Vykstant mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių laivybos transformacijų bangai, elektriniai laivai, varomi metanolio alkoholio, vandenilio energijos generavimo ir energijos kaupimo baterijų, yra pagrindiniai žaliosios energijos keliai vidaus ir atviroje jūroje krovininiams laivams ir inžineriniams laivams. FARIZON, remdamasis GS13M serijos alkoholio vandenilio generatorių rinkiniu, pristatė elektros tinklo sprendimą, apimantį 1000-15000 t pilno tonažo laivus, visiškai išspręsdamas trumpalaikių grynų elektrinių laivų ir didelių išmetamųjų teršalų bei degalų sąnaudų problemas tradiciniams dyzeliniams laivams. Šiame straipsnyje apjungiami laivų tonažo atitikimo parametrai, siekiant išardyti alkoholinių vandenilinių elektrinių laivų elektros tinklo sudėties architektūrą, veikimo logiką ir kelių darbo sąlygų bendradarbiavimo veikimo principą.
A、 Penki pagrindiniai alkoholio vandenilio energijos tinklo komponentai
Visą laivo maitinimo sistemą sudaro penkios dalys: alkoholio vandenilio generatoriaus komplektas, energijos kaupimo ličio baterija, nuolatinės srovės magistralės tinklo sistema, didelės galios elektros varomoji sistema ir išmanioji valdymo platforma. Kiekvienas įrenginys veikia savarankiškai ir veikia kartu, kad sudarytų visą uždaro ciklo maitinimo tinklą.
1. GS13M alkoholio vandenilio generatoriaus rinkinys (energijos šaltinis)
Suderinkite 2-7 280kW GS13M metanolio vidaus degimo variklių generatorius pagal laivo talpą, naudojant skystą metanolį kaip kurą degimui ir energijos gamybai, be kietųjų dalelių emisijų, atitinkančių IMO laivams taikomus III pakopos emisijos standartus. Kaip nuolatinis ir stabilus pagrindinis energijos šaltinis, įgula yra atsakinga už pagrindinės energijos tiekimą pastoviomis laivo kreiserinėmis sąlygomis, ilgam užpildydama akumuliatoriaus išsikrovimo spragą. Mažuose laivuose, sveriančiuose 1000-3000 t, yra įrengti 2-3 vnt., o dideliuose laivuose, sveriančiuose virš 8000 t, yra sumontuoti iki 7 lygiagrečių generatorių, užtikrinančių didelių apkrovų galios rezervus.
2. Didelės talpos energijos kaupimo ličio baterija (piko skutimosi buferio blokas)
Akumuliatoriaus talpa sukonfigūruojama su 200–4000 kWh energijos kaupimo paketais pagal tonažo gradientą, kurie atlieka dvi pagrindines funkcijas: momentinį didelės galios kompensavimą ir tuščiosios eigos mažos apkrovos energijos kaupimą. Nedelsiant išleisti elektros energiją laivui paleidžiant, įsibėgėjant ir esant didelei apkrovai ant bangų, kad sumažintumėte vienetinės apkrovos svyravimus; Mažo greičio kreiserinio ir mažos apkrovos prisišvartavimo ir iškrovimo laikotarpiais alkoholio vandenilio bloko elektros energijos perteklius kaupiamas akumuliatoriuje, kad būtų galima atkurti energiją ir sumažinti dažnus įrenginio paleidimo ir išjungimo nuostolius.
3.750DC/380AC integruota maitinimo tinklo šyna (energijos paskirstymo centras)
Visa sistema naudoja 750 V nuolatinės srovės magistralės tinklo architektūrą, o visi generatoriai, energijos kaupimo baterijos ir elektros varomieji varikliai yra prijungti lygiagrečiai su bendra nuolatinės srovės magistrale. Dviejų krypčių konversija tarp nuolatinės ir kintamosios srovės atliekama naudojant galios keitiklį. Palyginti su tradiciniu laivo šakos maitinimo šaltiniu, integruota šyna gali laisvai reguliuoti kiekvieno įrenginio galią, kad būtų galima sklandžiai perjungti maitinimą iš kelių šaltinių ir yra pagrindinis viso sprendimo centras.
4. Didelės galios elektrinė varomoji sistema (galios išvesties terminalas)
Elektros varomoji galia derinama etapais nuo 350kW iki 1100kW. Mažuose laivuose sumontuoti dvigubi 350 kW varomieji varikliai, o dideliuose 10 000 tonų laivuose – dvigubi 1100 kW didelės galios elektriniai privairavimo įrenginiai. Elektros energija į elektros varomąją sistemą paskirstoma per šyną, o variklis tiesiogiai varo sraigtą, pasižymi dideliu paleidimo momentu, mažu veikimo triukšmu ir daug geresne valdymo reakcija nei tradiciniai dyzeliniai varikliai.
5. Pažangi energijos valdymo EMS valdymo platforma
Būdama viso tinklo „smegenys“, ji realiuoju laiku renka duomenis apie įrenginio galios generavimą, akumuliatoriaus SOC ir laivo varomąją apkrovą, automatiškai koreguoja agregatų paleidimų ir sustojimų skaičių, akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo galią bei pasiekia nepilotuojamą išmanų visos sistemos planavimą.
B、 Trys pagrindiniai alkoholio vandenilio energijos tinklo veikimo režimai
1. Pastovios būsenos kruizinis režimas (nepriklausomai maitinamas įgulos)
Laivas plaukia pastoviu greičiu švelniuose vandenyse, su stabilia ir vidutine apkrova. EMS sistema paleidžia atitinkamą skaičių alkoholio vandenilio generatorių, remdamasi vien blokų energijos generavimu, kad tiektų elektros varomąją ir pagalbinę įrangą, o akumuliatorius palaiko galios balansą neįkraunant ir neiškraunant. Šis agregato režimas ilgą laiką veikia stabiliu ir ekonomišku greičiu, sunaudoja mažiausią metanolio kiekį ir yra tinkamas dideliems atstumams vidaus ir atviroje jūroje.
2. Didelės apkrovos maitinimo režimas (kombinuotas įrenginio ir akumuliatoriaus iškrovimas)
Pagreitėjęs laivo išplaukimas, priešpriešinis vėjas ir bangos bei didelės apkrovos kilimo sąlygos žymiai padidino momentinį elektros varomosios jėgos poreikį, o pasikliaujant vien alkoholiu vandenilio įrenginiai negali patenkinti didžiausių apkrovų. Sistema automatiškai valdo energijos kaupimo bateriją, kad sinchroniškai išleistų elektros energiją, ir kartu su įrenginio maitinimu nuolatinės srovės magistrale akimirksniu užpildo didelės galios spragą. Nereikia paleisti generatoriaus atskirai, išvengiant įrenginio perkrovos ir darbo aukštoje temperatūroje bei prailginant visos mašinos tarnavimo laiką.
3. Mažo greičio / prisišvartavimo energijos kaupimo režimas (vieneto energijos gamyba ir energijos kaupimas)
Laivams įplaukiant į uostą, judant nedideliu greičiu, pakraunant ir iškraunant krovinius doke, varomoji apkrova žymiai sumažėja, o alkoholio vandenilio bloko išėjimo galia yra didesnė už laivo sąnaudas. Elektros perteklius automatiškai kaupiamas energijos kaupimo baterijoje, kad būtų galima papildyti energiją; Po švartavimosi ir išjungimo galima išjungti visus alkoholio ir vandenilio blokus, o laivo apšvietimas, oro kondicionavimas ir pagalbinė įranga visą dieną gali būti maitinami baterijomis, todėl uosto teritorijoje pasiekiama nulinė emisija ir nulinis triukšmas.
C、 Galios suderinimo logika, skirta tonažu pagrįstam laivų tinklui
FARIZON elektros tinklo sprendimas yra standartizuotas keturiais lygiais: 1000 ~ 3000 t, 3000 ~ 5000 t, 5000 ~ 8000 t ir> 8000 t. Visi tonažai turi tą pačią 750DC/380AC tinklo architektūrą, tik pakoreguojamas vienetų, baterijų ir elektrinių privairavimo mechanizmų skaičius. Mažiems 1000 tonų vidaus vandenų laivams reikalingi 2–3 280 kW galios alkoholio vandenilio įrenginiai, 200–516 kWh akumuliatoriai ir du 350 kW elektriniai privairavimo įrenginiai, kad būtų patenkinti nedidelio atstumo vidaus vandenų poreikiai; Vidutinio dydžio 5000 t krovininis laivas: 3–4 vnt., 500–700 kWh energijos kaupimas, dviguba 450 kW elektrinė varomoji jėga, balansuojanti ištvermę ir didelę apkrovą; Dešimt tūkstančių tonų jūriniai laivai: 6–7 alkoholio vandenilio generatoriai, 1000–4000 kWh didelės talpos baterijos, dvigubi 950–1100 kW didelės galios elektriniai privairavimo įrenginiai, galintys atlaikyti vandenyno audras ir ilgalaikę pilnos apkrovos navigaciją. Standartizuota tinklo architektūra palengvina modulinį instaliavimą laivų statyklose, o prireikus galima įdėti papildomų baterijų, siekiant prailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką vėliau, nekeičiant visos šynų maitinimo sistemos.
D. Pagrindiniai alkoholio ir vandenilio energijos tinklų darbo pranašumai
1. Stabili apkrova ir mažesni vieneto nuostoliai
Didžiausia akumuliatoriaus skutimo ir slėnio užpildymo balanso apkrova, alkoholio vandenilio įrenginiai visada veikia ekonominiame diapazone, vengiant dažno didelės ir mažos apkrovos perjungimo, o kapitalinio remonto ciklas pailgėja daugiau nei 40%, palyginti su grynais generatoriais;
2. Žalioji navigacija per visą laikotarpį
Kruizinis plaukimas priklauso nuo mažos emisijos metanolio energijos gamybos, o uostų teritorijose elektros energijos tiekimui naudojamos nulinės anglies baterijos, kad būtų laikomasi vidaus žaliųjų vandens kelių ir pakrantės aplinkai nekenksmingų uosto teritorijų eismo apribojimų;
3. Jokių baterijos veikimo trukmės trūkumų
Skirtingai nuo grynai elektrinių laivų, kurių atstumas yra vos keli šimtai kilometrų, metanolio kuro įpurškimas yra patogus, o su energijos kaupimo baterijomis regioninė pakrantės navigacija neribojama kilometražo;
4. Mažesnės eksploatacijos ir priežiūros išlaidos
Kelių blokų lygiagreti konstrukcija leidžia normaliai tiekti maitinimą kitai įrangai atliekant vieno įrenginio priežiūrą, todėl nereikia įžeminti laivo ir žymiai sumažinti nuostolius dėl prastovų.
Santrauka
Pagrindinė FARIZON alkoholio vandenilinio laivo elektros tinklo veikimo logika yra naudoti nuolatinės srovės integruotą magistralę kaip stebulę, o alkoholio vandenilio blokus kaip pagrindinį maitinimo šaltinį ir energijos kaupimo baterijas kaip galios buferius. Naudodamas išmaniąją EMS sistemą, jis automatiškai persijungia tarp trijų darbo režimų: bendros energijos generavimo, bendro iškrovimo ir energijos kaupimo prijungimo, ir tinka 1000–15000 tonų vidaus ir atviroje jūroje laivams. Visame sprendime atsižvelgiama į tris pagrindinius reikalavimus: ilgaamžiškumą, nulinį uosto emisiją ir mažus eksploatavimo bei priežiūros nuostolius, todėl laivybos įmonėms suteikiamas brandus ir praktiškas ekologiškas laivų maitinimo sprendimas.
