Sotto l’onda della trasformazione a basse emissioni di carbonio nel trasporto marittimo, le navi elettriche guidate dalla generazione di energia da metanolo, alcol, idrogeno e batterie di accumulo di energia sono le principali rotte di energia verde per le navi mercantili interne e offshore e le navi di ingegneria. FARIZON, basandosi sul gruppo elettrogeno a idrogeno e alcool della serie GS13M, ha lanciato una soluzione di rete elettrica che copre navi da 1.000 a 15.000 tonnellate di tonnellaggio completo, risolvendo completamente i punti critici legati alla breve durata delle navi puramente elettriche e alle elevate emissioni e consumo di carburante delle tradizionali navi diesel. Questo articolo combina i parametri di corrispondenza del tonnellaggio delle navi per smantellare l'architettura della composizione, la logica operativa e il principio di funzionamento collaborativo multi-condizione della rete elettrica delle navi elettriche a idrogeno e alcol.
A、 I cinque componenti principali della rete elettrica dell'idrogeno e dell'alcol
L'intero sistema di alimentazione della nave è composto da cinque parti: gruppo elettrogeno ad alcol e idrogeno, batteria al litio per l'accumulo di energia, sistema di rete del bus CC, host di propulsione elettrica ad alta potenza e piattaforma di controllo intelligente. Ogni unità funziona in modo indipendente e lavora insieme per formare una rete di alimentazione a circuito chiuso completa.
1. Gruppo elettrogeno a idrogeno alcolico GS13M (fonte di energia)
Abbina 2-7 gruppi elettrogeni con motore a combustione interna a metanolo GS13M da 280 kW in base al tonnellaggio della nave, utilizzando metanolo liquido come combustibile per la combustione e la generazione di energia, senza emissioni di particolato, conformi agli standard sulle emissioni IMO Tier III per le navi. In quanto fonte di energia di base continua e stabile, l'equipaggio è responsabile di fornire energia di base per le condizioni di crociera stazionarie della nave, colmando il vuoto di scarica della batteria per un lungo periodo. Le piccole imbarcazioni di peso compreso tra 1.000 e 3.000 t sono dotate di 2-3 unità, mentre le grandi navi di peso superiore a 8.000 t sono dotate di un massimo di 7 generatori paralleli per garantire riserve di potenza per carichi pesanti.
2. Batteria al litio di accumulo di energia di grande capacità (unità tampone di peak shaving)
La capacità della batteria è configurata con pacchi di accumulo di energia da 200-4000 kWh in base al gradiente di tonnellaggio, che svolgono due funzioni principali: compensazione istantanea dell’alta potenza e accumulo di energia a basso carico inattivo. Rilascia istantaneamente l'energia elettrica durante l'avvio della nave, l'accelerazione e il carico pesante sulla superficie delle onde per ridurre le fluttuazioni del carico unitario; Durante la navigazione a bassa velocità e i periodi di ormeggio e scarico a basso carico, l'elettricità in eccesso dell'unità idrogeno-alcol viene immagazzinata nella batteria per ottenere il recupero di energia e ridurre le frequenti perdite di avvio e spegnimento dell'unità.
Busbar di rete di alimentazione integrata 3.750DC/380AC (centro di distribuzione dell'energia)
L’intero sistema adotta un’architettura di rete bus CC da 750 V e tutti i generatori, le batterie di accumulo dell’energia e i motori di propulsione elettrica sono collegati in parallelo al bus CC comune. La conversione bidirezionale tra DC e AC viene completata tramite un convertitore di potenza. Rispetto all'alimentazione tradizionale della nave, la sbarra collettrice integrata può regolare liberamente la potenza di ciascuna unità, ottenendo una commutazione continua dell'alimentazione multi-sorgente, ed è l'hub principale dell'intera soluzione.
4. Sistema di propulsione elettrica ad alta potenza (terminale di uscita potenza)
La potenza di propulsione elettrica viene adattata in fasi da 350kW a 1100kW. Le piccole navi sono dotate di doppi motori di propulsione da 350 kW, mentre le navi pesanti da 10.000 tonnellate sono dotate di doppi propulsori elettrici ad alta potenza da 1.100 kW. L'energia elettrica viene distribuita al sistema di propulsione elettrica attraverso la sbarra collettrice e il motore aziona direttamente l'elica, con un'elevata coppia di spunto, un basso rumore di funzionamento e una risposta di manovrabilità molto migliore rispetto alle tradizionali navi a trazione diretta con motore diesel.
5. Piattaforma di controllo EMS per la gestione intelligente dell'energia
Essendo il "cervello" dell'intera rete, raccoglie dati in tempo reale sulla generazione di energia dell'unità, sul SOC della batteria e sul carico di propulsione della nave, regola automaticamente il numero di avvii e arresti dell'unità, la potenza di carica e scarica della batteria e raggiunge una pianificazione intelligente senza pilota dell'intero sistema.
B、 Tre modalità operative principali della rete di energia idrogeno alcolica
1. Modalità di crociera stazionaria (alimentata in modo indipendente dall'equipaggio)
La nave naviga a velocità costante in acque dolci, con un carico stabile e moderato. Il sistema EMS avvia il numero corrispondente di gruppi elettrogeni ad alcol e idrogeno, basandosi esclusivamente sulla generazione di energia delle unità per fornire propulsione elettrica e apparecchiature ausiliarie a bordo, mentre la batteria mantiene un equilibrio di potenza senza caricarsi o scaricarsi. Questa modalità di unità funziona a una velocità stabile ed economica per lungo tempo, con il consumo di metanolo più basso ed è adatta per la navigazione interregionale a lunga distanza interna e offshore.
2. Modalità di alimentazione a carico pesante (scarica combinata di unità e batteria)
L’accelerazione della partenza della nave, i venti contrari e le onde, e le condizioni di salita di carichi pesanti hanno aumentato significativamente la richiesta di energia istantanea della propulsione elettrica, e fare affidamento esclusivamente su unità di idrogeno e alcol non può soddisfare i carichi di punta. Il sistema controlla automaticamente la batteria di accumulo dell'energia per rilasciare energia elettrica in modo sincrono e si combina con l'alimentazione dell'unità sul bus CC per colmare istantaneamente il gap ad alta potenza. Non è necessario avviare il gruppo elettrogeno separatamente, evitando il sovraccarico e il funzionamento ad alta temperatura dell'unità e prolungando la durata dell'intera macchina.
3. Modalità di accumulo di energia a bassa velocità/ormeggio (generazione di energia dell'unità e accumulo di energia)
Quando le navi entrano nel porto, si muovono a bassa velocità e caricano e scaricano merci al molo, il carico di propulsione diminuisce in modo significativo e la potenza di uscita dell'unità di idrogeno alcolico è maggiore del consumo della nave. L'elettricità in eccesso viene automaticamente immagazzinata nel pacco batterie di accumulo per completare il rifornimento di energia; Dopo l'ormeggio e lo spegnimento, tutte le unità di alcol e idrogeno possono essere spente e l'illuminazione, l'aria condizionata e le apparecchiature ausiliarie della nave possono essere alimentate da batterie per tutto il giorno, ottenendo zero emissioni e zero rumore durante l'attracco nell'area portuale.
C、 Logica di abbinamento della potenza per reti di navi basate sul tonnellaggio
La soluzione di rete di alimentazione FARIZON è standardizzata in quattro livelli: 1000~3000t, 3000~5000t, 5000~8000t e>8000t. Tutti i tonnellaggi condividono la stessa architettura di rete 750DC/380AC, con solo modifiche apportate al numero di unità, batterie e propulsori elettrici. Per le piccole navi interne da 1.000 tonnellate, sono necessarie 2-3 unità di idrogeno alcolico da 280 kW, batterie da 200-516 kWh e doppi propulsori elettrici da 350 kW per soddisfare le esigenze di trasporto interno a breve distanza; Nave mercantile di medie dimensioni da 5000 t: 3-4 unità, accumulo di energia da 500-700 kWh, doppia propulsione elettrica da 450 kW, bilanciamento di resistenza e carico pesante; Navi offshore da diecimila tonnellate: 6-7 gruppi elettrogeni ad alcol e idrogeno, batterie di grande capacità da 1.000-4.000 kWh, doppi propulsori elettrici ad alta potenza da 950-1.100 kW, in grado di gestire tempeste oceaniche e navigazione a lungo termine a pieno carico. L'architettura di rete standardizzata facilita l'installazione modulare nei cantieri navali e, se necessario, è possibile aggiungere batterie aggiuntive per prolungarne la durata nella fase successiva, senza la necessità di modificare l'intero sistema di alimentazione delle sbarre.
D、 Principali vantaggi operativi della rete di energia idrogeno-alcol
1. Carico stabile e perdite unitarie inferiori
Riduzione dei picchi della batteria e bilanciamento del carico di riempimento della valle, le unità alcol-idrogeno funzionano sempre entro l'intervallo economico, evitando frequenti commutazioni di carico alto e basso, e il ciclo di revisione è esteso di oltre il 40% rispetto alle unità con generatore puro;
2. Navigazione green per tutto il periodo
La crociera si basa sulla produzione di energia da metanolo a basse emissioni e batterie a zero emissioni di carbonio vengono utilizzate per l’alimentazione nelle aree portuali per soddisfare le restrizioni al traffico delle vie navigabili interne e delle aree portuali costiere rispettose dell’ambiente;
3. Nessun difetto nella durata della batteria
A differenza delle navi puramente elettriche, che hanno un’autonomia di solo poche centinaia di chilometri, l’iniezione di carburante a base di metanolo è conveniente e, con le batterie di accumulo dell’energia, la navigazione interregionale vicino alla costa non è limitata dal chilometraggio;
4. Riduzione dei costi operativi e di manutenzione
Il design in parallelo di più unità consente la normale alimentazione di altre apparecchiature durante la manutenzione di una singola unità, eliminando la necessità di mettere a terra l'imbarcazione e riducendo significativamente le perdite dovute ai tempi di inattività.
Riepilogo
La logica di funzionamento principale della rete elettrica delle navi ad idrogeno ad alcool di FARIZON è quella di utilizzare un bus DC integrato come hub, con unità ad idrogeno ad alcool come fonte di alimentazione di base e batterie di accumulo dell'energia come buffer di potenza. Attraverso un sistema EMS intelligente, passa automaticamente tra tre modalità operative: generazione congiunta di energia, scarico congiunto e attracco per accumulo di energia ed è adatto per navi interne e offshore da 1.000 a 15.000 tonnellate. L'intera soluzione tiene conto dei tre requisiti fondamentali di lunga durata, zero emissioni portuali e basse perdite di funzionamento e manutenzione, fornendo una soluzione matura e pratica di alimentazione elettrica per navi ecologiche per le imprese di navigazione.
