Türkiye temsiliciliği Bulutlu Marine tarafından üstlenilen Win GD X-DF motorları, piyasadaki en çevreci, sürdürülebilir, yüksek verimli ve güvenilir alternatif olan düşük basınçlı gaz teknolojisi sayesinde mevcut emisyon kurallarının çok altında emisyon değerlerini sağlamaktadır
İlk Win GD X-DF motoru, 5RT-flex 50DF olarak 2016 yılında Terntank firmasına ait Ternsund gemisi üzerinde devreye alınmıştır. 2017 yılının ortalarında, iki adet 6X62DF ile tahrik edilen ilk LNGC seferlerine başlamıştır. Armatörden ve kiracılarından gelen büyük memnuniyet üzerine, bunu birçok gemi takip etmiştir.
Konsept & performansDüşük basınçlı X-DF motorları ve yüksek basınçlı gaz motorlarının farkları nelerdir?
Düşük basınçlı X-DF teknolojisi, orta hızlı ve yüksek hızlı dual fuel motorlarda yaygın olarak kullanılan bir konsept olan, yakıt ve havanın önceden karıştırıldığı ve yüksek hava-yakıt oranındaki yalın yanma prensibine (Otto çevrimi) dayanmaktadır.
Yanma odasına gaz girişi, motor yüküne, gaz kulesi ısıtma değerine (LHV) ve motor anma gücüne bağlı olarak, kompresyon öncesinde, 72 cm’e kadar olan silindir çapları için 6 bar’dan (g) 13,3 bar’a (g) kadar ve 72 cm’den daha büyük silindir çapları içinse 15,0 bar (g) olarak meydana gelir.
Buna karşın, yüksek basınçlı gaz motorlarında gaz girişi, piston üst ölü noktada iken ve kompresyon basıncını aşmak için yüksek basınçla enjekte edildiği (300 bar (g)) dizel yanma çevrimine dayanır. Buna ek olarak, gazın yanmasını başlatmak için sıvı yakıt enjektörleri vasıtasıyla önemli miktarda pilot yakıt enjekte edilir.
X-DF düşük basınç konseptinin yüksek basınçlı gaz motorlarına kıyasla faydaları için Tablo 1’e bakınız.
Yakıt gazı besleme sistemi ve yüksek basınçlı gaz motorları için seçilen Tier III teknolojisi gemi tahrik sisteminin tüm enerji gereksinimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve tüketim karşılaştırmaları yapılırken, göz önünde bulundurulmalıdır.
X-DF motorlarının, standart düşük devirli dizel motorlarına oranla motor gücü azaltılmıştır. Sonuçları nelerdir?
X-DF motorlarının güç yelpazesi, genel olarak sınırlandırılmış çıkış gücü uygulamalarının çoğunu kapsar. Bu da çoğu uygulama için standart düşük devirli dizel motorunun haricinde, ek silindire ihtiyaç duyulmaması demektir. Bununla birlikte, ek silindirli durumlarda bile ortaya çıkacak ilk yatırım maliyeti, düşük basınçlı yakıt gazı sisteminin sağladığı tasarruf ile fazlasıyla karşılanmaktadır.
X-DF ve yüksek basınçlı gaz
motorları pilot yakıt
karşılaştırması
X-DF motorları, yüksek basınçlı gaz motorları ile karşılaştırıldığında, önemli ölçüde daha az pilot yakıt gerektirir.
Tablo 2: X-DF ve yüksek basınçlı gaz motoru arasında özel pilot yakıt tüketimi karşılaştırması (yaklaşık olarak 70 cm lik silindir çapı temel alınarak)
X-DF motorları ve yüksek basınçlı gaz motorları arasındaki pilot yakıt tüketimi miktarındaki fark, farklı çalışma prensipleri, yani yüksek basınçlı gaz motorlarının Dizel çevrimine karşı düşük basınçlı gaz motorlarının Otto çevriminden kaynaklanır.
Gazdan dizele ve dizelden gaz
yakıta geçiş nasıl çalışır?
X-DF motoru gaz modunda çalışmakta iken, herhangi bir yük seviyesinde, gereklilik doğrultusunda dizel moduna geçiş mümkündür; bu anlıktır ve herhangi bir motor gücü veya hız kaybı yoktur. Geçiş otomatik olarak meydana gelir.
X-DF motoru dizel modunda çalışmakta iken istenildiği takdirde herhangi bir güç veya hız kaybı olmadan yüzde 10 – yüzde 80 aralığındaki motor gücünde gaz moduna geçiş mümkündür.
Gazdan dizele değiştirme prosedürü sırasında, silindir yağlama yağının değiştirilmesi gerekmez ve X-DF motorları için belirtildiği gibi düşük-BN (baz sayısı) yağlama yağı ile devam edilebilir. Dizel veya yakıt paylaşma modunda daha yüksek Sülfür içerikli sıvı yakıtların kullanılması durumunda, ‘Entegre Otomatik Silindir Yağı Aktarım’ (iCAT) sistemi, otomatik olarak yağlama yağını yüksek-BN ye değiştirecektir.
Gaz modu hangi aralıkta
kullanılabilir?
Motor gaz modunda çalışırken, sabit hatveli pervane (FPP) veya değişken hatveli pervane (CPP) tahrik ediliyorsa, motor gücü bağımsız olarak yüzde 5 ile yüzde 100 arasında değişebilir. FPP ile tahrik edilirken, “çalıştırma/durdurma” ve “manevra modu/tornistan” için, klas kuralları motorun sadece dizel modunda çalışmasını gerektirir.
Kullanımda olan gemilerin işletme deneyimi, gaz modunda, ağır deniz koşullarından kaynaklanan yük dalgalanmalarının tasarım limitleri dahilinde olduğunu ve dolayısıyla dizel moduna değiştirmenin gerekli olmadığını göstermiştir.
Gaz kalitesinin kalorifik değer
(LHV) açısından düşük
basınçlı X-DF motorları
üzerinde etkisi var mıdır?
Gaz kalorifik değerinin, (LHV), 28 MJ/Nm3 ile 36 MJ/Nm3 aralığında motor performansı ve çıkışı üzerinde hiçbir olumsuz etkisi yoktur.
28 MJ/Nm3 altındaki kalorifik değerler için, gaz yüksek miktarda azot içerir ve dolayısıyla enerji beslemesi yüzde 100 motor gücü çıkışına erişmek için yeterli olmayacaktır. Bu gibi bir durumda, gaz modunda yalnızca düşük motor gücü çıkışı mevcut olacaktır. Bu durum hem düşük hem de yüksek basınçlı çift yakıtlı motorlar için farksızdır.
Metan Sayısı (MN)’nın X-DF
motorlar üzerinde etkisi
var mıdır?
X-DF Motorlar, MN 65’e kadar, yani küresel olarak temin edilen LNG yakıtlarından daha da düşük Metan sayısında çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. Dolayısıyla, pratikte Metan Sayısının (MN) X-DF motorun operasyonuna hiçbir etkisi yoktur.
Tropikal koşullarda da, Dinamik Yanma Kontrolünün (DCC) otomatik aktivasyonu nedeniyle, MN>65 koşulunda tam güç çıkışı mevcuttur.
Dinamik yanma kontrolü
(DCC) nedir?
Win GD, herhangi bir çalışma koşulu altında verimli gaz yanması ve tam güçte çıkış sağlamak için Dinamik Yanma Kontrolü’nü (DCC) geliştirmiştir. Maksimum DCC paylaşım miktarında dahi, motor IMO Tier III ile uyumludur.
DCC, ateşleme basıncını verimli ve güvenli bir seviyede tutan motor kontrol özelliğidir. Silindir basınçlarını sürekli izleyen bir algoritma ile otomatik olarak devreye girer. Yüksek motor gücünde, sıcak ve nemli ortam koşullarında ve/veya düşük MN durumunda silindir basıncı normal çalışma aralığını aşabilir. Bu durumda, ana yakıt enjektörleri ile küçük bir miktarda dizel yakıt (yüzde 3-yüzde 15 arasında) enjekte edilerek gaz miktarını azaltmanın yanı sıra türbinden gelen hava beslemesini artırarak hava-yakıt oranı (lambda) düzenlenir.
Motorun spesifik enerji tüketimi (BSEC), DCC aktif iken aynı kalır. Sıvı yakıt tüketimi arttıkça, gaz tüketimi aynı oranda azalır.
DCC, tüm X-DF motorlarının motor kontrol sistemi yazılımına dahidir ve IMO Tier lll sertifikalıdır.
X-DF çözümü neden yüksek
basınçlı gaz motoru
çözümünden daha düşük
CAPEX’e (İlk Yatırım Maliyeti)
sahiptir?
Motorların fiyatları benzer olmakla beraber kompresörler, pompalar, evaparatörler, eşanjörler, boru donanımı, sensörler, valfler ve benzerleri gibi yakıt gazı besleme sisteminin (FGBS) maliyeti, X-DF motoru için yüksek basınçlı gaz motoru kurulumundan önemli ölçüde daha düşüktür. Ayrıca; Tier III uyumlu bir yüksek basınçlı gaz motoru çözümü için after treatment gerekirken X-DF motorla Tier III ile doğrudan uyumludur.
Şekil 1 ve 2: 180.000 DWT LNGC ve 55.000 DWT Tanker örnekleri için X-DF ile yüksek basınçlı gaz motoru CAPEX karşılaştırmaları.
X-DF çözümü neden yüksek
basınçlı gaz motoru
çözümünden daha düşük
OPEX (Operasyon Giderlerine)’e
sahiptir?
X-DF motorlarının sıvı pilot yakıt tüketimi, yüksek basınçlı gaz motorununkinden daha düşüktür. Bu, yüksek basınçlı motorla karşılaştırıldığında gaz yakıt kanalıyla daha fazla enerji beslemesi demektir.
Düşük basınçlı X-DF tahrik çözümü ve yüksek basınçlı gaz motoru tahrik çözümü arasındaki OPEX karşılaştırması, aşağıdaki hususları dikkate alarak detaylı bir analiz gerektirir:
• Ana makina yakıt tüketimi
• Geminin operasyon profili
• Gaz yakıt besleme sisteminin enerji tüketimi (kompresörler, pompalar vb.)
• Ek jeneratör motor yükü (parazit yükü)
• ECA alanlarındaki çalışma saatleri (Tier III modu)
• Tier III modu için yakıt (yalnızca yüksek basınçlı gaz motorları)
• LNG, MDO, MGO, HFO, NaOH veya UREA maliyetleri
Gaz tüketimi daha yüksek olmasına rağmen, düşük basınçlı X-DF motor tahriği çözümü, yüksek basınçlı gaz motoru tahriği çözümlerine benzer kümülatif günlük operasyon maliyetlerine sahiptir.
Tier III alanlarında çalıştırılırken, düşük basınçlı X-DF tahrik çözümü uygunluk için hiçbir egzoz gazı işlemine gerek duymadığından, yüksek basınçlı gaz motoru çözümünden daha düşük sarf malzemeleri maliyetleri ile sonuçlanır. X-DF, herhangi bir ekstra maliyet oluşturmadan her zaman ultra düşük NOx ve parçacık emisyonu özelliğine sahiptir. EGR/SCR gerektiren, motordaki enerji tüketimini önemli ölçüde artıran ve ek sarf malzemeleri gerektiren yüksek basınçlı gaz motorlarının aksine, X-DF’in tüketiminde hiçbir artış yoktur.
Gaz besleme sistemi ile (kompresörler ve/veya pompalar gibi) tüketilen enerji, düşük basınçta çalışan bir sistem için daha düşüktür.
Gaz besleme sistemi ile ilgili parçalar, yalnızca düşük basınç için tasarlanır (Örneğin, PN16 veya benzeri boru sınıfı seçilir). Bu, yedek parça maliyetini azaltır, basit ve güvenli bakım prosedürlerine olanak sağlar. Mürettebat, normal liman beklemeleri sırasında pek çok bakım görevini güvenli ve destek gerekmeden gerçekleştirebilir. Basit bir gaz sistemi basınç testi, yüksek basınç besleme sistemindeki saatler ile karşılaştırıldığında yalnızca birkaç dakika alır.
Vuruntu motor çalışmasını
herhangi bir şekilde
sınırlandırır mı?
Orta ve yüksek hızlı Otto çevrimli motorların tersine, X-DF motorunun çalışması ve performansı, vuruntudan etkilenmez ve vuruntu tarafından sınırlanmaz. Motorun yüksek hava-gaz oranı – lambda – ve doğasında olan düşük devir hızı ile çalışması, vuruntu direncinin anahtarıdır. X-DF için sınırlayıcı faktör, DCC ile kontrol edilen erken yanma ve sonuçta oluşan maksimum silindir basıncıdır.
X-DF motorunun kontrol sistemi, herhangi bir anormal yanmayı tespit eder ve gerek olması halinde düzeltici işlemler gerçekleştirir. Hiçbir operatör müdahalesi gerektirmez.
X-DF motoru, pistondan
kartere gaz kaçağını nasıl
tespit eder ve çözümü nedir?
Pistondan kartere gaz kaçağı, emme subabından sızan gaz ve/veya kırılmış olan piston segmanlarından gelen gazın segmanlar üzerinden kartere kaçması nedeniyle olabilir. Her iki durumda, motor kontrol sistemi tarafından izlenir ve tespit edilir.
Şiddetli gaz emme subabı kaçakları, yüksek ateşleme basıncı ve hatta vuruntu ile sonuçlanır ve yanma izleme sistemi (silindir basıncı sensörleri veya vuruntu sensörleri) yoluyla tespit edilecektir.
Küçük gaz emme subabı kaçakları, gaz konsantrasyonu sensörü tarafından tespit edilen, piston altında gaz konsantrasyonu ile sonuçlanır.
Kırılmış olan piston segmanlarından gelen gazın segmanlar üzerinden ciddi şekilde kartere kaçması, yukarıda bahsi geçen sistemler tarafından izlenir.
Makine dairesindeki ve motordaki gaz boruları, kaçakları tespit etmek için sürekli olarak izlenir. Gaz boruları çift cidarlıdır ve cidarlar arası hacim sürekli olarak havalandırılır. Gaz konsantrasyon sensörü, olası gaz kaçaklarını tespit eder ve motoru dizel moduna geçiren bir alarmı devreye sokar.
(Şekil 3 ve 4’e bakınız)
X-DF motorları gaz modunda
IMO III NOx emisyonları
limitlerine nasıl uyarlar?
Gaz modunda, düşük basınçlı çift yakıtlı motorlar Otto çevrimine göre çalışır, yani gaz ve hava, ateşlemeden önce yanma odasında homojen olarak önceden karıştırılır.
Yüksek miktardaki hava ile birlikte, bu tüm yanma odasının her tarafında eşit sıcaklık dağılımı ile homojen bir yanma ile sonuçlanır. Bu, basınçlandırma sonrasında yanma odasına gaz veya sıvı yakıt enjekte edilen Dizel çevriminde çalışan motorlar ile tezat oluşturur. Bu durumda, alevin yanması çok zengin olup, havadaki azot ve oksijen içeriğinin birbiriyle reaksiyona girdiği, NOx oluşturan lokal sıcak noktalara yol açar.
X-DF motorları, bu tür sıcak noktaları engeller ve NOx emisyonları belirlenen IMO Tier III limitinin yalnızca üçte birine düşürülerek önemli ölçüde azaltılır.
X-DF motorları ile ne kadar
metan yayılır?
Her içten yanmalı motor, prosese ve motorun hacmine bakılmaksızın yanmamış hidrokarbon emisyonlarına sahiptir. Sonuç olarak, yanmamış metan (CH4) içten yanmalı motorlardan gelen toplam hidrokarbonun (THC) bir kısmını oluşturur.
X-DF motoru için THC emisyonunun ağırlıklı ortalaması, 50 cm’den 72 cm silindir çapına kadar 2g/kWh ile 3g/kWh aralığında olup sınıfında en iyi değerlere tekabül eder. Daha büyük motor hacmi, daha düşük toplam hidrokarbon emisyonları ile sonuçlanır. Belirtilen toplam THC emisyonlarındaki Metan içeriği (CH4), genel olarak yüzde 80 kabul edilir. Bu nedenle, X-DF motorlarından gelen Metan emisyonları, 1,6 g/kWh ve 2,4 g/kWh ölçülebilir.
Düşük basınçlı X-DF motorları, dört zamanlı orta ve yüksek devirli çift yakıtlı motorlarla karşılaştırıldığında düşük metan emisyonu değerlendirmesine sahiptir. Düşük metan emisyonu seviyesi, düşük devirli iki zamanlı motor fiziğinin doğasında vardır ve motorun içten yanma işleminin yanı sıra yanma odası tasarımı optimize edilerek elde edilir.
Açık deniz gemileri için, IMO ve dünya çapındaki herhangi bir yasal kurum tarafından hiçbir metan emisyonu sınırlaması tanımlı değildir.
Yanmamış metan, gaz yakıt kaybıdır ve WinGD belgelerinde gaz tüketim değerlerine dahil edilir. X-DF motorlarının metan emisyonlarını daha da azaltacak önlemler geliştirilmeye devam etmektedir.
Metan emisyonlarının
sonuçları nelerdir?
CO2 gibi Metan da küresel ısınmaya katkıda bulunan bir sera gazıdır.
Sondaj, taşıma veya yanma sırasında atmosfere salınan Metan, gram bazında karşılaştırıldığında CO2’den daha ciddi küresel ısınma etkisine sahiptir. Kısa vadede Metan, küresel ısınmaya daha fazla etki etmekle beraber atmosferde kalmadığından etkisi zamanla azalır. Küresel ısınmaya katkısı, genel anlamda 20 veya 100 yıl bazında değerlendirildiğinde CO2 ile benzerdir. X-DF motorlarının düşük metan emisyonları sayesinde toplam sera gazı dengesi geleneksel dizel motorları ile karşılaştırıldığında pozitiftir. Teknolojileri karşılaştırırken SOx, NOx ve parçacık emisyonu gibi sağlığa ve çevreye doğrudan zararlı olan tüm emisyonların dikkate alınması. X-DF motorlu tahrik sistemleri, fosil yakıt kullanan en çevreci sürdürülebilir çözümlerdir. Yalnızca fosil olmayan yakıtların (biyoyakıt, sentetik yakıtların) veya rüzgar ve güneş enerjisinin kullanımı ile gemi tahrik sistemlerinin sera gazı emisyonları daha da azalacaktır.
LNG’de çalışan X-DF motorlarının GHG performansını, fosil yakıtlarla çalışan tahrik sistemleriyle karşılaştırırken, iki faktör dikkate alınmalıdır: LNG, yanma sırasında yüzde 30 daha az CO2 yayar, ancak Metan da önemli bir sera gazıdır.
Yine de, X-DF motorlarda sera gazı dengesi halen geleneksel dizel motorlarına kıyasla yüzde 15-20 mertebesinde pozitiftir. WinGD Ar-Ge dapartmanı, tüm emisyonları azaltmak ve deniz taşımacılığı için nötr karbon bir gelecek için yoğun bir şekilde yenilikçi teknolojilere yatırım yapmaya devam etmektedir.
WinGD hakkında daha fazla bilgiye www.wingd.com adresinden ve WinGD Türkiye temsilcisi olan Bulutlu Marine’den ulaşabilirsiniz. www.bulutlumarine.com
Bulutlu Marine, kurulmuş olduğu 2014 yılından bu yana sürekli büyüyerek günümüzde denizcilik ve gemi inşa alanında 20’den fazla üretici firmayı Türkiye ve bölge ülkelerinde temsil etmektedir. Satış ve satış sonrası hizmetler, danışmanlık ve servis konularında müşterilerine hizmet sunmaktadır.
