Academic Journal
Perspective directions for improving the energy and environmental safety of water transport means
| Title: | Perspective directions for improving the energy and environmental safety of water transport means |
|---|---|
| Source: | Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences; No. 50 (2025): Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences; 254-263 Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки; № 50 (2025): Вісник ПДТУ. Серія: Технічні науки; 254-263 Вісник Приазовського Державного Технічного Університету. Серія: Технічні науки; № 50 (2025): Вісник ПДТУ. Серія: Технічні науки; 254-263 |
| Publisher Information: | Priazovskyi state technical university, 2025. |
| Publication Year: | 2025 |
| Subject Terms: | environmental safety, Kalina cycle, marine transport, турбокомпаундна система, органічний цикл Ренкіна, organic Rankine cycle, морський транспорт, екологічна безпека, WHRS systems, цикл Калини, енергетична безпека, утилізація відпрацьованого тепла, energy security, turbo-compound system, energy efficiency, енергетична ефективність, waste heat utilization |
| Description: | In the context of global warming and the intensification of climate policy, the issue of energy and environmental safety of water transport is becoming particularly relevant. The International Maritime Organization has set an ambitious goal of achieving zero net greenhouse gas emissions by 2050, which requires a radical rethinking of approaches to energy use on ships. In this regard, the introduction of innovative waste heat utilization technologies is considered a key tool for improving the energy efficiency of ships and reducing the negative impact on the environment. The article presents a systematic analysis of modern engineering solutions for utilization of heat lost during the operation of ship power plants. The principles of operation and efficiency of such technologies as the organic Rankine cycle (ORC), the Kalina cycle, turbo-compound systems, and thermoelectric generators are considered. The technical parameters, energy productivity, environmental benefits and economic feasibility of implementation in real shipping conditions are analyzed. The results of the study show that the introduction of waste heat utilization technologies can achieve fuel savings of 3-7% and significantly reduce CO₂, NOₓ, and SOₓ emissions. ORC systems have proven to be the most effective, as they are highly adaptable to different temperature sources of heat on board. At the same time, turbo-compounding technologies, in particular in combination with steam injection modules, have shown promise in the modernization of high-power diesel engines. The risks associated with safety, space constraints on board, and system maintenance are also investigated. Based on a review of scientific literature, international standards, and modeling results, the paper identifies key criteria for selecting waste heat recovery technologies for specific types of ships and operating scenarios. Recommendations for the design of energy-efficient ship energy systems are formulated and the need to develop hybrid systems that combine the advantages of ORC, the Kalina cycle, and the latest thermoelectric solutions is substantiated. The prospects for further research are summarized and the possibilities of integrating waste heat recovery technologies into the strategic planning of energy modernization of the fleet on the way to decarbonization of maritime transport are considered В умовах глобального потепління та активізації кліматичної політики питання енергетичної та екологічної безпеки водного транспорту набуває особливої актуальності. Міжнародна морська організація встановила амбітну мету – досягнення нульових чистих викидів парникових газів до 2050 року, що вимагає кардинального переосмислення підходів до енерговикористання на морських суднах. У зв’язку з цим впровадження інноваційних технологій утилізації відпрацьованого тепла розглядається як ключовий інструмент підвищення енергоефективності суден та зниження негативного впливу на навколишнє середовище. У статті подано систематизований аналіз сучасних інженерних рішень з утилізації теплоти, яка втрачається в процесі експлуатації суднових енергетичних установок. Розглянуто принципи роботи та ефективність таких технологій, як органічний цикл Ренкіна (ORC), цикл Калини, турбокомпаундні системи, а також термоелектричні генератори. Проаналізовано технічні параметри, енергетичну продуктивність, екологічні переваги та економічну доцільність впровадження в умовах реального судноплавства. Результати дослідження показують, що впровадження технологій утилізації відпрацьованого тепла дає змогу досягти економії палива на рівні 3-7% і суттєво знизити викиди CO₂, NOₓ, SOₓ. Найбільш ефективними виявилися системи ORC, які мають високу адаптивність до різних температурних джерел тепла на борту судна. Водночас технології турбокомпаундування, зокрема у поєднанні з паровими інжекційними модулями, продемонстрували перспективність за умов модернізації дизельних двигунів великої потужності. Досліджено також ризики, пов’язані з безпекою, просторовими обмеженнями на борту та особливостями обслуговування систем. На основі огляду наукової літератури, міжнародних стандартів та результатів моделювання, у роботі визначено ключові критерії вибору технологій утилізації відпрацьованого тепла для конкретних типів суден і сценаріїв експлуатації. Сформульовано рекомендації щодо проектування енергоефективних енергетичних систем суден та обґрунтовано необхідність розвитку гібридних систем, що поєднують переваги ORC, циклу Калини та новітніх термоелектричних рішень. Узагальнено перспективи подальших досліджень і розглянуто можливості інтеграції технологій утилізації відпрацьованого тепла у стратегічне планування енергетичної модернізації флоту на шляху до декарбонізації морського транспорту |
| Document Type: | Article |
| File Description: | application/pdf |
| Language: | Ukrainian |
| ISSN: | 2225-6733 2519-271X |
| Access URL: | https://journals.uran.ua/vestnikpgtu_tech/article/view/336423 |
| Rights: | CC BY |
| Accession Number: | edsair.scientific.p..f1d0b7913f168d735a33bd5fb6d95f1e |
| Database: | OpenAIRE |
| ISSN: | 22256733 2519271X |
|---|