Το καύσιμο ΥΦΑ/LNG στη σύγχρονη ναυτιλία: οικονομικές και περιβαλλοντικές επιδράσεις και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της χρήσης του.
| dc.contributor.advisor | Τζιράκης, Ευάγγελος | el |
| dc.contributor.advisor | Tzirakis, Evangelos | en |
| dc.contributor.author | Χριστόπουλος, Κωνσταντίνος | el |
| dc.contributor.author | Christopoulos, Konstantinos | en |
| dc.date.accessioned | 2025-01-17T08:52:52Z | |
| dc.date.available | 2025-01-17T08:52:52Z | |
| dc.date.issued | 2025-01-16 | |
| dc.description.abstract | Η ολοένα αυξανόμενη ανάγκη της χρήσης καθαρότερων μορφών ενέργειας με σκοπό τη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου σε συνδυασμό με την εισαγωγή των δεξαμενόπλοιων υγροποιημένου φυσικού αερίου (ΥΦΑ/LNG) και των πρώτων πλοίων με καύσιμο ΥΦΑ, οδήγησε σε σημαντική αύξηση της ζήτησης του ΥΦΑ για βιομηχανική, εμπορική και οικιακή χρήση, μια και το ΥΦΑ θεωρείται ως το καθαρότερο και πιο αποδοτικό ορυκτό καύσιμο. Επιπλέον, το τραγικό δυστύχημα στον πυρηνικό σταθμό της FUKUSHIMA συνέτεινε στην αλματώδη αύξηση της ζήτησης του ΥΦΑ τόσο για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των βιομηχανικών χωρών της Άπω Ανατολής όσο και για τις ανάγκες θέρμανσης κατά τη χειμερινή περίοδο. Η μεγάλη αύξηση της ζήτησης σε συνδυασμό με τις εντεινόμενες περιβαλλοντικές απαιτήσεις, αποτέλεσαν το μοχλό ανάπτυξης των τεχνολογιών που σχετίζονται με το ΦΑ , τόσο σε σχέση με τα προωστήρια συστήματα των αεροφόρων πλοίων μεταφοράς ΥΦΑ, όσο και των τεχνολογιών που φροντίζουν για τη διαχείριση και αποθήκευση του ΦΑ, με σκοπό την ασφαλέστερη και αποδοτικότερη χρήση και διαχείρισή του. Αναφορικά με τα συστήματα αποθήκευσης αναπτύχθηκαν τόσο αυτοφερόμενοι τύποι δεξαμενών, οι οποίες αναφορικά με ναυτικές εφαρμογές, κατασκευάζονται εκτός του πλοίου, όπως όλα σχεδόν τα μηχανήματα κι εξοπλισμός ενός πλοίου και στη συνέχεια μεταφέρονται κι εγκαθίστανται εντός του πλοίου σε προδιαγεγραμμένη θέση. Επιπλέον αναπτύχθηκαν και δεξαμενές τύπου μεμβράνης όπως λέγονται, οι οποίες κατασκευάζονται επί του πλοίου και χρησιμοποιούν το κύτος ως το «εξωτερικό» περίβλημα αυξάνοντας με τον τρόπο αυτό στο έπακρο την ωφέλιμη χωρητικότητα. Τα συστήματα διαχείρισης του ΥΦΑ φροντίζουν είτε να μεταφέρουν με ασφάλεια το ΦΑ από και προς το πλοίο καθώς και στους διάφορους καταναλωτές, είτε να το μετατρέπουν από την υγρή στην αέρια φάση και το αντίστροφο. Η αποδοτικότερη χρήση του ΥΦΑ σε ναυτικές εφαρμογές οδήγησε στην εξέλιξη τόσο των εφαρμοζόμενων προωστήριων συστημάτων όσο και των κινητήρων που τα απαρτίζουν. Ενώ αρχικά οι ατμοστρόβιλοι ήταν η βασική μονάδα παραγωγής τόσο προωστήριας όσο και ηλεκτρικής ενέργειας σε πλοίο που χρησιμοποιεί ΥΦΑ ως καύσιμο, στη συνέχεια επικράτησαν οι 4-χρονοι κινητήρες εσωτερικής καύσης διπλού καυσίμου, χαμηλής πίεσης αερίου, σε διάταξη ηλεκτροπρόωσης (οι ΜΕΚ παράγουν ηλεκτρική ενέργεια η οποία μέσω ηλεκτροκινητήρων κινεί την έλικα-ες του πλοίου, καλύπτοντας ταυτόχρονα και τις υπόλοιπες ηλεκτρικές ανάγκες του πλοίου) ενώ σήμερα έχουν επικρατήσει οι 2-Χρονοι κινητήρες διπλού καυσίμου, υψηλής ή χαμηλής πίεσης αερίου, σε διάταξη μηχανικής πρόωσης (απευθείας σύζευξη μηχανής με έλικα). Στη μηχανική διάταξη πρόωσης χρησιμοποιούνται επιπλέον 4- Χρονοι κινητήρες διπλού καυσίμου για την κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών του πλοίου. Οι κινητήρες διπλού καυσίμου ,χαμηλής πίεσης, μπορούν να λειτουργήσουν είτε με αέριο που εξαερώνεται στις δεξαμενές φορτίου (BOG) , ντίζελ, ή μαζούτ (MDO, HFO) . Οι κινητήρες «διπλού» καυσίμου έχουν διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας ανάλογα με το καύσιμο που θα χρησιμοποιηθεί. Όταν καίγεται αέριο ως καύσιμο (λειτουργία αερίου), ο κινητήρας υιοθετεί την αρχή του «φτωχού» κύκλου Otto (lean burn). Στην περίπτωση αυτή απαιτείται μία πηγή θερμότητας για την έναυση του αερίου μίγματος η οποία για τους συγκεκριμένους κινητήρες είναι η έγχυση μικρής ποσότητας πιλοτικού καυσίμου Diesel. Αντιθέτως, εάν χρησιμοποιούνται υγρά καύσιμα MDO ή HFO, ο κινητήρας λειτουργεί σε κύκλο ντίζελ (λειτουργία ντίζελ), όπως ένας συμβατικός κινητήρας υγρού καυσίμου Οι κινητήρες διπλού καυσίμου , υψηλής πίεσης , λειτουργούν πάντα σε κύκλο Diesel, και για το λόγο αυτό έχουν υψηλότερη απόδοση, γεγονός που τους έχει καταστήσει ως την επικρατέστερη επιλογή. Επιπλέον οι κινητήρες υψηλής πίεσης παρουσιάζουν πολύ χαμηλές διαφυγές ΦΑ (methane slip) κατά τη διαδικασία της καύσης, γεγονός που τους καθιστά ιδιαίτερα φιλικούς προς το περιβάλλον. Οι διαφυγές ΦΑ (methane slip) αποτελούν ένα μέγεθος το οποίο αποτελεί σημείο ζωτικού ενδιαφέροντος για την αξιολόγηση του ΦΑ ως καύσιμο, ενώ λαμβάνονται υπόψιν στους υπολογισμούς αερίων ρύπων του θερμοκηπίου για τους οποίους έχουν τεθεί σε ισχύ κανονιστικές διατάξεις, με συγκεκριμένες συνέπειες για τους χρήστες. Προς χάριν αντικειμενικότερης αξιολόγησης του ΥΦΑ ως καύσιμο, αλλά και των υπολοίπων καυσίμων, υπολογίζονται οι εκπομπές ρύπων από το σημείο εξόρυξης μέχρι τη χρήση/καύση του. Τα 2 επιμέρους στάδια της αξιολόγησης του περιβαλλοντικού αποτυπώματος ενός καυσίμου τα οποία συνιστούν τη συνολική εικόνα (η οποία καλείται ως «Well-To-Weak») των εκπεμπόμενων ρύπων είναι : Το πρώτο από το σημείο παραγωγής ή εξόρυξης μέχρι την παράδοσή του στο πλοίο, (WELL TO TANK) Το δεύτερο από τη δεξαμενή του πλοίου μέχρι τη μετατροπή του σε κινητική ενέργεια περιστροφής της έλικας για την κίνηση του πλοίου, (TANK-TO-WEAK) Η χρήση του ΥΦΑ ως καύσιμο σε ναυτικές εφαρμογές αποτελεί πεδίο αντιπαράθεσης μια και υπάρχουν διαφορετικοί τρόποι προσέγγισης οι οποίοι οδηγούν σε διαφορετικά συμπεράσματα τόσο ως προς τα τεχο-οικονομικά αποτελέσματα όσο και προς τις περιβαλλοντικές επιδράσεις. Το ΥΦΑ θεωρείται ως καύσιμο μετάβασης στην εποχή των μελλοντικών καυσίμων τα οποία δεν θα περιέχουν άνθρακα. Σημαντικότατο ρόλο στην απανθρακοποίηση της ναυτιλίας θα διαδραματίσει και η ψηφιοποίηση (ανάλυση, αξιολόγηση και χρήση δεδομένων) της λειτουργίας όλων των επιμέρους σταδίων. Αναφορικά με τη λειτουργία και τη χρήση του πλοίου και του μηχανολογικού του εξοπλισμού, η χρήση αναλύσεων δεδομένων για την εξοικονόμηση όσο το δυνατόν περισσότερου καυσίμου και εκπομπών κατά τη διάρκεια της μακράς διέλευσης ενός πλοίου είναι πρωταρχικής σημασίας. Η χρήση ιστορικών δεδομένων για τον προσδιορισμό της βέλτιστης ταχύτητας διέλευσης σε συνδυασμό με διάφορα μέτρα για τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, συμπεριλαμβανομένης της βελτιστοποίησης του εξοπλισμού και του βυθίσματος του πλοίου, των ρυθμίσεων αυτόματου πιλότου, της διακοπής του περιττού βοηθητικού εξοπλισμού και της μείωσης του αριθμού/ισχύος των κινητήρων επαρκώς στις συνθήκες της θάλασσας, θα βοηθήσουν σημαντικά την προσπάθεια απανθρακοποίησης της ναυτιλίας Η «αλλαγή» τρόπου σκέψης, εκπαίδευσης και υιοθέτησης περιβαλλοντικής ευαισθησίας από το πλήρωμα και όλο το στελεχιακό δυναμικό της Ναυτιλίας θα είναι επίσης βασική προϋπόθεση για τη βέλτιστη αξιοποίηση όλων των τεχνολογικών εξελίξεων και εφαρμογών, για την επίτευξη του στόχου της απανθρακοποίησης της Ναυτιλίας. Τέλος υπηρεσίες που σχετίζονται με τη Ναυτιλιακή βιομηχανία , όπως λιμενικές υποδομές ηλεκτροδότησης (μέσω ενέργειας από Α.Π.Ε.) των πλοίων κατά το διάστημα ελλιμενισμού, μείωση του χρόνου αναμονής για τον ελλιμενισμό, κλπ. θα συμβάλλουν σημαντικά στην απανθρακοποίηση της Ναυτιλίας. | el |
| dc.description.abstract | The ever-increasing need to use cleaner forms of energy to reduce greenhouse gases combined with the introduction of liquefied natural gas (LNG) tankers and the first LNG fueled ships has led to a significant increase in the demand for LNG for industrial , commercial and domestic use, since LNG is considered the cleanest and most efficient fossil fuel. In addition, the tragic accident at the Fukushima nuclear power plant contributed to the rapid increase in demand for LNG, both to meet the energy needs of the industrialized countries of the Far East and for heating needs during the winter season. The great increase in demand, combined with the intensifying environmental requirements, have been the driving force for the development of technologies related to LNG, both in relation to the propulsion systems of LNG carriers, as well as the technologies that take care of the management and storage of the LNG, with the aim of its safer and more efficient use and management In relation to storage systems, self-supporting types of tanks were developed, which, in relation to naval applications, are manufactured outside the ship, like almost all the machinery and equipment of a ship, and then transported and installed inside the ship in a specified position. In addition, so-called membrane-type tanks were developed, which are built on board the ship and use the hull as the "outer" casing, thus maximizing the useful capacity. The LNG management systems take care of either safely transporting the LNG from and to the ship as well as to the various consumers, or converting it from the liquid to the gas phase and vice versa. The need for efficient use of LNG in marine applications has led to the development of both the applied propulsion systems and the engines that make them up. While initially steam turbines were the main driver of production of both propulsion and electrical energy in an LNGfueled ship, later the 4-stroke dual-fuel engines , of low gas pressure, on diesel-electric applications subsequently prevailed (Internal Combustion Engines generate electricity which by means of electric motors drives the propeller-s of the ship, covering at the same time the rest of the electrical needs of the ship) while today the 2-Stroke dual-fuel engines, with high or low gas pressure, in a mechanical propulsion arrangement (direct coupling of engine with propeller) have prevailed. Additional 4-Stroke dual-fuel engines are used in the mechanical propulsion system, to cover the ship's electrical needs. Dual-fuel, low-pressure engines can run on either Boil-off gas (BOG), diesel, or heavy fuel oil (MDO, HFO). "Dual" fuel engines have different modes of operation depending on the fuel in use. When burning gas (gas mode), the engine adopts the principle of the "lean" Otto cycle (lean burn). In this case, a heat source is required to ignite the gas mixture, which for the specific engines is the injection of a small amount of Diesel which is called pilot fuel. Conversely, if MDO or HFO liquid fuels are used, the engine operates in a diesel cycle (diesel mode) like a conventional liquid fuel engine. Dual fuel, high pressure engines always operate on a Diesel cycle, and for that reason have a higher efficiency, which has made them the preferred choice. In addition, high-pressure engines show very low methane slip during the combustion process, which makes them particularly environmentally friendly. Methane slip is a factor that is a point of vital interest for the assessment of LNG as fuel, while it is taken into account in the calculations of greenhouse gas emmissions for which regulatory provisions have come into force, with specific consequences for users. For the sake of a more objective assessment of LNG as a marine fuel, as well as other fuels, the emissions from the extraction point to its use/combustion are calculated. The 2 individual stages of the assessment of the environmental footprint of a fuel which constitute the overall picture (which is called "Well-To-Weak") of the emitted pollutants are: The first from the point of production or extraction until its delivery to the ship, (WELL TO TANK) The second from the tank of the ship until its conversion into kinetic energy of rotation of the propeller for the movement of the ship, (TANK-TO-WEAK) The use of LNG as a fuel in marine applications is a field of controversy since there are different approaches that lead to different conclusions both in terms of techno-economic results and environmental effects. LNG is considered as a transition fuel to the era of future fuels that will not contain carbon. The digitization (analysis, evaluation and use of data) of the operation of all individual stages of ship’s operation, will play a very important role in the decarbonisation of shipping. In relation to the operation and use of the ship and its mechanical equipment, the use of data analytics to save as much fuel and emissions as possible during a ship's long transit is paramount. The use of historical data to determine the optimal transit speed combined with various measures to reduce fuel consumption, including optimizing the ship's equipment and draft, autopilot settings, disconnecting unnecessary auxiliary equipment and reducing the number /power of the engines sufficiently in sea conditions, will significantly help the effort to decarbonize shipping The "change" of mindset, training and adoption of environmental sensitivity by the crew and the entire management force of the Marine industry will also be a basic condition for the optimal utilization of all technological developments and applications, to achieve the goal of decarbonization of Shipping. Finally, services related to the Shipping industry, such as port infrastructures for electrification (through renewable energy) of ships during docking, reduction of waiting time for docking, etc. will contribute significantly to the decarbonization of Shipping. | en |
| dc.identifier.uri | https://apothesis.hmu.gr/handle/123456789/11182 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.publisher | ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | |
| dc.subject | Υγροποιημένο φυσικό αέριο | |
| dc.subject | Περιβαλλοντική επίπτωση | |
| dc.subject | Περιβαλλοντικό αποτύπωμα | |
| dc.subject | Ναυτιλία | |
| dc.subject | Liquefied natural gas | |
| dc.subject | Environmental impact | |
| dc.subject | Enviromental footprint | |
| dc.subject | Shipping | |
| dc.title | Το καύσιμο ΥΦΑ/LNG στη σύγχρονη ναυτιλία: οικονομικές και περιβαλλοντικές επιδράσεις και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της χρήσης του. | el |
| dc.title | LNG fuel in modern shipping: economic and environmental effects and the environmental footprint of its use. | en |
| dc.type | Πτυχιακή Εργασία | |
| heal.academicPublisherID | ΕΛΜΕΠΑ Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο |
Αρχεία
Πρωτότυπος φάκελος/πακέτο
1 - 1 of 1
Φόρτωση...
- Ονομα:
- ChristopoulosKonstantinos2024.pdf
- Μέγεθος:
- 5.31 MB
- Μορφότυπο:
- Adobe Portable Document Format
Φάκελος/Πακέτο αδειών
1 - 1 of 1
Δεν υπάρχει διαθέσιμη μικρογραφία
- Ονομα:
- license.txt
- Μέγεθος:
- 2.17 KB
- Μορφότυπο:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Περιγραφή: