Жаңартылатын энергия жүйелері бар жүк кемелері
Әлемдік сауда жүк кемелеріне қатты тәуелді. Азық-түлік пен киімнен бастап электроникаға және өнеркәсіптік шикізатқа дейінгі барлық дерлік тауарлар мұхиттар арқылы өсіп келе жатқан кемелер флотымен тасымалданады. Маңызды рөліне қарамастан, кеме қатынасы саласы да елеулі қиындықтарға тап болады: қазба отынының жоғары тұтынылуы және парниктік газдардың айтарлықтай шығарындылары. Сондықтан, «жаңартылатын энергия жүйелері бар жүк кемелері» ұғымы тек технологиялық үрдіс қана емес, сонымен қатар таза және тиімді логистикалық болашақ үшін қажеттілік болып табылады.
Неліктен жүк кемелері ауысуы керек?
Жүк кемелері әдетте ауыр отын мазутын немесе теңіз дизель отынын пайдаланады. Бұл отындар энергияны көп қажет етеді және салыстырмалы түрде үнемді, бірақ олар көмірқышқыл газының (CO₂), күкірт оксидтерінің (SOx), азот оксидтерінің (NOx) және бөлшектердің шығарындыларын шығарады. Халықаралық ережелер, соның ішінде Халықаралық теңіз ұйымының (IMO) стандарттары шығарындыларды азайтуды ынталандыруды жалғастыруда. Бұл декарбонизация мақсаттары саланы шешімдер іздеуге мәжбүрлейді: тиімділікті арттыру, отынды ауыстыру және жаңартылатын энергия көздерін біріктіру.
Реттеуші қысымдардан басқа, экономикалық факторлар да рөл атқарады. Қазба отынының бағасы ауытқып отырады және пайдалану шығындарына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Егер кемелер жаңартылатын және гибридті жүйелер арқылы отын шығынын азайта алса, кеме компаниялары, әсіресе ұзақ және қымбат бағыттар бойынша, бәсекелестік артықшылыққа ие бола алады.
Жүк кемелеріндегі жаңартылатын энергия нысандары
Жүк кемелері контексіндегі «жаңартылатын энергия» ұғымы кемелердің алғашқы күннен бастап қазба отынынан толығымен азат екенін білдірмейді. Іс жүзінде көптеген жобалар гибридті жүйелерді қабылдайды: жаңартылатын энергия көздерінің, энергия сақтаудың және дәстүрлі қозғалтқыштардың немесе төмен көміртекті отындардың үйлесімі. Ең дамыған технологиялардың кейбіріне мыналар жатады:
1) Күн энергиясы (фотоэлектрлік панельдер)
Күн батареяларын кеменің палубасына немесе үстіңгі құрылымына орнатуға болады. Олардың артықшылықтарына таза энергия көзі, салыстырмалы түрде аз техникалық қызмет көрсету және қонақ үйлердің электр энергиясына деген қажеттіліктерін қанағаттандыруға жарамдылығы (жарықтандыру, навигация, сенсорлар, сорғылар, салқындату және экипажды орналастыру сияқты кеме жүйелеріне арналған электр энергиясы) жатады. Дегенмен, олардың негізгі қозғалтқышқа қосқан үлесі шектеулі, себебі кеменің беткі ауданы мен күн энергиясының қарқындылығы үлкен кемені қуаттандыру үшін әрқашан жеткілікті бола бермейді.
Соған қарамастан, күн батареялары құнды болып қала береді: олар генераторларға түсетін жүктемені азайта алады, отын шығынын азайта алады және тұрақты «энергия қоспасы» стратегиясының бөлігі бола алады.
2) Заманауи жел энергиясы: қатты желкендер, роторлар және батпырауықтар
Жел – желкенді кемелерді ұзақ уақыт бойы қуаттандыратын табиғи «отын». Қазір жел заманауи тәсілмен қайта бағалануда. Оны пайдаланудың бірнеше жолы бар:
– Қатты желкендер: желді оңтайлы ұстап тұру үшін бұрыштауға болатын ұшақ қанаттарына ұқсас құрылымдар.
– Флеттнер роторы: Магнус эффектісі арқылы тарту күшін тудыратын айналмалы цилиндр. Бұл технология өте танымал, себебі оны қолданыстағы кемелерге жаңартуға болады.
– Қайық (үлкен қайық): кеменің тұмсығына орнатылған және белгілі бір биіктікте ұшатын, қолайлы жел жағдайында кемені тұрақты күшпен тартатын.
Жел жүйелерінің артықшылығы - отынды айтарлықтай үнемдеу мүмкіндігі, әсіресе желдің тұрақты бағыттары бар маршруттарда. Кемшілігі: олардың өнімділігі ауа райына байланысты және қауіпсіздікті қамтамасыз ету және тиеу-түсіру жұмыстарын бұзбау үшін күрделі автоматтандырылған басқару элементтерін біріктіруді қажет етеді.
3) Батареялар және энергия сақтау жүйелері
Батареялар жаңартылатын энергия көзі емес, бірақ олар күн/жел энергиясын тиімді пайдалану үшін «көпір» ретінде маңызды рөл атқарады. Батареялардың көмегімен кемелер электр энергиясын өндірістің шың кезеңдерінде сақтай алады және оны шың жүктемелерінде немесе жел/күн энергиясының төмендеуі кезінде пайдалана алады.
Жүк кемелерінде батареялар көбінесе келесі мақсаттарда қолданылады:
– порт операциялары (портқа кіру-шығу маневрлері),
– электр жүктемесін тұрақтандыру,
– гибридті қозғалтқыш жүйелерін қолдайды,
– белгілі бір жағдайларда дизель генераторларын пайдалануды азайту.
Қиындықтарға салмақ, құны, қауіпсіздік (жылулық басқару) және кеңістік талаптары жатады. Дегенмен, батарея технологиясы тез дамып келеді, және бұл жүйелерге арналған теңіз қауіпсіздігі стандарттары да жетілуде.
4) Жасыл сутегі және отын элементтері
Жасыл сутегі жаңартылатын электр энергиясын пайдаланып суды электролиздеу арқылы өндіріледі. Кемелерде сутегі модификацияланған жану қозғалтқыштары немесе жергілікті су буының шығарындыларымен электр энергиясын өндіретін отын элементтері арқылы пайдаланылуы мүмкін.
Отын элементтері жоғары тиімділік пен тыныш жұмысты қамтамасыз етеді. Дегенмен, сутегін сақтау үшін мамандандырылған бактар (жоғары қысымды немесе криогенді) қажет, ал портты толтыру инфрақұрылымы әлі де шектеулі. Бұл технология белгілі бір бағыттарға, әсіресе жасыл сутегі жеткізу тізбегі тез кеңейген жағдайда, үміт күттіреді.
5) Жасыл аммиак және биологиялық негіздегі отындар
Жасыл аммиак (жасыл сутегі мен азоттан өндіріледі) үлкен кемелер үшін күшті кандидат болып табылады, себебі оны сутегіге қарағанда сақтау оңайырақ және көлемдік энергия тығыздығы практикалық. Дегенмен, аммиак улы, бұл қатаң қауіпсіздік шараларын және экипажды тиісті түрде оқытуды қажет етеді.
Биоотындар (мысалы, биодизель немесе қалдықтарға негізделген отындар) көміртегі ізін азайтуға көмектеседі, әсіресе олар қолданыстағы қозғалтқыштармен үйлесімді болса. Мәселе тұрақты жеткізілімді қамтамасыз етуде және бұл отындардың іс жүзінде климаттық пайда әкелетініне (ормандардың жойылуына немесе азық-түлік қақтығысына себеп болмайтынына) көз жеткізуде.
Кеме дизайны және тиімділігі: «Жаңартылатын» энергия жалғыз емес
Жаңартылатын энергия көздерін орнату тек бір ғана аспект. Екіншісі - кеменің өзінің тиімділігі. Қазіргі заманғы жүк кемелері әртүрлі стратегияларды қолданады:
– Суға төзімділікті азайту үшін корпус пішінін оңтайландыру
– Үйкелісті азайтатын тиімді пропеллер мен ауамен майлау жүйесі
– Кемелер жел мен мұхит ағындарын пайдалана алатындай етіп, ауа райына негізделген маршрутты басқару
– Энергия шығынын күрт азайту үшін оңтайлы жұмыс жылдамдығы (баяу булау)
Кеме неғұрлым тиімді болса, орнатылған жаңартылатын энергия көздерінің әсері соғұрлым жоғары болады. Басқаша айтқанда, жаңартылатын энергия көздері жобалау мен пайдалану кезінде энергия үнемдеумен үйлескенде жақсы жұмыс істейді.
Нақты әлемдегі іске асыру қиындықтары
Үлкен әлеуетіне қарамастан, жаңартылатын энергия көздерімен жұмыс істейтін жүк кемелеріне көшу бірнеше кедергілерге тап болады:
1. Бастапқы инвестициялық шығындар: жаңа технологиялар көбінесе дәстүрлі жүйелерге қарағанда қымбатырақ, дегенмен болашақта пайдалану шығындары төмен болуы мүмкін.
2. Порт инфрақұрылымы: ірі көлемді сутегі, аммиак немесе электр қуатын қайта толтыру жаңа қондырғылар мен айқын қауіпсіздік стандарттарын қажет етеді.
3. Ережелер мен стандарттардың сенімділігі: сала ұзақ мерзімді инвестиция салуға батылы бару үшін ережелердің сенімділігін талап етеді.
4. Жеткізу тізбегінің дайындығы: жасыл отын өндірісі жеткілікті көлемде, тұрақты және бәсекеге қабілетті бағамен болуы керек.
5. Қауіпсіздік және оқыту: жаңа отындардың әртүрлі сипаттамалары бар, сондықтан қауіпсіздік процедураларын, сертификаттауды және экипаждың құзыреттілігін жақсарту қажет.
Болашаққа арналған мүмкіндіктер мен әсерлер
Егер жүк кемелері жаңартылатын энергия жүйелерін кең ауқымда сәтті енгізсе, бұл тек шығарындыларды азайтуға ғана емес, сонымен қатар теңіз өнеркәсібіндегі инновацияларға да әсер етеді. Кеме жасау зауыттары жаңа жобаларды әзірлейді, логистикалық компаниялар «жасыл тасымалдау» қызметтерін ұсынады, ал порттар жаңартылатын электр энергиясы, сутегі немесе аммиак өндірілетін және таратылатын таза энергия орталықтарына айналады.
Индонезияны қоса алғанда, архипелаг елдері мен теңіз секторлары күшті елдер үшін мүмкіндіктер орасан зор. Индонезия күн энергиясының мол әлеуетіне, бірнеше аймақтағы жел ресурстарына және жаңартылатын энергия көздерінен жасыл сутегін өндіру мүмкіндіктеріне ие. Дұрыс стратегиямен Индонезия флотты жаңғыртуды жеделдете алады, порттардың бәсекеге қабілеттілігін арттыра алады және сонымен бірге жаһандық климаттық мақсаттарға қол жеткізе алады.
Жабу
Жаңартылатын энергия жүйелері бар жүк кемелері қазіргі заманғы кеме қатынасы алдында тұрған маңызды қиындықтың шешімі болып табылады: қоршаған ортаға әсерді азайта отырып, сауданы сақтау. Күн батареялары, заманауи желкенді желкендер, батареялар, жасыл сутегі, аммиак және биоотын сияқты технологиялар таза кеме қатынасына жол ашуда. Бұл ауысу инвестицияны, инфрақұрылымды, реттеуді және біліктілікті арттыруды талап ететін қарапайым болмаса да, жол барған сайын айқындала түсуде. Алдағы онжылдықтарда жүк кемелері мұржаларынан шығатын қара түтінмен емес, жоғары тиімділікпен және экологиялық таза энергия қоспасымен синоним болады.
