現有技術的重新組合。四衝程內燃機搭配EGR廢氣循環技術以及兩段式渦輪增壓(2 stage turbocharger)，同時達成了EPA Tier-4 及IMO Tier-III的新標準。
Wabtec 的動力遊戲
隨著船東被迫升級機器以滿足嚴格的新排放目標，圍繞“脫碳”和“未來燃料”的喋喋不休引起了很多混亂，這些解決方案今天不明確，並且可能不會在下一代大規模存在 - 使挑論變得混亂。 Wabtec的前身為 GE Transportation，它現在提供無需尿素且符合 Tier 4 標準的發動機。 它是市場上最便宜的推進解決方案嗎？ 不是。但這家總部位於美國賓夕法尼亞州的發動機製造商基於性能、燃油效率和生命週期成本為其 250MDC 柴油發動機提供了一個有說服力的案例。
提供一種在各個行業都經過驗證並符合最高環境法規的動力解決方案，並且無需額外成本和尿素處理系統帶來的麻煩就能實現這一目標，這似乎會讓 Patrick Webb 的工作變得輕鬆。 但似乎並非如此。
“有一些誤解存在 EPA Tier 4 （IMO Tier-III）排放要求和脫碳目標上”Webb 說，他是一位海事行業的資深人士，擔任 Wabtec 的船舶業務總監。 “EPA 專注於減少導致嚴重健康問題的污染物，而媒體似乎專注於降低碳排放。 此外，美國和世界各地真的很少有實際可用的再生能源（燃料來源）。”
Webb 和他在位於賓夕法尼亞州的 Wabtec 的團隊希望能分享該公司中速、符合 EPA Tier 4 標準的發動機的故事，此型發動機如今已在船舶上安裝了 100 多台，累計運行時間超過 1,000,000 小時。 “Wabtec 有一個很棒的、經過驗證的解決方案，允許船舶在極端的 EPA Tier 4 排放水準下運行，不需要任何尿素，但許多客戶仍在努力尋找避免這種排放標準的方法，”引用最近的例子 運營商選擇安裝更多的小馬力發動機，以有效規避 Tier 4 排放標準。 “關於更乾淨的排放有很多討論，但在幕後，也有人在努力避免更清潔的排放以及下一級排放控制的成本和麻煩。”
儘管面臨挑戰，Wabtec 近年來還是取得了可觀的成功。 “在 EPA Tier 4 法規執行之前，Wabtec Marine Diesel 在美國的市場幾乎為 0%，”Webb 說。 “六年後，Wabtec Tier 4 Marine Diesel 在 1.7MW 至 4.5MW 功率範圍內佔據了這些新發動機銷量的近 50%。 這一成功在很大程度上與這樣一個事實有關：Wabtec Marine Diesel 是同類發動機中唯一無需尿素即可達到最嚴格排放標準的發動機。”
Tier 4 發動機
Wabtec 的 L250/V250MDC 柴油發動機符合美國 EPA Tier 4 和 IMO Tier III 排放標準，具有先進的廢氣循環(EGR) 且無需使用尿素。 忽略尿素是一個特別重要的指定。 “Wabtec 的 Tier 4 發動機的優勢在於不需要尿素，這意味著您不必為尿素艙和儲存所需的額外設備分配空間； 還有以整體擁有的成本來看，”Wabtec 船舶系統平台負責人 Matthew Hart 說。“Tier 4 250MDC 產品基於 EGR，在動力組件、兩段式渦輪增壓和高壓燃油噴射中設計了更高的穩健性。 這也與燃油效率及其對整體擁有成本的影響有關。”Hart 表示，雖然 Wabtec 團隊知道250MDC 並不是市場上最便宜的發動機。 考慮到所有因素後，投資回收期約為 18 至 24 個月。
除了硬體之外，Wabtec 還在發動機中內置了鐵路客戶常用的傳感器陣列，現在開始在海運業取得進展。 “這些是數位引擎，”Hart說。 “隨著 Tier 4 發動機診斷能力的增強，由於所有與 Tier 4 排放控制相關的傳感器，診斷得到改進。
根據 Hart 的說法，鐵路行業在數據收集和使用方面更為先進，火車頭上的網路可以連續傳輸數據。 “我們有一個全球性能優化中心，可以收集這些數據並發出建議的操作。 這在鐵路領域有點不同的服務結構，但我們正在研究如何在海洋方面擴展它。”
他指出，海洋方面的數據連接是困難的部分。 “船隻無處不在，而且很多時候都沒有連接，因此需要更多的手動步驟來訪問數據然後進行處理。”
最終，他和 Wabtec 團隊希望幫助海事行業達到即時狀態的監控，“所以這不僅僅是診斷何時出現故障，而是我們推進到預測性維護，說‘嘿，你應該 改變這部分，改變這個過濾器，因為我們在引擎上看到了這種趨勢。”
雖然一些公司可能對共享數據猶豫不決，但 Marine 客戶支援總監 Peter Twichell 表示，增加數據共享和分析可以幫助支持船東延長正常運行時間。 “正常運行時間對海運業至關重要，根據我們的經驗，他們一直非常支持，”Twichell 說。“如果我們在故障排除或預測管理方面進行解釋，特別是如果我們能夠更快地識別和解決問題，那麼當我們要求提供日誌文件時，我們確實不會受到客戶的太多反對。”
在Reinauer進行測試
Reinauer Transportation 的 Christian Reinauer 或許比任何人都更能瞭解 Wabtec Tier 4 解決方案的長期價值。Reinauer 在紐約市運營著一支由 ATB 和拖船組成的船隊，共有 24 艘駁船和 23 艘拖船。 在該船隊中，Reinauer 擁有四艘 Senesco Marine 製造的三級拖船，使用 Wabtec 250 系列發動機：Bert Reinauer 使用 2x 12V250；Bert Reinauer 使用 2x 12V250； 以及 Josephine、Kristy Ann 和 Janice Ann Reinauer，均使用 2x 6L250。
在討論選擇 Wabtec 背後的理由時，Reinauer 說：“我們已經使用 MTU 16V4000 系列建造了一支船隊，而根據Tier 4 要求，MTU 沒有經過核准的解決方案。”
因此，Reinauer 開始研究所有製造商提供的全系列發動機產品，最終選定了 Wabtec 設計，其中省略尿素作為主要賣點。 “我們認為 EGR 設計是一個不錯的選擇，因為它已經存在了一段時間，”Reinauer 說。 “DEF 解決方案需要相當大的排氣系統設計，我們確實沒有足夠的空間，以及大約 8% 的船艙容量專門用於存儲 DEF。DEF 液對金屬有一定的腐蝕性，因此必須對油箱進行特殊塗層處理，這在以後的維護工作中將是一個令人頭疼的問題。”DEF是發動機廢氣處理液，在美加地區稱作Diesel Exhaust Fluid．
Reinauer 還表示，SCR催化器需要進行維護，“這再次使設計中易於維護成為一個令人頭疼的問題，並增加了大修成本。 (Wabtec) 發動機的前期成本更高，安裝也更困難，但歸根結底，我們在船舶的使用壽命內擁有更好的經濟性和船員舒適度。”
即使在最好的條件下，在船隊中整合新機器時也會遇到學習曲線和技術問題，Reinauer 也不例外。 “我們只遇到了一點小問題：我們的工程師可以自行更換的 EGR 冷卻器和閥門； 水泵和海水泵； 一些發動機電源和傳感器。 否則，根據 Reinauer 的說法，零件均已根據定期維護安裝。
Reinauer Transportation 在海事界以長期優質運營的公司著稱，並樂於吸引和留住所需的技術人才。 “一開始，獲得支持有點困難，但有了大多數原始設備製造商的支持，我們發現我們是最好的第一選擇，”Reinauer 說。“我們培訓我們的工程師，為他們提供所有必要的備件，只要求他們的技術人員提供額外支持。”
“一些船東運行發動機並通過我們的合作夥伴進行定期維護和維修，將注意力集中在經營業務的其他方面，”Twichell 說。 “然後你就會有像 Reinauer 這樣的獨立客戶。 如果他們的其中一個引擎需要現場修改，Chris Reinauer 會說，‘只要把零件和說明發給我們，我們就會安裝它。 我們知道我們在做什麼。’”
正如任何經營船舶的人都可以證明的那樣，保持機器運轉是一件必要的事，保持機器運轉同時保持盈利是另一回事，尤其是在最近幾個月燃料價格飆升的情況下。 “我們看到非常好而且極低的油耗，這是他們無需後處理即可達到 Tier 4 排放的方法之一，”
未來的燃料和排放
與許多船東一樣，Reinauer Transportation 面臨著艱難的選擇，因為今天所做的選擇將影響其未來的成本和運營。 Chris Reinauer 喜歡保持簡單：“只要我們使用的發動機是現代化並且維護良好，並且我們的船型合理，就沒有比這更高效的交通工具了。 有些人認為零排放指日可待，但不幸的是，這就是您從某些政治圈子聽到的全部內容。 我同意我們需要向前邁進，但電池不是答案，尤其是當你考慮到生產電池所消耗的能量時。 在運輸時間較短且本地排放量往往較高的情況下，應使用混合動力船。 渡輪和拖船是一個很好的應用，這些船隻不是一天 24 小時拉動或推動的，”Reinauer 說。 “另一方面，我們沒有那麼奢侈，需要一整個星期都使用最大輸出。替代燃料正在取得進展，但我們需要十年或更長時間才能使用它的基礎設施，”並指出較低的能量密度和需要更大的燃料艙是主要缺點。 “我們不斷關注替代燃料的開發，很可能在未來 10 年內，我們將開始在我們船隊的某個地方使用。”
Wabtec 在賓夕法尼亞州經營著兩家製造工廠：一家位於格羅夫城，其主要工廠佔地 440,000 平方英尺。 另一間製造工廠，以及距離伊利約一小時路程的姊妹工廠，該工廠主要致力於鐵路發動機的製造。 “除了採購的鑄件和鍛件外，它是一個完整的製造、裝配和最終發動機測試工廠，”Twichell 說。 兩家工廠共有 650 名製造員工，Wabtec 通常每年製造約 1,500 台發動機，主要用於鐵路和船舶。
據船舶副總裁 Tamara Gromacki 表示，除了設計強大的產品外，Wabtec 還充分認識到合格的經銷商合作夥伴網路或 Wabtec 稱之為“渠道合作夥伴”的力量。 Wabtec 密切協助合作夥伴的表現，“如果我們發現他們可能在某些服務領域遇到困難，Pete Twichell 和他的團隊將介入並努力幫助他們提高技能。” 成為和保持 Wabtec 渠道合作夥伴不是永久性的，因為合同通常持續一兩年，續約過程著眼於他們累積的技能組合和人員，以確保組織保持服務最終客戶的能力，保持“ 非常適合 Wabtec。”
雖然主要製造設施自 1971 年以來一直存在，但它實際上是一個全新的現代化工廠，得益於 2017 年GE通用電氣“輝煌工廠”計劃的改造，升級了機械—包括數位加工、雷射蝕刻、雷射焊接、機器手臂和完整的排放測試。
憑藉其內部試驗台，Wabtec 能夠對各種技術和燃料進行試驗，以確保其發動機不僅能夠應對當今的挑戰，而且能夠有效地應對未來的變化。 關於未來燃料的話題在西屋制動中很普遍，根據 Hart 的說法，它分為兩類：一類是生物燃料、生物柴油和可再生柴油；另一類是生物燃料、生物柴油和可再生柴油。 第二種是低碳、無碳燃料：氫、甲醇和氨。 他說可再生柴油是最直接的“投入”。
“你會從許多可再生燃料供應商那裡聽到，這會產生最直接的影響．但是，它非常昂貴，需要補貼才能成為一種具有成本效益的解決方案。 但是，對於奢侈品供應商或真正減少碳排放的人來說，這是一個很棒的選擇。”哈特說 “因此，我們正在研究使用 100% 再生柴油運行，燃料系統、軟性材料和過濾方面的最大作用，確保一切都能可靠運行。 某些生質柴油肯定會影響到維護保養，我們正在考慮與我們的一些船東和渠道合作夥伴進行耐久性測試和現場測試，以充分驗證
轉談到向氫、甲醇、氨的低碳和無碳燃料選擇，Hart 回到了“地點、地點、地點”的房地產理論，並指出選擇將主要取決於所有者所在的地點和營運地點，並等待特定區域的燃料供給。 “氫似乎更有利於固定或陸地供應點。甲醇和氨水似乎更受海事工業青睞，而且我們也看到，想要哪些在要使用哪些替代燃料方面的意見仍然有些分散。 因此，您可能無法運行 100% 的氫氣或 100% 的甲醇或氨氣。”
最終，未來的燃料問題在於機艙之外和整艘船，因為可變的能量密度將需要對油艙和其他機械進行重大的船舶設計修改。
