Fuel cells-Gorive ćelije

 

IMO je donio odluku da pomorska industrija smanji emisiju stakleničkih plinova u periodu od 30 godina s ciljem da  se godišnja emisija plinova smanji za 50 % do godine 2050 u usporedbi sa emisijom iz 2008.

Da bi se ovaj cilj ostvario IMO treba radikalne izmjene u brodskoj propulziji na globalnom nivou sto znači manje korištenje ugljikovodika .

Da bi se taj cilj ostvario ,krenulo se u nekoliko pravaca .A kao jedna od alternativa je upotreba gorivih ćelija .

Što su to -gorive ćelije ?

Goriva ćelija je elektrokemijski uređaj koji kombinira vodik i kisik za proizvodnju električne energije, i stvaranje vode i topline kao nusproizvoda.

Gorive ćelije su poput baterija koje stvaraju elektricitet elektrokemijskom reakcijom. Tu prestaje sličnost sa danas standardnim baterijama .Za razliku od standardnih baterija ,gorive ćelije koriste vanjski izvor (opskrbu) kemijske energije i rade tako dugo dokle god imaju stalan dotok vodika i kisika.(zrak)

U ovom sistemu vodik se definira kao gorivo i zbog toga je goriva ćelija dobila ime iako ustvari izgaranja nema .

Oksidacija vodika umjesto toga odvija se elektrokemijski na vrlo učinkovit način. Tijekom oksidacije, atomi vodika reagiraju s atomima kisika i tvore vodu; u tom procesu elektroni se  oslobađaju i struje kroz vanjski krug kao električna struja.

Gorive ćelije veličinom mogu varirati od sitnih uređaja koji proizvode samo nekoliko vata električne energije, pa sve do velikih elektrana koje proizvode megavate. Sve gorive ćelije temelje se na osnovnom dizajnu koji koristi dvije elektrode odvojene čvrstim ili tekućim elektrolitom koji između sebe nose električno nabijene čestice. Katalizator se često koristi za ubrzavanje reakcija na elektrodama.

Još jednostavnije :imamo 2 elektrode -pozitivnu katodu i negativnu anodu. Na katodu dovodimo vodik koji u svojoj atomskoj strukturi ima u jezgri jedan proton  i jedan elektron u omotaču .Kao takav, atom vodika je neutralan i zbog te neutralnosti ne može se razviti privlačna sila prema anodi . Zbog toga imamo elektrolit u kojem se atom vodika  „cijepa“ na H+ kojega privlači negativna strana tj anoda ,elektroni iz omotača atoma ostaju u elektrolitu. Na anodu se dovodi zrak tj  kisik, ali sada kisik ne može reagirati sa H+. H+ nije vodik , nedostaje mu jedan elektron da bi se atom kompletirao i kao vodik reagirao sa zrakom . Elektroni izdvojeni iz vodika u elektrolitu se vode vanjskom žicom na anodu i na tu žicu se može spojiti trošilo . Na anodi nastaje reakcija vodika sa zrakom tj stvaranje vode u obliku vodene pare relativno visoke temperature

Vrste gorivih ćelija obično se klasificiraju prema prirodi elektrolita koji koriste. Svaka vrsta zahtijeva određene materijale i goriva i pogodna je za različite primjene.

Neke od tih tipova ćemo spomenuti a u nekom kasnijem tekstu ćemo ih detaljnije objasniti.

 

1.Solid Oxide  Fuel cells (SOFC)

SOFC-ovi koriste tvrdi, neporozni keramički spoj kao elektrolit. Budući da je elektrolit čvrst, stanice ne moraju biti izrađene u obliku ploče koja je tipična za ostale vrste gorivih ćelija. Učinkovitost  SOFC-ova biti  pri pretvaranju „goriva“ u električnu energiju je od oko 50% -60%

Radi na vrlo visokim temperaturama, obično između 500 i 1 000 ° C. Na ovim temperaturama SOFC-ovi ne zahtijevaju skupi platinasti katalizator, kao što je trenutno potrebno za gorive ćelije s nižom temperaturom, poput PEMFC-a, i nisu osjetljivi na katalitičko zagađenjem  ugljičnim monoksidom (deaktivacija nečistoćom). Međutim, jako su osjetljivi na sumpor i sumpor se mora ukloniti prije ulaska u ćeliju korištenjem slojeva adsorbensa ili drugih sredstava.

SOFC-ovi imaju širok izbor primjene, od pomoćnih jedinica napajanja u vozilima do stacionarne proizvodnje energije, s izlazima od 100 W do 2 MW. Viša radna temperatura čini SOFC-ove prikladnim kandidatima za uporabu s uređajima za obnavljanje energije toplinskog motora ili kombiniranom toplinom i energijom, što dodatno povećava ukupnu učinkovitost goriva.

2.Proton Exchange Membrane Fuel Cells ( PEMFC )

Proton Exchange membrane fuel cells : ovaj tip gorive ćelije koristi membranu za izmjenu protona, poznate i kao polimerne elektrolitske gorive ćelije ili PEMFC,i kao takve daju veliku gustoću i snagu . Imaju još nekoliko prednosti kao što su manja težina i volumen  u odnosu na ostale FC . PEMFC-ovi koriste polimernu membranu kao elektrolit i porozne ugljične elektrode koje sadrže platinski katalizator. Ovom tipu FC-a potrebni su samo vodik i  kisik iz zrak, a njihov rad ne uključuje korozivne tekućine poput nekih drugih FC-a. Obično se pune čistim vodikom koji se dovodi iz spremnika.

Djeluju na niskim temperaturama, oko 80 ° C, te su pogodne za mobilne aplikacije i drugačiju uporabu koja zahtijeva početno visoku potrošnju energije, a ima i veliku gustoću što podrazumijeva i veliki kapacitet.

Moderni  PEMFC-ovi ne rade na visokim temperaturama jer visoka temperatura oštećuje membrane, što predstavlja ograničenje za neke FC aplikacije. Njihov rad na niskim temperaturama ima  prednost, ali također ima i mane. Glavna prednost je što FC može brzo dostići radnu temperaturu počevši od temperature okoline. Glavni problem je činjenica da im je za rad potreban platinski katalizator kako bi mogli raditi, što naravno, povećava troškove. Štoviše, platinski katalizator je također jako osjetljiv na zagađenje CO-om, pa je obvezno koristiti dodatni reaktor za smanjenje CO u gorivom plinu ako vodik dolazi iz alkohola ili ugljikovodičnog goriva. Ovo još dodatno poskupljuje ovu vrstu FC-ova. Istraživački napori za smanjenje ili čak suzbijanje upotrebe platine su u tijeku, a količina platine koja se koristi u PEM FC-u već se znatno smanjila. Pored toga, platinski katalizator se može reciklirati.

Danas je PEM goriva ćelija konsenzus za primjenu u cestovnom prometu (automobil, autobus, kamion itd.) PEM se koristi i u nekoj stacionarnoj primjeni.


3.Alkalne gorive ćelije .

Alkalne gorive ćelije (AFC) bile su jedna od prvih razvijenih tehnologija FC (fuel cells-gorivih ćelija ) , a i bile su prva vrsta FC-a koja se široko koristila u američkom svemirskom programu za proizvodnju električne energije i vode u svemirskoj kapsuli. Ovi FC-ovi koriste otopinu kalijevog hidroksida u vodi kao elektrolita i mogu koristiti razne plemenite metale kao katalizator na anodi i katodi. Visoko temperaturni AFC djeluju na temperaturama između 100 ° C i 250 ° C. Međutim, noviji AFC dizajni djeluju na nižim temperaturama od oko 23 ° C do 70 ° C.  Učinkovitost alkalnog FC-a koji djeluje na čistom vodiku je 60%.

Njihova prednost je tome sto je voda proizvedena reakcijom pitka a ujedno su proizvedbeno ,najjeftinije gorive ćelije na tržištu. Razlog za to krije se u relativno jeftinim materijalima koji se koriste kao katalizatori na elektrodama u usporedbi s a ostalim tipovima FC koje koriste platinu za katalizator

Koriste se na kopnu kao power station 

4.Direct Methanol Fuel Cells (DMFC)

 

DMFC-ovi se pokreću čistim metanolom, koji se miješa s parom i dovodi izravno na anodu gorivih ćelija. Kod ovog tipa gorivih ćelija  novost je gorivo koje se koristi. Anoda se može „hraniti“ tekućim metanolom ili parama metanola, dok katoda prima zrak. DMFC pripadaju obitelji FC sa niskim temperaturama. Može se smatrati evolucijom PEMFC-a, jer oni koriste polimernu membranu kao elektrolit. Međutim, platinsko-rutenijski katalizator na DMFC anodi može izvući vodik iz tekućeg metanola, eliminirajući potrebu za reformacijom goriva. Stoga se čisti metanol može koristiti kao gorivo.

DMFC-ovi imaju radnu temperaturu u rasponu između 60 ° C i 130 ° C i obično se koriste u aplikacijama sa skromnim potrebama za napajanjem, poput mobilnih elektroničkih uređaja ili punjača i prijenosnih napajanja 19.

DMFC-ovi bi također mogli biti alternativa PEMFC-ovima i H2 ukrcanim spremnicima u vozilima. U skladu s tim, nedavni projekti imaju za cilj pokazati uporabu gorivih ćelija pogonjenih metanolom kao mogućih produžetaka dosega za male gradske automobile s malim baterijama.

 

 

5.Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC)

 

Gorive ćelije fosforne kiseline (PAFC) koriste tekuću fosfornu kiselinu kao elektrolit (kiselina se nalazi u matriksu silicij-karbidnog spoja s teflonom) i porozne ugljične elektrode koje sadrže platinasti katalizator.

PAFC su razvijeni sredinom 60-ih i testirani od 70-ih. Od tada su poboljšane značajke poput stabilnosti, performansi i troškova. Ove karakteristike su uvjetovale da PAFC-ovi  postanu pogodnom vrstom FC-ova za stacionarne aplikacije.

Djeluju na području između 150 ° C i 200 ° C, a voda koja nastaje operacijom može se pretvoriti u paru za grijanje zraka i vode (kombinirana toplina i snaga, combinated heat and power-CHP). Ova značajka omogućuje povećanje efikasnosti i do 70%. Pri nižim temperaturama fosforna kiselina je loš ionski provodnik, a zagađenje platinskog katalizatora u anodi postaje značajno. Međutim, imaju prednost kao što je znatno manja osjetljivost na utjecaj CO u odnosu na PEMFC i AFC. PAFC-ovi podnose goriva koja sadrže CO i to tako da čak mogu podnijeti koncentraciju CO od oko 1,5%, što povećava raspon goriva koja se mogu upotrijebiti (napomena: ako se koristi benzin, sumpor se prvo mora ukloniti).

6.Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC)

Razvijanje gorivih ćelije od karbonata (MCFC) je bilo u cilju upotrebe prirodnog plina (NG) i za uporabu u elektranama na ugalj za električnu, industrijsku i za vojnu primjenu. MCFC djeluju na visokoj temperaturi i koriste elektrolit sastavljen od smjese rastopljene karbonatne soli suspendirane u poroznom, kemijski inertnom(ne reagirajućem) keramičko litij-aluminij-oksid (LiAlO2) podlozi. Budući da MCFC djeluju na ekstremno visokim temperaturama (650 ° C i više), katalizatori ne trebaju biti plemeniti metali poput platine, što MCFC čini mnogo pristupačnijim

Učinkovitost im je 60% pri proizvodnji električne energije i 85% ako se koriste u kogeneraciji (combined heat and power tj proces istovremene proizvodnje toplinske i električne energije). Prednosti rada na visokim temperaturama su u tome što se povećava učinkovitost i omogućava korištenje katalizatora koji su jeftiniji; međutim, takve visoke temperature skraćuju vijek trajanja FC-a i potiču koroziju. MCFC-ovi mogu raditi na gorivima kao što su prirodni plin, bioplin, singas, metan i propan.

Nedostaci uključuju malu gustoću snage i agresivnost elektrolita.

 

 

Još jedno malo objašnjenje: puno puta se u gornjem tekstu spominje „zagađenje „katalizatora ugljičnim monoksidom .Odakle ugljicni monoksid uz vodik?

Vodik za današnje  industrijske potrebe se dobiva iz metana CH4.Uz metan kao nus product javljaju se  i CO i CO2  koji su staklenički plinovi i kao takvi nisu baš  ekološki najpogodniji.

Druga obećavajuća metoda dobivanja vodika je elektroliza vode

 

 

 

Proizvodnja Vodika

Vodik je možda najzastupljeniji element na zemlji, ali se rijetko može naći u svojem čistom obliku. Praktično, ta činjenica znači da, da bi se proizveo vodik, treba ga izvući iz nekog spoja.

Naravno, za ovaj postupak ekstrakcije potrebna je energija, ali vodik se može proizvesti ili ekstrahirati praktički bilo kojim primarnim izvorom energije, bilo fosilnim ili obnovljivim. Karakteristično je da se vodik može proizvesti korištenjem različitih izvora, uključujući fosilna goriva, prirodni plin i ugljen, biomase i obnovljivi izvori energije, kao što su energija vjetra, solarna energija, geotermalna i hidroelektrana za cijepanje/ dijeljenje vode. Ova raznolikost potencijalnih izvora opskrbe najvažniji je razlog zašto je vodik tako perspektivan nositelj energije.

Iako se većina svjetske proizvodnje vodika danas proizvodi postupkom nazvanog Parna metanska reformacija (Steam Methane Reforming),  tijekom kojega se intenzivnije stvara  CO2 . Vodik se također može proizvesti postupkom koji koristi obnovljivu električnu energiju, (elektroliza) što dovodi do „zelene“ ili CO2 neutralni proizvodnje.

Trenutačno (nove metode se svakodnevno istražuju) najistaknutiji načini proizvodnje su sljedeći:

 

Elektroliza i visoko temperaturna reformacija metana

 

Metoda: Elektroliza

Ukratko: Proces gdje se voda (H2O) dijeli na plin vodik (H2) i kisik (O2) s unosom energije i toplinom u slučaju elektrolize visoke temperature.

U praksi: Električna struja dijeli vodu na svoje sastavne dijelove. Ako se koristi obnovljiva energija, plin je proizveden sa „0-emission“.

 

Parna metanska reformacija:

Metoda: Reformiranje – prije svega Reforma prirodnog plina, ali i bioplina

Ukratko: Primarni načini pretvaranja prirodnog plina, uglavnom metana u vodik, uključuju reakciju bilo s parom (parna reforma ili  reformom SMR kada se koristi metan), kisikom (djelomična oksidacija) ili s oboje u nizu (auto termalno reformiranje )

U praksi: reformiranje pare: Čista vodena para se koristi kao oksidant. Reakcija zahtijeva unošenje topline (“endotermična reakcija”).

 

Djelomična oksidacija: U ovoj se metodi koristi kisik ili zrak. Proces oslobađa toplinu (“egzotermna reakcija”).

Auto termalno reformiranje: Ovaj je postupak kombinacija parnog reformiranja i djelomične oksidacije, a djeluje sa mješavinom zraka i vodene pare. Odnos dvaju oksidansa podešava se tako da nema potrebe za unošenjem ili ispuštanjem topline („izotermalno“).

Vodik kao nusproizvod ili industrijski ostatak vodika

Metoda: Vodik iz drugih industrijskih procesa koji stvaraju vodik kao nusproizvod

Ukratko: Elektrokemijski procesi, poput industrijske proizvodnje kaustične sode i klora, proizvode vodik kao otpadni proizvod.

U praksi: Proizvodnja klora i kaustične sode svodi se na prolazak električne struje kroz slanu otopinu (otopina soli – natrijevog klorida – u vodi). Slanica se disocira i rekombinira izmjenom elektrona (koje dovodi struja) u plinoviti klor, otopljeni kaustični soda1 i vodik. Po prirodi kemijske reakcije, klor, kaustična soda i vodik uvijek se proizvode u fiksnom omjeru: 1,1 tona kaustičnog i 0,03 tone vodika po toni klora.

Parna reformacija metana (SMR):

Kao što je već opisano gore, trenutno se većina danas proizvedenog vodika proizvodi CO2 intenzivnim postupkom zvanim Parna metanska reformacija.

Visoko temperaturna para (700 ° C – 1.000 ° C) koristi se za proizvodnju vodika iz  metana, koji je prirodni plin . Kod reformiranja pare metana, metan reagira s parom pod tlakom od 3 do 25 bara (1 bar = 14,5 psi) u prisutnosti katalizatora za dobivanje vodika, ugljičnog monoksida i relativno male količine ugljičnog dioksida. Reforma pare je endotermična – to jest, toplina se mora dostavljati procesu da bi se reakcija odvijala.

Nakon toga, u tzv. Reakciji promjene pomaka vode i plina, ugljični monoksid i para reagiraju pomoću katalizatora za dobivanje ugljičnog dioksida i vodika. U posljednjem koraku procesa nazvanom “adsorpcija s promjenom pritiska”, ugljični dioksid i ostale nečistoće uklanjaju se iz struje plina, pri čemu ostaje u osnovi čisti vodik. Parno reformiranje može se također koristiti za dobivanje vodika iz drugih goriva, poput etanola, propana, ili čak benzina.

 

Djelomična oksidacija

 

Pri djelomičnoj oksidaciji, metan i drugi ugljikovodici u prirodnom plinu reagiraju s ograničenom količinom kisika (obično iz zraka) koja nije dovoljna za potpuno oksidaciju ugljikovodika u ugljični dioksid i vodu. S manje od dostupne stehiometrijske količine kisika, reakcijski proizvodi sadrže prvenstveno vodik i ugljični monoksid (i dušik, ako se reakcija provodi s zrakom, a ne čistim kisikom), te relativno malu količinu ugljičnog dioksida i drugih spojeva.

 

Elektroliza

Unatoč činjenici da se vodik može proizvesti na brojne načine, najzanimljiviji, ali i obećavajući dio je proizvodnja vodika elektrolizom vode.

Pri tom procesu elektroliza razgrađuje vodu u vodik i kisik pomoću električne energije. Ako se korištena električna energija dobiva iz obnovljivih izvora energije poput vjetra ili sunca, a proizvedeni vodik koristi se u gorivnoj ćeliji, tada bi cijeli energetski proces imao 0 emisiju. U ovom slučaju, govorimo o “zelenom vodiku”.

 

Elektrolizator se sastoji od istosmjernog izvora elektriciteta i dvije elektrode s plemenitim metalom, koje su razdvojene elektrolitom. Elektrolitni ili ionski vodič može biti tekućina, na primjer provodljiva kaustična otopina kalijeva hidroksida (kalijev hidroksid, KOH) za alkalnu elektrolizu.


U alkalnom elektrolizatoru katoda (negativni pol) gubi elektrone u vodenoj otopini.
Voda se disocira, što dovodi do stvaranja vodikovih (H2) i hidroksidnih iona (OH -)


Nosači naboja pomiču se u elektrolitu prema anodi. Na anodi (pozitivni pol) elektrone apsorbiraju negativni OH – anioni. OH – anioni se oksidiraju i formiraju vodu i kisik. Kisik se diže na anodi. Membrana sprečava miješanje produktnih plinova H2 i O2, ali omogućuje prolazak OH – iona. Elektrolizatori se sastoje od pojedinačnih ćelija i jedinica centralnog sustava (tkz.biljna bilanca). Kombinacijom elektrolitičkih ćelija i nakupina, proizvodnja vodika može se prilagoditi individualnim potrebama.

Elektrolizatori se razlikuju po elektrolitnim materijalima i temperaturi na kojoj djeluju: nisko temperaturna elektroliza (LTE), uključujući alkalnu elektrolizu (AE), elektrolizu protonske membrane (PEM) i elektrolizu anionske membrane (AEM) elektrolizu (poznatu i kao alkalna PEM) i elektroliza visoke temperature (HTE). Posljednja skupina ponajviše uključuje elektrolizu krutih oksida (SOE), ali to je još u naprednoj fazi istraživanja i razvoja, a proizvodi još nisu komercijalno dostupni. Kada dostignu zrelost na tržištu, očekuje se da će njihove prednosti uključivati ​​povećanu konverzijsku učinkovitost i mogućnost proizvodnje sintetskog plina izravno iz pare i CO 2, za upotrebu u različitim primjenama poput sintetičkih tekućih goriva .

Visoko temperaturna elektroliza posebno je zanimljiva kada postoji izvor topline pored elektrolizera (kao što je to često slučaj u industrijskim postrojenjima ) ekonomičnije je od tradicionalne elektrolize niske(sobne) temperature. Doista se dio energije isporučuje kao toplina, koja je ili besplatna ili jeftinija od električne energije, a također i zato što je reakcija elektrolize učinkovitija na višim temperaturama.

Izbor određene tehnologije elektrolize ovisi o potrebama uporabe i lokalnom kontekstu.

Vodik je poput električne energije u smislu da njegova upotreba ne stvara nikakvu emisiju. Njegov otisak ugljika povezan je s načinom njegove proizvodnje. U slučaju vodika dobivenog elektrolizom, njegov ugljično dioksidni otisak  izravno je povezan s izvorom električne energije. Stoga je vodik proizveden iz obnovljive ili nuklearne električne energije bez ugljično dioksidnog otiska.

 

Zašto je sve gore navedeno važno ?

Po zadnjim dostupnim informacijama , ABB je  potpisao ugovor o suradnji sa tvrtkom HDF (Hydrogen De France ) u vezi razvoja energetskog postrojenja za pomorsku industriju ili jednostavnije brodsku propulziju koja bi pogonila razne tipove prekooceanskih brodova kao što su bulk carrieri ,containeri,tankeri…

Slika ispod  primjer postrojenja (propulzije) jednog kontejnerskog broda pogonjenog gorivim ćelijama


Ovaj sporazum je nastao na sporazumu objavljenom 2018 god u lipnju sa Ballard Power Systems koja je svjetski opskrbljivač  PEMFC (proton Exchange Membrane fuel cells )

Također treba naglasiti da  se Norveški trajektni operator Norled uključio u razvoj  vodika kao energenta investirajući u  konstrukciju dva hibridna trajekta – prvi trajekti koji će biti  pokretani vodikom u Norveškoj.

Korištenje vodika kao brodskog goriva ima smisla jer ispunjava sve nadolazeće zakone o emisijama. Da bi to sve funkcioniralo efikasno , potrebna je  izgradnja bunkerske infrastrukture i dostupnost vodika.

Presudno za industriju, Norled je rekao da koristi ove prve projekte da zainteresira energetske tvrtke i predstavi buduće tržište za njih, pa ulažu u vodik i njegovu proizvodnju u Norveškoj.

Trenutni trend u svjetskoj pomorskoj industriji je da elektricitet polako zamjeni dobri stari Diesel motor. To je posebno vidljivo u segmentu obalnih plovila kao što su manji trajekti koji koriste Li-ion baterije sa obalnim dokovima za nadopunjavanje tih baterija ,ili se koriste hibridni sustavi sa  regeneracijom energije koji upotpunjuju diesel motore na brodu.Tj optimiziraju motore .Manovre se rade na baterije .

Trenutno razvoj baterija za brodske sustave ide u dva pravca :Litium -ion ili Gorive celije .

Trenutno je tesko biti prorok jer ukoliko se uspije Li-ion bateriji povećat gustoća tj skladištenje litijevih iona u grafitnoj strukturi koja može primiti limitirani broj iona tako da joj je i kapacitet limitiran. Uglavnom radi se na tome da se grafitna struktura zamijeni silikonskom koja ima puno veći kapacitet skladištenja li-iona.

Litij kao alkalni metal u čistom obliku je jako reaktivan i stabilan je samo u obliku oksida,proizvodnja i iskapanje litija je jako ekološki nepodobni proces tj zagađenje je veliko.

Moj osobni favorit su gorive ćelije i to SOFC tipa jer se kod njih toplina dobivena reakcijom može iskoristiti za proizvodnju pare za npr parnu turbinu koja može pokretati električni generator .

 

Srecko Mimica 

 

0

Ovdje ćemo odgovoriti na pitanja :Olovna ili Litium -ion baterija ?
Primjena u spremanju energije iz prirodnih izvora, sunca i vjetra, pa i u automobilima, širi se velikom brzinom.Zašto je to tako ,pa zato da se energija dobivena iz obnovljivih izvora ima gdje spremati.
Zbog toga ,a i drugih razloga ćemo pojasniti bitne razlike između olovnih i litium ionskih baterija.
Razlika je jako mnogo , no najvažnije je objasniti zašto danas treba računati s novim (litium-ion) baterijama, a ne onim tradicionalnim. Dakako, pod tradicionalnima mislimo samo na one tipove olovnih baterija koje su danas tehnološki pripremljene za duboko pražnjenje u foto naponskim sustavima, nikako na obične olovne automobilske baterije koje duboko pražnjenje naprosto ne mogu podnijeti.

Olovna ili litijska baterija?
1. PRAŽNJENJE
Na slici 1. zorno je prikazana razlika između tih dviju vrsta baterija. Da bi trajala dovoljno dugo, olovna se baterija smije prazniti samo do polovice svojeg kapaciteta, dok se litij-ionska baterija može bez oštećenja i ubrzanog starenja do kraja isprazniti.
Iz tih dviju različitih baterija jednakog nazivnog kapaciteta i jednako napunjenih, ne može se u jednom ciklusu pražnjenja iscrpsti jednaka količina energije.
Li-ionska baterija nudi u tom ciklusu znatno više energije.


Slika 1 : Iskoristivost energije iz olovnih i litium ionskih baterija

pic

Na slici 2. prikazan je slučaj kad želimo iz baterije tijekom 10 sati napajati trošilo od 2 kW, za što iz baterije moramo iscrpiti 20 kWh energije. Uz napon baterije od 48 V, litij-ionskoj bateriji trebat će 400 Ah (50 V x 400 Ah = 20 kWh) – jer Li-ion bateriju smijemo do kraja isprazniti. Kad bismo jednaku energiju pražnjenja od 20 kWh htjeli izvući iz olovne baterije koju smijemo isprazniti samo do polovice (50% kapaciteta ) kako joj ne bismo ugrozili životni vijek, treba nam 48 V baterija nazivnog kapaciteta 800 Ah.
Za istu raspoloživu energiju od 20 kWh olovna baterija ima masu 1360 kg, dok je masa Li-ionske baterije svega 336 kg. Li-ion baterija je četiri puta lakša!
Dakako, ova teorijska usporedba vrijedi samo ako se olovna baterija prazni nazivnim pražnjenjem. Nažalost, u otočnim foto naponskim sustavima teško je točno predvidjeti struju pražnjenja! Što ako se baterija prazni “ne nazivnom” strujom pražnjenja?
Slika 2: Olovna baterija nasuprot Li-ion bateriji uz 20 kWh pražnjenja

pic


Npr., pogledajmo olovnu bateriju nazivnih podataka 100 Ah 12 V C20. Jer, baterija osim oznake kapaciteta izraženog u Ah i napona izraženog u V ima još i neku dodatnu oznaku, recimo – C20. To znači da se ona može prazniti 20 sati strujom od 5 A (20 h x 5 A = 100 Ah).
Oznaka C se može pojednostavljeno smatrati kapacitetom pražnjenja

Dakle, brojka 20 iz oznake C20 označava 20 h pražnjenja.
Struja pražnjenja je pri tome: kapacitet baterije C / 20 pa kažemo da se baterija prazni s 0.05C (npr: 100Ah/20h = 5A). Dosad su sve to samo nazivni podaci s baterije. No, prazni li se ta baterija tako da bi se sav nazivni kapacitet iscrpio za 10 h, tada kažemo da se baterija prazni s 0,1C.
Za ovu bateriju to bi iznosilo 0,1C = 0,1 x 100 = 10A.

STRUJA PRAŽNJENJA JE = KAPACITET BATERIJE(c)/ 20
Na slici 2. prikazan je slučaj kad želimo iz baterije tijekom 10 sati napajati trošilo od 2 kW, za što iz baterije moramo iscrpiti 20 kWh energije. Uz napon baterije od 48 V, litij-ionskoj bateriji trebat će 400 Ah (50 V x 400 Ah = 20 kWh) – jer Li-ion bateriju smijemo do kraja isprazniti. Kad bismo jednaku energiju pražnjenja od 20 kWh htjeli izvući iz olovne baterije koju smijemo isprazniti samo do polovice (50% kapaciteta ) kako joj ne bismo ugrozili životni vijek, treba nam 48 V baterija nazivnog kapaciteta 800 Ah.
Za istu raspoloživu energiju od 20 kWh olovna baterija ima masu 1360 kg, dok je masa Li-ionske baterije svega 336 kg. Li-ion baterija je četiri puta lakša!


Slika 3: Kapacitet olovne baterije ovisno o struji pražnjenja                                                                                   Slika 4: Kapacitet LI-ion baterije ovisno o struji pražnjenja



picpic


Jasno je da zbog unutrašnjih fizikalno-kemijskih procesa, olovna baterija u našem primjeru (nazivnih 100 Ah pri struji pražnjenja 0,1C), može dati samo 85% kapaciteta, tj. 85 Ah.
Ako tu istu 
bateriju praznimo s 1C, dakle sa 100 A, tada ona može dati samo 20% nazivnog kapaciteta tj. samo 20 Ah. Praznimo li tu istu bateriju s 5C, dakle s 500 A, tada ona može dati svega 8% nazivnog kapaciteta, tj. samo 8Ah.

Iz ovih usporednih slika je lako uočiti da je kapacitet litium ion baterije skoro nezavisan od struje pražnjenja
Ili još jednostavnije potkrijepljeno brojkama: Početno napunjena Li-ion baterija daje 100 A tijekom 1,02 h, a jednako napunjena olovna baterija dati će 100 A – svega 12 minuta.

csm slika bfc



Ovisnost kapaciteta i napona o struji pražnjenja olovne i Li-ion baterije
I tu se jasno vidi kako pri povećanju struje pražnjenja napon litij-ionske bateriji manje pada u odnosu na olovnu bateriju. Litij-ionska baterija je izdržljiviji izvor napona u odnosu na olovnu bateriju, a stručno možemo reći da ima i manji unutarnji otpor

2. PUNJENJE
Olovna baterija u ispražnjenom stanju prima 98% privedene energije, što znači da se u toj fazi samo mali dio pretvara u nekorisnu toplinu. Međutim, kako se baterija približava stanju napunjenosti 80%, sve se više energije pretvara u nepotrebnu toplinu, pri čemu se svega 75% privedene energije može pospremiti u bateriju. Pri kraju procesa punjenja u bateriju se može pohraniti svega 5% privedene energije. Kako se proces punjenja olovnih baterija u otočnim sustavima odvija uglavnom kontrolirano, u rasponu od 50% kapaciteta do 100% (jer bateriju ne praznimo dublje – zbog produženja životnog vijeka), navodi se da je prosječna efikasnost punjenja oko 75%.
Isto se može izreći i na drugi način: ako olovnu bateriju praznimo „x“ sati sa strujom 0,15 C, morat ćemo je tom istom strujom (0,15 C) puniti 1,33 puta duže!
Za Li-ion bateriju praktički je efikasnost u cijelom procesu punjenja 98%. Na kraju tog procesa Li-ion baterija ne zahtijeva ni fino i precizno dopunjavanje koje je izrazito ne efikasno kod olovne baterije.
Li-ion bateriju možemo cijelo vrijeme puniti jednakom strujom, što znači da ćemo potrebnu energiju brže pospremiti u bateriju!
Ili ovako :
Generator od 7,5 KVA troši 3 litre na malo opterećenje,8 lit opterećen puni olovne baterije u jednom primjeru i li-ion bateriju u drugom .Struja punjenja 210 A pri 25 V sto ispada 5,3 KW za vrijeme 1,4 sata.
Obe baterije u tom vremenu dobiju iz generatora 7,2 kw energije .Li-ion je nakon tog vremena i napunjen dok olovnu treba još 4 sata nadopunjavat -uz sve manju snagu generatora ,(fino dopunjavanje malim strujama)
Sada financijska strana :za 1,4 sata generator je potrošio 11 lit goriva pri nazivnom opterećenju za napunit li-ion bateriju .dok mu za olovnu treba 5,4 sata i 23 litre goriva .
Pretpostavimo li da baterije dnevno trebaju jedan ciklus punjenja i pražnjenja, na godišnjoj se razini pojavljuje razlika od oko 4000 litara goriva i 1500 radnih sati generatora! Li-ion baterija je robusna i vrlo efikasna u pospremanju energije koju prima jednakim intenzitetom kroz cijelo vrijeme punjenja, dok je klasična olovna baterija sve tromija i manje efikasna što je bliže napunjenom stanju.
Na plovilima se za regeneraciju energije najčešće koristi foto-naponski sustav ili po naški solarni paneli. Vec smo uvidjeli prednosti li-ion baterije u odnosu na olovnu ,a sad cemo usporediti kako se ponašaju olovne i li-ion baterije uparene sa solarnim panelima na plovilima


pic


Utjecaj efikasnosti punjenja baterije u Foto-Naponskom sustavu s LI-ion baterijom




pic

Utjecaj efikasnosti punjenja baterije u Foto Naponskom sustavu s olovnom baterijom

Za dnevnu potrošnju od 20 kWh u sustavu s Li-ion baterijom mora se iz foto naponskog polja osigurati 30 kWh. Razlika je gotovo 10 kWh dnevno. U grubo preračunavši, da bi sustav s olovnim baterijama postigao sličnu efikasnost tijekom ljetne proizvodnje od 4 kWh/kwp, (kw po polju) foto naponsko polje treba povećati za dodatnih 2,5 kW foto naponskih modula. A ti se moduli moraju i povezati i montirati, za što treba i dodatni kabel i montažni materijal, a potom i odgovarajući jači ulaz regulatora punjenja… I to je argument u korist litij-ionskih baterija.
Štoviše, komponente sustava mogu se primjenom Li-ion baterija optimizirati i ne treba povećavati foto naponsko polje za očekivanu proizvodnju energije koja se, na kraju, ne može korisno pohraniti u olovnu bateriju! Li-ion tehnologija zaista omogućuje od 2 do 4 puta veći broj ciklusa pražnjenja i punjenja . Pri usporedbi uzimamo u obzir da se olovna baterija smije prazniti samo do 50% kapaciteta kako bi se u životnom vijeku održao što veći broj ciklusa, oko 500.
No, već smo objasnili, litij-ionska baterija smije se prazniti praktički do kraja, čime nam je na stalno na raspolaganju cijeli nazivni kapacitet baterije, u mnogo više ciklusa. A to je golema prednost.






           3.ZAKLJUČAK
1. Spremamo li energiju u olovne baterije koje ćemo praznili samo do 50 posto, moramo osigurati i dvostruki kapacitet u odnosu na Li-ion baterije. Time u našu olovnu baterijsku banku ugrađujemo i četverostruko veću masu odnosu na Li-ion baterije potrebne za iskorištavanje foto naponskog polja.

pic


2. U najboljem slučaju, olovne baterije će trajati pola trajanja Li-ion baterija, a vjerojatno tek četvrtinu vijeka Li-ion baterija.
Napokon, vrijeme je da sve ove razlike pokušamo i „financijski odvagnuti“.

Pogled kroz novac

Uspoređujemo li te dvije vrste baterije samo po naponu i kapacitetu, mogli bismo na brzinu zaključiti da se Li-ion baterije ne isplate – jer su pet puta skuplje od olovnih! Međutim, ako se uspoređuju dvije baterije na takav način da obje daju isti broj ciklusa, pri čemu u pojedinom ciklusu trošilima daju i jednaku količinu energije. Prvo se dvije AGM baterije moraju udvostručiti kako bi uz pražnjenje do 50% kapaciteta po svakom ciklusu osigurale jednaku energiju za trošila kao i Li-ion baterije. Zato je već u prvom koraku potrebno imati četiri baterije. Pritom je za 2000 ciklusa potrebno predvidjeti ukupno 4 seta AGM baterija ili ukupno šesnaest olovnih baterija(16!).
Nakraju, u ovoj usporedbi po energiji koja je na raspolaganju trošilima, imamo 16 AGM baterija naspram jedne Li-ion baterije, a jezičac financijske vage očigledno preteže u korist LI-ion baterije. Ne smije se zaboraviti ni usporedbu mase: 55 kg Li-ion baterija prema 1040 kg olovnih.
Možemo reći da je ista količina energije koja se dostavlja trošilima devetnaest puta bolje upakirana u Li-ion baterijama (1040/55 = 19)!
Zato se u usporedbama često spominje i gustoća energije u odnosu na volumen ili masu baterije…
Show me money

pic


Usporedba Li-ion baterije i olovne baterije na način da obje daju približno isti broj ciklusa, oko 2000, a pritom u svakom pojedinom ciklusu mogu trošilima dati jednaku energiju, od 4 do 5 kWh

KONTROLA BATERIJA
Zašto se komercijalo ne koriste samo baterije s najvećom gustoćom tj. s 250 Wh/kg? Zato, jer su Li-ion baterije osjetljive na prepunjavanje i pretjerano pražnjenje pa je zbog sigurnosti danas komercijalno najpodobniji tip s anodom od litij željezo- fosfata (LiFePO4) po kojemu se i baterija označuje kraticom LFP,

 


LFP=Anoda od litij-željezo(fero)fosfata (LiFePO4)

Napon osnovne ćelije olovne baterije bio je 2 V. Napon osnovne ćelije LFP baterije je 3,6 V. Spajanjem 4 ćelije u seriju dobivamo nazivno bateriju od 12,8 V, a spajanjem 8 ćelija u seriju dobivamo nazivno bateriju od 25,6 V.
Ako napon na nekoj ćeliji unutar baterije padne ispod 2,5 V u većini će slučajeva nepovratno razoriti ćeliju. Doduše, može se pokušati „oživljavanje“ takve ćelije punjenjem malom strujom od 0,1C, no to nije ni pouzdano ni trajno rješenje. Jednake su posljedice i kad napon na ćeliji premaši 4,2 V. Posebno je opasan upravo previsoki napon na pojedinoj ćeliji koji može izazvati i eksploziju. Važno je znati da se tijekom punjenja u svim ćelijama nadzire pravilan dotok energije i kontroliraju moguće iznenadne promjene.
Naime, ćelije ni u proizvodnji nisu apsolutno jednake pa je moguće da se neka ćelija prepuni i uništi – iako je napon punjenja za cijelu bateriju u zadanim granicama.
Stoga litij-ionske ili LFP-baterije moraju imati nadzor stanja i stalno ujednačavanje rada svih ćelija, pogotovo tijekom punjenja, kad svaku pojedinu ćeliju treba stalno održavati striktno u granicama dozvoljenog napona. Jednako tako treba ćelije kontrolirati i tijekom pražnjenja, a u slučaju pada napona u nekoj ćeliji ispod dozvoljene razine, trošila se odspajaju.
S obzirom na nadzor ćelija u praksi se LFP-baterije proizvode opremljene na dva načina:
• unutar baterije nalazi se samo uređaj za ujednačavanje stanja ćelija (engl. cell balancing) pa je opisujemo kao bateriju bez priključka na sustav za nadzor stanja baterija (engl. battery managment system, kratica: BMS). To je dozvoljeno samo u slučaju kad se pri radu sustava ne očekuju duboka pražnjenja, odnosno ako je za zaštitu od dubokog pražnjenja u sustav ugrađen poseban sklop za zaštitu baterije koji po potrebi odspaja trošila (engl. battery protect). Takve baterije nisu podobne za spajanje ni u seriju ni u paralelu. Valja znati da izmjenjivač koji je spojen na bateriju, čak i u pričuvnom modu (engl. Stand-by) ipak troši njezinu energiju. Bez uređaja za zaštitu od dubokog pražnjenja i sam je izmjenjivač ipak može uništiti.
• uz uređaj za ujednačavanje stanja ćelija baterija ima i dodatnu mogućnost dojave o naponu i temperaturi svake ćelije prema sustavu za nadzor baterije. Sustav za nadzor stanja baterije mora odspojiti teret čim se napon neke ćelije spusti ispod 2,5 V, ili pak zaustaviti punjenje ako je napon u nekoj ćeliji premašio 4,2 V. Također, premaši li temperatura u nekoj ćeliji 50°C, proces punjenja se trenutno zaustavlja. Takve se baterije mogu spajati u seriju do 4 komada ili u paralelu do 10 komada. Na taj način mogu se oblikovati baterijske banke od 48 V, do 2000 Ah. Osim energetskih priključaka te baterije imaju još i informacijske priključke.

Victronove litij-ionska baterija bez priključka i s priključkom na sustav za nadzor stanja baterije

pic

Sustav za nadzor stanja Li-ion baterija

pic

Za zaštitu zdravlja LFP baterije: VE.Bus BMS nadzornik

LFP baterije imaju u sebi integriran elektronički sklop za ujednačeno punjenje ćelija pri procesu punjenja. Raskošnije opremljene LFP baterije imaju i dodatan sklop za dojavu izmjerene temperature i naponske razine svake ćelije. Takav elektronički sklop – BTV (engl. balancing temperature voltage control) u bateriji može proslijediti svoje podatke preko informacijskog priključka BMS uređaju kao što je prikazano na donjoj slici . LFP baterije koje imaju elektonički sklop BTV i informacijski priključak, smiju se spojiti do deset u paralelu i do četiri u seriju.
Tako se može oblikovati baterijska banka do 48 V i ukupno 2000 Ah. Informacijski priključci iz baterije se povezuju u lanac, od baterije do baterije. Pritom nije bitno kako je spojena sama baterija u formaciji baterijske banke. Važno je jedino da su posljednja dva slobodna priključka lanca spojena na VE.Bus BMS uređaj.
Osim informacijskog priključka preko kojega dolaze informacije iz baterije, na VE.Bus BMS uređaju se nalaze još dva priključka informacijske sabirnice VE Bus (engl. Victron energy bus).
Informacijska sabirnica VE.Bus služi za razmjenu digitalnih podataka između VE.Bus BMS uređaja i uređaja kao što su izmjenjivači (Phoenix) ili bidirekcijski pretvarači (Multiplus, Quattro).
VE.Bus BMS uređaj može na osnovi podataka dobivenih iz elektroničkog sklopa BTV odlučiti o potrebnim akcijama zaštite baterije i poslati naloge isključenja, uključenja ili prilagođavanja struje punjenja preko informacijske sabirnice VE.Bus svim uređajima priključenim na sabirnicu. Za upravljanje uređajima koji nemaju informacijsku sabirnicu VE.Bus, tu je uređaj VE.Bus BMS opremljen upravljačkim digitalnim izlazima isključenje potrošnje i isključenje punjenja.


Spoj LFP baterije i VE.Bus BMS uređaja preko informacijskog priključka


Isključenje potrošnje (engl. load disconnect) – u slučaju preniskog napona na bateriji preko ovog izlaza može se upravljati digitalnim upravljačkim ulazima trošila preko kojih se ona isključuju, digitalnim upravljačkim ulazom uređaja za zaštitu baterija kojim se odvajaju istosmjerna trošila od baterije (engl. battery protect device) ili digitalnim upravljačkim ulazom na releju za razdvajanje trošila od baterija tipa Cyrix Li-Load.
Isključenje punjenja (engl. charge disconnect) – u slučaju previsokog napona ili previsoke temperature neke ćelije, pomoću ovog izlaza se upravlja digitalnim upravljačkim ulazima na punjačima preko kojih se oni mogu isključiti, zatim digitalnim upravljačkim ulazom na releju za razdvajanje punjača od baterija tipa Cyrix-Li-Charge, digitalnim upravljačkim ulazom na releju za kombiniranje rada LFP baterije s olovnom starter baterijom tipa Cyrix-Li-ct.
Za uvid u stanje VE.Bus BMS uređaja i LFP baterija na njemu su smještena tri LED pokazivača:
• plavi LED: VE.Bus sabirnica aktivna i VE.Bus uređaji su omogućeni;
• crveni LED: trenutna razina napona neke ćelije je > 4 V ili je temperatura neke ćelije previsoka – pritom je digitalni izlaz isključenje punjenja aktivan;
• plavi LED: trenutna razina napona pojedine ćelije > 2,8V – pritom je digitalni izlaz isključenje potrošnje neaktivan.

Upravljanje pražnjenjem LFP baterije i isključenjem trošila za zaštitu baterije od preniskog napona

pic

Detalj spoja VE.Bus BMS uređaja s bidirekcijskim pretvaračem Multiplus i upravljačkim panelom Digital Multi control.
Na plovilima treba obijezbjediti dvije linije baterija od kojih bi jedna linija bila startna baterija ,tj klasična olovna čija bi funkcija bila opskrba energije za starter. Druge li-ion tj LFP baterije bi se punile preko solarnog panela ili iz vanjske mreze izmjenične struje. Zbog toga trebamo Cyrix-Li -ct (koji kontrolira punjenje olovnih baterija ,rekli smo prije da su pravila punjenja olovnih baterija drugačija od LFP baterija,a istovremeno omogućuje nesmetano punjenje LFP baterija.
Upravljanje isključenjem alternatora i startne baterije od LFP baterije pomoću Cyrix-Li-Ct releja i VE.Bus BMS uređaja.

pic
Na slici je vidljivo da je VE.Bus BMS uređaj spojen s negativnim polom baterije preko VE.Bus kabela. Stoga se četvrta stezaljka na VE.Bus BMS uređaju, predviđena za negativni pol napajanja, namjerno ostavlja nespojena.
Jedan od mogućih punjača LFP baterija su i MPPT regulatori punjenja. MPPT regulatori punjenja služe kako bi električnu energiju prikupljenu u fotonaponskim modulima prenijeli u bateriju..
Dolje je prikazan je jedan otočni fotponaponski sustav koji ima regulator punjenja MPPT 100/50.
Za tu seriju regulatora punjenja je karateristično da imaju informacijsko sučelje VE.direct koje se može iskoristiti za upravljanje radom punjača odnosno njegovim isključenjem.
Nalog za isključenje punjača se generira u VE.Bus BMS uređaju, ako napon ili temperatura neke ćelije postanu previsoki kako bi se zaštitila skupa LFP baterija. Između digitalnog izlaza VE.Bus. BMS uređaja i VE.direct sučelja MPPT punjača treba postaviti odgovarajući vezni kabel.
Primjetit ćete kako taj sustav nema uređaja na VE.Bus sabirnici pa je četvrta stezljka VE.Bus.BMS uređaja spojena izravno s minus polom napajanja.
Osim toga vidi se i kako je nadzornik baterije napajan iz VE-Bus BMS uređaja.
Ako je napon na bateriji ispod dozvoljenoga, nadzornik će biti isključen, jer bi je malom potrošnjom i dugotrajnim radom na praznoj bateriji nepovratno uništio.
Ovdje se radom izmjenjivača upravlja preko digitalnog izlaza za isključenje trošila na VE.Bus BMS uređaju.
Tu je i sklopka start/stop sustava koja zapravo dovodi napajanje na VE.Bus BMS uređaj i omogućuje postavljanje njegovih izlaza u skladu sa stanjem baterije. Ako ta sklopka nije uključena onda su isključeni i izmjenjivač i punjač.

pic



Granica konkretnih konfiguracija i aplikacija gotovo da i nema, no ipak je dobro sve provjeriti s stručnjacima – jeste li napravili dobar izbor i uskladili komponente i konačno, uz nacrtanu shemu, jeste li vodili računa o svemu potrebnom za konkretno ožičenje pojedinih uređaja.
Srecko Mimica
0

Baterije dolaze u svim oblicima i veličinama, ali najčešći oblici su prizmatični (uglavnom pravokutne prizme) ili cilindrični.

Slika 9. Tipovi i vrste baterija

vrste baterija

Baterijska ćelija skupina je elektroda u jednom spremniku koja pokazuje osnovni napon baterije. Obično je baterijska ćelija napona od 1 do 4 volti.

Baterijski modul grupa je ćelija mehanički pričvršćena jedna na drugu i električki spojene serijski ili paralelno kako bi tvorile baterijski blok paketa baterije.

U električnim vozilima baterijski moduli obično su 10-30V. Paket baterija električnog vozila sastoji se od niza baterijski modula u jednom spremniku koji su spojeni serijski ili paralelno ovisno o željenom kapacitetu i željenom naponu. Baterijski paketi također sadrže elektroniku i sustav protiv pregrijavanja potrebni za normalni rad baterije. Obično električna plovila sadrže 10-40 baterijskih modula i uobičajeno rade na rasponu od 100 do 350V. Baterijski ili akumulatorski sustav može biti jedan baterijski paket ili to može biti više paketa spojenih zajedno kako bi zadovoljili

zahtjevima plovila.

Kad bismo otvorili kućište baterije za električna i hibridna vozila, unutra bismo našli više baterijskih ćelija te vjerojatno nekoliko elektroničkih elemenata. Uočimo razliku između baterije i ćelije. Ćelija je osnovna baterijska jedinica i odlikuje se svojim nazivnim naponom i kapacitetom.

 

Litij-Ionske baterije

U usporedbi s drugim uobičajenim baterijama, litij-ionsku bateriju karakterizira velika gustoća energije, velika gustoća snage, duži životni vijek i prihvatljivija je za okoliš. Automobilističke litij-ionske baterije imaju veliki kapacitet i veliki broj

serijsko-paralelnih kombinacija spajanja članaka, koji su, zajedno s problemima kao što su sigurnost, trajnost, ujednačenost rada i cijena samih baterija veliko ograničenje za široku primjenu litij-ionskih baterija. Litij-ionske baterije moraju raditi u sigurnom i pouzdanom okruženju, što je ograničeno temperaturom i naponom. Prekoračenjem tih ograničenja će dovesti do brzog slabljenja učinkovitosti baterije, pa čak dovesti i do ugrožavanja sigurnosti.

Litij-ionska baterija (Li-Ion) predstavlja veći korak u evoluciji punjivih baterija. Budući da kao osnovnu aktivnu tvar koristi litij, jedan od najlakših metala, ova vrsta baterije odlikuje se vrlo malom masom što je itekako korisna karakteristika kod

električnih i hibridnih plovila.

Litij ionska baterija

 

Jedna od najvećih prednosti joj je vrlo velika gustoća energije, čak dvostruko veća od tipične nikal-metal-hidridne (NiMH) baterije, a odlikuje je i tri puta veći nazivni napon od niklenih baterija (3.6V u odnosu na 1.2V). Velika prednost joj je i u tome što, za razliku od baterija na bazi nikla, Li-Ion baterija ne zahtijeva apsolutno nikakvo

održavanje jer ne pati ni od memorijskog ni od kristalizacijskog efekta. Dakle, moguće ju je puniti bilo kada i nema potrebe za periodičkom pražnjenjem.

Li-Ion baterija je, sama po sebi, izuzetno osjetljiva na prepunjavanje i pretjerano pražnjenje, no za to se, umjesto korisnika, brine elektronika koja je ugrađena u svaku komercijalnu Li-Ion bateriju. Iako nije pogodna za pražnjenje jakom strujom, pokazala se kao izvrsno rješenje za električna i hibridna vozila, mobilne telefone i

ostale električne uređaje.

Olovni akumulatori

Olovni akumulator izumio je i razvio Gaston Planté 1859.g. (francuski fizičar). U to vrijeme to je bila prva punjiva baterija. Danas, u tehnički nešto dotjeranijem obliku taj se akumulator još uvijek najviše upotrebljava.

Olovni akumulator sastoji se od jednog ili više članaka, koji sadrže dvije olovne ploče (elektrode; katodu i anodu), uronjenih u vodom razrijeđenu sumpornu kiselinu (elektrolit) prikladnih koncentracija (najčešće 38%-tna).

Najčešće su u uporabi olovni akumulatori, koji daju napon od 2V po ćeliji. Budući da plovila /vozila  imaju instalaciju za napon 12/24V, stoga se u akumulator ugrađuje šest serijski povezanih ćelija, pa se njihovi naponi zbrajaju. [5]

Olovni akumulator spremnik je energije koji pretvorbom električne energije u kemijsku akumulira tj. pohranjuje određeni dio dovedene mu električne energije.

Proces pretvorbe električne u kemijsku energiju nazivamo punjenje akumulatora. Priključkom trošila na stezaljke akumulatora vrši se obrnuti proces odnosno pretvorba kemijske u električnu energiju. To još nazivamo pražnjenje akumulatora.

Sastoji se od jednog ili više članaka koji sadrže dvije vrste elektroda (katodu i anodu)

koje su uronjene u elektrolit.

Kod olovnih akumulatora obje elektrode obložene su olovnim sulfatom (PbSO4). Prilikom procesa punjenja slijedom složenih elektrokemijskih reakcija s elektrolitom (razrijeđena sumporna kiselina u prikladnoj koncentraciji), na pozitivnoj elektrodi (anodi) olovni sulfat prelazi u olovni dioksid (PbO2), a na negativnoj elektrodi (katodi) stvara se čisto olovo. Istovremeno, povećava se koncentracija sumporne kiseline (H2SO4). Pri procesa pražnjenju se odvija suprotan proces, stvarajući napon na elektrodama visine oko 2V. Proces punjenja i pražnjenja može se prikazati

izrazom:

2PbSO4 + 2H2O <– pražnjenje punjenje –> PbO2 + Pb +2PbSO4

 

AGM akumulatori ​ (absorbed glass mat)​

AGM akumulatori su ​tip ​olovnih akumulator​a​  ​koji se razlikuju od ​standardnih​ olovnih ​jer ​imaju separatore od staklene vune koji u potpunosti upij​aju​​ elektrolit. Tako upijen elektrolit ne može istjecati niti ako kučište akumulatora pukne.
​Predviđen vijek trajanja im je do 10 godina ili 3000 ciklusa paljenja.​
Prednosti AGM akumulatora

  1.     ​rade u  svim položajima
  2.     ​​veća snaga za otprilike 50% u odnosu na standardne akumulatore
  3.     ​sendvić izvedba omogućava povećanje postotka olova u pločama i time povećanje kapaciteta
  4.     nije potrebno nadoljevanje elektrolita
  5.     elektrolit ​se ne može proliti
  6.     ​dobro podnose niske temperature​
  7.     ​samopražnjenje 1-3% kapaciteta mjesečno​
  8.     ​manji električni otpor omogućava brzo punjenje
  9.     ​​povećana otpornost na vibracije​

 

Nikal-Kadmijeve baterije

NiCd baterija predstavlja prvu široko prihvaćenu punjivu bateriju opće namjene. Unatoč tome što nudi nisku gustoću energije, a i kemijski sastav joj je daleko od ekološki prihvatljivog (toksični kadmij), veliki životni vijek (čak i do 1500 ciklusa) i dobro podnošenje većih struja pražnjenja čini je i danas vrlo pogodnom za određene primjene (kućanski uređaji i alati, prijenosne radio-stanice, medicinska oprema, profesionalne video- kamere).

Nikal-Kadmijske baterije su punjive baterije, ali nakon određenog ciklusa gube snagu i moraju se zbrinuti. Kadmij je teški metal i njegovo odlaganje u prirodi je štetno jer vremenom može doći do podzemnih voda i zatim u cijeli ekosustav u kojem se akumulira.

Nikal-Kadmij baterije se jako često upotrebljavaju u kućanstvima, npr. Za zidne satove, dječje igračke, daljinske upravljače i slično

Natrij-Nikal-Klorid baterije

Na-NiCl2 baterije karakterizira vrlo visoku energetsku gustoću, dugi životni ciklus i može raditi u teškim uvjetima (-40˙C do +60˙C). Za razliku od drugih baterija, baterije na bazi natrija sastoji se od krutog ili krutog i rastaljenog elektrolita s tekućim natrijem koji ima ulogu negativne elektrode.

Glavne prednosti Natrij-Nikal-Klorid baterije su:

– nema potrebe za hlađenjem,

– visoka gustoća energije (328kWh/m3, 142kW/t),

– dugi životni ciklus (2000 ciklusa pri zadržavanju 80% kapaciteta baterije)

– bez održavanja

– nula emisije i visoka recikliranost sirovine.

 

Baterije na bazi Litij-Ionskih polimera

LiPo baterije obično se sastoje od nekoliko istih sekundarnih ćelija spojene paralelno što rezultira povećanjem struje pražnjenja, često su dostupni i u seriji za povećanje ukupnog raspoloživog napona. Ova vrsta baterija razvila se iz Litij-Ionskih baterija. Osnovna razlika je u tome što se litij-sol elektrolit ne drži u organskim otapalima nego

u čvrstim polimernim kompozitima kao što su polietilen oksid i poliakrilonitrit.

Prednost Litij-Ion polimer baterija naspram Li-Ion je u dizajnu (jednostavnost konstrukciji), stoga niži troškovi proizvodnje, prilagodljivost raznim oblicima pakiranja , pouzdanost i robusnost.

Litij-Ion polimerne baterije počele su se pojavljivati na tržištu 1995. godine. U posljednjih nekoliko godina proizvođači su deklarirali ciklus od samo 500 punjenjapražnjenja prije nego što kapacitet padne na 80% (Sanyo), dok druga varijanata LiPoli baterija (tanki film LiPo baterija) može izdržati i do 10000 ciklusa.

KARAKTERISTIČNA SVOJSTVA POJEDINIH TIPOVA BATERIJA

Glavni razlog sporog razvoja električnih automobila je problem skladištenja električne energije te vrijeme punjenja. Do prije desetak godina za skladištenje većih količina el. energije koristile su se u pravilu olovne akumulatorske baterije. Postojale su i druge vrste, najčešće Nikal-Kadmij (NiCd), no bile su znatno skuplje, a nisu nudile puno više.

Poznato je da su olovne baterije velike i teške, a u električnom automobilu, kako bi ispunio glavni zahtjev (domet s jednim punjenjem) ih treba puno ugraditi. U pravilu za skladištenje jednog kWh električne energije potrebno je oko 60 kg baterija. Ako to prevedemo u domet za neko prosječno plovilo, potrebno je oko 14 kg baterija za

jednu prijeđenu milju, dakle za 100 kilometara trebalo bi oko 1400kg baterija, što bi zauzimalo oko 600 litara prostora.


Uz to olovne baterije imaju dosta značajni nedostatak – na niskim temperaturama (već od +10 stupnjeva celzijusa) kapacitet im znatno pada što rezultira drastičnim padom dometa u zimskim uvjetima.

Punjenje u pravilu traje od 6-12 sati ovisno o snazi punjača. Olovne baterije ne podnose brza punjenja (manje od dva sata). Vijek trajanja akumulatorskih baterija izražava se u broju ciklusa (punjenje-pražnjenje). Olovne baterije namijenjene za pogon elektro vozila u pravilu izdrže 500-1000 ciklusa odnosno pet kalendarskih godina. U novije vrijeme na tržištu su se pojavile akumulatorske baterije zasnovane na litiju (Litij je jedan od najlakših metala).

Da bi trajala dovoljno dugo, olovna se baterija smije prazniti samo do polovice svojeg kapaciteta, dok se litij-ionska baterija može bez oštećenja i ubrzanog starenja dokraja isprazniti. Iz tih dviju različitih baterija jednakog nazivnog kapaciteta i jednako napunjenih, ne može se u jednom ciklusu pražnjenja iscrpsti jednaka količina energije. Li-ionska baterija nudi u tom ciklusu znatno više energije.

U pravilu litijske baterije tri puta su lakše i manje od olovnih baterija za isti kapacitet. Neki tipovi podnose brza punjenja i uz upotrebu dovoljno snažnog punjača mogu se napuniti za dvadesetak minuta. Trajnost ovisi o

 5000 ciklusa za Litij-Željezo (LiFePO4) ili deset kalendarskih godina. Iako im je cijena znatno veća od olovnih baterija (3-15 puta) svojom trajnošću i karakteristikama znatno su isplativiji izbor.

Litij-Željezo baterije odlikuje se izrazito malom masom, što je idealan izbor za električna plovila. 30 komada baterija nazivnog napona 3.2V – 60Ah čini ukupno 55kg mase. Usporedimo li približnu količinu energije sa olovnim baterijama one bi težile i preko 200kg. Za LiFePO4 baterije neophodan je nadzor napona prilikom punjenja. U slučaju previsokog napona (više od 3.65V) dolazi do trajnog oštećenja baterijskog članka. Zato se na svaki od članaka ugrađuje modul koji se u slučaju previsokog napona aktivira i održava napon u zadanim okvirima.

Litijeve polimerne baterije su kocipirane na slijedeći naćin: grafitna poluga služi kao anoda, dok je poluga litijevog kobalta katoda, a polimer, nabubren zbog litijevih soli, dopušta prolaz iona te služi kao elektrolit. U ovoj ćeliji ugljik u anodi povratno može prijeći u litij-ugljikovu leguru. Kod pražnjenja, litijevi ioni spontano napuštaju litij kobaltnu katodu i putuju kroz polimer u ugljikovu anodu stvarajući leguru. Upravo je tok pozitivnih litijevih iona električna struja baterije.

Puneći ćeliju, litij prestaje stvarati leguru i putuje natrag na katodu. Prednost ovakvih vrsta baterija je da litij ima visoku negativni standardni redukcijski potencijal.

Također, litij je lak metal pa je zbog toga potrebno manje litija da bi se proizveo 1 mol elektrona. Litijeve baterije imaju široku primjenu u prijenosnim elektronskim uređajima, a u zadnje vrijeme sve više se koristi kao primarni izvor električne energije za solarna, hibridna i električna plovila, ponajviše zbog visoke gustoće skladištenja energije i zbog toga što se mogu puniti. Ova tehnologija sve se više razvija i primjenjuje u automobilima i plovilima, sa novim materijalima kao što su željezni fosfati i litijevi vanadati (vanadijevi minerali).

usporedba performansi baterija

usporedba performansi baterija

0

Sve veće potrebe za energijom, zahtjevi za smanjenje emisije stakleničkih plinova te nestabilne cijene nafte koje imaju dugotrajan trend rasta otvaraju vrata obnovljivim izvorima energije u svim granama industrije. Pomorski promet ovdje nije izuzet te mora biti u korak s novim tehnologijama i zakonodavstvom. U suvremenoj brodogradnji postoji niz inicijativa usmjerenih prema korištenju hibridnih modela energetskih sustava LNG pogona, gorivnih članaka i obnovljivih izvora energije. Uporaba gorivnih članaka u brodogradnji bilježi rast posebno razvojem niskotemperaturnih PEM (eng. Proton Exchange Membrane) gorivnih članaka. Suvremeni gorivni članci koji kao gorivo koriste čisti vodik (dobiven iz prirodnog plina ili obnovljivih izvora energije) predstavljaju perspektivan i moguć ekološki održiv izvor energije. Iako je već i intuitivno jasno da hibridni pogon po ekonomskim kriterijima još dugo neće biti konkurentan klasičnom pogonu dizelskim motorom, ponekad se, kao npr. u zaštićenim prirodnim područjima, nameće kao pogodna alternativa klasičnom rješenju. Za potrebe zaštićenih podrućja predstavljen je idejni projekt hibridnog energetskog sustava malog putničkog broda, kojeg čine dizelski motor, elektromotor,regeneracijski sistem i baterije.

Zbog sve veceg globalnog zagrijavanja uzrokovanog izgaranjem fosilnih goriva, istrazivanja su usmjerena u cilju sto bolje iskoristivosti postojecih motora sa unutrasnjim izgaranjem ali i na koristenje alternativnih goriva .Tehnoloski dizel motori su toplinski strojevi sa najvecim stupnjem iskoristenja .Sa povecanjem stupnja kompresije povećava se faktor iskoristivosti ,ali to ima svoju cijenu u vidu povecane emisije dusikovih oksida .Ukratko zrak je smjesa dvaju plinova :kisika i dusika .Kisik u svojoj molekuli ima jednovalentu vezu (slabu)i zbog toga podrzava gorenje iako sam ne gori ,dok dusik u svojoj molekuli ima trivalentnu vezu(jaku) zbog koje dusik ne reagira ni sa  cime pa tako i ne podrzava gorenje koje je kemijska reakcija .Da bi se ta dusikova trovalentna veza razbila tj da bi dusik reagira sa necim potrebna je temperatura preko 1200°C .Poznato je da temperature plamena u cilindrima opterećenih diesel motora idu do 3000°C .Pri tim temperaturama iz motora izlazi dusikovdidioksid tj N2O2 koji se u atmosferi pod utjecajem suncanih zraka pretvara u prizemni ozon O3  i NOx spojeve. Prizemni ozon poznajemo pod imenom smog sto je izvednica od dvije engleske rijeci: smoke + fog = smog.  Takodjer , jako je mnogo rasprava o količini lebdećih ćestica (particle matters -na engleskom) koje su također produkt izgaranja u diesel motorima . Iako su ispitivanja pokazala da se te čestice stvaraju najviše izgaranjem krutih goriva pa ćak i kod roštiljanja. Postoje razne veličine ,pa PM10 (velicina cestice 10 mikrona )nije opasna jer se filtrira prije dolaska do pluća .Najgore PM 2,5 cestice velicine 2.5 mikrona koje ulaze u pluca i zbog benzopirena mogu uzrokovati rak pluca . No tome vise  jednom drugom prilikom .

Ukratko zbog svega gore navedenog trend je smanjenje upotrebe diesel motora u blizini gradova i naselja ili upotreba alternativnih ekoloskijih goriva .Drugi smjer u kojem se krenulo je razvoj hibridnih pogona ,prvenstveno u cestovnom prometu a sada i u sektoru manjih turističkih plovila trajekata ,jahti i camaca .

Nova generacija brodova su električni pogonjeni i hibridni (engl. Hybrid – vozilo koje se pokreće kombinacijom motora s unutarnjim izgaranjem i drugih izvora energije kao sto su baterije) brodovi koji zahtijevaju skladištenje energije u velike baterije s optimalnom kontrolom potrošnje snage. Tako se značajno smanjuje potrošnja goriva, cijene održavanja i emisija štetnih plinova (CO2 (ugljikov oksid), SOX (sumporov oksid) i NOX (dušikov oksid)). Točnost upravljanja takvim brodovima je poboljšana (vrijeme odziva u kritičnim situacijama), povećana je sigurnost, poboljšana izvedba samoga broda i smanjena buka i vibracija sto se posebno cijeni na putnickim brodovima.

Na velikim putničkim brodovima koristi se Diesel-električna propulzija ,što znači da brod nije pokretan direktno diesel motorom nego posredno elektromotorima .Taj system nazivamo serijskim sistem .Diesel generatori proizvode električnu energiju koja se distribuira do pogonskih elektromotora koji preko pogonskih trasformatora pretvarača frekvencije mijenja broj okretaja elektromotora i time lakšu i jednostavniju manovru. Vidno je da se isti generatori koriste za proizvodnju energije za pogonske elektromotore i za potrebe broda .

U koncepciji broda s potpuno integriranim  elektroenergetskim sustavom, kojeg karakterizira jedna električna centrala s konstantnom frekvencijom i naponom mreže te regulacija broja okretaja propulzijskih elektromotora pomoću statičkih pretvarača frekvencije, sustav električnog prijenosa snage na brodski vijak pretpostavlja četiri stupnja konverzije energije, Slika 2:

bilanca snage propulzijeeketricnim prijenosom

 – mehaničko-električnu konverziju u sinkronim generatorima,

– transformaciju napona u transformatorima,

– regulaciju frekvencije i napona u pretvaračima frekvencije

– električno-mehaničku konverziju u propulzijskim elektromotorima.

U slučaju manjih plovnih objekata, u kojima se zbog male ukupne instalirane snage ne primjenjuje visoki napon, otpada drugi stupanj pretvorbe. Iz bilance snage prikazane na Slici 2 vidljivo je da, usprkos visokom stupnju djelovanja pojedinih elemenata u sustavu električne propulzije, ipak se u električnom prijenosu energije do brodskog vijka sveukupno izgubi 8-12 % snage. U usporedbi s mehaničkim prijenosom snage kod kojega su gubici snage 2-4 %, električni prijenos je s energetskog gledišta lošiji izbor. Prednost električne propulzije je međutim sadržana u mogućnosti povećanja stupnja korisnosti na početku i na kraju propulzijskog lanca . Električna propulzija omogućuje rad pogonskih strojeva u području oko optimalne brzine vrtnje bez obzira na eksploatacijski profil plovila.

Nakon malog upoznavanja sa diesel električnom propulsijom možemo se posvetiti hibridnom pogonu.

Iz već spomenute definicije hibridnog pogona potrebno nam je skladište energije (baterije ),motor sa unutrašnjim izgaranjem i još jednim pogonskim sredstvom kao sto je elektromotor .

Dakle ,kako bi neki hibridni pogon izgledao ? Motor sa unutrašnjim izgaranjem i elektromotor bi trebali biti spojeni paralelno. Otprilike ovako :

PROPULZIJSKI SUSTAV / Propulsion system Moderni hibridni porivni sustavi kombiniraju konvencionalni motor s unutrašnjim izgaranjem s nekom drugom vrstom porivnog uređaja, poput elektro- motora, motora na komprimirani zrak i sl. Na plovilima koje će dio energije proizvoditi uz pomoć regeneracije energije  izabran je elektro-hibridni pogon broda. Ukoliko se radi o brodovima opremljenim jedrima (Flying Clipper, Benneteau Yacht koriste plovidbu na jedra pri kojoj strujanje vode oko broda okreće propeler pri čemo elektromotor prelazi u generatorski mod i puni baterije ,kod plovila koja nisu opremljena jedrima koriste se solarni foto-naponski paneli,detaljnije kasnije ) Dva su tipa brodskih hibridnih porivnih sustava koji koriste električnu energiju: hibridni serijski sustav kod kojega dizel motor pogoni generator koji napaja elektromotor priključen na osovinu propelera (slika 3) i hibridni paralelni sustavi kod kojih su dizel motor i elektromotor spojeni izravno na istu osovinu, a prijenos se ostvaruje linijski ili pojasno (slika 4). Paralelni hibridni sustav održava mehaničku vezu motora i osovine brodskog vijka. Elektromotor pogoni osovinu brodskog vijka paralelno s motorom s unutrašnjim izgaranjem. Razdjelnik snage mehanički dopušta prijenos snage paralelnih veza; zato je moguće pogoniti brodski vijak samo uz pomoć motora s unutrašnjim izgaranjem, uz pomoć elektromotora ili koristeći oba motora pri čemu se fokus opterečenja postavlja na elektromor da bi se smanjila potrošnja fosilnog goriva a time i emisija ispušnih plinova ,ako je zahtjev za snagom veći od raspoložive snage elektromotora ,uključuje se dizel motor u paralelan rad sa elektromotorom i nadopunjava elektromor do trazene snage .

shema hibridnog broskog pogona

Ovisno o kvaliteti izvedbe sustava, u slučaju pogona samo motorom s unutrašnjim izgaranjem, moguće je koristiti elektromotor kao generator električne energije. Zbog izostanka generatora električne energije kao zasebne jedinice, ovaj sustav zauzima najmanje prostora, te je najprikladniji za manje brodove . Pravo tržište elektro-hibridnih pogona brodova još ne postoji, a tek rijetki proizvođači pokušavaju progurati takve sustave na tržište, npr. Electric Marine Propulsion, Hybrid Marine i Steyr Motors.

semantski prikaz paralelnog hibridnog porivnog sustava

Od njih tek Steyr Motors ima upotpunjenu ponudu paralelnog hibridnog sustava. Steyrov Diesel Electro Hybrid(slika 5) sustav je hibridni brodski motor koji može služiti kao elektromotor i generator od 7 kW napajajući se iz akumulatora koji se pune za vrijeme rada motora te kao start dizel motoru. Kod režima gdje su potrebni maksimalni okretajni momenti Hybrid daje motoru dodatnih 100 Nm okretnog momenta već pri minimalnom broju okretaja.

grafika

Slika 5. Shematski prikaz Steyr Hybrid porivnog sustava

Hybrid je smješten na zamašnjaku glavnog pogonskog motora i razvija snagu od 7 kW pri 48 V. Teži 75 kg (bez akumulatora) te dodatno produžuje motor za 75 mm. Postoje 4 vrste rada:

  • elektropokretač – pokretanje dizel motora,
  • generator – punjenje akumulatora tijekom korištenja samo dizel motora,
  • elektromotor za krstarenja – omogućuje plovidbu bez ispušnih plinova i buke (brod plovi pogonjen isključivo elektromotorom),

–elektromotor za dodatnu snagu – glavni pogonski motor biva potpomognut dodatnom snagom elektromotora.

Za izbor motora potrebno je odrediti snagu otpora broda. Da li je riječ o deplasmansko ili polu deplasmanskom plovilu .

Uporaba sustava električnog pogona umjesto sustava unutarnjeg izgaranja za manevriranje u luci, za pristajanje i putovanje niskom brzinom, smanjuje vrijeme korištenja motora s unutarnjim izgaranjem u fazama kada su najmanje učinkoviti. U ovim radnim režimima, postižu se značajne uštede u troškovima goriva i održavanja. Za svaki dizelski motor može se uštedjeti 70 litara goriva po satu, što je ukupno 140 litara na sat. Uzevši u obzir ukupne dodane troškove instalacije električnog pogona (oko 350.000 do 400.000 EUR ovisno o kapacitetu seta baterije) i sezonsku uporabu koja je specifična za krajnjeg korisnika, očekivano je  da će se moći otpisati ovaj dodatni trošak u manje od četiri sezone, a da ćemo istodobno povećati vijek trajanja dizelskih motora produljujući njihove intervale održavanja, ukoliko plovilo ide u charter.

SUSTAV ELEKTRIČNE ENERGIJE  

Najvažniji dio je izvor energije za predviđeni hibridni pogon (veličina broda ). Naglasak je stavljen na što je moguće veću autonomiju s obzirom na upotrebu dizela. Elektromotor mora biti spojen na napon od 48 V istosmjerne struje. Osim korištenja baterije od 48 V, tu vrijednost napona moguće je dobiti serijskim spojem od četiri akumulatora napona 12 V ili šest akumulatora napona 8 V. (veličina baterija ovisi o veličini i  namjeni broda )Ponuda baterija na tržištu dijeli se prema njihovom naponu i kapacitetu koji je dan kao produkt vremena i jakosti električne struje koju baterija može osigurati kroz to vrijeme. Baterije nižeg napona (od 2 do 4 V) mogu imati puno veći kapacitet nego ostale, ali njihova učinkovitost slabi pri korištenju visokih jakosti struja. Prema Peukertovom zakonu dan je izraz kojim se može aproksimirati koliko baterija dugo može davati određenu jakost struje dok se ne isprazni:

formula

gdje je:

t – vrijeme u satima, C – kapacitet baterija u amper-satima, H – broj sati u kojem je testiran kapacitet baterije, k – Peukertova konstanta, za kiselinske baterije iznosi k ≈1,1, I – jakost električne struje u amperima, a I = P / U, gdje je P varijabilna snaga motora koja se kreće do 7kW, a U napon koji je 48 V za izabrani motor.

Kombiniranjem gornja dva izraza dobiva se podatak koliko će dugo brod moći ploviti određenom snagom samo na baterije (uz pretpostavku da se baterije za to vrijeme ne pune). Na tržištu su najviše zastupljene baterije kapaciteta 200 Ah. Graf na slici 10 prikazuje usporedbu trajanja baterija različitih kapaciteta prilikom plovidbe samo na elektro-pogon. Iz grafa je vidljivo da razlika 200 i 240 Ah baterija i nije velika, međutim, 357 Ah 12-voltne baterije imaju gotovo dvostruko veće vrijeme.

karakteristike baterija

Cijena električnog pogona se može još više spustiti u budućnosti. Baterije zauzimaju puno mjesta i još su poprilično skupe, oko 1 Euro po Watt-satu. Naprimjer ugrađeni električni kapacitet 125 kWh, baterije predstavljaju oko polovice troškova pogonskog sustava. Ostatak čine mehanički sustav pogona, dva električna motora i pretvarači frekvencije. Osiguranje sukladnosti s pomorskim propisima je jednostavno. Motori i pretvarači frekvencije su instalirani na suhom doku, vezovi su načinjeni od nehrđajućeg čelika i često su potrebne samo minimalne prilagodbe okolišu, kao što je dodavanje premaza boje.

Regeneracija elektricne energije -Sustavi za punjenje baterija

Sposobnost generiranja energije iz glavnog pokretnog propelera pod jedrom uvijek se borila s problemima učinkovitosti jer su krila  obično konfigurirana za pogon naprijed i jednostavno se ne okreću dovoljno brzo. Jedrilice Beneteau imaju pogonski propeler na azipodu i problem efikasnosti tj nedovoljne brzine vrtnje propelera niske proizvodnje energije je rijesena tako da se azipod zakrene za 180° i krila dobivaju optimalnu iskoristivost. Jednostavno i elegantno  rjesenje.

Kaže se da ovaj pogon osigurava više od 1kW kad jedri na 5-6 čvorova, a prikladan je za monohule do 50ft, multihule do 60ft i za uporabu isključivo kao generator do 100ft.

No ,što ako imamo brod bez jedara ,kako onda obnavljat energiju. U tom slučaju trebamo dovoljno prostora na palubi ili na  kabini za instalaciju solarnih foto-naponskih panela.

Solarni paneli

Fotonaponska ploča ili solarni panel se sastoji od grupe sunčevih članaka (fotonaponski članak), kojih je najčešće oko 36, serijski povezanih, stvarajući module nominalnog napona od 12 V. Svaki pojedini fotoelektrični članak ima maksimalni izlazni napon od 600 do 700 mV, pa se fotoelektrični članci serijski povezuje stvarajući module nominalnog napona od 12 V. Snaga koju proizvodi jedan fotonaponski članak je relativno mali, pa se u praksi više članaka povezuju u grupu čime se formira fotonaponski članak, a više fotonaponskih članaka čini jedan fotonaponski modul ili solarni panel ili fotonaponsku ploču. Kada se poveže više sunčevih panela dobije se polje fotonaponskih ploča, koji je dio solarne fotonaponske elektrane.

Energija Sunčevog zračenja koja dospije na Zemlju 10 000 puta je veća od energije potrebne da zadovolji potrebe čovečanstva, u razdoblju od jedne godine. Kada bi se promatralo da na jednom četvornom metru dospije 100 kWh godišnje, bilo bi potrebno prekriti površinu od 150 x 150 km2 da bi se dobila energija jednaka potrošnji za godinu dana (podatak iz 2001.). Danas se sve više počinje sa primjenom sunčevih fotonaponskih elektrana u industrijske svrhe, čak i u onim državama koje su bogate naftom. Čak je i Vatikan ugradio 2400 – 2700 fotonaponskih ploča na svojim krovovima, pri čemu će spriječiti emisiju CO2 od 210 tona ili potrošnju 70 tona lož ulja za samo dva tjedna potrošnje.

Fotonaponska ploča napravljena je tako da se, kada je osvijetlimo, na njezinim krajevima javlja elektromotorna sila (napon). Kada se fotonaponska ploča (PN-spoj) osvijetli, apsorbirani fotoni proizvode parove elektron – šupljina. Ako apsorpcija nastane daleko od PN-spoja, nastali par ubrzo se rekombinira. Međutim, nastane li apsorpcija unutar ili u blizini PN-spoja, unutrašnje električno polje, koje postoji u osiromašenom području, odvaja nastali elektron i šupljinu – elektron se giba prema N – strani, šupljina prema P – strani. Takvo skupljanje elektrona i šupljina na odgovarajućim stranama PN – spoja uzrokuje elektromotornu silu na krajevima članka. Kada se članak osvijetli, kontakt na P – dijelu postaje pozitivan, a na N – dijelu negativan. Ako su kontakti članka spojeni s vanjskim trošilom, poteći će električna struja. Kada je fotonaponska ploča spojena s vanjskim trošilom i osvijetljena, u ploči će zbog fotonapona nastajati fotostruja, te će vanjskim trošilom teći električna struja, jednaka razlici struje diode i fotostruje.

Iz svega gore navedenog vidimo da foto paneli daju istosmjernu struju ,koja puni baterije. Baterije su spojene u paralelno serijske spojeve da bi im se povecao napon i kapacitet ,istosmjerna struja iz baterija ide na invertor  gdje se pretvara u izmjenicnu i preko pretvaraca frekvencije na pogonski elrktromotor.

Koliko snage je potrebno vašem brodu?

Prvi korak je izrada potrebe za snagom vašeg broda. Sve što treba da uradite je da dodate svu energiju u W/h koji svaki uređaj koristi na vašem brodu, kao što su frižider, svjetla, kompjuteri i drugo. Većina ovih uređaja ima oznaku koja će vam reći koliki su zahtjevi za napajanje u vatima, tako da samo pomnožite ovaj broj sa brojem sati dnevno koliko uređaj zapravo radi. Kada se rade  procjene, zapamtite da će frižider raditi jače na topli i sunčani dan. Jednom kad se dobiju razrađeni energetski zahtjevi dodajte  povećenje od 10% da bi eliminirali potencijalne greske.

Zatim, treba da odlučite koliko će ovaj zahtjev ispunjavati solarni paneli. Da bi to saznali, treba izračunati koliko snage možete realno očekivati od solarnih panela tokom 24 sata i bit sigurni  da su paneli dovoljno snažni da ostvare zahtjeve za napajanje tokom dana, plus da daju dovoljno kapaciteta za punjenje baterije.

Koji solarni panel odabrati?

Ovo pitanje treba prevesti s  – “Koliko prostora imam?” Danas postoji čitav niz solarnih panela koji obuhvaćajuju tri generacije i različite vrste ploča u svakoj generaciji.

Amorfne solarne ploče – prave se nanošenjem silicijuma na podlogu. Ovaj proces je jeftin i omogućava fleksibilne panele koji se postavljaju relativno lako, ali traži velike površine  za stvaranje velike snage. Sve ovo utiče na ukupnu cijenu. Međutim, amorfne ploče su tolerantne na niske nivoe svjetlosti, tako da mogu biti dobar izbor.

Polikristalni solarni paneli – koriste male djelove silicijuma spojenog zajedno, dajući privid kao da su paneli napravljeni od metalnih kristala. Oni se dobro ponašaju na neometanoj sunčevoj svjetlosti, ali mana im je ako je čak i jedna od silikonskih ćelija zatamnjena, ostale pokušavaju da dopune  energiju u tu ćeliju, što dramatično smanjuje ukupnu efikasnost panela. Polikristalni solarni paneli se lako mogu instalirati na krov bilo kog broda.

Monokristalni solarni paneli  – koriste velike pojedinačne komade silicijuma za svaku ćeliju. Oni su generalno najjeftinije rešenje i podrazumjevana toćka za početak kada planirate da instalaciju solarnog sistema. I ovi paneli  se lako postavljaju, mada mogu biti krhki zbog kristala silicijuma. Podjednako su podložni smanjenim radom pod sjenkom kao i polikristalni solarni paneli.

Gde postaviti solarni panel?

Ako montirate mali panel za dopunjavanje baterija na čamcu, kupite jeftinu krutu ploču i pronađite mjesta na brodu gdje možete da je nagnete, kako bi uhvatili sunčeve zrake tokom  dana. Izaberite mjesto koje nema sjena i to bi bilo to.

Ako provodite više vremena na brodu i treba vam najbolje od solarnih panela, monokristalni ili polikristalni solarni paneli daju više snage na istom prostoru od amorfne solarne ploče. Ali sa većom efikasnošću dolazi i do veće osetljivosti na lošije montiranje, pa ukoliko se želi izvući najbolje od solarnih panela, potrebno je sve  učiniti da se  osigura mjesto  koje nije u sjeni, a također i da su nagnuti prema suncu što je više moguće. Iz tog razloga solarni paneli se obični postavljaju na krmi broda.

Najvažnije prednosti korištenja solarnih panela za brodove

Tihi rad – Uz solarni panel na vašem brodu generatori mogu biti eliminirani, ili barem njhova upotreba smanjena na minimum.

Nema pokretnih djelova – Za razliku od vjetroturbina, potrebno je vrlo malo održavanja. Neophodno je samo periodično čišćenje.

Stabilna snaga – Raspoložive jedinice solarnih panela idu od 50 V, 75 V i više. Može se  početi sa malim solarnim sistemom koji je moguće kasnije povećati dodavanjem modula.

Solarni paneli će kontinuirano puniti baterije, čak i kada je brod  privezan. Kontroler punjenja će automatski isključiti napajanje kada su baterije potpuno napunjene.

Solarni paneli za brodove nisu samo ekološki prihvatljivi, već se i smatraju prijeko potrebnim kada se nalazite na otvorenom moru. Takođe su jeftina i jednostavna opcija za plovila koji se kreću na udaljenim obalama ili na neurednim dokovima.

Kod odluke za solarne panele, započnite pripremu tako što ćete uzeti u obzir  prostor koji imate i koji su  energetski zahtjevi.

Nađite lokaciju gdje možete montirati solarne ploče ploče, poželjno na nagibnu montažu. Mnogi vlasnici čamaca žele da ih se ugrade na palubu,i u tom slučaju polufleksibilni kristalni paneli mogu izgledati kao razumni izbor, ali mogu biti i do deset puta skuplju u odnosu na panele koji nisu fleksibilni. Jednom kada se instaliraju čuvajte  panele. Nije lako držati crnu površinu hladnom na suncu, ali se izlazna energija solarnih panela snižava kada se temperatura povećava. Ako ste u mogućnosti osigurajte ventilaciju na zadnjoj strani panela, što će rezultirat povećanjem  od 5 ili 10% izlaznosti energije,
umjesto zraćnog hlađenja postavlja se cijev vode, koja se grije preko panela, sa time dobivamo toplu vodu i hlađenje panela.

TROŠKOVI HIBRIDNOG SUSTAVA / Hybrid system costs

Troškovi u izgradnji ovakvog broda, koji se razlikuju od uobičajenih plovila, odnose se na hibridni propulzijski sustav i sustav solarne energije. Obračun troškova navedenih elemenata prikazan je u tablici 2.

Sustavi sličnih mogućnosti, temeljeni samo na dizel propulziji, jeftiniji su u prvom redu zbog toga što nemaju ugrađen sustav solarne energije dok su cijene samih motora za oko 10% niže.

cijene elemenata hibridnog sustava i solarne energije

ZAKLJUČAK / Conclusion

Koliko god dobro zvučala ideja o korištenju ekološki prihvatljivih izvora energije za pogon plovila, praktične izvedbe takvih sustava okarakterizirane su visokom cijenom i slabim stupnjem iskoristivosti. Zbog slabe iskoristivosti solarnih ćelija, koja se kreće od 10% do 20%, ako izuzmemo ekstremno skupe solarne ćelije korištene u svemirskim pogonima, potrebna je vrlo velika površina solarnih ćelija koja bi izravno davala dostatno snage za plovidbu broda „glisirajućim“ brzinama.

Koncept krstaške jahte s hibridnim pogonom, teoretski može neograničeno koristiti električnu energiju snage oko 3 kW. Primjenom naprednijih solarnih ćelija može se ostvariti povećanje dobivene snage i do četiri puta, a povećanjem omjera kapaciteta i mase baterija do dva puta, pa se hibridne izvedbe porivnog sustava čine vrlo izglednima za širu primjenu u skoroj budućnosti. Korištenjem tradicionalnih goriva mogle bi se postizati veće brzine, dok bi električna energija bila nadopuna snage ili pak korištena kao jedini izvor energije pri malim brzinama plovila, a razvojem i ugradnjom novih građevnih materijala trupa, kao što su nove vrste biokompozitnih materijala, postiglo bi se smanjenje mase broda, pa bi instalirana snaga bila dostatna i za postizanje većih brzina što ide u prilog korištenju elektro-dijela hibridnog poriva. Cijena sustava hibridnog pogona potpomognutog solarnim sustavom za ispitanu vrstu plovila je oko 25% veća od sustava klasične dizel propulzije. S druge strane hibridno-solarni sustavi, osim znatno manjeg utjecaja na zagađenje okoliša i smanjenu potrošnju goriva, imaju i mogućnost autonomne plovidbe korištenjem samo solarne energije za punjenje baterija, što bi mogla biti i presudna značajka za izbor ovog propulzijskog sustava ispred čisto dizelskog pogona.

0

Novosti

Međunarodna federacija transportnih radnika (ITF) je na svojim stranicama objavila savjete Svjetske zdravstvene organizacije za zaštitu od koronavirusa:

Preporučene smjernice za pomorsku industriju:
Ne ograničavajte ukrcaj / iskrcaj pomoraca u lukama koje nisu pogođene virusom;
Ne ograničavajte potrebne brodske posjete lučkih agenata, uslužnog osoblja i drugih;
Ne posjećujte tržnice hranom u Kini i izbjegavajte konzumiranje ribe i peradi u Kini;
Ne konzumirati sirova jaja, mlijeko, meso;
Pridržavajte se stroge higijene hrane kako biste izbjegli kontaminaciju;
Omogućite zaštitu lica za svu posadu;

Omogućite cijepljenje protiv gripe, sredstva za dezinfekciju ruku na bazi alkohola i zaštitu lica za brodske inspektore i drugu posadu koja putuje u Kinu.
Ukoliko se član posade razboli i putuje u pogođena područja 2-12 dana prije ukrcaja, osoba mora ostati u svojoj kabini.
Ukoliko je član posade bolestan na brodu, ispunite pomorsku deklaraciju o zdravlju i obavijestite odgovarajuću lučku upravu i posavjetujte se s zdravstvenim djelatnicima u sljedećoj luci Savjeti članovima posade:
Obratite pozornost na higijenu ruku i disanja, posebno kada kašljete ili kišete. Posada mora koristiti sredstva za pranje ruku / pranje ruku nakon kontakta s bilo kojim putnikom ili drugom posadom. Ukoliko otputujete u zemlju za koju je poznato da je povezana s izbijanjem koronavirusa, posadi se savjetuje da ostane u hotelskom smještaju što je više moguće i prakticiraju higijenu ruku i dišnih puteva te praksu konzumiranja sigurne hrane.

Više o zaštiti i savjetima možete pogledati direktno na stranicama ITF-a i WHO:
ITF: ovdje
World health organization: ovdje

0

Današnji trend u razvoju pomorstva i tehnologije općenito, a samim time i pritisci od strane brodara  , nagnali su proizvođače velikih brodskih dvotaktnih sporohodnih dizelskih motora da konstrukcijskim modifikacijama omoguće uporabu goriva sve lošije kvalitete. Takva goriva sadržavaju tvari koje u određenim uvjetima mogu postati vrlo korozivne. Danas se, generalno gledajući, za pogon trgovačkih brodova koristi sporohodni dvotaktni dizelski motori u rasponu snaga od 5,000 do 80,000 kW i to na goriva vrlo loše kvalitete. O gorivima i standardima goriva ćemo govoriti drugi put. Izgaranje takvih goriva u cilindrima motora neminovno uzrokuje stvaranje elektrokemijske i kemijske korozije, te trenje i trošenje elemenata cilindara i ispušnih vodova.

Od lubrikanata se očekuje da ispune sve veći broj zahtjeva. Njihova primarna funkcija je razdvajanje kliznih površina (podmazivanje), odvođenje topline i održavanje čistoće komponenti. Sekundarna funkcija lubrikanata je brtvljenje, izolacija, zaštita od korozije, kontrola oksidacije, prevencija pjenjenja, raspršivanje onečišćivača, prijenos energije, ublažavanje udara itd.

Motorna ulja trebaju zadovoljiti sljedeće uvjete:

– viskoznost mora udovoljavati uvjetima rada motora bez obzira na izmjenu temperature u dozvoljenim granicama;

 – moraju biti otporna na isparavanje

– moraju biti otporna prema oksidaciji i starenju;

– moraju imati mogućnost rastapanja čađe i koksa u produktima izgaranja;

– moraju imati zadovoljavajuću mazivost (dobru i trajnu čvrstoću uljnog filma);

 – ne smiju biti korozivna.


Ulja za podmazivanje su vrlo složena smjesa pojedinih aditiva i ”baznog” (osnovnog) ulja. Za svaku pojedinu primjenu postoji i specifična mješavina ulja za podmazivanje. Ova ulja su podijeljena po svojim fizikalnim i kemijskim svojstvima. Glavna podjela ulja za podmazivanje je po viskoznosti i području primjene. Viskoznost je trenje nastalo pri strujanju fluida zbog različite brzine gibanja njegovih slojeva. Ili pojednostavljeno: otpor tekućine tečenju. Kvaliteta trenja između slojeva tekućine klasificirana je brojem koji se naziva indeks viskoznosti (engl. Viscosity index – VI) Viskoznost je najvažnija pojedinačna fizikalna karakteristika ulja za podmazivanje jer ona ustvari određuje debljinu uljnog filma. Preciznije, indeks viskoznosti (VI) je definiran kao nejedinični broj koji označava učinak promjene temperature na kinematsku viskoznost ulja. Što je indeks viskoznosti ulja veći, manje opada viskozitet kako raste temperatura, te se tako održava deblji uljni film. SAE (society of automotive enginers) je odredilo standarde viskoznosti ulja a VI (viscosity indeks) se definira brojevima od 0 pa do 90 .Uz njega se obično doda indeks W sto označava zimu tj hladnoću.

U razvoju ulja za podmazivanje koristi se termin Tribologija. Taj termin je nastao iz uvjeta koja ulja za podmazivanje moraju zadovoljiti ,a to su:

1.trenje

2.trošenje

3.podmazivanje

Ulja za podmazivanje moraju zadovoljavati sljedeće kriterije :

 

– Mora smanjiti trenje klizanja između prstenova i prstena obloga na najmanju moguću mjeru, čime se minimalizira metal na metal kontaktno i trenje trošenja. To se postiže dodavanjem aditiva ( zincdithiophosphate ili sulphurised alkaline – vidi gornju tablicu) .Ti aditivi imaju nisku frikciju tj smanjuju otpor kretanja klipnih prstenova u cilindru.

Istrošenje  se definira kao oštećenje čvrste površine koja uglavnom uključuje progresivni gubitak materijala i nastaje zbog relativnog gibanja ( trenja)između supstanci te površine i supstanca ili površine koje su u kontaktu .

– Disperzivi i deterdženti i drugi aditivi koji se dodaju u ulje u cilindru jesu aditivi koji se koriste za neutralizaciju smola netopljivih u ulju ,oksidacijskih produkata i nečistoća koje se nalaze rasute u ulju.Svrha ovih disperziva je da spriječe spajanje oksidacijskih produkata u veće molekule a ukoliko dođe do pojave ovih efekata zbog istrošenosti ulja na zidovima se pojave kao lakirane površine preko kojih klipni prstenovi imaju veće trenje . Oni minimiziraju stvaranje mulja.

Ovdje je potrebno objasniti sto je mulj (sludge). Mulj je mekana, crna, želatinasta emulzija vode i nusproizvoda nastalih izgaranjem kod rada na niskim temperaturama motora.

 Lak (varnish ) je tvrdi, tanki sloj oksidiranih uljnih proizvoda koji se zapeče na dijelove tijekom rada na visokim temperaturama. Dakle, mulj je povezan s radom pri niskim temperaturama motora, dok je lak povezan s radom pri visokim temperaturama motora.

Dakle nakon generalnog uvoda o uljima  možemo krenuti na područje ulja za podmazivanje košuljica  cilindara sporohodnih brodskih motora.U prošlosti su se koristila goriva od 4.5% S2 ,a da bi se postotak sumpora danas spustio na 3.5% a uskoro tj 01.01.2020 postotak sumpora pada na 0.5%. Od 2015 u europskoj zajednici (SECA -sulphur emission control area) se koristi 0.1% sumpora ili ultra low sulphur.O gorivima ćemo nekom drugom prilikom.

Podmazivanje motora s križnom glavom vrši se odvojenim sustavom cilindarskog ulja. Normalna potrošnja iznosi od 0,8 do 1,6 g/kWh (Hans -Jensen lubrifikatori). U tijeku podmazivanja cilindara ulje mora udovoljiti ekstremnim uvjetima tlaka i temperature. U slučaju da ulje ima prenisku ili previsoku viskoznost, na površini cilindra se neće formirati zadovoljavajući uljni film. Ulje preniske viskoznosti nije u stanju održati uljni film pošto prebrzo isparava pod utjecajem visokih temperatura, a ulje prevelike viskoznosti ne može se dovoljno brzo širiti ( razmazati ) po površini cilindra da bi stvorilo neprekinuti uljni film. Uvjeti podmazivanja su se pogoršali kad su se počela upotrebljavati teška goriva koja u sebi imaju veći sadržaj sumpora. To je uvjetovalo potrebu za alkalnim uljima. Danas su u upotrebi samo alkalna ulja, a radi se o visokokvalitetnim mineralnim uljima ( čiji je indeks viskoznosti oko 50 ) s dodatkom aditiva koji povećavaju deterdžentna, disperzivna i alkalna svojstva ulja. Što je postotak sumpora u gorivu veći, ulje mora imati veću alkalnu rezervu, kako bi površine cilindra i klipa bile zaštićene od djelovanja kiselina nastalih izgaranjem goriva. Većina današnjih sporohodnih dizelskih motora koristi cilindarska ulja s TBN = 40 do 70 mg KOH / g ( SAE 50 ) u slučaju kada motor koristi teška goriva sa sadržajem sumpora 1 do 3,5 ( max 4,0 ) %. Za slučaj korištenja teških goriva s preko 3,5 % sumpora, koriste se ulja  s TBN većim od 70 mg KOH/g (do 100 mg KOH/g ), SAE preko 50. Ulja SAE 50 s TBN 20 do 25 mg KOH/g koriste se u motorima koji koriste goriva s 0,5 do 1,0 % sumpora. Za podmazivanje motora koja koriste goriva s niskim sadržajem sumpora, ispod 0,5 %, koriste se niskoalkalna ulja s TBN =10 do 15 mg KOH / g, SAE 30 do 40.

Tvornica MAN B&W za svoju zadnju generaciju motora s oznakom Mark 9 preporučuje upotrebu ulja s TBN 100.Razlog :degradacija teških goriva tako da ulje ne samo što treba neutralizirati kiseline nego treba poništiti i ostale štetne nusprodukte izgaranja.

 

Total Base Number – što je to?

 

BN ulja iskazuje svoj potencijal  neutralizacije  kiselih produkata nastalih izgaranjem.

Ti kiseli produkti nastaju zbog sumpora sadržanog u gorivu. BN se često naziva i “alkalnost”. Konkretno, to je količina kiseline – izražena u  ekvivalentnom broja miligrama alkalnog kalijevog hidroksida – za to je potrebno neutralizirati sve alkalne sastojke u jednom gramu uzorka. BN od 70 za tipičan sporohodni motor ulje u cilindru znači da je količina kiselinskog ekvivalenta

potrebno je do 70 miligrama kalijevog hidroksida radi neutralizacije alkalnih aditiva prisutnih u jednom gram ovog ulja.

Ili pojednostavljeno KOH sluzi da neutralizira visak baza tj osnova koje ustvari neutraliziraju kiseline sa svojim lužnatim svojstvima.A time se sprečava kalcifikacija cilindra.

Teško gorivo za brodske motore sadržava sumpor  u različitim količinama, koja se može kretati od 0,3 do 4,5 % mas. Za vrijeme izgaranjem goriva, sumpor se oksidira na SO2 i SO3 . Dio tih sumpornih oksida kombinira se s vodom tijekom izgaranja i tvore sumpornu i sumpornu kiselinu.

Te kiseline su izrazito korozivne za motorne komponente i treba ih neutralizirati kako bi se spriječilo  trošenje.

Za neutraliziranje kiselina potrebne su baze. To znači da u ulju moraju biti prisutne lužnate baze topive u ulju za podmazivanje košuljica koja se nalaze u motorima s unutrašnjim sagorijevanjem.

TBN se mjeri ovim izrazom :mgKOH/gr sample što znaci koliko miligrama Kalijevog hidroksida je potrebno da se neutralizira količina sumporne kiseline mjerena po gramu uzorka.

Npr.Tipično cilindarsko ulje BN70 znači da potrebna količina od 70 mg kalijevog hidroksida da se neutralizira količina alkala sadržana u jednom gramu uzorka.4

Goriva za brodove sadrže razne količine sumpora koji varira od 0.1 pa do 3.5% mase. Za vrijeme izgaranja goriva sumpor oksidira na SO2 i SO3.Dio tih sumpornih oksida reagira s vodom tj vlagom koja dolazi do cilindra ispirnim zrakom.Pri reakciji sumpornih oksida s vodom stvara se izuzetno korozivna sumporna kiselina H2SO4. Da bi se ova količina vlage smanjila na najmanju moguću mjeru instalira se Water mist catcher na ulazu zraka u ispirni kolektor a nakon rashladnika i ispirnog zraka. Naravno da i temperaturu ispirnog zraka treba držat iznad točke humidacije.

Za neutralizaciju kiselina potrebne su baze ili osnove  i zbog toga imamo Totalni Bazni broj ili totalni broj osnova .

Što su osnove ili baze: Baze su osnovni aditivi topivi u ulju. Kalijev hidroksid nije topiv u ulju i treba baze koje će ga povezati sa cesticama ulja. Base se sastoje od osnovnih detergenata koji su organski sapuni, soli zemljanih alkalnih metala kao Kalcij ,barij i magnezij.

Kalcijev i magnezijev sulfonat i kalcijum fenat se  najčešće primjenjuju. Trik je u spajanju alkalnih metala poput kalcijevog karbonata CaCO3 koji nije topiv u ulju za podmazivanje ,s drugim molekulama tako da taj novi spoj omogući CaCO3 da se stopi s uljem i da  bude u stanju neutralizirati kiseline bez stvaranja štetnih nuspojava.

Najkritičnije točke u Diesel motoru za stvaranje taloga tj depozita su kruna i prstenovi klipa.

Svi koji su vadili klipove brodskih dvotaktnih sporohodnih motora zamijetili su žute naslage na klipu koje naravno potiču os sumpora .Bilo je tu i onih crno sivih ,jako tvrdih, teško se ciste .To su naslage kalcijum karbonata (CaCO3  ) ili po hrvatski- krečnjak -kamen. Zbog tih naslaga se na vrhu košuljice ,između cilindra i glave motora ugrađuje PCR-piston cleaning ring. Njegov dijametar je malo veći od promjera košuljice i kod  prolaska klipa prsten ostruže nakupine kalcijum karbonata sa zidova krune klipa .Ukoliko ne bi bilo PCR-a naslage bi toliko narasle da bi strugale tj oštetile košuljicu. Kod četverotaktnih motora se koristi antipolishing ring koji ima potpuno istu funkciju i svrhu kao i PCR kod dvotaktnih motora.

 Na klipu možemo još naći i nakupine čađe i pepela .Čađa je produkt nepotpunog izgaranja goriva ,a pepeo su skup komponenti koje ne mogu dalje oksidirati.

Najopasnija situacija za motor je kad se koristi niskosumporno gorivo u kombinaciji sa cilindričnim uljem visokog TBN. Tada dolazi to takozvane overalkalinity tj viška kalicijevog karbonata koji se taloži na zidovima cilindra tako da umjesto fine glatke površine imamo kretanje klipa po kamenjaru.

Zbog pravilnog doziranja cilindričnog ulja TBO -time before overhaul je značajno porastao a time su se troškovi jako smanjili. Prije su se koristili Hans -Jensen  lubrikatori ,slika ispod


Iako su imali više mogućnosti podešavanja ,za cijeli blok ,pojedinačno ,jednostavno su brizgali previše ulja u cilindre i prsteni i cilindri su se trošili tako da je 8000 radnih sati bio standard izvlačenja klipa.Potrošnja cilindričnog ulja je bila 0.9-1.4 gr/KWH. Naravno da ce se javiti lagani overalkalinity.

Fazno ubrizgavanje

 

MAN je uočio i implementirao filozofiju da nije važno samo koliko nego i kada ubrizgat ulje u cilindar.

Ta tehnologija se zove Fazno ubrizgavanje .

FAZNO PODMAZIVANJE LUBRIFIKATORI Svrha faznog podmazivanja, je da se cilindarsko ulje doda na površinu košuljice u točno određenom trenutku, tj. kada se stap nalazi neposredno prije GMT u hodu prema GMT ,kad je prvi kompresioni prsten u ravnini sa lubrikatorskim diznama. Fazno podmazivanje se u praksi provodi pomoću lubrikatora (klipne pumpice) koji su mehanički pogonjeni od strane motora, a sinkronizirani su s radom motora. Količina ulja koja se ubrizgava na košuljice motora se može regulirati ručno ili automatski. Cilindarsko ulje se ubrizgava preko nepovratnog ventila, a ravnomjerno nanošenje na površinu košuljice osigurava se distribucijskim kanalima na košuljici i stapnim prstenima. Alfa podmazivanje je elektrohidraulički sustav podmazivanja koji dozira količinu cilindarskog ulja pomoću lubrikatora koji je elektronički pokretan i koji je sinkroniziran s radom motora. Bazira se na ubrizgavanju ulja u točno određenom trenutku pomoću moderne opreme čija se filozofija rada bazira na činjenici da se s poboljšanom kontrolom momenta ubrizgavanja ulja dolazi do uštede potrošnje cilindarskog ulja. Trenutak ubrizgavanja se bazira na signalu koji signalizira položaj koljenastog vratila. Tlak ulja kod elektronski upravljanog znatno je veći od tlaka ulja kod mehanički pokretanog lubrifikatora. To je u komparaciji dvaju sustava također prednost elektronskog upravljanja. Ulje bolje prodire u utor klipnog prstena, učinak podmazivanja je poboljšan. Kod elektronski upravljanog lubrifikatora vrijeme dovođenja ulja znatno je kraće u usporedbi s mehanički pokretanim lubrifikatorom.


Prednosti Alfa lubrikatora, osim što omogućava manju potrošnju cilindarskog ulja, dolaze do izražaja u potpunosti kod MAN ME-C motora jer je cijeli sustav Alfa lubrikatora integriran u visokotlačni elektrohidraulički sustav motora. Integriranost u sustav znači da se upravljanje sustavom Alfa lubrikatora vrši elektronskim upravljačkim sustavom motora (eng. ME ECS) a za aktuaciju Alfa lubrikatora koristi se visokotlačni hidraulički sustav ME-C motora. Moguća je samostalna ugradnja Alfa sustava lubrikatora na konvencionalne motore s tim da je tada potrebna ugradnja pumpne stanice i elektronske upravljačke jedinice.



Upotreba Alpha lubricatora ne samo da je smanjila potrošnju cilindričnog ulja (feed rate 0.60 g/kwh) nego je TBO znatno produžen. Pregledom klipova kroz kolektor ispirnog zraka uočeni su klipovi sa preko 35 000 wh u jako dobrom stanju.

Sulzer ,odnosno Wartsila koristi svoju tehnologiju ,Retro fit pulse system.

Osnovni princip sustava impulsa za podmazivanje je ubrizgavanje točno odmjerenih količina mazivog ulja u cilindru u točno određeno vrijeme pod pritiskom izravno u prstene klipa, odakle je ravnomjerno raspoređen po obodu obloge cilindra.

 

Preporuka u uputstvu za Wärtsilä RTA i RT-flex motore naknadno opremljene Pulse sustavom podmazivanja iznosi 0,8 g / kWh cilindričnog ulja . S tradicionalnom specifičnom potrošnjom ulja od 1,1 – 1,6 g / KWh, to znači da se potrošnja može smanjiti za 30-50% nakon nadogradnje motora s RPLS.


Svojstva cilindarskog ulja sastruganog sa stijenke košuljice odražavaju kemijska svojstva okoline te fizikalno stanje prstena i košuljice, stoga, postoji direktna povezanost između nekih ključnih komponenti sastruganog ulja i stvarnog stanja cilindara. Temeljem podataka iz analize sastruganog ulja, količine doziranog ulja, opterećenja motora i razini trošenja cilindara moguće je sastaviti algoritam podmazivanja. Automatska optimizacija doziranja količine ulja za podmazivanje se mijenja online motrenjem sastava sastruganog ulja iz svakog cilindra, podaci se šalju izravno u glavno računalo (s algoritmom podmazivanja) te se signali šalju prema svakom rasprskaču. Kontrola trošenja stijenke košuljice uzrokovanog korozijom se temelji na kontroli količine dobave.

Funkcija cilindarskog ulja očituje se u sljedećem :

  1. Omogućuje hidrodinamično podmazivanje, tj. osigurava odvajanje radnih površina cilindarske košuljice i stapnih prstena. Količina cilindarskog ulja koja je potrebna da se stvori uljni fi lm uglavnom je neovisna o kvaliteti goriva trenutno u uporabi, a dostatna količina ulja za podmazivanje što je propisuje proizvođač utvrđuje se pregledom radne površine cilindarske košuljice i stapnih prstena kroz ispirne kanale.
  2. Čisti, tj. ispire stapne prstene, njihove kanale i prostor između kanala na stapu. Ispiranje stapnih prstena, kanala i prostora između kanala na stapu od iznimne je važnosti, i prije svega ovisi o svojstvu detergentnosti ulja (deterdžentni aditivi). Sva cilindarska ulja renomiranih proizvođača (Shell, BP, Castrol, Shevron, Total i dr.) danas u uporabi, zadovoljavaju to svojstvo, pa čak i ako je količina ulja za podmazivanje vrlo mala (min 0,6 g/kWh).
  3. Kontrolira elektrokemijsku koroziju, tj. neutralizira sumpornu kiselinu H2SO4. U procesu izgaranja stvara se agresivna sumporna kiselina i količina joj ovisi o količini sumpora u gorivu. Stoga je potrebno odabrati cilindarska ulja koja se mogu nositi s ovim problemom. Poradi postizanja dobrih radnih svojstava svih elemenata u cilindru motora potrebno je osigurati i neprekinutost uljnog filma, pa se u tu svrhu moraju zadovoljiti sljedeći uvjeti: – vrijeme ubrizgavanja cilindarskog ulja mora biti pravovremeno, – vrsta i bazni broj BN cilindarskog ulja moraju biti u skladu s karakteristikama goriva koje je u uporabi. Preporučuju se cilindarska ulja viskoziteta SAE50 i baznog broja BN70 za već uhodan motor, a poželjna je uporaba cilindarskog ulja s BN80 ako je gorivo s većim sadržajem sumpora. Pri uhodavanju na probnom stolu ili za vrijeme uhodavanja na probnoj vožnji i nakon nje, preporučuju se cilindarska ulja s povećanim svojstvom detergentnosti. Nameće se pitanje kako zadržati dostatnu količinu cilindarskog ulja na površini košuljice cilindra ako stapni prsteni klize po njoj nejednolikom brzinom, pa se ne može osigurati konstantno hidrodinamično podmazivanje, a samim time ni neutralizacija sumporne kiseline po čitavoj površini.

Naime, kako se stapni prsteni približavaju gornjoj ili donjoj mrtvoj točki, zbog promjene smjera gibanja brzina im se smanjuje s maksimalne od oko 9,0 ms-1 na 0 ms-1. Pri malim brzinama gibanja hidrodinamično podmazivanje prelazi u elastohidrodinamičko, pa se stapni prsteni tada, u odnosu prema uljnom fi lmu ponašaju kao strugači, te ga uklanjaju s površine cilindarske košuljice, što znači da se formirana sumporna kiselina ne može neutralizirati jer je nedostatna količina ulja. Potrebno je napomenuti da nije isplativo povećati količinu ulja za podmazivanje kako bi se riješio nastali problem. Rješenje se pronašlo u završnoj obradi površine cilindarske košuljice. Većina strojno obrađenih površina ima površinsku hrapavost raspoređenu približno Gausovom razdiobom. Višestruke su površinske završne obrade puno važnije od jednoprocesnih, gledano s funkcionalne točke gledišta. Završna obrada tipa Plateau honed tipična je dvoprocesna završna obrada jer nastaje primjenom dvaju procesa, klasičnoga ili grubog poravnavanja (Coarse honing) i završnoga ili finog poravnavanja (Plateau honing). Poznato je da se završnom obradom poravnanja površine (Honing) dobiva površinska hrapavost po Gausovoj raspodjeli. Primjenom dvoprocesne površinske obrade, tj. ako se primijeni grubo, a zatim fi no poravnanje, nastat će preklapanje Gausovih razdioba hrapavosti površina jedne preko druge, pa će površina tako obrađene cilindarske košuljice imati karakteristike otporne na trošenje, ali i veliku površinsku nosivost a obradom nastale neravnine služe kao uljni džepovi i sakupljači strugotina.

Srećko Mimica

0

Novosti

01.05.2019. Papa Franjo je primio Ratka Božića iz Splita na audijenciji. Tom prigodom u Vatikanu Sveti Otac Franjo blagoslovio je povijesnu knjigu o trgovačkom društvu SSM grupacije od njenog početka pa sve do danas. Inače Ratko Božić je osnivač i vlasnik SSM United grupacije, 46 godina je u pomorstvu dijelom  kao aktivan pomorac, a dijelom kao dio managementa SSM United grupacije. SSM United i POU Božić zapošljava oko 50 djelatnika u sektorima Trening centra, crew i technical menadžmenta te Pučkog otvorenog učilišta. Uz izobrazbu, naobrazbu te prekvalifikaciju jedini  zapošljavaju polaznike. Tokom 25 godina postojanja trgovačkog društva ukrcano je skoro 10 000 pomoraca u svim sektorima, a obuku je prošlo preko 17 000 pomoraca  na što je gdin. Božić veoma ponosan, kao i na činjenicu da je Trening centar koji se obukom pomoraca bavi od 1990. jedan od tri najveća i najstarija u Europi.

Naime, povod dolasku u Vatikan je želja gdina Božića da približi i pokaže koliko pomoraca ima u Hrvatskoj te koliko je duga tradicija hrvatskih pomoraca. Dojmovi sa audijencije su prekrasni, oduševilo me to rekao je gospodin Božić što je Sveti Otac očito upoznat sa situacijom što se događa u Hrvatskoj i razumije i poznaje što su to pomorci. Otac Franjo je također upoznat i sa činjenicom da je jedan od osnivača argentinske trgovačke flote gosp. Nikola Mihanović podrijeklom  iz Sitnog Donjeg kraj Splita.

Bila mi je iznimna čast i zadovoljstvo što je Papa Franjo blagoslovio sve hrvatske pomorce i ljude koji se bave pomorskim zvanjima i znanjima u Hrvatskoj. Želja mi je i dalje prenijeti te želje i pozdrave pomorcima te ću to i uraditi putem medija, putem raznih objava da naši ljudi budu što zadovoljniji i sretniji i sa što većim zadovoljstvom obavljaju svoj težak posao.

Ovim putem prenosimo blagoslove Svetog Oca Franje svim našim pomorcima, zaposlenicima koji rade u pomorstvu ma gdje bili!

Mirno more im želimo!


0

Pomorska industrija aktivno sudjeluje u smanjivanju stakleničkih plinova. Kyoto protokol je donesen 11.12.1997 god. kao dodatak na UN konvenciju o promjeni klime i kao sporazum o smanjenju emisije ugljikovih oksida. Sporazum je stupio na snagu 16.02.2005.
Nakon toga se pojavila potreba da se pojačaju napori za smanjivanjem klimatskih promjena i tada je vijeće UN zaduženo za klimatske promjene se sastalo u Parisu 12.12.2015 i sporazumno dogovorili nove mjere zaštite atmosphere.Taj sporazum je nazvan Pariškim sporazumom i stupio je na snagu 04.10.2015
iMO marpool annex 6 koji se bavi zaštitom zagađenja ispusnim plinovima brodskih motora, prvi put implementiran 1997 limitira emisiju glavnih zagađivača u ispusnim plinovima motora kao sto su sumporni i dušični oksidi kao i ispuštanje i korištenje supstanci koje jako oštećuju ozonski omotač.

Marpol annex 6 također regulira incineraciju na brodu, i emisiju VOC (volatile organic compaunds) s tankera implementirajući Vapour return line na operativnom cjevovodu tereta.
Nakon stupanja na snagu Marpol Anex 6, 19.05.2005,Marine environment Protection Committee (MEPC) na svojoj 53 sjednici odlučuje da se postrože limiti emisije ispusnih plinova u svjetlu tehnološkog napretka i nakupljenog iskustva.
Kao rezultat trogodisnje studije, MEPC 58, October 2008 prihvaćen je revidirani annex 6 s pripadajućim
NOX Technical Code 2008 koji stupa na snagu 01.07.2010.Uspostava zona sa ograničenom emisijom plinova (ECA -emission control area) and SECA zone -sulphur emission control area
Revidirani Anex 6 donosi uredbu da se postotak sumpora u teškom gorivu smanji sa postojećih 3.5% NA 0.5% na snagu stupa 01.01.2020. Na 70 MPEC (October 2016)konvenciji potvrđeno je da ce postotak sumpora u gorivu biti 0.5 % od 01.01.2020.

U istraživanju koje je provedeno u europskoj uniji došli su do sljedećih spoznaja
§ Acidifikacija se znatno smanjila između 1990. i 2010. na europskim područjima s osjetljivim ekosustavom koja su bila izložena taloženju kiselina s prekomjernom količinom sumpora i dušika.
§ Eutrofikacija, veliki problem za okoliš uzrokovan unosom viška hranjivih tvari u ekosustav, nije zabilježila sličan napredak. Područja s osjetljivim eko sustavom koja su pod utjecajem prevelikih količina atmosferskog dušika tek su se neznatno smanjila u razdoblju od 1990. do 2010.
§ izloženost visokim koncentracijama ozona uzrokuje štetu na usjevima. Velik broj poljoprivrednih usjeva izložen je razinama ozona koje premašuju dugoročan cilj Europske unije namijenjen zaštiti vegetacije. Ovo se naročito odnosi na značajan dio poljoprivrednih područja, pogotovo u južnom, središnjem i istočnom dijelu Europe.
Kvaliteta zraka u Europi nije uvijek rasla u skladu s općim smanjenjem antropogenih emisija (koje uzrokuju ljudi) onečišćujućih tvari u zraku. Razlozi koji uzrokuju ovo su složeni:
§ ne postoji jasan linearan odnos između smanjenja emisija i koncentracija onečišćujućih tvari u zraku;
§ raste prijenos onečišćujućih tvari u zraku na velike udaljenosti u Europu iz drugih zemalja sjeverne polutke.

Zbog toga je i dalje potrebno ulagati ciljani napor za smanjenje emisija kako bi se i dalje omogućila zaštita ljudskog zdravlja i okoliša u svijetu.
Onečišćenje zraka je problem na lokalnoj, paneuropskoj i globalnoj razini. Onečišćujuće tvari u zraku ispuštene u jednoj zemlji mogu atmosferom dospjeti u druga mjesta, gdje mogu uzrokovati ili doprinijeti lošoj kvaliteti zraka.
Lebdeće čestice, dušični dioksid i prizemni ozon danas se smatraju trima onečišćujućim tvarima koje najviše utječu na ljudsko zdravlje. izloženost tijekom najveće koncentracije i dugotrajna izloženost ovim onečišćujućim tvarima ovise o težini utjecaja, od narušavanja respiratornog sustava do prerane smrti. Oko 90 % stanovnika europskih gradova izloženo je onečišćujućim tvarima u koncentracijama iznad razina kvalitete zraka koje se smatraju štetnima po zdravlje. Na primjer, procjenjuje se da sitne lebdeće čestice (PM2.5) u zraku skraćuju očekivano trajanje života u Europskoj uniji za više od osam mjeseci. Benzo(a)piren je kancerogena onečišćujuća tvar koji izaziva sve veću zabrinutost, čije su koncentracije iznad najniže razine utvrđene u cilju zaštite ljudskog zdravlja u nekoliko gradskih područja, naročito u srednjoj i istočnoj Europi.

Nove regulative – izazov za brodogradnju i pogonske strojeve
Ograničenja primjenjiva u ECA-ima za SO x i čestice su od 1. siječnja 2015. smanjena na 0,10%.
Uključuju se i progresivna smanjenja emisija NO x iz brodskih dizel motora instaliranih na brodove, s ograničenjem emisije “Tier ii” za motore instalirane na brodu izgrađenom 1. siječnja 2011. ili kasnije; i strože ograničenje emisije “Tier iii” za motore instalirane na brodu izgrađenom na ili poslije 1. siječnja 2016. koji djeluju u ECA-ima (Sjevernoameričko područje za kontrolu emisija i područje Karipskog mora SAD-a). Pomorski dizelski motori instalirani na brodu izgrađenom 1. siječnja 1990. ili poslije njega, ali prije 1. siječnja 2000. godine moraju se pridržavati ograničenja emisije “Tier i”, ako je odobrena metoda za taj motor.
Revidirani NO x Tehnički kodeks 2008. uključuje novo poglavlje koje se temelji na dogovorenom pristupu regulacije postojećih (prije 2000.) Motora utvrđenih u Prilogu Vi MARPOL-a, odredbe za metodu izravnog mjerenja i nadzora, postupak certifikacije za postojeće motore i ispitne cikluse primjenjuju se na motore Tier ii i Tier iii.
MEPC 66 (travanj 2014.) usvojio je izmjene i dopune Uredbe 13 MARPOL-a Aneksa Vi u vezi s datumom stupanja na snagu NO x Tier iii standarda.
izmjene i dopune predviđaju da se Tier iii NO x standardi primjenjuju na brodski dizelski motor koji je instaliran na brodu konstruiranom 1. siječnja 2016. godine ili poslije njega, a koji djeluje u području Sjeverne Amerike za kontrolu emisija ili u području Karipskog mora SAD-a, označene su za kontrolu emisija NO x.
Pored toga, zahtjevi Tier iii primjenjivat će se na instalirane brodske dizel motore kada se rade u drugim područjima za kontrolu emisije koja bi u budućnosti mogla biti određena za kontrolu Tier iii NO x.

Razina iii primjenjivat će se na brodove izgrađene na ili nakon dana kada je Odbor za zaštitu morskog okoliša usvojio takvo područje za kontrolu emisija ili kasnije datum koji može biti naveden u izmjeni kojom se određuje područje NO x Tier iii za kontrolu emisije.
Nadalje, zahtjevi razine iii ne primjenjuju se na brodski dizelski motor instaliran na brodu konstruiranom prije 1. siječnja 2021. duljine manje od 500 bruto tonaže, duljine 24 m ili veće, koji je posebno dizajniran i koristi se isključivo za rekreacijske svrhe.
Promjene propisa o tvarima koje oštećuju ozonski omotač, isparljivi organski spojevi, spaljivanje brodova, prihvatni uređaji i kvaliteta loživog ulja također su izrađeni uz propise o dostupnosti loživog ulja.
Očekuje se da će revidirane mjere imati značajan blagotvoran utjecaj na atmosferski okoliš i zdravlje ljudi, posebno za one koji žive u lučkim gradovima i obalnim zajednicama.
(izvor iMO-annex 6 )

Zadnjih nekoliko godina pomorska industrija prolazi kroz dinamičan period implementacije novih pravila kojima se da bi se preživjelo na tržištu treba prilagoditi.
Vidljivo je nekoliko trendova :
1. konverzija postojećih sporohodnih motora na alternativna goriva
(HFO-LPG. HFO -LNG,methanol,DME,….)
2. DF motori koji opet mogu raditi u Diesel or Otto principu
3. Nadogradnja postojećih Tierii motora na Tier iii standard.
4. Ugradnja scrubbera,EGR systema (exhaust gas recirculation) SCR (selective catalytic reactor)

Gore navedene su najčešćce metode. Postoje i alternativne metode kao sto su saturacija ispirnog zraka, fuel moisturing method i slične ali kao sto je već rečeno govorimo o alternativnim metodama.
Sigurno je da ce Sulphur cap 01.01.2020 donijeti povećanje operativnih troškova na bilo koji način.
Gorivo od 0.5% sumpora će očekivano biti skuplje od goriva sa 3.5% sumpora. Da bi se moglo koristiti “staro” gorivo potrebno je ugraditi scrubber(EGCS-exhaust gas cleaning system) sto također može biti veliki problem kod modifikacije starijih brodova zbog nedostatka prostora. Jeftinija verzija je ugradnja otvorenog scrubera kod kojih se dovodi morska voda koja je prirodno alkalna, na sapnicu i ubrizgava u scruber. ispusni plinovi prolaze kroz vodenu zavjesu SO2 i čađa se vezu za vodu i preko dna scrubbera ispuštaju u more. Na ovaj način problem se prebacuje sa zraka (atmosphere) na more.
Drugi tip EGCS (exhaust gas cleaning system) je zatvorenog tipa i kao takav traži dodatne uređaje koji opet poskupljuju izvedbu.Dodatni tank lužine (soda caustrika),dodatni rashladnik vode, pročistačc vode i slično.Kako to implementirati u ionako pretrpanu strojarnicu.

Naravno da je pražnjenje tj ispuštanje te vode zabranjeno u mnogim svjetskim lukama uključujući dijelove Kine, zapadna Europa, Belgija…..

Kod novogradnji su scruberi (EGCS-exhaust gas cleaning system) već uključeni u dizajn broda
EGCS se primjenjuje samo za vrijeme plovidbe kroz SECA ili ECA zone.Svaki EGCS ima bay-pass ventil za plovidbu izvan specijalnih zona.

Tier iii treba smanjiti emisiju ispusnih plinova i to bi značilo da nema sumpora, čađe i NOx. Sumpor se jednostavno uklanja korištenjem niskosumpornog goriva ili gas oila (Diesel), PM (particle matters -cadja) je osnovni product brzog izgaranja u Diesel motoru i neizbježna je u sadržaju ispusnih plinova motora. Prepoznaje se kao gusti crni dim i jako je štetna za zdravlje jer uzrokuje rak. čađe se možemo riješiti scruberima. Čađa kao takva još ima sposobnost gorenja na temperaturama od 400-600 ⁰C tako da se na manjim plovilima(nekim jahtama) koristi dodatni grijač u ispusnoj cijevi za dogorijevanječađe u neopasnu prašinu.
Eliminacija tj smanjenje NOX na Tier iii vrijednost 3.4 gr/kwh trenutno predstavlja najveći problem.
Atmosfera oko nas je sastavljena od mješavine 78% N2, 21% O2 i 1 % ostalih plinova u kojem se nalazi i CO2 u 0.0388 %.
Molekula Dušika ima trovalentnu tj jako čvrstu vezu između atoma u molekuli.Tako jaka veza ne dozvoljava cijepanje molecule a samim tim i vezivanje tj reakciju dušika s drugim elementima. Zbog takvih svojstava dušik nazivamo i inertnim plinom koji ne podržava gorenje (gorenje je kemijska reakcija ) niti bilo kakve druge reakcije.Da bi se ta trovalentna veza razbila potrebna je temperature od preko 1200⁰C.
Poznato je da diesel motori rade s vrlo visokom temperaturom plamena (zavisno od opterećenja :veće opterećenje, veća temperature, uglavnom temp mogu ici do 3500 ⁰C) u cilindrima i niskom temperaturom ispušnih plinova. Pri tim temperaturama molekula dušika “puca “i vezuje se u N2O2, dušikov dioksid,kao takav u atmosferi djelovanjem sunca i fotosinteze raspada se na dušikov monoksid NO i NO2 (zajedničkim imenom NOx) i O3 prizemni ozon, u narodu poznatiji kao smog.
i da demantiram pogrešnu tvrdnju:nisu sela ljeti svježija zbog manjka asfalta, nego zbog manjka prometa tj NOx ili prizemnog ozona.Dušik je netopiv u vodi i kod duge izloženosti ljudi većim koncentracijama uzrokuje ozbiljne zdravstvene probleme.

Da bi se smanjila količina NOx treba spustiti temperature u cilindrima ali gubimo snagu motora sto nije rješenje. Znatno smanjenje emisije NOx-a se postiglo ugradnjom EGR (exhaust gas recirculation)systema.Kod ovog systema cilindar se puni dijelom ispusnim plinovima sa većim postotkom CO2 koji smanjuje temperature izgaranja i količinu kisika u cilindru.Smanjenjem temp smanjuje se i NOx ali ne dovoljno.Da bi se NOx još smanjio potrebno je ugraditi SCR(selective catalytic reactor) u koji se ubrizgane urea koja je ustvari amonijak NH3. Gore navedeni sistemi se koriste samo za vrijeme plovidbe ECA ili SECA zonama.

Drugi pravci u smjeru smanjenja emisije ispusnih plinova idu u smjeru korištenja “alternativnih goriva”,u prvom redu plinova. Kod korištenja plinova Lng, LPG i slično fascinantno je kako se ideje Herr Otta i Herr Rudolpha isprepleću.
Na kopnu već godinama postoje stacionarni 4T motori na pogon plinom.Ta iskustva su prenesena na brodove, prvo na LNG carrier i cruise ships,i nakon toga krenulo se s modifikacijom ostalih vrsta brodova. Prirodni plin ima specifičnu težinu od 0.56 dok nafta ima 0.85 i vise. Temperatura samozapaljenja metana je oko 450⁰C dok je diesela oko 270 ⁰C. Zbog manje specifične težine plina manja je energetska iskoristivost plina. Na brodu se tekući plin skladišti u tankove c-type u kojima lagano isparava i stvara tlak u tanku od nekih 5 bara. ispareni plin se vodi cijevima do usisnog ventilana motoru gdje se ubrizgava u proctor usisnog ventila. Otvaranjem usisnog ventila smjesa goriva i zraka (benzinski -otto process )se komprimira u cilindru, temperature smjese je ispod temperature samozapaljenja plina ali iznad temp samotaljenja diesela tako da se kad treba upaliti smjesu u cilindar ubrizga malo dizela koji se zapali i zapali smjesu. Količina čađe ovisi o količini ubrizganog dizela dok su sumpor i NOx eliminirani. Kad motor radi samo na naftu radi u dizel ciklusu s common rail sustavom. Količina ubrizganog dizela se kontrolira trajanjem otvorenosti solenoid ventila.

Zbog male energetske iskoristivosti plina da bi motori mogli raditi u plinskom modu opterećenje mora biti minimalno 17% pa sve do 80-85 % kada se iz sigurnosnih razloga prebacuje na diesel.
DF (dual fuel) četverotaktni motori se najcešće upotrebljavaju za diesel električne pogone.nevažno da li je riječ o klasičnoj propelerskoj osovini ili podružnim potisnicima(azipodi)
Gubici kod diesel electrične propulzije iznose od 12-15%,zbog duzine kablova, otpora i slično, naizgled veliki ali pozitivne strane DE propulzije kompenziraju taj nedostatak.
Pozitivno je da motori rade uvijek optimalnom području,sa optimalnom specifičnom potrošnjom goriva, smanjene vibracije,smještaj Diesel generatora ne ovisi o položaju osovinskog voda. Generatori mogu biti smješteni bilo gdje u strojarnici neovisno od položaja osovinskog voda.
Kod sporohodnih dvotaknih motora razvoj se kreće u dva smjera: diesel procesu i otto procesu.

MAN B&W preferira razvoj velikih dvotaktnih DF motora s diesel ciklusom.Dakle MAN B&W je razvio vlastiti Fuel Gas Supply System (FGSS) koji se sastoji od tanka typa c, gas valve traina,water skida sa glikolom za odstranjivanje vlage, grijaćem, opskrbna linija 5-6 bara za generatore i druga linija koja ide na usis Burckhardt 5 stupanjskog kompresora koji postiže konačni tlak ubrizgavanja od 350 bar i 45 °C. . Ubrizgava se istovremeno plin i diesel pri čemu diesel zbog niže temperature samozapaljenja zapali plin. Kod izgaranja plina nema cčađe tj ima je minimalno zbog pilot ubrizgavanja dizela.U normalnoj navigaciji brod troši 85-95 % plina i 5-15% diesela.Cijena kubičnog metra prirodnog plina u ukapljenom stanju je oko 350-400 usd ali u stvarnosti je rijec o mnogo većoj količini jer 1kubicni metar ukapljenog plina je ustvari 600 kubika u plinovitom stanju pod atmosferskim tlakom.Emisija sumpornih oksida je nula, č minimalno ali nažalost zbog dieselskog procesa i visoke temperature plamena u cilindrima emisija NOx je jos uvijek iznad Tier iii norme. Za postići 3,4gr/kwh potrebno je instalirati SCR. Sve ovo poskupljuje instalaciju i održavanje
Većinu postojećih MAN ME motora je moguće konvertirati na plin.
Kroz 2018 godinu većina novih brodova je ugovoreno s MAN B&W ME Gi motorima, dok se ove 2019 godine sve vise brodovlasnika odlučuje na Wartsila WinGD (Winthur Gas and Diesel)

Wartsila WinGD motori su veliki brodski sporohodni DF motori koji rade u benzinskom tj otto procesu.
Kod klip u svom gibanju prema gornjoj mrtvoj točki zatvori ispirne otvore, u tom trenutku se otvaraju GAV (gas admition valves) koji ubrizgavaju prirodni plin u cilindar pod tlakom od 18 bara.Nakon ubrizgavanja plina počinje kompresija smjese plina i zraka (benzinski proces) za paljenje se ubrizgaje mala količina dizela koja zapali smjesu. Ovim procesom izgaranja motori malo izgube na snazi ali zato su povoljniji jer nema vanjskih visokotlačnih kompresora, nema potrebe za ugradnju SCR-a i dodatnih troškova održavanja. Problemi su mogući zbog knockinga koji je ustvari samozapaljenje komprimiranog plina.
Za sve brodove opremljene DF strojevima ubrzano se radi na mrezi LNG bunker stanica. Uskladišteni plin relativno brzo gubi svojstva tj iz uskladištenog plina se počinju izdvajati teze komponente poznate kao Volatile organic compaunds (hlapljivi organski spojevi) cime se gube dobra svojstva uskladištenih plinova.Trebat će se “bunkerat” manje a češće.

Ekološki osviješten sjever Europe koristi pojmove low emission i emission free.Optimizirani trajekti koriste motore s plinskim gorivom, EGCS, dok su emission free plovila na električnu energiju. U Oslu je izgradben Charging dock za dopunjavanje baterija. Postoje i brodovi koji struju za pogon elektromotora dobivaju iz gorivih ćelija koje koriste PEM (proton exchange membrane) tehnologiju.U ćeliju se ulijeva vodik pri čemu nastaje struja, toplih i voda u obliku vodene pare.Vodik se najlakše dobiva elektrolizom vode.
Može se utvrditi da vrijeme dobrih starih diesela sa efikasnost od 50 % još uvijek nije prošlo,pa iako se eksperimentiralo s jedrima, s vodenim jastucima ispod trupa,katamaranskom pristupu dvotrupca, trenutno su dizeli još uvijek nezamjenljivi bez obzira na kojem principu radili: Otto ili Diesel.

Srećko Mimica

0

Zanimljivosti

SSM United trudi se doprinositi, te vršiti utjecaj na razvoj znanosti i obrazovanja kada su poslovi vezani za pomorstvo u pitanju.

U tom kontekstu s ponosom ističemo listu knjiga plasiranih u našoj osobnoj ediciji: 

1. Mladen, Mateljan. “MORE – BAŠ KAO JUČER“, Split, 2011, ISBN 978-953-96917-6-7, Split Ship Management d.o.o.

2. Mladen, Mateljan. “UHVATI VAL”, Split, 2009, ISBN 978-953-96917-5-0, Split Ship Management d.o.o.

3. Mladen, Mateljan – Slobodan, Paparella. “BROD NA DLANU”, Split, 2004, ISBN 953-96917-2-9, Split Ship Management d.o.o.

4. Velimir, Ozretić. “BRODSKI POMOČNI STROJEVI I UREĐAJI” (Treće dopunjeno i prošireno izdanje),Split, 1996, ISBN 953-96917-0-2, Split Ship Management d.o.o.

5. Velimir, Ozretić. “BRODSKI POMOČNI STROJEVI I UREĐAJI” (Četvrto poboljšano i prošireno izdanje),Split, 2004, ISBN 953-96917-1-0, Split Ship Management d.o.o.

6. Ratko, Božić. “MANAGEMENT U BRODARSTVU”, SPLIT, 2013, ISBN 978-953-96917-7-4, Split Ship Management d.o.o. 

 

0

Zanimljivosti

BIMCO

Baltičko i međunarodno pomorsko vijeće osnovano je veljače 1905. godine, od 112 članova koji su se okupili u Kopenhagenu kako bi raspravljali o cijenama tereta. Danas je BIMCO broji gotovo 100 vlasnika, 1600 brokera i 100 klubova i suradnika. Ciljevi BIMCO-a su:
– Poboljšanje sigurnosti plovila
– Borba protiv pomorskih zločina, poput sigurnosnih pitanja, piratstva, oružanog napada, slijepih putnika, krijumčarenja droge itd.
– Poboljšanje pomorskih propisa i propisa.
– Dijeljenje tehničkih podataka.

ISMA

SMA – Međunarodna udruga menadžera brodova osnovana je u proljeće 1991. Split Ship Management je jedan od osnivača ove udruge. Danas ISMA predstavlja brodske menadžere iz 10 zemalja koji kontroliraju flotu od preko 10.000 brodova. Glavni ciljevi programa ISMA su:
– Uspostaviti univerzalne standarde kvalitete za upravljanje i rad brodova
– jasno identificirati upravljanje brodovima kao prepoznatljiv sektor brodarske industrije
– Djelovati kao glasnogovornik industrije upravljanja brodovima, tako da se čuje njegov glas o važnim pitanjima s kojima se suočavaju brodari.
– Podijeliti profesionalno iskustvo i prenositi informacije od zajedničkog interesa članovima.


ISSA


Međunarodna udruga brodskih dobavljača
Udruga koja okuplja mnoge dobavljače brodova i pruža im potrebne informacije i pomoć u njihovom radu i promociji. Glavni su ciljevi:
– Promocija i distribucija kataloga članovima
– Poboljšanje brodarske industrije i opskrbe
– Podrška članovima širom svijeta



CROMA

Udruga hrvatskih menadžera i poduzetnika osnovana je 1990. godine. I danas broji oko 1400 menadžera. Glavni ciljevi CROMA-e su:
– Prebaciti znanje menadžera u hrvatsko gospodarstvo
– Aktivno sudjelovati u razvoju gospodarskog sustava
– Poboljšanje upravljanja kao struke.
– Upravljanje kreativnošću za rekonstrukciju gospodarstva.

HUP

Hrvatska udruga poslodavaca
Ova se udruženje formiralo u cilju promicanja i zaštite interesa svojih članova. Svi njegovi članovi sudjelovali su u razvoju temeljnog pravnog akta – Radni priručnik. Glavni su ciljevi:
– Država
– Sindikati
– Kolektivni ugovori
– Javna mišljenja i rasprave.


CROSMA

Udruga hrvatskih brodara
osnovana je u veljači 2002. godine s članovima osnivača koji čine 17 upravitelja broda koji pružaju posadu i / ili tehničko upravljanje. Glavni su ciljevi:
– Zaštititi i razvijati radna i socijalna prava hrvatskih pomoraca i zaposlenika u pomorskoj industriji
– Organiziranje odnosa prema hrvatskoj vladi, lokalnim vlastima i sindikatima
– Ponuda stručnih savjeta pomorcima
– Ponuda odgovarajućeg obrazovanja pomoraca.


AMCHAM
Američka gospodarska komora u Hrvatskoj
Članovi AMCHAM-a dolaze iz mnogih dijelova poslovne zajednice. AMCHAM je identificirao razna pitanja koja trebaju biti upućena u cilju promicanja tržišno orijentiranog gospodarstva u Hrvatskoj. Glavne teme njihova poslovanja su:
– Političko-zakonodavna
– Liberalizacija trgovine i porezi
– Bankarstvo i financije
– Razvoj malog i srednjeg poduzetništva


INTERMANAGER

Ideja u pozadini InterManagera – sa SSM Group kao njegovim temeljem iz 1991 – bila je poboljsati standarde u brodarstvu, te postici sigurniji rad u industriji, uz visu ekolosku svijest, napredak u uspostavljanju povjerenja među poslovnim partnerima, te efikasniju kontrolu poslovanja. Navedeno je i dalje primat nase asocijacije. 

InterManager kodeks Ship Management standarda, kamen temeljac asocijacije, odrazava najvise standarde brodarskih praksi. Formulirali su ga brodari s dugogodisnjom praksom, a bazira se na iskustvu stecenom kroz njihov profesionalni razvoj u poslovima brodskog managementa iz dana u dan.

Kao asocijacija, InterManager reprezentira stavove svojih clanova pri internacionalnim organizacijama kao sto su IMO i Eupropska unija, te grupacije poput BIMCO-a. Clanovi InterManagera posjeduju zavidna znanja i iskustvene prakse na svojim profesionalnim poljima, te nam je vazan cilj odrzavanje ove udruge eksperata. 

InterManager djeluje kao forum za razmjenu informacija, te promovira i asocijaciju i njene clanove na osnovu njihovog doprinosa kvaliteti poslovanja, ne samo unutar brodarske industrije, vec i kada su u pitanju poslovi osiguranja, lucki poslovi, poslovi vezani uz drzave pripadnosti prema zastavi, te mediji. 

InterManagerova misija

• Uspostaviti i odrzavati InterManager prakticni vodic kao primarni prirucnik za managere u brodarstvu.
• Poticati najvise standarde brodskog managementa i managementa posade kroz inovacije, kreativnost i razmjenu znanja među clanovima.
• Osigurati forum za diskutiranje o stvarima od zajednickog interesa za idustrijske managere brodova i posade.
• Promovirati interese za managerske poslove u brodarskoj industriji.



IATA

Razlog našem pristupanju udruzi je formalno angažiranje putničkih agenata autoriziranih za prodaju i izdavanje putnih karata za medunarodne zračne linije.

Posao iziskuje različite dimenzije odgovornosti. Prvenstveno, angažirani agenti primaju platežna sredstva od korisnika usluga u korist pružatelja usluga avio transporta čije karte izdaju. Najvažnije je da se i korisnici usluga i putničke avio agencije mogu pouzdati u ove agente, te da su karte izdane prema standardima navedenim u zahtjevu i na vrijeme. U postupku angažiranja agenata imamo u vidu sve komparativne prednosti pojedinih kandidata. Prvenstveno, moraju biti globalno snalažljivi po prirodi, ali istovremeno i ispunjavati lokalne standarde ponašanja s obzirom na mjesto djelovanja. 



CD – Code diplomatique

Ustrojen u Washington D.C.-u tijekom kasne poratne faze, Corps Diplomatique Intelligence Service osigurao si je istaknutu ulogu u tom periodu kada se europska ekonomija i dalje borila za izlaz iz poratne depresije. Namjena joj je bila, a i sad je, poticati međunarodnu suradnju kroz diplomatska, civilna i miroljubiva pregovaranja. Preciznije, sluziti međunarodnu diplomatsku i konzularnu zajednicu po pitanju njenih zaduzenja, svejedno radi li se o vaznim drzavnim poslovima ili o rutinskim misijama uspostave povjerenja i reprezentacije. Corps Diplomatique obavlja svoje duznosti osiguravajuci vazne informacije. Obavjestajni servis mu tretira sve zone i sve subjekte, a njegovi nalazi su u velikoj mjeri dostupni javnosti. Od 1962 servis uređuje Code Diplomatique & Consulaire, izvor neophodnih informacija za brojne zainteresirane diljem svijeta, cije svako novo izdanje sadrzi niz relevantnih informacija sakupnjenih na dnevnoj bazi. Danas je servis postao vrlo efikasna organizacija, od 1990 utvrđena i vođena iz republike Irske, iako, od sredine osamdesetih godina proslog stoljeca, koordinirano centralizirana u Svicarskoj. S godinama, aktivnosti servisa postale su jos kompleksnije: 

Servis d’Information Code Diplomatique & Consulaire (SICDC) administrira tri sporedna komercijalna servisa promovirana kodom : 
– preporuka komercijalnih poduzeca za potrebe donositelja odluka koji djeluju na međunarodnoj sceni; 
– preporuka odvjetnickih tvrtki koje imaju nacionalnu ili međunarodnu praksu; 
– pomoc sektoru poslovanja i trgovine, uz ponudu međunarodnih poslovnih odnosa

 

0

PREVIOUS POSTSPage 1 of 2NO NEW POSTS