أثر الإشتعال الكهربائي على متن سفينة البحرية ناتج الطاقة

نظم الدفع الكهربائي قد غيرت بشكل أساسي مسار الهندسة البحرية، مما يوفر مساراً لتخفيض الانبعاثات بشكل كبير، بينما يعيد تحديد بارامترات الأداء، حيث يواجه النقل البحري العالمي ضغوطاً متزايدة لتطهير الكربون، ومسألة تأثير محركات العجلات الكهربائية على سرعة السفن، وتحول إنتاج الطاقة إلى واجهة البنيان البحري والعمليات البحرية، في حين أن النظم المبكرة كانت تقتصر على المركبات الصغيرة والأسمدة، والأخشاب الهندسية السريعة في التصميمات الكهربائية

Understanding Electric Propulsion Systems

ويشمل الدفع الكهربائي في السفن البحرية عدة هياكل متميزة، وأكثرها شيوعا هو التشكيل الكامل للطاقة الكهربائية، حيث توفر البطاريات أو خلايا الوقود قدرة على المحرك الكهربائي الذي يقود مباشرة الناقل، وتجمع النظم الهجينة بين محرك الاحتراق الداخلي ومصرف للسيارات الكهربائية والبطاريات، مما يتيح التشغيل بوسائط متعددة - فقط للمولدات الكهربائية ذات السرعة المنخفضة والمناورات، وأجهزة الدفع الديزل الأعلى

وتتيح محركات الكهرباء البحرية الحديثة، أو المحركات المتزامنة الدائمة عادة أو المحركات الحثية، الكثافة الكهربائية التي تتنافس على محركات الديزل ذات السرعة العالية، وعندما تقترن بمجموعات البطاريات المتقدمة من الليثيوم، أو أجهزة الكيمياء ذات الترددات العالية، يمكن لهذه النظم أن توفر طاقة مكيفة لساعات، ولا سيما على الطرق القصيرة والداخلية.

الأثر على السرعة القصوى

إن العلاقة بين الدفع الكهربائي والحد الأقصى للسفينة مضروبة، وتنتج المحركات الكهربائية في جوهرها أقصى قدر من الجراثيم من الصفر، وهو سمة توفر سرعة سريعة، غير أن السرعة القصوى المستمرة تتوقف على استمرار تقدير الطاقة في المحرك، والقدرة على الطاقة في البطارية، وقدرة نظام إدارة الطاقة على تصريف الطاقة دون التسخين المفرط.

خصائص السلوك والتسريع

ومن أكثر الفوائد المباشرة للدفع الكهربائي تسليم ]الطائرة[ إلى محرقة غير معقولة ]الطائرة[ ]الطائرة[ إلى طراز FLT:1[، وعلى عكس محرك الديزل الذي يجب أن يتجه إلى بعض الأطقم للوصول إلى محرقة الذروة، يمكن للمحرك الكهربائي أن ينتج أكبر قدر من الحرق من التكتل، وهذا يترجم إلى سرعة سرعة سرعة سرعة التسارع من العجلات، التي تحتاج إلى سفن

البطارية وأجهزة التحكم في الطاقة

فبينما يتعزز التسارع، يتطلب الحفاظ على السرعة العالية سحباً متواصلاً من الطاقة يضغط على نظم البطاريات، ويحدّد معدل التصريف المستمر (المعدلات) للبطارية مدى قدرته على توفير كهرباء معين، إذ إن السفن الكبيرة التي تطلب قوة الدفع تتراوح بين 5 و10 ميغاواط، فإن تركيبات البطاريات الحالية تتطلب قدراً كبيراً من الحجم والوزن، مما يمكن أن يعوض كفاءة الارتطام العديد من السفن الكهربائية

مقارنة بالمحركات التقليدية

ومن الأمثلة المباشرة على محركات الديزل المتوسطة السرعة، فإن المحركات الكهربائية تقصر حاليا من حيث الطاقة المحددة لكل كتلة من الوحدات في غاية الارتفاع (على مسافة 25 عقدة من أجل كتلة كبيرة من الزواحف الكهربائية) وتتحقق محطات الطاقة الكهربائية ذات القدرة العالية على تحديد الطاقة لأن كثافة الطاقة في وقود الديزل (145).

دراسات الحالة: الخيول وزوارق الدوريات

١-٢- أفضل ما يمكن أن تتجلى المبادلات العملية بين السرعة القصوى والنطاق الكهربائي في البيانات التشغيلية، أما العبارة الشاملة ]العملية الميدانية[ ]العملية الخفية[ في النرويج، فهي مصممة على نحو يتجاوز طولها ٣-٠٥ كيلوغراماً، وهي مركب مكمل للكهرباء ]العمليات الخفية[

الآثار على الناتج من الطاقة

إن إنتاج الطاقة من نظام الدفع الكهربائي هو وظيفة تقدير السيارات، أو البطارية أو القدرة الخلوية للوقود، والإلكترونيات الكهربائية، خلافا للمحركات الحرارية التي لديها نطاق ضيق من الطاقة، يمكن للمحركات الكهربائية أن تحتفظ بالطاقة شبه المشتقة على نطاق واسع، وهذا التبسيط يخفف من حدة التحكم في الدفع ويتيح للناقل أن يتفاؤل بالكفاءة دون معدات متطورة.

Instant Torque vs Sustained Power

ومن السمات البارزة في المحركات الكهربائية القدرة على إيصال من العجلات البدائية، إلى جانب الارتفاع في سرعة تشغيل المحركات، مما يعني أن العجلات الكهربائية تتحول إلى محرك منخفض السرعة، ومن ثم فإن الارتفاع في سرعة السحب الحرارية يمكن أن يؤدي إلى زيادة بنسبة 100 في المائة من الارتطام إلى سرعة القاع، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الكهربائي وفقاً لمنطقة الطاقة الثابتة.

كثافة الطاقة والحدود من كثافة الطاقة

فالحد الأقصى من إنتاج الطاقة الكهربائية ليس المحرك نفسه بل مصدر الطاقة، فالبطاريات لها كثافة محدودة في الطاقة (كيلوواط/كغ) وكذلك كثافة الطاقة (كهتار/كغ) ويجب أن تُخصم البطارية، بالنسبة لمطالب الطاقة الحالية، ليس فقط للطاقة (النوع) بل أيضاً بالنسبة للسحب الحالي الفوري، ويقلل ارتفاع مستوى الطاقة من القدرة ويعجل دورة الدفع.

النظم العالية الأثر والكفاءة

ولإدارة مستويات الطاقة العالية دون خسائر مقاومة مفرطة، تعمل نظم الدفع الكهربائي الحديثة على ارتفاع الفولط - وهي عادة 690 VAC أو 1-4 كيلوفولط من أجل النظم البحرية - وتخفض هياكل الطاقة العالية الفولطية في البلدان النامية وزن الكابلات وتتيح التكامل الفعال لمصادر الطاقة المتعددة والشحنات، وقد حققت أجهزة توليد الطاقة الكهربائية، بما فيها أجهزة السحب وأجهزة تحويل المركبات من DC إلى DC، مزايا تفوق نسبة 98 في المائة.

المزايا والحدود في التجزئة

وبخلاف السرعة والكهرباء، يقدم الدفع الكهربائي مجموعة من المناصرين والقوارض التشغيلية التي تؤثر على قرارات الأسطول.

المنافع البيئية والتشغيلية

ولا توجد انبعاثات محلية صفرية )الثانية، والأربعية، والثنائية، والثانية الثانية( أثناء العملية، هي أقوى السائقين، كما أن السيارات الكهربائية أكثر هدوءا من الديزل - أي انخفاض في الضوضاء بنسبة ١٥ إلى ٢٥ من الدي بي هي عوامل شائعة، مما يعود بالفائدة على أفراد الطاقم، والحياة البحرية، والسرقة العسكرية.

التحديات الاقتصادية والمتعلقة بالهياكل الأساسية

والعقبة الرئيسية أمام الاعتماد الواسع النطاق هي التكلفة الرأسمالية الأولية، إذ أن مصرف البطاريات للشحن المتوسط الحجم يمكن أن يكلف ١-٣ مليون دولار، كما أن الهياكل الأساسية للسفن )المراكز القائمة، والارتقاء بالشبكات، ونظم الأمان ذات الحركة العالية( تضيف مزيدا من النفقات، ويتوقف ارتفاع معدلات السداد على وفورات الوقود، والتسعير الكربوني، وتوافر الإعانات.

التكنولوجيات الناشئة: البطاريات التابعة للدولة الصلبة، خلايا الوقود

(ب) البطاريات ذات الصبغة الصلبة، التي تحل محل الكهروليت السائل بمواد صلبة، تعد بتكثيف كثافة الطاقة والعملية الأكثر أماناً، وتُعرض شركات مثل تويوتا وكوانتوم سكاب تطبيقات بحرية، ومن المتوقع أن تكون النماذج الأولية في منتصف العشرينات.

الآفاق المستقبلية للشحن الكهربائي

ويشير مسار الدفع البحري الكهربائي إلى مستقبل لم يعد فيه الناتج من السرعة القصوى والطاقة يحد من العوامل بالنسبة للعديد من فئات السفن.

الحلول المختلطة

For the near term, hybrids will dominate. by coupleing a smaller, efficient diesel or gas turbine with a bat bank and electric motor, vessels can operate in zero-emission mode in ports and sensitive areas while retaining long-range high-speed capacity. This approach reduces batel and cost while deliver many of the operational benefits. Engine manufacturers like

الاتجاهات التنظيمية والصناعية

أهداف تخفيض غازات الدفيئة والقواعد الإقليمية (مثلاً، خط العرض الخاص بـ 55، ومقياس كاليفورنيا المنخفض للوقود) تتسارع بالتبني، وقد كلفت النرويج بتصنيع عبوات صفرية الانبعاثات على العديد من محركاتها، مما يدفع موجة من البنى الجديدة.

وفي موازاة ذلك، يمكن للتحسينات في تصميم السيارات - مثل الخياطة أو المحركات المشغلة فوق درجات الحرارة العالية - أن تدفع كثافة الطاقة إلى ما يتجاوز 10 كيلوواط/كغ، مما يتيح للسفن والسوائب الكهربائية تماما، وفي الوقت نفسه، يلاحظ تحليل لرقائق السفن البحرية أن البنية التحتية للشحن البحري يجري بناؤها في الموانئ الرئيسية في جميع أنحاء العالم، مع وجود وصلات موحدة ومستويات كهربائية.

إنّ الدفع الكهربائي خيارٌ تنافسيٌّ بالفعل لسرعته القصوى ونتاج الطاقة في العديد من أجزاء السفن، خصوصاً حيث يتمّ تقدير السرعة والكفاءة والضوضاء المنخفضة، بينما لا تزال قيود البطارية والكهرباء تحدّ من السفن الكهربية البحتة لتباطؤ السرعة أو النطاقات الأقصر مقارنةً بسرعة الديزل، فإنّ الفجوة تُغلق أسرع من كثير من التوقعات،