Table of Contents

مقدمة: تسخير الطاقة في المياه

وقد أدى التكفير المتجدد إلى تحويل كفاءة المركبات الكهربائية على الأراضي، وهذه التكنولوجيا الآن تبث موجات في الصناعة البحرية، كما أن عدم القدرة على توليد الطاقة الحركية التي تتحول إلى حرارة أثناء التحلل إلى طاقة كهربائية مخزنة، أمر يُبسط ولكن قوي، وفي مجال الدفع البحري الكهربي، فإن شبكات التبريد التجدد تسمح للزوارق بإعادة تعبئة الطاقة عند تباطؤها، وتصفية الزهرة البحرية (كما هو الحال بالنسبة للموجات).

How Regenerative Braking Works in Marine Vehicles

فيزياء التجديد في البحر

ويتوقف التبخير في سفينة بحرية كهربائية على الطابع المزدوج للمحرك الكهربائي، وأثناء الدفع المتجه إلى الأمام العادي، يسحب المحرك الطاقة من البطارية إلى دفع الرافعة، وعندما يحتاج التدفق إلى التباطؤ، أو عندما يتحول تدفق المياه الطبيعية إلى الدافع (مثلا، في حين يبحر أو ينجرف)، فإن المولدات الكهربائية يمكن أن تنقل دور المولدات وأن تعمل كمولدات كهربائية.

العناصر الرئيسية

  • Permanent magnet coincidehronous motor (PMSM): ] Most efficient for regeneration due to high torque density and ability to operate as a birth with minimal losses.
  • Inverter with bidirectional power flow:] Manages the conversion from DC bat power to AC motor power during driving, and reverses the flow during regeneration.
  • نظام إدارة البعث: ] Monitors state of charge and temperature to safely accept the regenerative current without overcharging or damaging cells.
  • Propeller design:] Controllable-pitch propellers or specialized blades can optimize regeneration efficiency by allowing the propeller to maintain opt angle of attack even when driven by water flow.

Regeneration vs. Sailing: A Symbiotic Relationship

وفي بحار اليخت المجهزة بالكهرباء، يكون التكرير المتجدد ذا قيمة خاصة، وعندما تملأ الرياح البحار، تتحرك السفينة للأمام وتتدفق المياه في الماضي، تتحول الشاحنات إلى محرك، وتتحول الأعمال الكهربائية كمولد، وترفع البطاريات، مما يسمح للسفن بالاحتفاظ بـ 000 10 من الوصلات الكهربائية - الملاحية - المولدات الكهربائية - المتحركة - 1.

مزايا الإبراهـام المتجدد في الإشـارة البحرية

1 - كفاءة الطاقة وتمديدها

ويمكن أن يعوض ذلك عن طريق المناورات التي تحدث فيها تغيرات سريعة متكررة، أن يستعيد الجيل من الطاقة المستخدمة بنسبة تتراوح بين 10 و 20 في المائة، وفي يوم نموذجي من التآكل الساحلي بمسافات متعددة، يمكن أن يضيف هذا إلى 15 و 30 دقيقة من المدى المكثف للسيارات، أما بالنسبة للمرورات البحرية، فإن المكسب أكثر وضوحا:

2 - خفض تكاليف التشغيل

كل كيلوات ساعة يتم استرجاعها هي كيلوات ساعة لا يجب عليك شراءها من الشبكة أو توليدها بمولد الديزل، وعلى مدى عمر السفينة، يمكن أن تكون مدخرات الوقود أو الكهرباء كبيرة، وبالنسبة للأسمدة التجارية التي تجعل عشرات من التوقفات يوميا، يمكن أن يقلل التجديد من استهلاك الطاقة الميكانيكية بنسبة 15-25%، ويتحول إلى آلاف الدولارات في المدخرات السنوية، بالإضافة إلى أن التراكمي يخفض في عدد المواد الغذائية.

3- المنافع البيئية

فالدفع البحري الكهربائي يزيل بالفعل الانبعاثات المباشرة، ويضاعف هذا التفاؤل من خلال زيادة خفض الطلب على الكهرباء بالشبكة، التي قد تأتي من الوقود الأحفوري، وفي المناطق التي تولد فيها الطاقة الساحلية من الفحم أو الغاز الطبيعي، فإن كل كيلوواط ساعة يتم توفيرها، يقلل من الآثار الإجمالية للكربون في السفينة، وحتى في المناطق التي تكون فيها شبكات نظيفة، تساعد التكنولوجيا على التقليل إلى أدنى حد من الطاقة الكاملة المطلوبة من مصادرها الأساسية الخارجية.

4 - تعزيز الرقابة والسلامة

ويوفّر التفاخر المتجدد تباطؤا سلسا ومتحكما يحسّن من المناورة في الأماكن الضيقة، مثل المارينز والأقفال، ويمكن أن يُحوّل بقوة المتحكم في السيارات، بحيث يُسمح للقائد بضبط السرعة دون الاعتماد فقط على المكابح المضغوطة أو عكس اتجاه الناقل، وفي حالات الطوارئ، يمكن لإعادة التوليد أن تعمل بالتوازي مع الميكانيكيين.

التحديات والحدود

1- انخفاض الكفاءة في الحد الأدنى من السرعة

إن فيزياء تجديد المياه أقل ملاءمة من الأرض، فالماء أكثر كثافة من الهواء، لذا فإن الدافع يخلق جرا أكبر، ولكن الطاقة المتاحة من تباطؤ القارب أقل بكثير من سرعة تبديل سيارة بسرعة عالية، وفي سرعة متنها منخفضة للسفن (دون 3 عقدات) فإن كمية الطاقة الحركية التي يمكن استردادها ضئيلة جدا، وقد لا تؤدي وحدات التعبئة 8 إلى حدوث عمليات نقل سريعة كافية لإنتاج الجيل المائي.

٢ - الخسائر الميكانيكية والكهربائية

وكل تحويل للطاقة يؤدي إلى خسائر، حيث إن كفاءة الوقود في استخدام المولدات الكهربائية هي في العادة أقل من طريقة الدفع لأن زاوية الهجوم ليست على الوجه الأمثل، كما أن المحركات واللافتات والبطارية لها منحنى الكفاءة الخاصة بها، وفي الممارسة العملية، فإن كفاءة المولدات في التطبيقات البحرية تبلغ حوالي 60 إلى 75 في المائة، مما يعني أن ثلثي الطاقة الحركية المأخوذة هي في الواقع مخزنة وتفككها.

3- التصويب والتطهير الأحيائي

إن البيئة البحرية قاسية بشكل ملحوظ، ويمكن أن يؤدي تآكل المياه المالحة إلى تدهور الاتصالات الكهربائية، والرياح المتحركة، ومحطات البطاريات، كما أن تراكم الطحالب والثكنات وغيرها من الكائنات الحية على محرك الدفع، وتغيير الخصائص الهيدرودينامية، ويمكن أن يقلل من كفاءة التجديد، ومن الضروري أن تُدرج في بعض النظم التنظيف والتصفيات الواقية من الصمامات، عوامل تؤدي إلى تخفيف حدة الأداء.

4 - تعقيد النظام وتكاليفه

ويتطلب إدماج نظام للدفع القابل للتجدد برنامجاً متوافقاً للمحركات واللافقار والبطارية والتحكم، وكثيراً ما يكون إعادة تجهيز قارب قائم بقدرة التجديد أكثر تكلفة من شراء نظام جديد مصمم من الأرض، وقد يؤدي المشغل الإضافي للمعدات الثنائية التوجيه، والارتقاء بمستوى المركب، والزوارق ذات القدرة المتجددة إلى زيادة التكلفة القصوى بنسبة 20 إلى 4 في المائة مقارنة بعامل الدفع البسيط.

5 - تبعية انتعاش الطاقة

ويتوقف مقدار الطاقة المستعادة اعتماداً كبيراً على موجز تشغيل السفينة، وقد تحقق في الخيوط التي تقطع فترات توقف متكررة، والقطع التي تقوم بمناورات التحول، وتشغيل اليخوت التي تقطعها فترات طويلة من الريح، فائدة أكبر من ذلك، وقد تسهم في ذلك في استخدام الخنازير بسرعة مستمرة لساعات (مثلاً، وقطع القناة، ورحلات الطفرة الطويلة) في الحد الأدنى من المكاسب.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

ضريبة الخيول الحضرية وضرائب المياه

وفي مدن مثل أمستردام وكوبنهاغن وسان فرانسيسكو، تثبت قيمة العبوات الكهربائية التي تغذيها، كما أن التوقفات المتكررة في الفطائر توفر ظروفا مثالية لاسترداد الطاقة، فعلى سبيل المثال، فإن عملية " إيلين " الصامتة في مجال النقل، وهي عملية صامتة، هي " إيلين " ، في الدانمرك، وإن كانت أساساً عملية خفض ضوضاء الأسمدة تعمل بالبطارية، فإنها تؤدي إلى الحد من جديد.

Sailing Yachts and Catamarans

ويمكن أن تُنتج جميع نظم الطاقة الذاتية [العاملة في إطار الحرف الفلوري] [الطائرة: 0]]] الموسمية: 8] و Sunreef 80 Eco]، وهي تُدرج التجدد كعنصر قياسي، وتستخدم هذه السفن صواعق كبيرة تعمل بكفاءة حتى في سرعة بطيئة، وتُول مئات من العجلات.

قوارب العمل والتوغس

وتستفيد من جديد إلى حد كبير من المناورات التي تؤدي المساعدة، وكثيرا ما تتسارع هذه السفن إلى الطاقة الكاملة، ثم تميل بسرعة إلى موقعها إلى جانب سفينة، وتخفض الطاقة الحركية من حوض طوله 50 طناً بعشرة كيلومترات، وذلك بناء على طلب 1.5 كيلوواط، بل إن كمية كبيرة من تلك المركبات خلال كل مناورة ترتفع إلى أكثر من يوم عمل.

التكامل مع تكنولوجيات الإشهار الأخرى

النظم الهجينة للديزل - الكهربائية

ولا يقتصر المكابح التجددية على الزوارق الكهربائية النقية، كما يمكن أن تفيد النظم الهيدروجينية الكهربية الديزلية، وعندما يزول مولد الديزل، وتعيد السفينة شحن البطاريات، وعندما يشتغل الديزل، يمكن تصغير المولد، لأن البطاريات تستهلك كميات كبيرة من الحمولات وتستعيد الطاقة أثناء التباطؤ، مما يسمح باستهلاك الديزل في أسرع سرعة.

Solar and Wind Integration

وينشئ التجدد المختلط مع الألواح الشمسية على سطح السفينة ومولدات الرياح نظاما قويا للطاقة متعدد المصادر، كما أن القوارب البحرية التي تحتوي على لوحات شمسية، وتربين الرياح، والحركة المتجددة يمكن أن تصبح مستقلة تماما عن الطاقة لأيام أو أسابيع، ويكتسب العنصر التجدد أهمية خاصة في الليل أو في ظروف التكاثر عندما يكون الإنتاج الشمسي منخفضا، وتعطي نظم إدارة الطاقة المتقدمة الأولوية تلقائيا للمصادر القائمة على توافر الشحنات وبطارية.

مستقبل الإبداع في التكاثر البحري

السلف في تكنولوجيا البطاريات

ويمكن لبطاريات الليثيوم الحالية أن تقبل تيارات عالية التكسير، ولكن التكرار في تجديدها يمكن أن يعجل بالشيخوخة إن لم تدار بعناية، كما أن الكيمياء الأحدث مثل فوسفات الحديد الليثيوم والبطاريات ذات الولاية الصلبة توفر قبولا أكبر للشحنات وحياة أطول من الدورة، مما يجعلها مثالية لوصفات التوقف والجو حيث ترتفع سرعة التعافي من الظواهر.

تحسين الإلكترونيات والتصميمات النموذجية

وتخفض أجهزة التحكم في الطاقة الكهربائية في السائلة (SiC) وأجهزة التحكم في السائلة في النسيج (GaN) من الخسائر في التحول في المتحولين، مما يتيح زيادة الكفاءة في وسائل الدفع والتجديد على السواء، ويمكن للأجهزة التي لها عدد أكبر من الرؤوس، والتورك الأقل من الترميز أن تولد قدرة مفيدة في أجهزة الدفع الأقل، مما يتيح المجال السريع لإعادة التجديد، ويضع بعض الصانعون في نفس الوقت إدارة الازدواجات.

توحيد المعايير والتنظيم

ومع نضج السوق البحرية الكهربائية، من المرجح أن تظهر معايير الصناعة لنظم التبريد المتجددة، وتعمل المنظمة البحرية الدولية ومجتمعات التصنيف مثل لويد ودي إن في GL بالفعل على وضع مبادئ توجيهية للدفع الهجين والكهربائي، ويمكن أن تحفز أو حتى تتطلب تجديدا على أنواع معينة من السفن، ولا سيما الأسمدة والأورام التي تعمل في مناطق مراقبة الانبعاثات.

Vessels and Fleet Optim

ويمكن للسفن المستقلة أن تعتمد اعتماداً كبيراً على إدارة الطاقة بكفاءة، ويمكن للضغط المتجدد، إلى جانب الخوارزميات المتوقعة التي تتوقّع التلقيم أو الحد من السرعة، أن تُحسّن إلى أقصى حد ممكن، ويمكن لمشغلي الأسلاك استخدام البيانات المستمدة من أحداث التجديد من أجل تحسين الطرق، والسرعة، والجداول الزمنية للشحن. ]

Economic and Environmental Impact Analysis

فترة السداد

وبالنسبة لقارب كهرباء نموذجي طوله 40 قدماً يستخدم في عطلة نهاية الأسبوع، فإن التكلفة الإضافية لنظام تجديد الطاقة (نحو 000 5 إلى 000 10 دولار) قد تستغرق 5-8 سنوات لإعادة التكتل من خلال وفورات الطاقة، على افتراض 200 ساعة من التشغيل سنوياً و0.15 دولار كهرومغناطيسي، وبالنسبة للخصوبة التجارية التي تعمل 12 ساعة يومياً و300 يوم في السنة، يمكن أن تكون فترة السداد أقل من سنتين.

دورة الحياة

وقد تبين من تقييم دورة الحياة لعبارة صغيرة من مركبات الراكبة الكهربائية في النرويج أنه مع تجديد 20 في المائة، فإن إجمالي البصمة الكربونية (بما في ذلك إنتاج البطاريات) أقل بنسبة 18 في المائة من غير تجديد، بل إن الأثر كان أكبر عندما تأتي الكهرباء من مزيج من الهيدرو والريح، ومع أن إنتاج البطاريات يصبح أنظف، فإن الفوائد البيئية للتجدد ستزداد بالنسبة للسفن المبحرة، والقدرة على التجديد في الوقت الذي يبحر فيه بفعالية يعني صفرا من أميال الكربون بالنسبة للعديد من الممرات.

الاستنتاج: أداة استراتيجية للعمليات البحرية المستدامة

فالتدخين الإبداعي ليس من قبيل فعالية الرصاص السحري يتوقف على نوع السفن، والصورة التشغيلية، وتصميم النظم، غير أنه عندما يطبق في السياق الصحيح، يقدم تحسينات ملموسة في كفاءة الطاقة، ووفورات التكاليف، والأداء البيئي، والأساطيل الحضرية، والقوارب الوعرة، واليخوت المبحرة، تبين بالفعل قدرة التكنولوجيا على البقاء، ومع استمرار التقدم في السيارات، والكهرباء الإلكترونية، والبطاريات، التي يمكن أن تتحمل تكاليف التشغيل المولدة.