PROPULSION TECH: Πώς να φτάσετε στην υβριδοποίηση

Ο Jon Mosterd είναι μέλος του Βορειοαμερικανικού Κέντρου Αριστείας της Danfoss Drives.

Πίστωση εικόνας: Δίσκοι Danfoss

Previous Next

Η υβριδίωση στον θαλάσσιο κόσμο μεταβαίνει από την τελευταία μανία σε ένα βασικό μέρος του σχεδιασμού των πλοίων και των εκσυγχρονισμών.

Προωθούμενο εν μέρει από την απαίτηση για αυξημένη αποτελεσματικότητα και νέα κύματα παγκόσμιας νομοθεσίας, η υβριδίωση ή η ηλεκτροδότηση ενός σκάφους καθίσταται γρήγορα απαραίτητη για τους οργανισμούς. Στην πραγματικότητα, οι κανόνες και οι κατευθυντήριες γραμμές του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού (IMO) για τη ναυτιλιακή βιομηχανία απαιτούν μειωμένες εκπομπές σε παγκόσμιο επίπεδο και ορισμένοι λιμένες ανά τον κόσμο έχουν θέσει φιλόδοξους στόχους για τη μείωση των εκπομπών σε μηδενικό ποσοστό.

Οι πρώτοι υιοθετώντες ηλεκτρισμού και υβριδισμού ήδη αποκομίζουν τα οφέλη και πραγματοποιούν θετικές αποδόσεις των επενδύσεων - συμπεριλαμβανομένων πραγματικών αποταμιεύσεων και οφέλους για τους στόλους τους. Επιπλέον, έχουν επίσης αποκτήσει τη γνώση και την εμπειρία για να συνεχίσουν να αναπτύσσονται και να αναπτύσσουν ακόμα πιο υβριδικές λύσεις. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, ένας αυξανόμενος αριθμός οργανισμών αρχίζει να αξιολογεί πώς μπορούν να προχωρήσουν προς την υβριδίωση στις θαλάσσιες εφαρμογές τους.

Η πρόκληση υβριδισμού
Γενικά, ο υβριδισμός μπορεί να οριστεί ως η σύζευξη δύο ή περισσοτέρων ενεργειακών πηγών μαζί για να αυξηθεί η απόδοση και να μεγιστοποιηθεί η απόδοση. Συχνά, αυτά τα συστήματα συνδυάζονται με την αποθήκευση ενέργειας μέσω μπαταριών ή σούπερ πυκνωτών για να βοηθήσουν στην εξομάλυνση των μέγιστων φορτίων ισχύος ή ακόμα και να παρέχουν ενέργεια αιχμής για βραχυπρόθεσμα φορτία. Επιπλέον, πολλές εταιρείες αντικαθιστούν τα καύσιμα με κινητήρα ή προωθητήρες με ηλεκτροκινητήρες και χρησιμοποιούν μια σειρά γεννητριών για να παρέχουν ισχύ με βάση τη ζήτηση. Αυτό, με τη σειρά του, σημαίνει ότι ένα σκάφος καταναλώνει μόνο το απαραίτητο καύσιμο, και εναλλακτικές γεννήτριες που δεν απαιτούνται είναι απενεργοποιημένες.

Για μερικούς, η υβριδοποίηση μπορεί να φαίνεται σαν ένας αναπόφευκτος κίνδυνος. Όμως, το πρώτο βήμα για την ανάπτυξη ενός επιτυχημένου σχεδίου υβριδισμού είναι η διεξαγωγή της διεξοδικής έρευνας που είναι απαραίτητη για την ανασκόπηση της τρέχουσας κατάστασής σας. Αυτό θα καθορίσει τις ανάγκες του σκάφους και θα προσφέρει λύσεις για το μέλλον. Η επένδυση στους πόρους για τη συγκέντρωση των σωστών δεδομένων και η καθιέρωση μιας γραμμής βάσης για το πού είστε σήμερα είναι ουσιαστικής σημασίας. Το σχέδιο και τα δεδομένα πρέπει στη συνέχεια να επαληθευτούν μέσω πολλαπλών συστάσεων, καθώς υπάρχουν διαφορετικές απόψεις σχετικά με λύσεις και προσεγγίσεις. Η γνώση του πού βρίσκεστε και του πού βρίσκεστε θα σας βοηθήσει να ορίσετε τη σωστή πορεία για το μέλλον.

Η διαδικασία υβριδισμού μπορεί να ξεκινήσει με λίγες γεννήτριες άξονα και να αυξηθεί σε όλο το μήκος μέχρι ένα πλήρως ηλεκτροφόρο σκάφος. Η πλήρης κατανόηση και η εκτίμηση του σκοπού του σκάφους σας θα είναι κρίσιμης σημασίας για την τοποθέτηση αυτής της βάσης. Στοιχεία όπως η ηλεκτρική πρόωση και οι προωθητήρες, η αποθήκευση ενέργειας, οι γεννήτριες άξονα και οι πολλαπλές γεννήτριες είναι όλα τα κομμάτια του παζλ που οι πλοιοκτήτες μπορούν να κινούνται μέσα και έξω από το σχεδιασμό ενός σκάφους. Για ορισμένες εφαρμογές με μικρές αποστάσεις και κύκλους λειτουργίας, έχουν ήδη αναπτυχθεί πλήρως ηλεκτρικά πλοία και σχεδιάζονται και κατασκευάζονται περισσότερα για το μέλλον.

Οφέλη της υβριδοποίησης
Λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες πτυχές της αποτελεσματικότητας που μπορεί να επιτευχθεί, ο υβριδισμός μπορεί να επιτρέψει στα σκάφη να αποκομίσουν πολλά οφέλη. Η αρχική απόδοση της επένδυσης σε ένα υβριδικό σκάφος θα επιτευχθεί μέσω εξοικονόμησης κόστους που σχετίζεται με τη μειωμένη κατανάλωση καυσίμου. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλα απτά στοιχεία που πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη. Η υβριδίωση μπορεί να επιτρέψει τη χρήση μικρότερων γεννητριών, όπου τα φορτία αιχμής αντιμετωπίζονται από συστήματα συσσωρευτών, επιτρέποντας στις γεννήτριες να τρέχουν λιγότερο συχνά - με αποτέλεσμα να μειώνεται το βάρος, ο χώρος και η συντήρηση.

Για παράδειγμα, σε ένα σύστημα διπλού προωθήσεως, μπορούν να ενσωματωθούν γεννήτριες άξονα που μπορούν να κινηθούν ή να δημιουργηθούν. Σε ελαφρύ καθήκον, μία από τις δύο γεννήτριες ντίζελ θα μπορούσε να απενεργοποιηθεί και να τροφοδοτηθεί από την άλλη γεννήτρια άξονα αντί. Ο κινητήρας που λειτουργεί μπορεί να τροφοδοτήσει τόσο την προπέλα όσο και μια γεννήτρια, ενώ ο κινητήρας που είναι απενεργοποιημένος θα είναι ασταθής και η γεννήτρια θα αλλάξει σε κινητήρα. Θα εξακολουθεί να λειτουργεί με μειωμένο φορτίο μέσω του ηλεκτροκινητήρα. Αυτό θα μεταφράζεται σε λιγότερες ώρες λειτουργίας στις δύο μονάδες, λιγότερη συντήρηση και πιο αποτελεσματική χρήση καυσίμου.

Ένα άλλο πλεονέκτημα για τα υβριδικά συστήματα πλοίων είναι η απόδοση. Είτε χρησιμοποιείτε κινητήρες ντίζελ είτε υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG), ο χρόνος απόκρισης σε μια αίτηση ισχύος δεν είναι άμεσος. Επιπλέον, αυτοί οι κινητήρες δεν προσαρμόζονται καλά στις ξαφνικές αλλαγές στο φορτίο. Με τα ηλεκτρονικά ισχύος που συνδέονται με την αποθήκευση ενέργειας, οι χρόνοι απόκρισης σε μια μέγιστη ανάγκη ενέργειας μπορούν να αλλάξουν από δευτερόλεπτα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Οι κινητήρες επίσης δεν θα δουν αυτή την ξαφνική αλλαγή καθώς θα απορροφηθούν από τις μπαταρίες ή τους υπερ-πυκνωτές και δεν θα χρειαζόταν να υπάρχουν γεννήτριες σε κατάσταση αναμονής για να χωρέσουν αυτά τα φορτία αιχμής. Έτσι, ο εξοπλισμός θα έχει λιγότερη μηχανική καταπόνηση και φορτίο, πράγμα που θα αυξήσει τη διάρκεια ζωής του και θα μειώσει το κόστος συντήρησης.

Χρησιμοποιώντας μικρότερες γεννήτριες, γεννήτριες άξονα και αποθήκευση ισχύος επιτρέπει επίσης υψηλότερο επίπεδο πλεονασμού στο σκάφος. Η ύπαρξη πολλαπλών πηγών ενέργειας και πολλαπλών ηλεκτρικών κινητήρων μπορεί να σημαίνει ότι τα σκάφη θα μπορούν να λειτουργούν με μειωμένα φορτία σε περίπτωση βλάβης του συστήματος. Ακολουθήστε το παράδειγμα γεννήτριας άξονα δύο προωστήρων. Εάν ένας κινητήρας πρόωσης παρουσιάζει βλάβη, η γεννήτρια άξονα μπορεί να αλλάξει από γεννήτρια σε κινητήρα. Οι βοηθητικές γεννήτριες ή η κύρια γεννήτρια πρόωσης θα μπορούσαν τότε να φέρουν το σκάφος πίσω στο λιμάνι για επισκευές μέσω του ηλεκτροκινητήρα. όλα χωρίς ένα δαπανηρό ρυμουλκό ή ρυμούλκηση.

Η λειτουργία αυτών των πολλαπλών πηγών ενέργειας απαιτεί την κατάλληλη υποδομή διαχείρισης ενέργειας. Όταν τα συστήματα αυτά έχουν σχεδιαστεί σωστά, θα προγραμματιστούν για να αντιμετωπίσουν τον συγκεκριμένο κύκλο ζωής του εξοπλισμού καθώς και για να βοηθήσουν τα πληρώματα να αντιμετωπίζουν προβλήματα με ευκολία. Πολλές εταιρείες έχουν επενδύσει πολλούς πόρους στην έρευνα και την ανάπτυξη για να δημιουργήσουν συστήματα ελέγχου για να βοηθήσουν τους χειριστές σκαφών να τρέχουν σε κορυφαίες επιδόσεις και μέγιστη απόδοση. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι επιτακτική ανάγκη οι ολοκληρωτές που παραδίδουν το υβριδικό σύστημα να διαθέτουν εμπειρία και δοκιμασμένο λογισμικό διαχείρισης ισχύος. Η πιο αποδοτική λύση (μπροστά) μπορεί να μην είναι απαραιτήτως η καλύτερη ή πιο οικονομικά αποδοτική μακροπρόθεσμα.

Ζυγίζοντας όλες τις μεταβλητές
Υπάρχουν πολλά οφέλη για την υβριδοποίηση. Ωστόσο, υπάρχουν και ορισμένες πρόσθετες δαπάνες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Οι μπαταρίες, οι υπερ-πυκνωτές και τα ηλεκτρονικά ισχύος απαιτούν μια διαφορετική προσέγγιση στη συντήρηση. Έχουν επίσης διαφορετικούς κύκλους ζωής και μπορούν να απαιτήσουν την εξειδίκευση σε εξειδικευμένες ικανότητες. Η εκπαίδευση των πληρωμάτων θα πρέπει επίσης να αποτελέσει σημαντικό στοιχείο της εξίσωσης κατά την εξέταση της μετάβασης στην υβριδίωση. Αντιμετώπιση προβλημάτων για μια σπασμένη υδραυλική γραμμή, για παράδειγμα, είναι μια δραστικά διαφορετική εργασία από ένα σπασμένο σύρμα. Επίσης, θα χρειαστεί να υπάρχει διαφορετική προσέγγιση όσον αφορά την αποθήκευση ανταλλακτικών στο σκάφος, καθώς ορισμένοι θα έχουν ειδικές οδηγίες για τη συντήρηση. Ως εκ τούτου, όταν πρόκειται για υβριδισμό, η κατοχή των κατάλληλων εταίρων σημαίνει κάτι περισσότερο από την εξεύρεση των κατάλληλων προμηθευτών. πρέπει επίσης να συμπεριλάβει τη συνεργασία για να έχουν τους σωστούς ανθρώπους στο σκάφος.

Στην πραγματικότητα, αυτές οι εταιρικές σχέσεις - και έχοντας συγκεκριμένο στόχο και σχέδιο στο μυαλό - είναι βασικά στοιχεία για την επιτυχία στην πλοήγηση στις πολλαπλές προσεγγίσεις της υβριδοποίησης. Μια προσεκτική προσέγγιση πρέπει να ληφθεί και να σχεδιαστεί προσεκτικά. Μόλις διαπιστώσετε ποια θα είναι η προσέγγισή σας για ένα υβριδικό σκάφος, η εύρεση πεπειραμένων συνεργατών που θα περπατήσουν μαζί σας στο ταξίδι είναι το επόμενο βήμα-κλειδί. Η αναρρίχηση στο βουνό γίνεται ευκολότερα όταν δεν έχετε ορίσει μόνο ένα ισχυρό όραμα, αλλά και όταν συνεργάζεστε με άλλους που το έχετε ήδη βιώσει.

Ο Jon Mosterd είναι μέλος του Βορειοαμερικανικού Κέντρου Αριστείας της Danfoss Drives. Παράλληλα με την ομάδα του, ο Jon βοηθά στην υποστήριξη των ολοκληρωτών, των ΚΑΕ και των τελικών χρηστών με τις εφαρμογές θαλάσσιων και βαρειών βιομηχανιών.

Το άρθρο αυτό εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην έκδοση του περιοδικού MarineNews τον Ιούλιο του 2019.