Giriş: Modern nakliyede Elektrikli Taht Edilmesine Karşı Geçiş

Deniz endüstrisi, önemli bir geçiş noktasında duruyor, çevresel düzenlemeler, yükselen yakıt maliyetleri ve küresel bir yük devretme alanı ile donatılmış, en dönüştürücü teknolojiler arasında gemi tasarımı ve operasyon, elektrik tahrik edicidir. Konseptin kendisi yeni değil – elektrikli motorlar, batarya kimyası, güç elektronikleri ve hibrit sistemler, elektrik tedariki için daha geniş bir ticari ve deniz gemilerinde nasıl uygulanabilir hale gelir.

Büyük bir dizel motorunu doğrudan bir pervane miliye sahip olan geleneksel mekanik sürücü trenlerinin aksine, bu makale, gemi hız ve manevra kabiliyetine sahip olan mekanizmaların aslı analizini sağlar ve gerçek dünya örnekleri, endüstri verileri ve ileriye dönük perspektiflere doğrudan tercüme eder.

Elektrikli Taht Nedir? Anahtar Bileşenler ve Sistem Mimarileri

Hız ve manevra kabiliyeti üzerindeki etkisini takdir etmek için, biri ilk önce bir elektrik tahrik sistemi temel anatomisini anlamalıdır.Bir elektrik tahrik sistemi üç ana bileşenden oluşur: bir aslı hareketleyici (ki dizel jeneratörü, gaz türbini veya yakıt hücresi olabilir), bir elektrik jeneratörü veya batarya bankası ve bir veya daha fazla elektrik motoru. motorlar sabit-hızlı veya değişken-seçilebilir.

Bugün kullanımda üç birincil mimari var:

  • [Üyetim:0) Tam Elektrik (Tüm Elektrik): [Dönerge: 1) Tüm gemi yükleri dahil olmak üzere elektrik üretmek için kullanılan yedekler, bu mimari, yolcu gemilerinde ve deniz gemilerinde ortak, jeneratörlerin optimum yüklenmesine ve ayrı bir tahrik motorun ihtiyacını ortadan kaldırmak için kullanılır.
  • [FONT:0]Hybrid Electric:[Dönetici:0] Geleneksel mekanik tahrik ve elektrik motorlarının bir kombinasyonu, genellikle bataryalarla birlikte. Gemi farklı modlarda çalışabilir - sadece, elektrik-sadece, ya da her ikisi de - belirli işletim koşulları için verimlilik ve hız.
  • [FONT=0)Plug-in Hybrid / Battery-Elektrik: Piller, genişleyenler olarak hareket eden jeneratörler ile, şarj altyapısının bulunduğu kısa deniz teknelerinde giderek daha fazla görülür.

Mimarlıktan bağımsız olarak, elektrik tahriki, motor ve pervane arasındaki katı mekanik bağlantıyı esnek bir elektrik otobüsü ile değiştirir. Bu esneklik aşağıdaki bölümlerde açıklanan hız ve manevra kabiliyeti avantajlarının temel nedenidir.

Sistem tanımlarında daha fazla arka plan için, Lloyd'in elektrikli tahrik sistemlerinin genel bakışını ifade eder).

Gemi Hızına Elektrik Propulsion Etkisi

Gemilerdeki hız, sürekli devlet hızına teslim edilen bir güç işlevidir. Elektrikli tahrik, bu denklemin her iki tarafını da etkiler, genellikle geleneksel mekanik sürücülerle karşılaştırıldığında karşılaştırılabilir olan şekillerde karşılanır.En derin etkiler istikrarlı bir şekilde görülmez, ancak hızlanmamış motor yüklerinde ve operasyon sırasında.

Torun Özellikleri ve Hızlandırma

Elektrikli motorlar sıfır RPM'den çok daha hızlı bir şekilde maksimum tork teslim eder. Bu, en sık başlangıç manevralarının gerekli olduğu, bu, doğrudan zaman tasarrufu ve geliştirilmiş bir yük sistemi için hız artırmanın bir sonucu olarak hızlanması anlamına gelir.

Norveç'teki operasyonel feribotun 15 dakikalık bir liman çağrısı yaptığını düşünün; dizel-mekanik öncülerle kıyaslanma süresini %30 azaltın.

Sustained Speed and Power Influence Limitations

Elektrikli motorlar düşük uç tonlarda başarılı olsa da, yüksek hız yüksek sürekli güç gerektirir.Bir verilen güç için, elektrikli motorlar dizel bir takımda üst hızda toplanabilir, ancak sınırlı faktör genellikle enerji kaynağı haline gelir. Battery-elektrikli gemiler, özellikle, birçok hızlı feribot ve konteyner gemisi hibrit çözüm için satın alır: yüksek hızlı yakıtlı piller ve yakıtlı yüksüz bir yük-enerji hattı için yüksek hızda sınırlı bir dayanıklılık olabilir.

Bununla birlikte, yüksek güç elektrikli motorları ( megawatt aralığı) şimdi kanıtlanmış teknolojidir.ABB Azipod) örneğin, Baltık buz kırıcı tankları Baltık buzulları aracılığıyla sürekli olarak dağıtmış durumda, elektrikli motorların yeterli elektrik üretimiyle eşleştirilmiş olan güç talep ettiği zaman talep edilen hız gereksinimleri için gerekli olan gücü teslim edebileceğini gösteriyor.

Güç Yönetimi ile Optimizasyon

Daha az açık ama hız üzerinde eşit derecede önemli bir etki jeneratör yüklemesini optimize etme yeteneğidir. Geleneksel bir düzenlemede, asal hareketçi hızlarının en verimli noktasında çalışabilmeli, çünkü güç aşırı aşınma ve verimsiz yakıt tüketiminden kaçınmak için bir gemiyi en iyi şekilde koruyabilir.Bu kısıtlama, motorun yüklenmesini sağlamak için en iyi şekilde zorlayabilir.

Gelişmiş güç yönetimi sistemleri (PMS) sürekli olarak jeneratörlerin en verimli kombinasyonunu hesaplar, bataryalar ve tahrik yüküdür. Sonuç, geminin gerekli olan tam hızda çalışabileceği, FiatV gibi sınıflandırma toplumları tarafından yapılan bir anlaşma ile, bu tür optimizasyonun tipik hizmet hızlarında% 15-20 yakıt tasarrufunu elde edebileceğini ifade eder, dolaylı olarak aynı yakıt tüketimi için bir gemi daha yüksek bir sürdürülebilir hız elde edebilir.

Dinamik Koşullarda Hız: Denizler ve Beow Su

Elektrikli motorlar ayrıca yük koşullarını değiştirmek için daha hızlı yanıt verir. Bir gemi bir kafa deniz veya sığ su ile karşılaşırsa, direnç artar ve pervane talebi toklar için bir performans kriteri olan toplanlama hızı neredeyse anında sabit bir motora göre daha doğru bir şekilde sabitlenebilir ve bu da turboşarj yanıt ve vali dinamiklerine yol açar.

Maneuverability Approachs Through Electric Propulsion

Maneuverability, bir geminin durumu değiştirme yeteneğini kapsar ve güvenli bir şekilde su yolları ile çalışır. Elektrikli tahrik, bu yetenekleri dramatik bir şekilde geliştiren birkaç mekanizma sağlar.

Hızlı Ders Değişiklikleri için Anında Torunlu Yanıt

En acil fayda, tork yanıt hızıdır. Bir gemi itme vektöründe bir değişiklik gerektirir - ne de pervanenin yerini değiştirir, mil RPM'yi değiştirir veya ruddersleri kullanarak, elektrik motorlarıyla, ve motor hız değişiklikleri, teslimatın saniyelerini ekleyerek, büyük gemiler için, bu saniyeler daha az dönüşlülüğe çevirebilir.

Azipod ve Podded Drives: 360-Degree Thrust

Podded propulsion sistemleri, elektrikli motorun 360 derece döndürebilecek bir aero içinde bulunduğu yerde, elektrik manevra kabiliyetinin pinnacle'u temsil eder.ARD:0)ABB Azipod), her şey için bilinen bir örnektir, her şey yolundan buz kırıcılara aktarılabilir. Çünkü pod herhangi bir yönde dönüşebilir, gemi rudders için gerekli olan ihtiyacı etkili bir şekilde ortadan kaldırır.

  • [FONT:0)Lateral hareket (crabbing) tug yardımı olmadan.
  • Yerde Rotasyon (zero-radius döner).
  • Özel iter olmadan dinamik konumlandırma.

Podded elektrikli sürücüler, deniz tedarik gemileri, kruvazörler ve araştırma gemileri gibi yüksek kullanılabilirlik gemilerin standart haline geldi. Birden fazla pods'un bağımsız kontrolü, anları tek bir rudder'den daha büyük üretebilecek olan diferansiyel itme sağlar.

Dinamik Pozisyonlama (DP) ve İstasyon-Keeping

Elektrikli tahrik, dinamik konumlandırma yeteneği ile neredeyse eş anlamlıdır, bu da sabit bir pozisyon sürdürme ve sadece itkileri kullanmaya devam etme yeteneğidir. DP sistemleri, yüksek hızda ve doğru cevabın doğruluğu nedeniyle neredeyse her zaman elektrik tahrikli. Elektrikli motorlar, rüzgara karşı gerekli olan iyi kontrol sağlar, mevcut ve dalga kuvvetleri gerçek zamanlı olarak. Modern DP2 ve DP3 sistemleri - deniz güvenliği ve dalış desteği için teşvik edilir - neredeyse her zaman elektrikli tahrikli güç kullanır.

Batarya depolama entegrasyonu daha da DP performansını artırır. Bataryalar, bataryaya bağlı elektrikli tahrikli motorlar kullanarak meydana gelen hızlı yük dalgalanmalarını absorbe edebilir ve geminin aşırı hassasiyetle konumunu korumasını sağlar.

Asymmetric Thrust için bağımsız pereller Control

Birden çok pervaneli gemilerde (örneğin, ikiz-screw, üçlü-screw veya podded), elektrikli tahrik her bir pervanenin bağımsız hızlarda ve yönlerde yönlendirilmesine izin verir.

  • Saf bir dönüm anı oluşturmak için pervane rotasyonlarına karşı (örneğin, bir önde, bir astern).
  • Asymmetric, arılar için atlatmaya itiyor.
  • Düşük hızlı hassas yaklaşım, liman platformlarını kurmak için.

Bu kontrol seviyesi, tek bir şanzıman veya sabit bir darbe kullanan mekanik sürücülerle neredeyse imkansızdır. Elektrikli tahrik sistemleri değişken frekans sürücüleri (VFDs) her motorun RPM ve tork bağımsız olarak ayarlamak için değişken frekans sürücülerini kullanabilir.

Gürültü ve Titreşim Azaltımı Kontrol Ediyor

Maneuverability sadece yarıyı çevirmekle ilgili değildir; aynı zamanda gemideki deniz gemilerini düşük gürültü gerektiren veya düşük gürültü gerektiren araştırma gemilerinde çalışan gemilerin maskelerini azaltır.Bu, özellikle de düşük hızlarda.Bu, hidroakoustic cues maskesini azaltır ve mürettebatın gemi hareketlerinde ince değişiklikler hissetmesini sağlar.

Elektrik Prodüksiyonlarının Hız ve Maneuverability için Zorluklar ve Sınırlamalar

Açık avantajlarına rağmen, elektrikli tahrik gümüş bir mermi değildir. Birkaç teknik ve ekonomik zorluk, hız ve manevra kabiliyeti için tam potansiyelini gerçekleştirmek için ele alınmalıdır.

Enerji Yoğunluğu ve Mentraints

Daha önce belirtildiği gibi, bataryalar sıvı fosil yakıtlardan önemli ölçüde daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptir. Tipik bir lityum-ion batarya paketinin mevcut teknoloji ile ilgili bir enerji sınırlaması vardır.Bu nedenle, 12 kWh/kg ( motor verimliliği için muhasebe) ile ilgili olarak, elektrik şarj edilebilir bir gemi için, tüm elektrik yükünün tamamına göre kullanılabilir.

İlk Sermaye Maliyeti ve Altyapı

Elektrikli tahrik sistemleri, elektrik elektronik, motorlar, geçişler ve sık sık sık sık, bir podded sürücü, özellikle de saf hızlanmış bir segmente yatırım yapmak için 20-30 daha pahalıya mal olabilir.

Güç Yönetimi Kompleksi

Hız ve manevra kabiliyeti avantajlarının da karmaşık hale getirilmesini sağlayan sofistike güç yönetimi sistemleri de karmaşıktır. Bu sistemler, birçok jeneratörü, bataryaları, motorları ve yükleri istikrarlı bir elektrik otobüsü korurken yük devretmelere veya tahrik kaybına yol açabilir, bu da kritik bir güvenlik riskidir.

Yüksek Yüklerdeki ısı Yönetimi

Elektrikli motorlar ve güç elektronikleri ısı yaratır, özellikle düşük hızlarda yüksek ton teslim edildiğinde (kommon sırasında) veya yüksek güç (yüksek hızda) verimli soğutma sistemleri, genellikle deniz suyunu kullanarak veya zorlanmış havalar kullanarak, bu durumu önlemek için gereklidir.

Future Outlook: Next-Generation Electric Propulsion for Speed and Agtitude

Elektrikli tahrikin yörüngesi belirsiz bir şekilde yukarı doğru. Birkaç gelişmekte olan teknoloji, gemi hızı ve manevra kabiliyeti üzerindeki etkisini daha da artırma sözü veriyor.

Katı Devlet Pilleri ve Yakıt Hücreleri

Daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan sonraki nesil bataryalar (toplayıcılar için 0.5-1.0 kWh/kg) büyük batarya bankalarının ağırlığı olmadan elektriksel olarak yüksek enerjili teknelerin aralıklarını uzatacak.

Superconducting Motors

Ağojenik olarak soğutulmuş süper iletken elektrikli motorlar, gelecekteki tüm elektrikli yüzey gemileri için son derece yüksek güç kesintilerine ulaşabilir (daha hafif bir form faktöründe 20 MW'a kadar). Bu motorlar geleneksel PM motorlarından daha hafif ve daha verimlidir, potansiyel olarak deniz savaşları ve hızlı feryatlar için daha yüksek hızlar sağlar. ABD Donanması, gelecekteki tüm elektrikli yüzeyli gemiler için süper iletken motorlar geliştiriyor.

Tümleşik Propulsion and Control Systems

Tümleşik "yöne-sistem" mimarisine doğru eğilim, tahrik edici, tahrik edici, direksiyon ve stabilizasyon tüm merkezi bir bilgisayar tarafından kontrol edilir. Elektrikli tahrik, bu entegrasyon için doğal bir kolaylıktır, çünkü aynı zamanda ortak bir elektrik otobüsü kullanır.

Özerk ve Uzaktan Kontrollü Operasyonlar

Elektrikli tahrikin kesin kontrolü, bağımsız gemiler için bir ön şarttır. Otomatik tırma, çarpışma kaçınılması ve yol koruma algoritmaları, anında tahrik değişiklikleri yapabilme yeteneğine güveniyor. Elektrikli sürücülere sahip gemiler manevra kabiliyetine sahip olacak. Örneğin, Cau Birkeland, dünyanın ilk tamamen elektrikli otonom konteyneri, dünyayı kullanarak otomatik yarı-kırık geçişleri gerçekleştirmek için otomatik olarak şarj edilebilir.

Sonuç: Hızlı ve Maneuverability'deki Elektrikli Avantaj

Elektrikli tahrik, yeni gemiler için ana akım seçeneğine taşındı, çevresel düzenlemeler ve operasyonel faydalar tarafından yönlendirildi.Çalışkanlık hızı) çok yönlüdür: tüm elektrikli gemiler uzun mesafelerde sınırlıyken, daha iyi hız koruma sağlarlar ve esnek güç yönetimi aracılığıyla yakıt tüketimi optimize etme yeteneği. Hybrid systems köprüler boşlukları sağlar.

Doğruluk açısından:0)maneuverability[[Dönetici: 8], elektrik tahriki eşit değildir.Ayrıcılar, bu yeteneklerin bağımsız olarak birden çok pervane kontrol etme ve bir sonraki nesilleri tasarlamak için gereklidir.

Batarya teknolojisi büyüdükçe, hidrojen yakıt karışımına girer ve otomasyon norm haline gelir, elektrik tahrikli hızı ve manevra kabiliyetine sahip olmanın rolü sadece büyüyecektir. denizcilik endüstrisi, gemilerin hem daha hızlı hem de daha duyarlı olduğunu görecek bir dönüşüm için hazırlanıyor, aynı zamanda daha temiz ve daha verimli hale gelir. Elektrikli tahrik bu dönüşümün anahtarıdır.