На хвилі низьковуглецевих перетворень у судноплавстві електричні кораблі, що працюють від метанолу, спирту, водню та акумуляторів для накопичення енергії, є основними екологічними маршрутами для внутрішніх і морських вантажних суден і інженерних суден. Компанія FARIZON, спираючись на спиртово-водневу генераторну установку серії GS13M, запустила рішення для електромережі, що охоплює повнотоннажні судна від 1000 до 15000 тонн, повністю вирішуючи проблеми, пов’язані з коротким терміном експлуатації чисто електричних суден і високим рівнем викидів і споживанням палива традиційними дизельними суднами. У цій статті об’єднані параметри узгодження тоннажу суден для демонтажу архітектури композиції, логіки роботи та спільного принципу роботи в кількох робочих умовах енергетичної мережі алкогольно-водневих електричних суден.
A、 П’ять основних компонентів спиртоводневої енергетичної мережі
Вся енергетична система корабля складається з п’яти частин: спиртово-водневої генераторної установки, літієвої батареї для зберігання енергії, мережевої системи постійного струму, потужного електричного рушія та інтелектуальної платформи керування. Кожен блок працює незалежно і разом утворює повну замкнуту мережу електропостачання.
1. Генератор спиртового водню GS13M (джерело енергії)
Зіставте 2-7 генераторних установок метанольного двигуна внутрішнього згоряння GS13M потужністю 280 кВт відповідно до тоннажу судна, що використовує рідкий метанол як паливо для згоряння та виробництва електроенергії, без викидів твердих часток, відповідає стандартам викидів IMO Tier III для суден. Будучи безперервним і стабільним основним джерелом живлення, екіпаж відповідає за забезпечення основного живлення для стаціонарних крейсерських умов корабля, заповнюючи проміжок у розряді батареї протягом тривалого часу. Малі човни вагою 1000-3000 т оснащені 2-3 агрегатами, а великі судна вагою понад 8000 т оснащені до 7 паралельних генераторів для забезпечення потужних резервів потужності.
2. Літієва батарея великої ємності для накопичення енергії (буферний блок пикового споживання)
Ємність батареї налаштовується за допомогою накопичувачів енергії ємністю 200-4000 кВт·год відповідно до градієнта тоннажу, які виконують дві основні функції: миттєва компенсація високої потужності та накопичення енергії в режимі очікування при низькому навантаженні. Миттєво вивільняйте електричну енергію під час запуску судна, прискорення та великого навантаження на вершині хвиль, щоб зменшити коливання одиничного навантаження; Під час крейсерських рейсів на низькій швидкості та періодів низького навантаження під час стоянки та розвантаження надлишок електроенергії спиртоводневої установки зберігається в акумуляторі для досягнення відновлення енергії та зменшення втрат при частому запуску та зупинці установки.
3.750DC/380AC інтегрована мережева шина живлення (центр розподілу енергії)
Вся система використовує мережеву архітектуру шини постійного струму 750 В, і всі генератори, батареї для накопичення енергії та електричні силові двигуни підключені паралельно до загальної шини постійного струму. Двонаправлене перетворення між постійним і змінним струмом здійснюється за допомогою перетворювача потужності. Порівняно з традиційним судновим джерелом живлення, інтегрована збірна шина може вільно регулювати потужність кожного блоку, досягаючи плавного перемикання живлення з кількох джерел, і є основним центром усього рішення.
4. Електрична силова установка високої потужності (вихідна потужність)
Потужність електричної тяги підбирається поетапно від 350 кВт до 1100 кВт. Малі судна оснащені подвійними рушійними двигунами потужністю 350 кВт, а великотоннажні судна вантажопідйомністю 10 000 тонн оснащені подвійними потужними електричними двигунами потужністю 1100 кВт. Електрична енергія розподіляється в електричну пропульсивну систему через шину, а двигун безпосередньо приводить в рух гвинт із високим пусковим моментом, низьким робочим шумом і набагато кращою реакцією на керування, ніж традиційні дизельні двигуни з прямим приводом.
5. Інтелектуальне управління енергією EMS Control Platform
Будучи «мозком» усієї мережі, він збирає в режимі реального часу дані про генерацію електроенергії агрегатом, SOC батареї та навантаження на рушійну установку судна, автоматично регулює кількість запусків і зупинок агрегату, потужність зарядки та розрядки акумулятора, а також забезпечує безпілотне інтелектуальне планування всієї системи.
B、 Три основні режими роботи спиртово-водневої електромережі
1. Стаціонарний круїзний режим (незалежне живлення від екіпажу)
Корабель курсує з постійною швидкістю в пологих водах, зі стабільним і помірним навантаженням. Система EMS запускає відповідну кількість спиртово-водневих генераторних установок, покладаючись виключно на генерацію енергії одиницями для забезпечення електричної тяги та допоміжного обладнання на борту, тоді як батарея підтримує баланс потужності без заряджання чи розряджання. Цей режим установки працює на стабільній і економічній швидкості протягом тривалого часу, з найменшим споживанням метанолу, і підходить для далеких внутрішніх і морських міжрегіональних навігацій.
2. Режим живлення під великим навантаженням (комбінований розряд блоку та батареї)
Прискорення відпливу корабля, зустрічний вітер і хвилі, а також умови підйому з важким вантажем значно збільшили миттєву потребу в потужності електричного рушія, і покладаючись виключно на спиртово-водневі агрегати, неможливо задовольнити пікове навантаження. Система автоматично керує акумулятором для зберігання енергії, щоб синхронно вивільняти електричну енергію, і поєднується з живленням пристрою на шині постійного струму, щоб миттєво заповнити розрив високої потужності. Немає необхідності окремо запускати генераторну установку, що дозволяє уникнути перевантаження і високотемпературної роботи агрегату, а також збільшити термін служби всієї машини.
3. Режим накопичення енергії на низькій швидкості/стоянці (виробництво та зберігання енергії агрегатом)
Коли кораблі заходять в порт, рухаються на низьких швидкостях, завантажують і розвантажують товари в доці, силове навантаження значно зменшується, а вихідна потужність спиртоводневої установки перевищує споживання судна. Надлишок електроенергії автоматично накопичується в акумуляторній батареї для повного поповнення енергії; Після причалу та зупинки всі спиртові та водневі агрегати можна вимкнути, а освітлення, кондиціонування повітря та допоміжне обладнання судна можуть живитися від батарей протягом дня, досягаючи нульових викидів та нульового шуму при доку в зоні порту.
C、 Логіка відповідності потужності для мережі суден на основі тоннажу
Рішення FARIZON Power Networking стандартизовано на чотирьох рівнях: 1000~3000t, 3000~5000t, 5000~8000t і>8000t. Усі вантажопідйомники мають однакову мережеву архітектуру 750DC/380AC, але змінено лише кількість блоків, батарей та електричних двигунів. Для невеликих 1000-тонних суден внутрішнього плавання потрібні 2-3 спиртово-водневі блоки потужністю 280 кВт, батареї ємністю 200-516 кВт-год і подвійні електричні двигуни потужністю 350 кВт, щоб задовольнити потреби внутрішнього транспорту на короткі відстані; Вантажне судно середнього розміру 5000 т: 3-4 одиниці, накопичувач енергії 500-700 кВт/год, подвійний електричний рушій потужністю 450 кВт, збалансована витривалість і важкий вантаж; Десять тисяч тонн офшорних суден: 6-7 спиртово-водневих генераторних установок, батареї великої ємності 1000-4000 кВт/год, подвійні потужні електричні двигуни потужністю 950-1100 кВт, здатні витримувати океанські шторми та довгострокову навігацію з повним навантаженням. Стандартизована мережева архітектура полегшує модульну установку на верфях, і за потреби можна додавати додаткові батареї, щоб подовжити термін служби батареї на наступному етапі, без необхідності модифікувати всю систему живлення шин.
D、 Основні робочі переваги спиртово-водневої енергетичної мережі
1. Стабільне навантаження та менші одиничні втрати
Урівноваження пікового навантаження батареї та наповнення долини, спиртово-водневі блоки завжди працюють в межах економічного діапазону, уникаючи частого перемикання високого та низького навантаження, а цикл капітального ремонту подовжується більш ніж на 40% порівняно з чистими генераторними блоками;
2. Зелена навігація протягом усього періоду
Круїз покладається на виробництво електроенергії з низьким рівнем викидів метанолу, а батареї з нульовим вмістом вуглецю використовуються для електропостачання в портових зонах, щоб відповідати обмеженням руху внутрішніх зелених водних шляхів і прибережних екологічно чистих портових зон;
3. Відсутність недоліків в автономності
На відміну від чисто електричних суден, які мають запас ходу лише в кілька сотень кілометрів, упорскування метанолу є зручним, а з акумуляторами для зберігання енергії міжрегіональна навігація на прибережній території не обмежена пробігом;
4. Зниження витрат на експлуатацію та обслуговування
Паралельна конструкція з декількома блоками забезпечує нормальне живлення іншого обладнання під час обслуговування одного блоку, усуваючи необхідність заземлення судна та значно зменшуючи втрати через час простою.
Резюме
Основна робоча логіка енергетичної мережі FARIZON для корабельних спиртово-водневих електростанцій полягає у використанні інтегрованої шини постійного струму як концентратора, зі спиртово-водневими агрегатами як основним джерелом живлення та акумуляторами для зберігання енергії як буферами живлення. Завдяки інтелектуальній системі EMS він автоматично перемикається між трьома режимами роботи: спільна генерація електроенергії, спільна розрядка та док-станція для зберігання енергії, і підходить для внутрішніх і морських суден від 1000 до 15000 тонн. Все рішення враховує три основні вимоги: довговічність, нульові портові викиди та низькі втрати при експлуатації та технічному обслуговуванні, забезпечуючи зріле та практичне екологічне рішення для енергопостачання суден для судноплавних підприємств.
