Na fali transformacji niskoemisyjnej w żegludze statki elektryczne napędzane generatorami energii z alkoholu metanolowo-wodorowego i akumulatorami magazynującymi energię stały się głównymi szlakami zielonego zasilania dla śródlądowych i morskich statków towarowych oraz statków inżynieryjnych. Firma FARIZON, opierając się na generatorze alkoholowo-wodorowym serii GS13M, uruchomiła rozwiązanie sieci energetycznej obejmujące statki o pełnym tonażu od 1000 do 15000 ton, całkowicie rozwiązując problemy związane z krótką wytrzymałością statków zasilanych wyłącznie energią elektryczną oraz wysokimi emisjami i zużyciem paliwa w przypadku tradycyjnych statków z silnikiem Diesla. W artykule tym połączono parametry dopasowania tonażu statków w celu demontażu architektury składu, logiki działania i zasady działania opartej na współpracy w wielu warunkach roboczych sieci energetycznej statków elektrycznych zasilanych alkoholem i wodorem.
A. Pięć podstawowych elementów sieci zasilania alkoholem i wodorem
Cały system zasilania statku składa się z pięciu części: zespołu generatora alkoholu i wodoru, baterii litowej magazynującej energię, systemu sieci magistrali prądu stałego, głównego napędu elektrycznego dużej mocy i inteligentnej platformy sterującej. Każde urządzenie działa niezależnie i współpracuje ze sobą, tworząc kompletną sieć zasilania w pętli zamkniętej.
1. Zestaw generatora wodoru alkoholowego GS13M (źródło energii)
Dopasuj zespoły prądotwórcze z silnikami spalinowymi wewnętrznego spalania GS13M o mocy 280 kW i mocy 280 kW, zgodnie z tonażem statku, wykorzystujące ciekły metanol jako paliwo do spalania i wytwarzania energii, bez emisji cząstek stałych, spełniające normy emisji IMO Tier III dla statków. Jako ciągłe i stabilne źródło zasilania podstawowego, załoga odpowiada za zapewnienie zasilania podstawowego dla ustalonych warunków rejsu statku, wypełniając na długi czas lukę w rozładowaniu akumulatora. Małe łodzie o masie 1000-3000t wyposażone są w 2-3 jednostki, natomiast duże jednostki o masie powyżej 8000t są wyposażone w aż 7 równoległych generatorów, aby zapewnić duże rezerwy mocy.
2. Bateria litowa do przechowywania energii o dużej pojemności (bufor do golenia szczytowego)
Pojemność baterii jest skonfigurowana z pakietami magazynowania energii o pojemności 200–4000 kWh, zgodnie z gradientem tonażu, które pełnią dwie główne funkcje: natychmiastową kompensację dużej mocy i magazynowanie energii w stanie bezczynności przy niskim obciążeniu. Natychmiast uwalniaj energię elektryczną podczas rozruchu statku, przyspieszania i dużego obciążenia na falach, aby zmniejszyć wahania obciążenia jednostkowego; Podczas rejsów z małą prędkością oraz w okresach niskiego obciążenia podczas postoju i rozładunku nadwyżka energii elektrycznej jednostki alkoholowo-wodorowej jest magazynowana w akumulatorze w celu uzyskania odzysku energii i ograniczenia częstych strat podczas uruchamiania i wyłączania jednostki.
Zintegrowana szyna zbiorcza sieci energetycznej 3.750DC/380AC (centrum dystrybucji energii)
Cały system wykorzystuje architekturę sieciową magistrali prądu stałego 750 V, a wszystkie generatory, akumulatory energii i elektryczne silniki napędowe są podłączone równolegle do wspólnej szyny prądu stałego. Dwukierunkowa konwersja pomiędzy DC i AC odbywa się poprzez konwerter mocy. W porównaniu z tradycyjnym zasilaczem na statku zintegrowana szyna zbiorcza może swobodnie regulować moc każdej jednostki, zapewniając płynne przełączanie zasilania z wielu źródeł i stanowi rdzeń całego rozwiązania.
4. Elektryczny układ napędowy dużej mocy (zacisk wyjściowy mocy)
Moc napędu elektrycznego jest dopasowywana etapowo od 350 kW do 1100 kW. Małe statki są wyposażone w podwójne silniki napędowe o mocy 350 kW, a statki o dużej wytrzymałości o wyporności 10 000 ton w dwa elektryczne stery strumieniowe o dużej mocy 1100 kW. Energia elektryczna jest rozprowadzana do elektrycznego układu napędowego poprzez szynę zbiorczą, a silnik bezpośrednio napędza śmigło, zapewniając wysoki moment rozruchowy, niski poziom hałasu podczas pracy i znacznie lepszą reakcję na prowadzenie niż tradycyjne statki z napędem bezpośrednim z silnikiem wysokoprężnym.
5. Inteligentna platforma sterowania EMS do zarządzania energią
Jako „mózg” całej sieci gromadzi w czasie rzeczywistym dane dotyczące wytwarzania energii przez jednostkę, SOC baterii i obciążenia napędu statku, automatycznie dostosowuje liczbę uruchomień i zatrzymań jednostki, moc ładowania i rozładowywania baterii oraz zapewnia bezzałogowe inteligentne planowanie całego systemu.
B. Trzy podstawowe tryby pracy sieci zasilania alkoholowo-wodorowego
1. Tryb rejsowy w stanie ustalonym (samodzielnie zasilany przez załogę)
Statek pływa ze stałą prędkością po łagodnych wodach, przy stabilnym i umiarkowanym obciążeniu. System EMS uruchamia odpowiednią liczbę generatorów alkoholowo-wodorowych, opierając się wyłącznie na wytwarzaniu energii przez jednostki w celu zasilania elektrycznego napędu i urządzeń pomocniczych na pokładzie, podczas gdy akumulator utrzymuje równowagę mocy bez ładowania i rozładowywania. Ten tryb pracy jednostki działa ze stabilną i ekonomiczną prędkością przez długi czas, przy najniższym zużyciu metanolu i jest odpowiedni do długodystansowej żeglugi śródlądowej i morskiej, międzyregionalnej.
2. Tryb zasilania przy dużym obciążeniu (połączone rozładowanie urządzenia i akumulatora)
Przyspieszenie wypłynięcia statku, czołowy wiatr i fale oraz warunki wznoszenia się pod dużym obciążeniem znacznie zwiększyły chwilowe zapotrzebowanie na moc napędu elektrycznego, a jednostki opierając się wyłącznie na alkoholu wodorowym nie są w stanie sprostać obciążeniom szczytowym. System automatycznie steruje akumulatorem energii w celu synchronicznego uwalniania energii elektrycznej i łączy się z mocą urządzenia na szynie DC, aby natychmiast wypełnić lukę dużej mocy. Nie ma potrzeby osobnego uruchamiania agregatu prądotwórczego, co pozwala uniknąć przeciążenia i pracy agregatu w wysokiej temperaturze oraz wydłuża żywotność całej maszyny.
3. Tryb magazynowania energii przy niskiej prędkości/postoju (generowanie energii przez jednostkę i magazynowanie energii)
Kiedy statki wpływają do portu, poruszają się z małą prędkością oraz ładują i rozładowują towary w doku, obciążenie napędu znacznie maleje, a moc wyjściowa jednostki alkoholowo-wodorowej jest większa niż zużycie statku. Nadmiar energii elektrycznej jest automatycznie magazynowany w akumulatorze magazynującym energię w celu uzupełnienia energii; Po zacumowaniu i postoju wszystkie jednostki alkoholowe i wodorowe mogą zostać wyłączone, a oświetlenie, klimatyzacja i urządzenia pomocnicze statku mogą być zasilane z akumulatorów przez cały dzień, co pozwala osiągnąć zerową emisję gazów cieplarnianych i zerowy poziom hałasu podczas dokowania na terenie portu.
C. Logika dopasowania mocy dla sieci statków opartej na tonażu
Rozwiązanie sieci energetycznej FARIZON jest standaryzowane w czterech poziomach: 1000 ~ 3000 t, 3000 ~ 5000 t, 5000 ~ 8000 t i> 8000 t. Wszystkie tonaże mają tę samą architekturę sieciową 750DC/380AC, z modyfikacjami jedynie liczby jednostek, akumulatorów i silników elektrycznych. W przypadku małych 1000-tonowych statków śródlądowych wymagane są 2–3 jednostki alkoholowo-wodorowe o mocy 280 kW, akumulatory o pojemności 200–516 kWh i dwa elektryczne stery strumieniowe o mocy 350 kW, aby sprostać potrzebom transportu śródlądowego na krótkie odległości; Średniej wielkości statek towarowy o masie 5000 ton: 3-4 jednostki, magazyn energii 500-700 kWh, podwójny napęd elektryczny o mocy 450 kW, wytrzymałość równoważąca i duże obciążenie; Statki offshore o mocy 10 000 ton: 6–7 agregatów prądotwórczych na alkoholowo-wodorowy, akumulatory o dużej pojemności 1000–4000 kWh, dwa silniki elektryczne dużej mocy o mocy 950–1100 kW, zdolne do obsługi sztormów oceanicznych i długoterminowej nawigacji przy pełnym obciążeniu. Ustandaryzowana architektura sieciowa ułatwia instalację modułową w stoczniach, a w razie potrzeby można dodać dodatkowe akumulatory, aby wydłużyć ich żywotność w późniejszym etapie, bez konieczności modyfikowania całego systemu zasilania szyn zbiorczych.
D. Podstawowe zalety sieci energetycznej opartej na alkoholu i wodorze
1. Stabilne obciążenie i mniejsze straty jednostkowe
Zmniejszanie szczytowego obciążenia akumulatora i równoważenie obciążenia doliny, jednostki alkoholowo-wodorowe zawsze działają w zakresie ekonomicznym, unikając częstego przełączania przy wysokim i niskim obciążeniu, a cykl remontowy jest wydłużony o ponad 40% w porównaniu do jednostek wytwarzających wyłącznie generatory;
2. Zielona nawigacja przez cały okres
Rejsy opierają się na niskoemisyjnym wytwarzaniu energii z metanolu, a do zasilania obszarów portowych wykorzystuje się akumulatory o zerowej emisji dwutlenku węgla, aby spełnić ograniczenia ruchu na śródlądowych zielonych drogach wodnych i przybrzeżnych obszarach portowych przyjaznych dla środowiska;
3. Żadnych braków w żywotności baterii
W odróżnieniu od statków zasilanych wyłącznie energią elektryczną, których zasięg wynosi zaledwie kilkaset kilometrów, wtrysk paliwa metanolem jest wygodny, a dzięki akumulatorom magazynującym energię regionalna żegluga przybrzeżna nie jest ograniczona przebiegiem;
4. Niższe koszty eksploatacji i konserwacji
Konstrukcja równoległa obejmująca wiele jednostek umożliwia normalne zasilanie innych urządzeń podczas konserwacji pojedynczego urządzenia, eliminując potrzebę uziemiania statku i znacznie zmniejszając straty spowodowane przestojami.
Streszczenie
Podstawową logiką działania sieci zasilania statków zasilanych alkoholem wodorowym firmy FARIZON jest wykorzystanie zintegrowanej magistrali prądu stałego jako węzła, z jednostkami alkoholowo-wodorowymi jako podstawowym źródłem zasilania i akumulatorami magazynującymi energię jako buforami mocy. Dzięki inteligentnemu systemowi EMS automatycznie przełącza się pomiędzy trzema trybami pracy: wspólne wytwarzanie energii, wspólne rozładowywanie i dokowanie magazynowania energii i jest odpowiednie dla statków śródlądowych i morskich o wyporności od 1000 do 15 000 ton. Całe rozwiązanie uwzględnia trzy podstawowe wymagania: długą trwałość, zerową emisję gazów cieplarnianych w portach oraz niskie straty operacyjne i konserwacyjne, zapewniając dojrzałe i praktyczne, ekologiczne rozwiązanie w zakresie zasilania statków dla przedsiębiorstw żeglugowych.
