддерживает дополнительную потребность в кратковременной мощности, например, отбора мощности при буксировке, аккумуляторы также способны обеспечивать тяговую мощность во время портовых операций судна, и/или необходимую мощность при стоянке в порту. Они также помогают сглаживать пики отбора мощности в море. 
 
Под конкретный запрос мы можем рассчитать параметры компонентов, чтобы настроить всю систему на максимальную эффективность. От этого многое зависит, в том числе размер и характеристики аккумуляторов, время и мощность работы от аккумулятора, капитальные затраты, процент экономии топлива и т.д. В среднем, хороший проект окупается от трех до пяти лет.
 
— Основные графы расходов у судовладельцев — топливо, ремонт,  персонал. Как мы поняли, топливо будет дорожать, а что будет происходить с персоналом и ремонтом на судах будущего? 
 
— Уже сейчас у нас есть технологии, позволяющие увеличивать межсервисные интервалы оборудования и возможность удаленного управления судном и оборудованием. Но сокращение количества персонала на борту судов и увеличение интервалов ремонта, в основном, зависит от нормативных актов, обеспечивающих необходимую безопасность эксплуатации. Стоит ожидать, что в будущем мы увидим меньше людей, работающих в море, а расходы на обслуживание снизятся из-за увеличившихся  сервисных интервалов.
 
— Как будет обеспечивается безопасность работы двигателей на автономных судах? 
 
— В двигателях есть системы безопасности, интегрированные в системы управления. Функции безопасности защищают двигатель, а также судно и экипаж. Эти функции останова двигателя сохраняться и на судах с автономным управлением. Интересно, как из-за отсутствия на борту персонала для устранения непредвиденных проблем, можно будет гарантировать, что потенциально любые функции отключения не помешают работе судна?
 
Чтобы построить автономное машинное отделение и корабль, нужно будет на этапе проектирования изменить основные принципы философии функциональности судна. Чтобы учесть все важные элементы, придется закладывать новые принципы очень рано, ещё на этапе концептуального проектирования. Строительство автономного судна — сложная многоступенчатая задача, но такие области, как функциональные требования, принципы работы, устройства и системы, качество и безопасность программного обеспечения, системная инженерия и интеграция являются ключевыми областями, которые должны быть частью строительства автономного судна.
 
С точки зрения безопасности, FMECA (анализ последствий и критичности режимов отказа) послужит основой для определения того, какой уровень резервирования должна иметь система. Вместе с усиленным мониторингом и дистанционным управлением, это обеспечит безопасную работу в автономном режиме. В Wartsila мы разрабатываем решения, которые поддерживают функции автономного судна. Мы верим, что разработка автономного судна будет происходить постепенно, и когда рынок будет готов, мы тоже окажемся готовы. Мы уже видим возможности автономных судов в определенных сегментах, и это отличный случай  для продвижения разработок в этом направлении.
 
— Удаленный мониторинг, прогнозная диагностика, необслуживаемые машинные отделения — как это работает?
 
— Мониторинг состояния двигателей и возможности контроля сделали большой шаг вперед за последние пару лет. Благодаря нашему алгоритму обнаружения неисправностей и способности прогнозировать проблемы задолго до того, как традиционные сигналы тревоги их обнаруживают, появилась возможность соответствовать новым стандартам, когда дело доходит до планирования обслуживания и его выполнения. 
 
Сегодня существует множество методов мониторинга. Задача в том, чтобы определить, какой уровень мониторинга требуется для создания оптимального машинного отделения. Все сводится к функциональным требованиям и принципам работы машинного отделения, но в целом уровень резервирования, мониторинг состояния — это лишь некоторые из движущих сил для создания "необслуживаемого машинного отделения". 
 
Фундамент должен основываться на подходе RCM (Reliabillity Centred Maintenance  — обслуживание, ориентированное на надежность). Это следующий уровень прогресса. Вместо непрерывного обслуживания, как в традиционном машинном отделении, можно говорить о переводе обслуживания на простой пакетный подход. Он поддерживается нашим решением для обычной автоматической установки Normally Unattended Installation (NUI). И нацелен на клиентов, которым нравится машинное отделение нового поколения и которые считают, что техническое обслуживание можно проводить более разумно.
 
— Что такое "умный двигатель"? 
 
— Для меня "умный" означает гибкий и адаптивный. Например, с самонастройкой в соответствии с качеством топлива, условиями окружающей среды, зонами контроля выбросов. Также с возможностью самостоятельной настройки в случае возникновения технических проблем. В принципе, это сценарии на будущее, которые мы тоже прорабатываем.

Фото: Wartsila

Умный двигатель должен иметь модульную конструкцию, обеспечивающую гибкость в использовании топлива и взаимозаменяемость компонентов, как уже сделано на дизельных двигателях W31, многотопливных  DF или газовых SG. "Умный" - это также перспективный двигатель, который уже сегодня отвечает будущим требованиям об охране окружающей среды и применении альтернативных видов топлива.
 
В умном двигателе можно изменить модуль автоматизации без предварительной установки нового программного обеспечения, так как двигатель сможет самостоятельно научиться работать с измененным модулем.
 
— Что думаете о ремонтопригодности "умных двигателей" в российских реалиях?
 
— С развитием цифровых технологий и средств коммуникаций, в том числе обмена данных между оборудованием и системами мониторинга вне зависимости от места нахождения, ремонтопригодность двигателей будет достаточной. Даже в ситуации локдауна многие компании успешно осуществляют дистанционное руководство обслуживанием, ремонтом или пусконаладкой оборудования, используя лучшие средства связи, имеющиеся на данный момент.

— "Вяртсиля" — одна из немногих компаний, которая занимает лидирующие позиции сразу в двух сегментах судовых двигателей: двух- и четырехтактных. Как сегодня развивается каждое из них?
 
— Оба типа двигателей используются в судоходстве. Однако, мы наблюдаем изменения в мышлении клиентов из-за технологических усовершенствований. Кораблям завтрашнего дня требуется большая гибкость в режимах работы, и мы видим рост числа дизель-электрических установок даже для более крупных судов. Глядя на эти движущие силы отрасли, мы считаем, что благодаря своей гибкости у 4-тактных двигателей большое будущее. Кроме того, если посмотреть на 4-тактные двигатели Wartsila с точки зрения топлива, то разница в расходе топлива между 4-тактными и 2-тактными двигателями быстро уменьшается.