Энергоэффективные судовые электроэнергетические системы с низкими выбросами вредных веществ в атмосферу

Введение. Ежегодное повышение стоимости на горюче-смазочные материалы (ГСМ) и ухудшающаяся экологическая обстановка в мире требуют разработку стратегии, инициатив и принятия международными сообществами неотложных мер. В документах, принимаемых, в частности, советом Европейского союза о морском регулировании FuelEU Maritime и комитетом по защите морской среды Международной морской организации, отражена необходимость модернизации судовых энергетических и электроэнергетических установок и систем. Несмотря на свою актуальность, тема декарбонизации морских перевозок часто подвергается критике в связи с тем, что морским транспортом перевозится бóльшая часть грузов – порядка 80 % от объема мировой торговли. При этом доля выбросов в атмосферу парниковых газов судовыми энергетическими установками составляет около 3 % от мировых антропогенных выбросов, а применяемые для очистки выхлопных газов устройства (скрубберы и др.), характеризуются рядом принципиально неустранимых недостатков.

Цель. Анализ технических решений для определения таких из них, применение которых на морском транспорте позволит уменьшать выбросы в атмосферу вредных веществ и сократить потребление ГСМ судовыми энергетическими установками.

Материалы и методы. Анализ отечествен- ных и зарубежных научно-технических источников, справочных материалов и нормативных документов показал, что к наиболее перспективным следует отнести энергетические установки, у которых дизельные (приводные) двигатели работают с регулируемой частотой вра- щения в функции мощности на валу в соответствии с кривыми наименьшего удельного расхода топлива, а также гибридные энергетические установки.

Результаты и обсуждение. Обоснованы концепции построения энергоэффективных судов с повышенными экологическими классами, в одной из которых используются асинхронизированные синхронные генераторы, а в другой – гибридные электростанции с про- межуточными шинами постоянного тока.

Заключение. Разработка и внедрение на судах предлагаемых энергетических установок позволит повысить технико-экономические характеристики морских перевозок и снизить негативное воздействие морского транспорта на окружающую среду.

1. Бурков А. Ф. Оценка электрификации судов // Транспорт Российской Федерации. 2013. № 2 (45). С. 76–78.

2. Бурков А. Ф., Миханошин В. В. Гребные электрические установки: обзор, анализ, перспективы развития: монография. М.: ИНФРА-М, 2022. 199 с.

3. Миханошин В. В., Бурков А. Ф. Гибридный пропульсивный комплекс прибрежного судна // Новое в российской электроэнергетике. 2025. № 9(333). С. 28–36.

4. Kanellos F. D., Anvari-Moghaddam A. & Guerrero J. M. A Cost-effective and emission-aware power management system for ships with integrated full electric propulsion // Electric power systems research. 2017. Vol. 150. P. 63-75. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2017.05.003

5. Diju Gao, Xuyang Wang, Tianzhen Wang, Yide Wang and Xiaobin Xu. An energy optimization strategy for hybrid power ships under load uncertainty based on load power prediction and improved NSGA-II algorithm // Energies. 2018. No. 11(7). P. 1699. https://doi.org/10.3390/en11071699

6. Yupeng Yuan, Tianding Zhang, Boyang Shen, Xinping Yan and Teng Long. A fuzzy logic energy management strategy for a photovoltaic/diesel/battery hybrid ship based on experimental database // Energies. 2018. No. 11(9). P. 2211. https://doi.org/10.3390/en11092211

7. Qicheng Xue, Xin Zhang, Teng Teng, Jibao Zhang, Zhiyuan Feng and Qinyang Lv. A comprehensive review on classification, energy management strategy, and control algorithm for hybrid electric vehicles // Energies. 2020. No. 13(20). P. 5355. https://doi.org/10.3390/en13205355

8. Al-Falahi M., Tarasiuk T., Jayasinghe S., Jin Z., Enshaei H. and Guerrero J. AC ship microgrids: control and power management optimization // Energies. 2018. No. 11(6). P. 1458. https://doi.org/10.3390/EN11061458

9. Huilong Yu, Francesco Castelli-Dezza, Federico Cheli, Xiaolin Tang and oth. Dimensioning and power management of hybrid energy storage systems for electric vehicles with multiple optimization criteria // IEEE Transactions on Power Electronics. 2021. No. 36(5). P. 5545-5556.

10. Pan X, Zhu X and Zhao F. More environmental sustainability routing and energy management for all electric ships // Frontiers in Energy Research. 2022. Vol. 9. https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.821236 (In China).

11. Manasa B., Vaisakh K. Optimal shipboard power management by classical and differential evolution methods // International research journal of engineering and technology (IRJET). 2019. No. 6(9). P. 269-279.

12. Хватов О. С., Тарпанов И. А. Сравнительный анализ энергетических показателей судовой электростанции на базе классических дизель-генераторных установок и электростанции с дизель-генераторной установкой переменной частоты вращения // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. 2022. № 1. С. 79–84.

13. Обухов С. Г., Плотников И. А. Экспериментальные исследования дизель-генераторной установки на переменной частоте вращения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 6. С. 95–102.

14. Zhenying Wu, Laxminarayan Thorat, Roger Skjetne. Comparison of fuel consumption on a hybrid marine power plant with low power versus high-power engines // NTNU. Norwegian University of Science and Technology, 2017. P. 97.

15. Григорьев А. В. Современные и перспективные судовые валогенераторные установки: монография. СПб.: Изд-во ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2009. 176 с.

16. Миханошин В. В., Бурков А. Ф., Нгуен Ван Ха. Повышение энергоэффективности судовых электростанций // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: материалы VII Национальной (Всероссийской) научно-технической конференции (14–15 ноября 2024 г.). Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2025.

17. Котов А. А. Проектирование и анализ АСГ для ветроэнергетических установок большой мощности: дис … канд. техн. наук: 05.09.01. Екатеринбург, 2021. 172 с.

18. Chua W. Y., Liza. A strategy for power management of electric hybrid marine power systems. Doctoral thesis. Nanyang Technological University. Singapore, 2019. Р. 207.