EPA Tier 4：困难且有争议，12 年且还在继续

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在遵守 EPA 的 Tier 4 排放法规方面，美国的海事工程公司不乏创造力。 Hug Engineering 等公司正在提供灵活的、定制的基于后处理的控制系统，这些系统几乎可以像时尚一样模块化组装。其他公司，如 ABB 集团，提供电池混合动力源来补充燃烧动力并避免阈值柴油排放。康明斯等发动机制造商正在与后处理供应商合作，以确保发电厂与污染控制之间的运行协调。 Scania AB 通过从系统角度处理动力、密切关注船舶的实际动力需求以及需要交付动力的方式和时间来展示新的成功。

正如船主所知，这绝非易事——无论如何。 Tier 4 系统的购买和操作复杂且昂贵。它们很大，经常需要定制的、特定的分析才能放置在容器中； EPA 将这一挑战和困难称为“包装”，字面意思是将硬件和相关组件装入船体。 Tier 4 要求非常严格：25 台 Tier 4 发动机的排放量应该相当于一台 Tier 1 发动机。船舶、其发动机和后处理需要作为一个单一系统运行，以实现最佳性能、可靠性、成本和减排。

通过与 Tier 4 领域专家的讨论，一些 Tier 4 安装技术挑战正在得到解决。进展缓慢，但至少在设计新船时要采用 Tier 4 发动机和后处理系统，当然，这需要与每个单元必须连接的发动机一样大的空间。

（图片：拥抱工程）

但重要的是，这些进步必须分布在一个非常支离破碎的环境中。一艘船或一项申请的进展并不意味着其他地方的成功。每种不同类别的船只都需要对 Tier 4 实施采取不同的方法和分析，龙虾船与渡轮不同，渡轮与领航船不同。可以毫不夸张地说，每艘船——不仅仅是每艘船——都需要自己的分析。

当然，Tier 4 不仅仅适用于新船。寻求为旧船重新提供动力的船东面临着同样一长串的问题和权衡。他或她可能会决定更容易避免所有问题，而不是购买一台 800 HP 的 Tier 4 发动机（800 HP Tier 4 阈值，也是 600 kW）他或她可能会购买两台较小的发动机。使用电力和柴油发电的混合动力应用越来越多地引起运营商的注意。混合动力系统在需要时加倍，以在负载下提供最大功率，而最大负载通常只是船舶运行时间的一小部分。

使事情变得更加复杂的是，Tier 4 市场和商业环境仍然不稳定。 Tier 4 决策处于一个不稳定的监管环境中——尽管 EPA 的法规已于 2008 年最终确定，而 Tier 4 阶段的实施本应在 2017 年结束。这种不确定性影响了整个船厂、发动机制造商和船东之间的决策。

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去年 9 月，EPA 提议推迟某些类型船舶的 Tier 4 实施——大功率船舶，如龙虾船。作为回应，整个行业都发表评论，恳请 EPA 扩大延误的范围——包括更广泛的船只，从工作船到旅游船。 EPA 的公众意见征询期于 10 月结束。然而，在幕后，EPA 一直与行业代表保持积极和有针对性的讨论，询问他们对 Tier 4 辩论中的指控和反指控的看法。 Tier 4 合规性的许多问题仍然存在激烈的争议。

EPA 指望容器设计变更和技术进步能够在 2017 年之前上市。EPA 允许开发时间解决“包装”问题（EPA 的术语），这些问题在 2008 年阻碍了更快的逐步采用； EPA 知道 Tier 4 后处理的应用和安装还需要几年时间。然而，十年后，“包装”问题依然存在。 “(EPA) 十年前关于市场将如何反应的假设已被证明是不正确的，”客船协会主席小罗伯特·J·劳勒 (Robert J. Lawler, Jr.) 在对 EPA 的评论中总结了 Tier 4 状况.

EPA 的目标是在 2020 年夏季就其延迟提议发布最终行动。

Dana Brewster（照片：Hug Engineering）

Hug Engineering 实现 Tier 4 合规性的方法说明了工程师如何在材料和空间方面寻求最大的灵活性。这种进步对于寻求重新提供动力的船东来说很重要。五年前，您可能无法在您的船只中安装 Tier 4 系统。今天，同样的空间可能适用于为您现有的发动机安装后处理系统。

HUG Engineering 提供改造后处理选择性催化还原 (SCR)，以将 NOx 排放降低至 Tier 4 标准。可以将柴油微粒过滤器 (DPF) 添加到 SCR 系统，以减少微粒物质 (PM)。 HUG 的 Nauticlean 和 Clean4Marine 系统适用于各种发动机；事实上，HUG 目前已获得 IMO III 认证，其他发动机目前正在认证过程中。 HUG 在全球范围内与一些船用柴油发动机 OEM 合作。探索的另一条第 4 层路径是“最佳可用技术”(BAT) 选项。当 Tier 4 发动机无法用于再供电应用时，空气质量机构在某些情况下可能会考虑 BAT。

Dana Brewster 是 Hug 的移动应用（海运/铁路）区域销售经理。他说，HUG 的工程师采用他所谓的“乐高方法”来安装后处理装置，即将其安装到几乎任何可用空间中。 Brewster 表示，越来越多的 Tier 4 控制方案可以安装在各种配置中。如果有更多的垂直空间可用，硬件就会堆叠起来。在一个狭窄但更漫长的空间里，系统会伸展开来。但是，如果您需要超过 800 HP 的引擎，那么现在 Tier 4 可以工作的可能性更大。不过，对于第 4 层，没有全面的答案。

Boyer Towing 最近为其 1997 年建造的拖船 Gretchen H 重新提供了三台符合 Cummins QSK19 Tier 3 标准的发动机，每台发动机的额定功率为 750 HP，转速为 1,800 RPM。 （照片：康明斯）

康明斯发动机公司商用船舶部门负责人 Eddie Brown 表示，他的团队“正在与海军建筑师和客户密切合作，制定满足 Tier 4 排放水平并使船舶能够完成任务的动力解决方案。”布朗说，“总的来说，更清洁的排放系统对船舶的影响确实有所不同。”一些容器可以容纳新的后处理系统而无需对容器进行重大重新设计。然而，在更高速度和/或对重量敏感的应用中，布朗说：“可能需要重新设计或重新配置船只及其机舱。”康明斯在此类项目上与客户密切合作。

布朗表示，从柴电混合动力车到氢燃料电池，替代能源解决方案即将出现。 “客户希望使用最好的动力包来优化他们的船舶，以满足监管规则，同时仍然提供最高效的发动机性能。”

混合动力是 ABB 及其船用发电机产品的一大关注点。 ABB 的低压 (LV) 标准船用发电机专为全电动船舶和主、辅助或应急发电中的船用柴油发电机组而设计。它们的功率范围为 14-2,600 kVA，机架尺寸为 180-450，典型电压为 380-480 V。该设备在船舶应用中经过充分测试，目前在 1,300 多艘船舶上运行。

ABB New Build 高级客户经理 Dave Lee 将混合评估描述为有关船舶功率的“不同思维模式”的一部分。他指出，例如，在工作船中，很少使用全发动机功率。 ABB 安装较小的发电机来补充柴油发动机。 “我们提供最佳功率范围以及电池和燃料电池技术，”李说。这种方法可以避免需要第二台柴油机。它可以最有效地利用马力，具体取决于手头的任务。

大卫·李（照片：ABB）

战略动力的概念对斯堪尼亚来说很重要，它在美国不提供超过 800 马力的发动机，那个大功率市场太有限了。在设计师评估未来的电力需求时，斯堪尼亚美国船舶销售经理阿尔贝托·阿尔卡拉 (Alberto Alcalá) 预测船舶本身将取得更多进展：专为速度和能源效率而设计。

他也期待混合动力的增加，写道“混合动力可以填补第 3 级与对具有第 4 级复杂性的更大发动机的需求之间的差距。” 2012 年，斯堪尼亚为旧金山的 Hornblower Hybrid 配备了 Tier 2 / 电动混合动力。该船最近升级为 Tier 3/电力混合，以满足加州更严格的空气质量目标。

阿尔贝托·阿尔卡拉（照片：斯堪尼亚）

阿尔卡拉将混合技术置于未来颠覆性技术列表的首位。斯堪尼亚与 ABB（及其他公司）合作开展项目，展示混合电动柴油发电机组如何取代大型发动机组。

斯堪尼亚工程师已经证明，在传统的 2,000 HP 拖船中，三个较小的发动机可以取代 3 级级别的 3-4 个发动机。新的发电机组可以在曾经 2,000 HP 的船只中提供高达 2,400 HP 的功率。船舶按需使用电力——在低负载情况下闲置或关闭，使用的燃料大大减少，然后仅在需要时才消耗最大功率，同样，这通常只占船舶运营时间的一小部分。

请继续关注 EPA 今年夏天的决定。