Pod valom niskougljične transformacije u brodarstvu, električni brodovi koje pokreće metanol alkohol vodik za proizvodnju energije i baterije za pohranu energije glavni su putevi zelene energije za unutarnje i pučinske teretne brodove i inženjerske brodove. FARIZON, oslanjajući se na alkoholni generator vodika serije GS13M, pokrenuo je rješenje za elektroenergetsku mrežu koje pokriva brodove pune tonaže od 1000t do 15000t, u potpunosti rješavajući bolne točke kratke izdržljivosti čisto električnih brodova i visoke emisije i potrošnje goriva tradicionalnih dizelskih brodova. Ovaj članak kombinira parametre usklađene tonaže brodova kako bi se rastavila arhitektura sastava, operativna logika i višestruki radni uvjeti zajedničkog radnog principa energetske mreže električnih brodova na alkohol i vodik.
A、 Pet ključnih komponenti električne mreže alkohola vodika
Cijeli brodski elektroenergetski sustav sastoji se od pet dijelova: alkoholnog vodikovog generatora, litijske baterije za pohranu energije, mrežnog sustava istosmjerne sabirnice, glavnog pogona električne propulzije velike snage i inteligentne upravljačke platforme. Svaka jedinica radi neovisno i radi zajedno kako bi formirala cjelovitu mrežu napajanja zatvorene petlje.
1. GS13M generator alkoholnog vodika (izvor energije)
Podudaranje 2-7 280kW GS13M metanol generatora motora s unutarnjim izgaranjem u skladu s tonažom plovila, koristeći tekući metanol kao gorivo za izgaranje i proizvodnju energije, bez emisija čestica, u skladu s IMO Tier III standardima emisije za brodove. Kao stalni i stabilni osnovni izvor energije, posada je odgovorna za osiguravanje osnovne energije za stabilne uvjete krstarenja broda, popunjavajući prazninu u pražnjenju baterije na duže vrijeme. Mali brodovi težine 1000-3000 t opremljeni su s 2-3 jedinice, dok su veliki brodovi težine preko 8000 t opremljeni s do 7 paralelnih generatora kako bi se osigurala rezerva snage za teške uvjete rada.
2. Litijska baterija velikog kapaciteta za pohranu energije (jedinica međuspremnika za brijanje)
Kapacitet baterije je konfiguriran s paketima za pohranu energije od 200-4000 kWh prema gradijentu tonaže, koji preuzimaju dvije glavne funkcije: trenutnu kompenzaciju velike snage i pohranu energije u mirovanju pri niskom opterećenju. Trenutačno oslobađanje električne energije tijekom pokretanja broda, ubrzanja i velikog opterećenja na vrhu valova kako bi se smanjile fluktuacije jediničnog opterećenja; Tijekom krstarenja malim brzinama i razdoblja malog opterećenja prilikom pristajanja i istovara, višak električne energije alkoholno vodikove jedinice pohranjuje se u bateriju kako bi se postigla obnova energije i smanjili česti gubici pri pokretanju i gašenju jedinice.
3.750DC/380AC integrirana strujna mrežna sabirnica (energetski distribucijski centar)
Cijeli sustav usvaja mrežnu arhitekturu 750 V DC sabirnice, a svi generatori, baterije za pohranu energije i električni propulzijski motori povezani su paralelno na zajedničku DC sabirnicu. Dvosmjerna pretvorba između istosmjerne i izmjenične struje obavlja se pomoću pretvarača snage. U usporedbi s tradicionalnim napajanjem brodskih ogranaka, integrirana sabirnica može slobodno prilagoditi snagu svake jedinice, postižući besprijekorno prebacivanje napajanja s više izvora, te je središte cijelog rješenja.
4. Električni pogonski sustav velike snage (izlazni terminal za napajanje)
Snaga električnog pogona usklađuje se u stupnjevima od 350kW do 1100kW. Mali brodovi opremljeni su dvostrukim propulzijskim motorima od 350kW, a teški brodovi od 10000 tona opremljeni su dvostrukim električnim propelerima velike snage od 1100kW. Električna energija se distribuira u električni propulzijski sustav kroz sabirnicu, a motor izravno pokreće propeler, s visokim startnim momentom, niskom radnom bukom i mnogo boljim odzivom pri upravljanju od tradicionalnih brodova s direktnim pogonom dizelskih motora.
5. Inteligentno upravljanje energijom EMS kontrolna platforma
Kao "mozak" cijele mreže, on u stvarnom vremenu prikuplja podatke o jediničnoj proizvodnji energije, SOC-u baterije i opterećenju brodske propulzije, automatski prilagođava broj pokretanja i zaustavljanja jedinice, snagu punjenja i pražnjenja baterije te postiže inteligentno planiranje rada cijelog sustava bez posade.
B、 Tri osnovna načina rada za umrežavanje alkoholnog vodika
1. Režim krstarenja u stabilnom stanju (neovisno napaja posada)
Brod krstari stalnom brzinom u blagim vodama, sa stabilnim i umjerenim opterećenjem. Sustav EMS pokreće odgovarajući broj setova generatora alkoholnog vodika, oslanjajući se isključivo na proizvodnju energije jedinica za opskrbu električnim pogonom i pomoćnom opremom na brodu, dok baterija održava ravnotežu snage bez punjenja ili pražnjenja. Ovaj način rada jedinice dugo vremena radi stabilnom i ekonomičnom brzinom, uz najmanju potrošnju metanola i prikladan je za međuregionalnu plovidbu na velikim udaljenostima u unutrašnjosti i na moru.
2. Način rada jakog opterećenja (kombinirano pražnjenje jedinice i baterije)
Ubrzanje isplovljavanja broda, čeoni vjetrovi i valovi te uvjeti penjanja teškog tereta značajno su povećali trenutnu potrebu za električnom propulzijom, a oslanjanje samo na alkoholne vodikove jedinice ne može zadovoljiti vršna opterećenja. Sustav automatski kontrolira bateriju za pohranu energije kako bi sinkrono oslobodio električnu energiju i kombinira se s napajanjem jedinice na DC sabirnici kako bi trenutno popunio nedostatak velike snage. Nema potrebe za posebnim pokretanjem generatorskog agregata, izbjegavajući preopterećenje i rad jedinice na visokim temperaturama i produžujući životni vijek cijelog stroja.
3. Način pohrane energije male brzine/pristajanja (generacija energije jedinice i pohrana energije)
Kada brodovi uđu u luku, kreću se malim brzinama i ukrcaju i iskrcaju robu na doku, propulzijsko opterećenje se značajno smanjuje, a izlazna snaga alkoholno vodikove jedinice veća je od potrošnje broda. Višak električne energije automatski se pohranjuje u bateriju za pohranu energije kako bi se dovršila nadopuna energijom; Nakon pristajanja i zaustavljanja, sve jedinice za alkohol i vodik mogu se isključiti, a brodska rasvjeta, klimatizacija i pomoćna oprema mogu se napajati iz baterija tijekom cijelog dana, čime se postižu nulte emisije i nulta buka pristajanja u lučkom području.
C、 Logika usklađivanja snage za umrežavanje brodova temeljeno na tonaži
Rješenje za mrežno napajanje FARIZON standardizirano je u četiri razine: 1000~3000t, 3000~5000t, 5000~8000t i>8000t. Sve tonaže dijele istu mrežnu arhitekturu 750DC/380AC, uz prilagodbe samo u broju jedinica, baterija i električnih potisnika. Za male brodove za unutarnju plovidbu od 1000 tona potrebne su 2-3 alkoholno-vodikove jedinice od 280 kW, baterije od 200-516 kWh i dvostruki električni potisnici od 350 kW kako bi se zadovoljile potrebe unutarnjeg prijevoza na kratke udaljenosti; Teretni brod srednje veličine od 5000 t: 3-4 jedinice, pohrana energije od 500-700 kWh, dvostruki električni pogon od 450 kW, balansiranje izdržljivosti i velikog tereta; Brodovi za pučinu od deset tisuća tona: 6-7 generatorskih setova alkoholnog vodika, baterije velikog kapaciteta od 1000-4000 kWh, dvostruki električni potisnici velike snage od 950-1100 kW, sposobni nositi se s oceanskim olujama i dugotrajnom plovidbom punim opterećenjem. Standardizirana mrežna arhitektura olakšava modularnu instalaciju u brodogradilištima, a po potrebi se mogu dodati dodatne baterije za produljenje vijeka trajanja baterije u kasnijoj fazi, bez potrebe za preinakom cijelog sustava napajanja sabirnicama.
D、 Osnovne radne prednosti umrežavanja alkoholnog vodika
1. Stabilno opterećenje i manji jedinični gubici
Baterija vršnog brijanja i punjenja doline uravnotežuje opterećenje, alkoholne vodikove jedinice uvijek rade unutar ekonomičnog raspona, izbjegavajući česta prebacivanja visokog i niskog opterećenja, a ciklus remonta je produžen za više od 40% u usporedbi s čistim generatorskim jedinicama;
2. Zelena plovidba kroz cijelo razdoblje
Krstarenje se oslanja na proizvodnju energije metanola s niskim emisijama, a baterije bez ugljika koriste se za opskrbu strujom u lučkim područjima kako bi se zadovoljila prometna ograničenja zelenih unutarnjih plovnih putova i obalnih ekološki prihvatljivih lučkih područja;
3. Nema nedostataka u trajanju baterije
Za razliku od čisto električnih brodova, koji imaju domet od samo nekoliko stotina kilometara, ubrizgavanje goriva metanola je prikladno, a s baterijama za pohranu energije, regionalna priobalna navigacija nije ograničena kilometražom;
4. Niži troškovi rada i održavanja
Paralelni dizajn s više jedinica omogućuje normalno napajanje druge opreme tijekom održavanja jedne jedinice, eliminirajući potrebu za uzemljenjem plovila i značajno smanjujući gubitke zbog zastoja.
Sažetak
Osnovna radna logika FARIZON-ove elektroenergetske mreže brodova na pogon na alkohol vodik je korištenje DC integrirane sabirnice kao čvorišta, s jedinicama na alkohol vodik kao osnovnim izvorom energije i baterijama za pohranu energije kao međuspremnicima. Putem inteligentnog EMS sustava, automatski se prebacuje između tri načina rada: zajednička proizvodnja električne energije, zajedničko pražnjenje i pristajanje za pohranu energije, a pogodan je za brodove unutarnje i pučinske plovidbe od 1000 do 15000 tona. Cjelokupno rješenje uzima u obzir tri ključna zahtjeva duge izdržljivosti, nulte emisije u luci i niske gubitke u radu i održavanju, pružajući zrelo i praktično rješenje za opskrbu električnom energijom za brodove brodarskih poduzeća.
