على متن eWolf: أول زورق قطر كهربائي في الولايات المتحدة

(الصورة: إريك هاون)

تمتلك شركة Crowley Maritime Corporation وتدير الكثير من السفن منذ تأسيسها في عام 1892. لكن أحدث سفينة تنضم إلى أسطولها لا تشبه أي سفينة أخرى سبقتها.

تعتبر قاطرة ميناء كرولي الجديدة، eWolf، فريدة من نوعها من حيث أنها تعمل بنسبة 100٪ بالبطاريات، وليس بمحركات الديزل، مما يعني أنها لا تنتج أي انبعاثات أو ضوضاء تقريبًا. لا تعد السفينة أول قاطرة كهربائية بالكامل في أسطول كراولي فحسب، بل إنها أيضًا الأولى من نوعها في الولايات المتحدة.

في مواجهة اللوائح الأكثر صرامة والضغوط التجارية لإعطاء الأولوية للأهداف البيئية والاجتماعية والإدارية (ESG)، قام مالكو السفن ومشغلوها باستكشاف خيارات لتقليل انبعاثاتهم. لقد ظهر عدد متزايد من العبارات والقاطرات الهجينة والكهربائية بالكامل في جميع أنحاء العالم.

قال بول مانزي، نائب رئيس مساعدة السفن والمرافقة في كراولي: "عندما بدأنا هذه الرحلة، كان مفهوم القاطرة الكهربائية قد بدأ للتو". "كانت هناك بعض الأعمال الجارية في نيوزيلندا وأوروبا، وبدأنا نعتقد أنه من الممكن القيام بذلك هنا أيضًا."

لذلك، شرعت كراولي في إنتاج قاطرة كهربائية خاصة بها ، وفي عام 2021 - وهو نفس العام الذي أعلنت فيه الشركة التزامها بالوصول إلى صافي الانبعاثات الصفرية بحلول عام 2050 - كشف قسم الخدمات الهندسية لديها عن تصميم القاطرة الرائد . تم تعيين ABB كشركة متكاملة للأنظمة، وبدأت شركة Coden، Ala، شركة بناء السفن Master Boat Builders، في بناء السفينة في وقت لاحق من ذلك العام.

وكانت نتيجة هذه الجهود هي القاطرة eWolf التي يبلغ طولها 82 قدمًا، والتي تم تصميمها وفقًا لفئة ABS ومتوافقة مع لوائح الفصل الفرعي M لخفر السواحل الأمريكي. تم تسليم السفينة رسميًا إلى كراولي في يناير من هذا العام، وتم رفعها بشكل ثقيل من ألاباما عبر قناة بنما وتم تعويمها في إنسينادا بالمكسيك. ومن هناك، انتقلت eWolf بقوتها الخاصة إلى ميناءها الأصلي، سان دييغو، حيث تستقر اليوم، وهي جاهزة لدخول الخدمة في محطة Tenth Avenue Marine Terminal.

بناء الوحش
من الخارج، يتميز eWolf بمظهر قاطرة قياسية. وفي الداخل، الأمر مختلف تمامًا. قال غاريت رايس، رئيس شركة Master Boat Builders: "القاطرة هي قاطرة بعدة طرق". "يشبه هيكل وهيكل eWolf إلى حد كبير تلك الموجودة في بعض القاطرات الأخرى التي قمنا ببنائها وسنواصل البناء. ولكن بمجرد أن وصلنا إلى مرحلة التجهيز، تغير كل شيء بسرعة كبيرة.

تم تجهيز السفينة بحزمة دفع كهربائي متكاملة مقدمة من ABB، ونظام تخزين طاقة بطارية Orca بقدرة 6.2 ميجاوات في الساعة من Corvus Energy، ومحركين RAMME بقدرة 2100 كيلووات، واثنين من محركات Schottel RudderPropellers مدفوعة كهربائيًا من النوع SRP 430 LE ، تتميز بقطر مروحي يبلغ 2.5 متر. تحتوي السفينة أيضًا على مولدين صغيرين من نوع John Deere على متنها للاستخدام في حالات الطوارئ ولتمكين العبور لمسافات طويلة بسرعات منخفضة.

وصف بروس ستروب، نائب رئيس الأنظمة البحرية للولايات المتحدة وكندا في شركة ABB Marine and Ports، الأجزاء الرئيسية من التكنولوجيا التي تعتبر جوهر حل ABB للسفن الهجينة والعديمة الانبعاثات. "الأول هو بنية شبكة التيار المستمر لدينا. وقال إن جميع مصادر الطاقة تندمج في شبكة التيار المستمر، والتي تقوم بتوزيعها على جميع المستهلكين في جميع أنحاء السفينة. "إن شبكة DC الخاصة بنا عبارة عن تكوين حافلة مغلقة لأنها تسمح بمزيد من التكرار التشغيلي والسلامة للسفينة.

"إن البنية التي ترتكز على ذلك هي نظام التشغيل الآلي، ونظام إدارة الطاقة والطاقة (PEM) الخاص بنا. وقال ستروب: "إنها تتحكم بشكل أساسي في تدفق كل الطاقة التي تغذي شبكة التيار المستمر، ومن ثم أيضًا كل الطاقة التي تتأرجح إلى جميع المستهلكين".

تتكامل قوة eWolf مع بنية شبكة التيار المستمر الخاصة بشركة ABB، والتي يتم توزيعها على جميع المستهلكين في جميع أنحاء السفينة. (الصورة: إريك هاون)

إن استخدام الطاقة الكهربائية في السفن التجارية ليس بالأمر الجديد، وقد قام رايس وفريقه ببناء قوارب تدمج هذه التكنولوجيا لسنوات - وخاصة بالنسبة للسوق البحرية، حيث أصبح الديزل الكهربائي شائعا. وقال رايس: "لقد تعاملنا مع الكثير من الكابلات الكبيرة، والنهايات، ومحركات التردد المتغير، وما إلى ذلك، التي تدخل في النظام من قبل". "كان لدينا، في حالتنا، 220 قدمًا من العقارات للتعامل معهم. وهكذا، هنا [مع eWolf]، ربما كان لدينا 79 قدمًا لوضع الكثير من نفس المعدات.

وقالت رايس إن النقص النسبي في المساحة أصبح يمثل تحديًا عند محاولة تركيب الكابلات على وجه الخصوص. وأوضح: "لا يمكن لكابلات الطاقة الكبيرة هذه أن تنحني كثيرًا إلا بسبب سمكها". "عادةً ما يكون ارتفاع الشبكة لمساحة الماكينة من أعلى الخزان حوالي 12 إلى 16 بوصة. إذا كان لديك 14 بوصة ومعدل الانحناء 13 بوصة، فهذا يعني أن لديك مكانًا ضيقًا جدًا وصعوبة في إدخال الكابل.

قال رايس: "في eWolf، هناك جهد كهربائي عالي في كل مكان". "كان علينا حقًا أن نفكر في كيفية التأكد من فصل الكابلات، أكثر مما نفعل في القاطرة التقليدية."

تبين أن eWolf كان بمثابة تجربة تعليمية لجميع الشركاء المشاركين في إنشائه. "من وجهة نظر التخطيط والتصميم، هناك الكثير من الفروق الدقيقة التي تعلمناها في هذه القاطرة والتي سنطبقها على الأشياء المختلفة التي يتعين علينا أن نفكر فيها والتي عادة لا نفكر فيها في القاطرة التقليدية،" رايس قال.

وشدد رايس على أهمية العمل الجماعي بين حوض بناء السفن والتكامل الكهربائي والمصمم وفريق هندسة الإنتاج. وقال: "يحتاج الجميع إلى معرفة ما يفعله بعضهم البعض في أقرب وقت ممكن". "إن التعاون المبكر بين الشركاء هو مفتاح نجاح أي مشروع، ولكن على وجه الخصوص شيء مثل eWolf الذي يتميز بهذه التقنية والأول من نوعه."

تكلفة خفض الانبعاثات
والجدير بالذكر أن eWolf عبارة عن قاطرة باهظة الثمن. ورفض مسؤولو كراولي الكشف عن رقم بالدولار، لكنهم قالوا إن تكلفة السفينة الجديدة تبلغ نحو ضعف سعر زورق القطر التقليدي الذي يتمتع بإنتاج طاقة مماثل.

في حين أن الكثير من أموال المشروع جاءت من شركة كراولي المملوكة للقطاع الخاص، فقد حصل المشروع أيضًا على قدر كبير من تمويل المنح التي تهدف إلى مساعدة الشركات البحرية على تحقيق عمليات أنظف. لإضفاء الحيوية على eWolf، عقد كراولي شراكة مع منطقة مكافحة تلوث الهواء في مقاطعة سان دييغو، ومجلس موارد الهواء في كاليفورنيا (CARB)، وميناء سان دييغو، ووكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA)، والإدارة البحرية الأمريكية (MARAD). ، والتي قدمت جميعها الدعم المالي والموارد الأخرى.

وقال مانزي: "أصبحت هذه القاطرة مجدية تجاريًا إلى حد ما بسبب عملية المنح". "على عكس خدمة العبارات التي يتم دفع ثمنها بدولارات الضرائب، يتعين علينا جمع الأسعار والتعريفات الجمركية من مالكي السفن. في الوقت الحالي، أصبحت التكنولوجيا خارج السوق. لذلك، نحن نعمل على تصحيح ذلك”.

قال مانزي: "كان الدافع الأكبر [لإنتاج eWolf] هو تقليل الانبعاثات"، مشيرًا إلى أنه في غضون 10 سنوات، يتوقع كراولي أن يكون eWolf قد وفر 178 طنًا من أكاسيد النيتروجين، و2.5 طن من جسيمات الديزل و3100 متر متري. طن من الكربون.

من اليسار: الرئيس فرانك أورتاسون، مجلس مفوضي الموانئ، ميناء سان دييغو؛ بول مانزي، نائب الرئيس، شركة كراولي للشحن؛ بروس ستروب، نائب رئيس الأنظمة البحرية بالولايات المتحدة وكندا، ABB Marine & Ports (الصورة: إريك هاون)

تلقي تهمة
في حين أن eWolf موجودة بالفعل في سان دييغو، وهي جاهزة للانطلاق، فقد تم تعليق دخولها الرسمي إلى الخدمة لفترة قصيرة حيث تنتظر الانتهاء من نظام الشحن الشاطئي المصمم خصيصًا، والذي تأخر إنشاءه عن الجدول الزمني.

وقال مانزي: "عندما تكون في طليعة هذه التقنيات، يجب أن يلحق كل شيء بالركب". "السماح يجب أن يلحق بالركب، والتنظيم يجب أن يلحق بالركب، والمعايير يجب أن تلحق بالركب. وقد واجهنا هذه التحديات الثلاثة في الحصول على هذه الرسوم. لقد أصبح القارب في الواقع أسهل."

تتميز منشأة شحن الشبكة الصغيرة بزوج من أنظمة Corvus Orca BOB (البطارية الموجودة على متن الطائرة)، وهي النسخة الحاوية من Corvus Orca ESS، كل منها بسعة تخزين تبلغ حوالي 1.5 ميجاوات في الساعة، بسعة إجمالية تبلغ 2990 كيلووات. وتهدف المحطة إلى العمل خارج ساعات الذروة من شبكة الطاقة المحلية، وتتضمن مجموعة من الطاقة الشمسية لدعم استخدام الطاقة المتجددة، بالإضافة إلى نظام مراقبة البطاريات، والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وتقنية مكافحة الحرائق والكشف عنها.

من خلال الكثير من العمل الجاد والتعاون مع شركاء مثل ميناء سان دييغو وكذلك مزود المرافق سان دييغو للغاز والكهرباء (SDGE)، تم التغلب على العقبات التنظيمية واللوجستية، ويتقدم البناء بوتيرة قوية، مانزي قال. "نتوقع أن تكون محطة الشحن جاهزة للعمل بحلول 15 أبريل."

يتميز eWolf بنظام تخزين طاقة بطارية Orca بقدرة 6.2 ميجاوات في الساعة من Corvus Energy (الصورة: Eric Haun)

تشغيل القاطرة
عمل الكابتن جوش فيرجسون سابقًا كقائد لقاطرة Crowley's Tioga قبل أن يتولى القيادة على متن eWolf. وقال إنه معجب بالسفينة الجديدة ولكن تشغيلها يتطلب بعض الوقت للتعود عليها. قال فيرجسون: "الأمر مختلف كثيرًا". "أنت لا تدرك عدد الإشارات الصوتية المتوفرة لديك [من المحركات] على متن سفينة تقليدية. ولكن الآن بعد أن لم يعد لديك أي شيء، ومن ثم قم بربط ذلك بقوة المحركات الكهربائية - فهي تتحرك بسرعة كبيرة مثل سيارة تيسلا - عليك تغيير الطريقة التي تدير بها السفينة بشكل عام. هناك القليل من منحنى التعلم، ولكنني متحمس لذلك.

بدون ضجيج أو اهتزاز المحرك، توفر eWolf قيادة أكثر سلاسة بشكل عام. والأهم من ذلك، أنه يمكنه أيضًا أداء المهمة، مما يوفر إمكانية سحب حاجز يصل إلى 70 طنًا. على سطح السفينة، تحتوي القاطرة على رافعتين كهربائيتين من طراز ماركي DEPC-48.

وقال مانزي إن القاطرة تهدف إلى إجراء تطورين يوميًا، وتبلغ مدة شحنها حوالي 4.5 ساعة. "نتوقع أن يكون لدى السفينة دائمًا شحنة كافية للتشغيل في أي وقت."

إن eWolf عبارة عن قارب نهاري يضم طاقمًا مكونًا من ثلاثة أشخاص - قبطان وعامل سطح السفينة ومهندس، وسيظل على هذا النحو لبعض الوقت. لكن مانزي قال إن نطاق واجبات البحارة قد يتغير مع مرور الوقت. "ما الذي نحتاج حقًا إلى مهندس ليفعله؟ لا توجد أجزاء متحركة. إذًا، كيف يتغير هذا [الدور]؟ كيف يغير ذلك مكان عملنا؟ هذه محادثة لمدة 5، 6، 10 سنوات في المستقبل.

الكابتن جوش فيرجسون، سيد eWolf (تصوير: إريك هاون)

اختبار الحكم الذاتي
يمتد الابتكار على متن eWolf إلى ما هو أبعد من نظام الدفع الخاص بها. واليوم، تعد شهادة التفتيش (COI) الخاصة بـ eWolf مخصصة للتشغيل القياسي، دون أي وظائف مستقلة أو للتحكم عن بعد، ولكن السفينة مجهزة بتكنولوجيا من ABB لتمكين العمليات المستقلة في المستقبل.

يمكن للأنظمة الحالية الموجودة على متن السفينة أن توفر الوعي الظرفي السلبي. وقالت إيلين توش، كبيرة المهندسين الكهربائيين - البحث والتطوير في شركة كراولي، إن الخطوة التالية ستكون عمليات عبور مستقلة تحت الإشراف مع وجود قبطان على متنها قبل التقدم في النهاية إلى عمليات عبور ذاتية التحكم عن بعد.

تقوم ABBability Marine Pilot Vision بدمج المدخلات من الكاميرات وأجهزة الاستشعار الأخرى لإنشاء رؤية معززة للمناطق المحيطة بالسفينة والتي توفر دعمًا محسنًا لاتخاذ القرار لأشياء مثل المساعدة في الإرساء واكتشاف العوائق وتجنب الاصطدام. يحتوي eWolf على ست كاميرات ثم كاميرا قابلة للإمالة والتكبير، وLIDAR، ورادار W-band وAIS، وكلها تغذي النظام.

وقال درو أورفيتو، المدير الأول لسفن الركاب والبحرية والموانئ في شركة ABB Marine & Ports: "إننا نحاول حقًا تزويد القبطان والطاقم بأفضل المعلومات الممكنة حتى يتمكنوا من استخدام مهاراتهم وتدريبهم وتشغيل السفينة بنجاح". . "تم إعداد النظام كصديق على الجسر لتوفير كل ما يجده في المدخلات الحسية التي ستكون مفيدة للملاح من أجل النقل الآمن."

وقال أورفيتو: "إذا كانت رؤية الطيار هي العيون وبعض أجزاء الدماغ، فإن [ABBability Marine Pilot Control] هي العضلات التي تضع هذا في الماء". "التحكم التجريبي هو ما سيمكن العمليات المستقلة والبعيدة على الطريق."

وشدد Tausch على أن شركة Crowely تعمل مع شركة ABB لتطوير التكنولوجيا بأسلوب بطيء ومرحلي، بينما تسعى للحصول على آراء الطاقم في كل خطوة من العملية. "هدفنا الرئيسي هو تحسين سلامة البحارة وكفاءة الأصول. . . قال: "إن ما نركز عليه حاليًا هو العبور إلى [الوظيفة] والعبور منها". "عملية مساعدة السفينة أو مرافقتها الفعلية، لا أرى ذلك حتى في الجدول الزمني الخاص بي؛ هذا هو المخرج.

في سان دييغو، ستستمر عمليات عبور eWolf عادةً من 20 إلى 30 دقيقة، "ليست العملية المثالية لرؤية الكثير من الفوائد حقًا"، كما قال Tausch، لكنه أشار إلى أن هناك "الكثير من الإمكانات" في أماكن أخرى، كما هو الحال في شمال غرب المحيط الهادئ، حيث يمكن أن يكون العبور ست أو سبع ساعات.

يستخدم Crowley وABB eWolf بمثابة اختبار لهذه التكنولوجيا، ويعملان معًا ليس فقط لتطوير التكنولوجيا وتجربتها، ولكن أيضًا للتغلب على العقبات التنظيمية حيث تواصل المنظمة البحرية الدولية (IMO) إحراز تقدم في تطوير سفنها السطحية البحرية المستقلة ( MASS) كود، من المقرر أن يدخل حيز التنفيذ في عام 2025.

"[التطور] يتم خطوة بخطوة مع وجود الطاقم على متن الطائرة. وقال أورفيتو: "بما أن التكنولوجيا تثبت نفسها على مستوى خفر السواحل والرضا الطبقي، فيمكننا البدء في التحقيق في مستويات أعلى من الوظائف".

على متن الطائرة eWolf، امتد تركيز كراولي على التأثير البيئي إلى ما هو أبعد من نظام الدفع المبتكر. تم دمج المواد المستدامة قدر الإمكان في جميع أنحاء المساحات الداخلية للسفينة (الصورة: إريك هاون)