Registration Number
0826U002666, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
09-07-2026
popup.evolution
.
Title
Method for improving the operational efficiency of a ship power plant by utilizing the cooling heat of the main four-stroke engine
Author
Oleh Konstantinov,
popup.head Olha Y. Khliieva
popup.opponent Oleksandr Titlov
popup.opponent Mykola I. Radchenko
popup.review Vitalii I. Zalozh
popup.review Yurii Zablotskyi
popup.rada
National University "Odessa Maritime Academy"
Description
Дисертаційна робота присвячена розробленню методу підвищення ефективності експлуатації СЕУ (СЕУ) шляхом обґрунтування доцільності впровадження та вибору раціональних параметрів установки на основі органічного циклу Ренкіна (ОЦР) для утилізації теплоти охолодження головного чотиритактного двигуна з урахуванням конфігурації циклу, робочого тіла, режимів роботи двигуна, температури забортної води, типу судна та обмеження встановленої потужності. Актуальність теми зумовлена вимогами до декарбонізації морського транспорту та необхідністю зменшення споживання суднового палива без радикальної зміни СЕУ.
У першому розділі проаналізовано сучасний стан застосування систем утилізації вторинної теплоти суднових двигунів на основі ОЦР, вимоги IMO та європейських регуляторних інструментів. Показано, що підвищення енергоефективності СЕУ є реалістичним шляхом скорочення викидів парникових газів. Встановлено, що установки на основі ОЦР ефективні для перетворення низькопотенційної теплоти, починаючи приблизно від 70 °С, у корисну електричну енергію, а для чотиритактних двигунів їх застосування є особливо доцільним через значні втрати теплоти з охолоджувальною водою. Практичні приклади суднових ОЦР свідчать про потенціал зниження витрати палива на рівні 3–15 %.
У другому розділі обґрунтовано вибір об’єктів дослідження, вхідних даних і методики аналізу. Базовим об’єктом обрано чотиритактний судновий двигун Wärtsilä 12V46F потужністю 14400 кВт. Розглянуто його тепловий баланс, потенціал використання теплоти охолоджувальної води та умови інтеграції установки на основі ОЦР. Як прототип підібрано Climeon HeatPower 300 Marine номінальною потужністю 300 кВт. Розроблено математичну модель оцінки термодинамічних, енергетичних та екологічних характеристик установки.
У третьому розділі виконано термодинамічний та енергетичний аналіз установки на основі ОЦР для утилізації теплоти охолодження двигуна Wärtsilä 12V46F. Досліджено цикл з внутрішньою регенерацією теплоти та без неї, а також чотири робочі тіла. Показано, що регенеративна конфігурація забезпечує вищу ефективність: перевага становить від 9,8 % при низьких температурах забортної води до 6,4 % при високих. Встановлено, що пентан забезпечує найвищу енергетичну ефективність: його перевага над R245fa, R134a та R1233zd(E) досягає 14 % за повним ККД установки, зокрема завдяки меншим витратам енергії на роботу живильного насоса.
У четвертому розділі досліджено вплив змінних експлуатаційних факторів на характеристики суднової установки на основі ОЦР та оцінено її річну ефективність для різних типів суден. Показано, що температура забортної води є домінуючим фактором, який визначає енергетичну та екологічну ефективність установки і перевищує за впливом навантаження двигуна, тип робочого тіла та конфігурацію циклу. Річна економія палива від установки ОЦР потужністю 300 кВт у парі з двигуном Wärtsilä 12V46F становить 72–204 т HFO на рік, а очікуване скорочення викидів CO2 — 224–635 т CO2. Для всіх типів суден ефект становить 2,8–4,2 % зниження емісії CO2 від роботи головного двигуна.
Наукова новизна полягає у розробленні підходу до оцінки доцільності впровадження суднових установок на основі ОЦР, який враховує конфігурацію циклу, робоче тіло, річний розподіл навантаження двигуна, температуру забортної води, тип судна та обмеження встановленої потужності. Уперше обґрунтовано домінуючий вплив температури забортної води, доцільність використання пентану та підхід до вибору раціональної встановленої потужності установки за реальними умовами експлуатації судна. Практичне значення полягає у можливості використання результатів під час проєктування та модернізації систем утилізації теплоти.
Ключові слова: морський транспорт, судновий дизельний двигун, суднова енергетична установка, утилізація теплоти, скидна теплота, органічний цикл Ренкіна (ОЦР), термодинамічний аналіз, енергоефективність, економія палива, екологічний індикатор, емісія парникових газів, робоче тіло, генерація електроенергії, декарбонізація
Registration Date
2026-06-19
popup.nrat_date
2026-06-19 / 2026-07-17
