PROPULSION TECH: كيفية الوصول إلى التهجين

جون موسترد حاليًا عضو في مركز التميز لأمريكا الشمالية في Danfoss Drives.

صورة الائتمان: محركات دانفوس

Previous Next

ينتقل التهجين في العالم البحري من البدعة الأخيرة إلى جزء رئيسي من تصميم السفينة وتعديلها.

مدفوعًا جزئيًا بالطلب على زيادة الكفاءة وموجات جديدة من التشريعات العالمية ، أصبح تهجين السفينة أو تكهربها أمرًا ضروريًا للمؤسسات. في الواقع ، تدعو قواعد وإرشادات المنظمة البحرية الدولية (IMO) الخاصة بالصناعة البحرية إلى خفض الانبعاثات على مستوى العالم ، وقد وضعت بعض الموانئ في جميع أنحاء العالم أهدافًا طموحة لخفض الانبعاثات إلى الصفر في المئة.

يجني المتبعون الأوائل للكهرباء والتهجين بالفعل المكافآت ويحققون عوائد إيجابية على الاستثمار - بما في ذلك المدخرات والمزايا الحقيقية لأساطيلهم. علاوة على ذلك ، فقد اكتسبوا أيضًا المعرفة والخبرة للاستمرار في النمو وتطوير حلول أكثر هجينة. بالنظر إلى ذلك ، بدأ عدد متزايد من المنظمات في تقييم كيف يمكنهم التحرك نحو التهجين في تطبيقاتهم البحرية.

التحدي التهجين
بشكل عام ، يمكن تعريف التهجين على أنه اقتران مصدرين للطاقة أو أكثر معًا لزيادة الكفاءة وزيادة الإنتاج إلى أقصى حد. في كثير من الأحيان ، تقترن هذه الأنظمة بتخزين الطاقة عبر البطاريات أو المكثفات الفائقة للمساعدة في تخفيف أحمال الطاقة القصوى ، أو حتى توفير طاقة قصوى للأحمال قصيرة الأجل. علاوة على ذلك ، تحل العديد من الشركات محل الدفعات التي تعمل بالوقود أو محركات الدفع بمحركات كهربائية وتستخدم سلسلة من المولدات لتوفير الطاقة بناءً على الطلب. وهذا بدوره يعني أن السفينة تستهلك فقط الوقود اللازم ، ويتم إيقاف تشغيل المولدات البديلة غير المطلوبة.

بالنسبة للبعض ، يمكن أن يبدو التهجين بمثابة خطر لا مفر منه. لكن الخطوة الأولى لتطوير خطة ناجحة للتهجين هي إجراء بحث شامل ضروري لمراجعة وضعك الحالي. سيؤدي ذلك إلى تحديد احتياجات السفينة وتوفير حلول للمستقبل. يعد الاستثمار في الموارد لجمع البيانات الصحيحة وإنشاء خط أساسي للمكان الذي تتواجد فيه حاليًا أمرًا ضروريًا. يجب التحقق من الخطة والبيانات من خلال توصيات متعددة ، حيث توجد آراء متباينة حول الحلول والنهج. إن معرفة مكان وجودك ومكان وجودك سيساعد على تحديد المسار الصحيح للمستقبل.

يمكن أن تبدأ عملية التهجين ببضعة مولدات رمح وتزيد من طول الطريق إلى وعاء مكهرب بالكامل. إن الفهم الكامل لغرض سفينتك والتفكير فيه سيكون أمرًا بالغ الأهمية لوضع هذا الأساس. عناصر مثل الدفع الكهربائي والدوافع ، وتخزين الطاقة ، ومولدات العمود ، والمولدات المتعددة كلها قطع ألغاز يمكن لمالكي السفن نقلها من وإلى تصميم السفينة. بالنسبة إلى بعض التطبيقات ذات المسافات القصيرة ودورات التشغيل ، تم بالفعل نشر سفن كهربائية بالكامل ، ويجري تصميم المزيد وبناء المستقبل.

فوائد التهجين
من خلال النظر في الجوانب المختلفة للكفاءة التي يمكن تحقيقها ، يمكن للتهجين تمكين السفن لجني العديد من الفوائد. سيتم تحقيق العائد الرئيسي على الاستثمار في سفينة هجينة من خلال توفير التكاليف المتعلقة بتقليل استهلاك الوقود. ومع ذلك ، هناك عناصر ملموسة أخرى يجب مراعاتها أيضًا. يمكن للتهجين أن يتيح استخدام المولدات الأصغر حيث يتم التعامل مع أحمال الذروة بواسطة أنظمة البطارية ، مما يسمح للمولدات بأن تعمل بشكل متكرر أقل - مما يؤدي إلى انخفاض الوزن والمساحة والصيانة.

على سبيل المثال ، على نظام الدفع المزدوج ، يمكن دمج مولدات عمود الدوران التي يمكن أن تولد أو تولد. في الخدمة الخفيفة ، يمكن إيقاف تشغيل أحد مولدي الديزل وتشغيلهما بواسطة مولد عمود الإدارة الآخر بدلاً من ذلك. يمكن للمحرك الجاري تشغيل كل من الدعامة والمولد ، في حين أن المحرك الذي يتم إيقاف تشغيله سوف يكون غير مقفل ويحول مولده إلى محرك. لا يزال يعمل في انخفاض الحمل عن طريق المحرك الكهربائي. هذا من شأنه أن يترجم إلى ساعات تشغيل أقل على الوحدتين ، صيانة أقل ، وأكثر كفاءة في استخدام الوقود.

ميزة أخرى لأنظمة السفينة الهجينة هي الأداء. سواء باستخدام محركات الديزل أو الغاز الطبيعي المسال ، فإن وقت الاستجابة لطلب الطاقة ليس فوريًا. علاوة على ذلك ، هذه المحركات لا تتكيف بشكل جيد مع التغييرات المفاجئة في الحمل. من خلال إلكترونيات الطاقة المقترنة بتخزين الطاقة ، يمكن أن تتحول أوقات الاستجابة لحاجة الطاقة القصوى من ثوانٍ إلى ثانية. لن ترى المحركات أيضًا هذا التغيير المفاجئ حيث سيتم امتصاصه بواسطة البطاريات أو المكثفات الفائقة ، ولن تكون هناك حاجة لوجود مولدات في وضع الاستعداد لاستيعاب أحمال الذروة هذه. وبالتالي ، فإن الجهاز سوف يواجه إجهادًا وتحميلًا ميكانيكيًا أقل ، مما سيمدد عمره ويخفض تكاليف الصيانة.

يتيح استخدام المولدات الصغيرة ومولدات العمود وتخزين الطاقة أيضًا توفير مستوى أعلى من التكرار على السفينة. إن وجود مصادر طاقة متعددة ومحركات كهربائية متعددة يمكن أن يعني أن السفن ستظل قادرة على العمل عند انخفاض الأحمال في حالة تعطل النظام. خذ مثال مولد مولد الدفع ثنائي أعلاه. إذا كان هناك خطأ في محرك الدفع ، فيمكن تبديل مولد العمود من مولد إلى محرك. يمكن للمولدات المساعدة ، أو مولد الدفع الرئيسي ، إعادة السفينة إلى المرفأ لإجراء الإصلاحات عبر المحرك الكهربائي ؛ كل ذلك دون شد الحبل أو السحب.

يتطلب تشغيل مصادر الطاقة المتعددة هذه البنية الأساسية المناسبة لإدارة الطاقة. عندما يتم تصميم هذه الأنظمة بشكل صحيح ، سيتم برمجتها لمعالجة دورة الحياة المحددة للمعدات بالإضافة إلى مساعدة أطقم استكشاف الأخطاء وإصلاحها بسهولة. استثمرت العديد من الشركات الكثير من الموارد في البحث والتطوير لإنشاء أنظمة تحكم لمساعدة مشغلي السفن على العمل بأعلى أداء وأعلى كفاءة. ومع ذلك ، لا يزال من الضروري أن يكون للمتكاملين الذين يقدمون النظام المختلط خبرة وبرنامج اختبار إدارة الطاقة. الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة (مقدما) قد لا يكون بالضرورة الأفضل أو الأكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.

وزن جميع المتغيرات
هناك الكثير من الفوائد للتهجين. ومع ذلك ، هناك أيضًا بعض التكاليف الإضافية التي تحتاج إلى أخذها في الاعتبار. البطاريات والمكثفات الفائقة وإلكترونيات الطاقة تتطلب مقاربة مختلفة للصيانة. لديهم أيضًا دورات حياة مختلفة ويمكن أن تتطلب مجموعة مهارات متخصصة للخدمة. يجب أن يكون تدريب الطاقم جزءًا حيويًا من المعادلة عند التفكير في الانتقال إلى التهجين. استكشاف الأخطاء وإصلاحها لخط هيدروليكي مكسورة ، على سبيل المثال ، هي مهمة مختلفة اختلافا جذريا عن سلك مكسور. أيضًا ، يجب أن يكون هناك مقاربة مختلفة لتخزين قطع الغيار على متن السفينة ، حيث سيكون لدى البعض إرشادات خاصة بالصيانة. لذلك ، عندما يتعلق الأمر بالتهجين ، فإن وجود الشركاء المناسبين يعني أكثر من مجرد العثور على الموردين المناسبين ؛ يجب أن يشمل أيضًا الشراكة لإيجاد الأشخاص المناسبين على متن الطائرة.

في الواقع ، هذه الشراكات - مع وضع هدف ملموس وخطة في الاعتبار - هي عناصر أساسية للنجاح في التنقل في المناهج المتعددة للتهجين. يجب اتباع نهج معمق وتخطيطه بعناية. بمجرد تحديد ماهية مقاربتك لسفينة هجينة ، فإن العثور على شركاء ذوي خبرة يسيرون معك في الرحلة هو الخطوة الأساسية التالية. يتم تسلق الجبال بسهولة عندما لا تقوم فقط بتحديد رؤية قوية ، ولكن أيضًا عندما تكون شريكًا مع الآخرين الذين جربوها بالفعل.

جون موسترد حاليًا عضو في مركز التميز لأمريكا الشمالية في Danfoss Drives. جنبا إلى جنب مع فريقه ، جون يساعد في دعم Integrators ، OEMs والمستخدمين النهائيين مع تطبيقات الصناعة البحرية والثقيلة.

ظهر هذا المقال لأول مرة في طبعة يوليو 2019 من مجلة مارين نيوز .