康士伯这项“数据技术”为LNG船每年节省45万美元

2021-07-07 20:39 | 中国船检 配套动态


为满足全球对LNG的需求,卡塔尔石油公司(Qatar Petroleum)正在实施有史以来最大的LNG运输船建造计划。康士伯海事(Kongsberg Maritime)的一项新研究表明,运营数据可以为LNG运输船设计出通过数字化、优化储能及动力输出实现节约的综合混合解决方案。

康士伯海事利用低压双燃料LNG发动机的数据进行的研究表明,全面考虑船上发电和使用,LNG和引燃燃料的节油率分别高达3.8%和56%。此外,康士伯海事表示可用数据驱动方法解决甲烷泄漏问题:当进气门和排气门都打开时,被活塞环截留并逸出每个气缸的未燃燃料量。对于所有内燃机来说,这是一个共同的挑战,对于LNG发动机来说尤其严重,因为甲烷是一种温室气体。通过这项研究提出的建议最大限度地减少了甲烷逃逸,节省了燃料,减少了高达7.2%的二氧化碳排放。

减少7.2%的二氧化碳排放量可能带来每年高达8%的运营成本节约,这意味着一艘LNG船舶每年可节省超过45万美元的成本。

数据分析是节省运营成本的关键因素,“K-IMS”LNG运输船信息管理系统可带来更多好处。“K-IMS”的功能之一是记录和整理性能分析所需信息,以便能够连续访问船上和岸上的船舶数据。

康士伯海事帮助船东实现效率节约的方式之一是查看船上可用电源负载,以确定这些电源有没有得到有效利用。以一艘装有两台16兆瓦低压二冲程双燃料推进发动机、两台3.7兆瓦四冲程双燃料主发电机组和两台2.8兆瓦四冲程双燃料辅助发电机的LNG运输船为例进行分析后,康士伯海事认为二冲程发动机本质上比四冲程发动机效率更高,例如在85%的负载下,低压二冲程发动机通常比同等四冲程双燃料发动机能耗低7%左右,这种差异在较低负荷下更为明显,在50%负荷下达到15%左右,在25%负荷下达到36%。另与同等四冲程发动机相比,低压二冲程双燃料发动机每千瓦时产生的甲烷残留转差率将减少20%-50%。因此最大限度地使用二冲程推进发动机是有意义的。

推进发动机和发电机组显然会有明显的未使用容量,康士伯海事提出将部分发电负荷转移到更高效的二冲程推进发动机上。这需要PTO系统,每个轴上都有一台直列发电机,总功率可达3.4MW。尽管与现有发电机组的容量相比相对较小,但理论上来看,功率足以支撑满载(3127kW)和压载(3050kW)时的平均辅助负荷。为了避免发电机组故障停电的风险和提供冗余,船东往往运行的发电机容量超过了严格要求的负荷服务。在四台发电机组安装中,发电机组通常配置成对运行,这意味着将有两个独立的能量分配系统,并且,这两个馈线都需要供电以提供冗余。

除了二冲程发动机固有的高效率外,这种方法还允许发动机运行到更接近最佳负载的状态。在85%负荷下,发动机通常比50%负载时减少3%的能量消耗——这是一个微小但显著的效率增益。对于四冲程发电机组,这种差异更为明显。这些发动机的效率数据表明,将负载从50%增加到85%,每千瓦时的能耗降低了约9%。通过运行更少的发电机组,可以实现更高的负荷。通过仔细分析不同运行模式下的能源需求,康士伯海事表明,即使没有PTO,在大多数情况下也可能关闭一台或多台发电机组,同时仍允许足够的额外容量处理峰值负荷。通过添加储能系统(ESS)可以保持额外冗余。

通过使用“K-IMS”收集的数据,能够计算在不运行发电机组时提供最多一小时冗余所需的最佳ESS。数据导向方法必不可少,因为ESS正确大小可确保足够冗余,同时尽可能降低资本支出。动力供应将由安装动力输出(PTO)和ESS进行处理,ESS在较低负载时使用PTO的备用容量充电。

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