PROPULSION TECH: как добраться до гибридизации

Джон Мостерд в настоящее время является членом Североамериканского центра передового опыта в Данфосс Драйвз.

Изображение предоставлено: Danfoss Drives

Previous Next

Гибридизация в морском мире переходит от новейшей моды к ключевой части конструкции и модернизации судов.

Частично вызванный спросом на повышение эффективности и новыми волнами мирового законодательства, гибридизация или электрификация судна быстро становится необходимой для организаций. Фактически, правила и руководящие принципы Международной морской организации (ИМО) для морской промышленности требуют сокращения выбросов во всем мире, и некоторые порты во всем мире поставили амбициозные цели по сокращению выбросов до нуля процентов.

Первые пользователи электрификации и гибридизации уже пожинают плоды и получают положительную отдачу от инвестиций, включая реальную экономию и выгоды для своего автопарка. Кроме того, они также приобрели знания и опыт для дальнейшего роста и разработки еще более гибридных решений. Учитывая это, все большее число организаций начинают оценивать, как они могут двигаться к гибридизации в своих морских применениях.

Проблема гибридизации
Как правило, гибридизация может быть определена как соединение двух или более источников энергии вместе, чтобы повысить эффективность и максимизировать выход. Часто эти системы в сочетании с накоплением энергии через батареи или суперконденсаторы помогают сгладить пиковые нагрузки или даже обеспечить пиковую энергию для кратковременных нагрузок. Кроме того, многие компании заменяют двигатели или двигатели, работающие на топливе, электромоторами и используют серию генераторов для обеспечения мощности в зависимости от спроса. Это, в свою очередь, означает, что судно потребляет только необходимое топливо, а альтернативные генераторы, которые не требуются, отключаются.

Для некоторых гибридизация может показаться неизбежным риском. Но первым шагом к разработке успешного плана гибридизации является проведение тщательного исследования, необходимого для анализа вашей текущей ситуации. Это позволит определить потребности судна и обеспечить решения на будущее. Инвестирование в ресурсы для сбора правильных данных и определения базового уровня того, где вы находитесь в данный момент, является крайне важным. План и данные должны быть затем проверены с помощью нескольких рекомендаций, поскольку существуют различные мнения относительно решений и подходов. Знание того, где вы были и где вы находитесь, поможет определить правильную траекторию на будущее.

Процесс гибридизации может начинаться с нескольких валовых генераторов и увеличиваться вплоть до полностью электрифицированного сосуда. Полное понимание и рассмотрение цели вашего судна будет иметь решающее значение для закладки этой основы. Такие предметы, как электрические двигатели и двигатели, накопители энергии, генераторы валов и многократные генераторные установки - все это кусочки головоломки, которые владельцы судов могут перемещать внутрь и из конструкции судна. Для некоторых применений с короткими расстояниями и рабочими циклами уже развернуты полностью электрические корабли, и еще больше проектируется и строится для будущего.

Преимущества гибридизации
Учитывая различные аспекты эффективности, которые могут быть достигнуты, гибридизация может позволить судам получить много преимуществ. Основной возврат инвестиций в гибридное судно будет достигаться за счет экономии затрат, связанных с сокращением потребления топлива. Тем не менее, есть и другие материальные объекты, которые следует учитывать. Гибридизация может позволить использовать генераторы меньшего размера, когда пиковые нагрузки обрабатываются аккумуляторными системами, что позволяет генераторам работать реже, что приводит к снижению веса, места и технического обслуживания.

Например, в системе с двойным движителем могут быть встроены валовые генераторы, которые могут приводить в движение или генерировать. В легких условиях один из двух дизель-генераторов может быть отключен и запитан от другого вала-генератора. Работающий двигатель может приводить в движение как опору, так и генератор, в то время как выключенный двигатель отключается и его генератор переключается на двигатель. Он все еще будет функционировать при пониженной нагрузке через электродвигатель. Это приведет к сокращению рабочих часов на двух устройствах, меньшему объему технического обслуживания и более эффективному использованию топлива.

Еще одним преимуществом для систем гибридных судов является производительность. Независимо от того, используется ли дизельный или сжиженный природный газ (СПГ), время отклика на запрос мощности не является немедленным. Кроме того, эти двигатели плохо приспосабливаются к внезапным изменениям нагрузки. Благодаря силовой электронике, соединенной с накопителем энергии, время отклика на пиковую потребность в энергии может изменяться от секунд до миллисекунд. Двигатели также не увидят этого внезапного изменения, так как оно будет поглощаться батареями или суперконденсаторами, и не будет необходимости в генераторах в режиме ожидания для размещения этих пиковых нагрузок. Таким образом, оборудование будет испытывать меньше механических нагрузок и нагрузок, что продлит срок его службы и снизит затраты на обслуживание.

Использование более мелких генераторов, валовых генераторов и накопителя энергии также обеспечивает более высокий уровень резервирования на судне. Наличие нескольких источников питания и нескольких электродвигателей может означать, что суда по-прежнему смогут работать при пониженных нагрузках в случае отказа системы. Возьмите приведенный выше пример генератора с двумя движителями. Если неисправен один силовой двигатель, генератор вала может быть переключен с генератора на двигатель. Вспомогательные генераторы или главный силовой генератор могут затем вернуть судно в гавань для ремонта через электродвигатель; все без дорогого буксира или буксира.

Для работы этих нескольких источников питания потребуется соответствующая инфраструктура управления питанием. Когда эти системы спроектированы правильно, они будут запрограммированы на конкретный жизненный цикл оборудования, а также помогут командам с легкостью устранять неисправности. Многие компании вложили много ресурсов в исследования и разработки, чтобы создать системы управления, чтобы помочь операторам судов работать с максимальной производительностью и максимальной эффективностью. Однако все еще необходимо, чтобы интеграторы, поставляющие гибридную систему, имели опыт и протестировали программное обеспечение для управления питанием. Наиболее экономически эффективное решение (заранее) не обязательно может быть лучшим или наиболее рентабельным в долгосрочной перспективе.

Взвешивание всех переменных
Существует много преимуществ гибридизации; однако, есть также некоторые дополнительные расходы, которые необходимо учитывать. Аккумуляторы, суперконденсаторы и силовая электроника требуют другого подхода к обслуживанию. Они также имеют разные жизненные циклы и могут требовать специальных навыков для обслуживания. Обучение экипажей также должно быть жизненно важной частью уравнения при рассмотрении вопроса о переходе к гибридизации. Например, поиск неисправности в сломанной гидравлической линии - это совершенно другая задача, чем в случае поломки провода. Кроме того, должен быть другой подход к хранению запасных частей на судне, так как у некоторых будут специальные рекомендации по техническому обслуживанию. Следовательно, когда речь идет о гибридизации, наличие правильных партнеров означает больше, чем просто поиск подходящих поставщиков; это также должно включать партнерство, чтобы иметь на борту нужных людей.

Фактически, эти партнерства - и имея в виду конкретную цель и план - являются ключевыми элементами для успеха в переходе к множественным подходам к гибридизации. Необходимо тщательно продумать и тщательно продумать подход. После того, как вы определите, как вы подходите для гибридного судна, поиск опытных партнеров, которые будут сопровождать вас в этом путешествии, является следующим ключевым шагом. Восхождение на гору легче сделать, когда вы не только определили сильное видение, но и когда вы сотрудничаете с другими, кто уже испытал это.

Джон Мостерд в настоящее время является членом Североамериканского центра передового опыта в Данфосс Драйвз. Вместе со своей командой Джон помогает поддерживать интеграторов, OEM-производителей и конечных пользователей в их приложениях для морской и тяжелой промышленности.

Эта статья впервые появилась в печатном издании журнала MarineNews за июль 2019 года.