Taajuusmuuttajat meriteollisuuden propulsio- ja potkurijärjestelmiin

Monet pitkän matkan alukset toimivat edelleen suoralla dieselvoimalla eikä niissä ole lainkaan sähköistä propulsiojärjestelmää. Näiden alusten tehoa voidaan parantaa ja päämoottorin kuorman teho ja päästöt optimoida lisäämällä akseligeneraattori/moottori potkurin ja päämoottorin väliin. Tämä ratkaisu, josta käytetään nimitystä voiman ulosotto ja voiman sisäänotto (PTO/PTI, Power Take Out and Power Take In) on sähköinen lisälaite, joka tekee näistä aluksista tehokkaampia ja jopa valmiita hybridisointiin. Hybridialuksissa akseligeneraattori tai taajuusmuuttajateknologiaa hyödyntävä moottori mahdollistaa propulsiokoneiston optimaalisen ohjauksen eri nopeuksilla, mikä säästää energiaa.

Taajuusmuuttajilla on tärkeä rooli hybridisoinnissa ja integroinnissa, ja ne tarjoavat ratkaisuja meri- ja telakkateollisuudelle, joka etsii keinoja dieselöljyn kulutuksen vähentämiseen ja päästöjen minimoimiseen. Siirtyminen puhtaampiin polttoaineisiin, kuten nestekaasuun, on jo käynnissä. Tulevaisuudessa siirrytään käyttämään täysin sähkötoimisia aluksia. Sillä välin telakat ja alusten omistajat investoivat merenkulussa yhä enemmän hybridijärjestelmiin suunnittelun ja asennuksen joustavuuden lisäämiseksi, toiminnan tehokkuuden optimoimiseksi ja ympäristövaikutusten minimoimiseksi. Useat alustyypit pienistä edestakaisin liikkuvista lautoista valtaviin lentotukialuksiin voivat hyödyntää hybridisointiteknologiaa tehokkaamman ja puhtaamman toiminnan takaamiseksi. 

Etuja ovat selkeästi liiketoimintaa edistävät tekijät:

• aluksen entistä parempi suorituskyky
• pienemmät päästöt
• pienemmät käyttökustannukset pienemmän polttoaineenkulutuksen ansiosta
• pienemmät dieselmoottoreiden huoltokustannukset
• alhaisempi melutaso
• tehonsyöttöjärjestelmän parempi hyötysuhde pitkällä aikavälillä

Hybridisoinnissa hyödynnetään taajuusmuuttajia käyttämällä niiden tehonmuunnoskykyä ja verkkomuunninteknologiaa. VACON®-taajuusmuuttajia käytetään silloin, kun hybridisoitua energiantuotantoa käytetään generaattoreiden kanssa, ja hybridisoituja kuormia käytetään esimerkiksi propulsion ja nostureiden yhteydessä.

Hybridialuksia käytetään kahdella tai useammalla tehonlähteellä: Päämoottorit ja generaattorit on yleensä yhdistetty integroituun energian talteenottoon, mikä toteutetaan akuilla tai superkondensaattoreilla. Tarkoituksena on ensinnäkin hybridisoida joko energiantuotanto päämoottorin optimoinnin helpottamiseksi ja toiseksi hybridisoida koko energiaa kuluttava koneisto koneen toiminnan optimoimiseksi.

Meri- ja telakkateollisuudessa tiedostetaan hybriditehon ja innovatiivisten propulsiojärjestelmien käytön mahdollisuudet. Ne vähentävät päästöjä ja polttoaineenkulutusta sekä pidentävät moottorin huoltovälejä ja käyttöikää. Hybridiratkaisujen avulla voidaan jopa pienentää moottorin kokoa, mikä pienentää investointikustannuksia ja aluksella tarvittavaa tilaa.

Energiantuotannossa joustavuus saadaan 'ajan' muodossa. Energian talteenotolla saadaan aikaa generointiin, jolloin voidaan reagoida optimaalisella tavalla kuormitusolosuhteiden muutoksiin. Kuorman puolella kuormituskäyttäytyminen ei riipu generoinnista ja se on vakio suhteessa 'aikaan'.

Vahvistettu takaisinkytkentä ja toimivista hybridialuksista saadut suunnittelutavoitteet ovat osoittaneet, että useita lähteitä hyödyntävät energiaratkaisut alusten voimanlähteinä voivat pienentää polttoaineen kulutusta 20–30 %. Voit päättää sammuttaa dieselmoottorin ja käyttää sen sijaan akkua tai pienempää generaattoria tai kytkeä akun tai generaattorin irti ja käynnistää moottorin uudelleen.

Erityisalukset, kuten hinaajat ja tukialukset, käyttävät esimerkiksi suuren osan käyntiajastaan joutokäyntiin siten, että päämoottorit ovat käynnissä ja valmiina reagoimaan, mutta voimaa ei käytetä aluksen liikuttamiseen. Hybridiratkaisuissa voidaan käyttää akkuja ja pienempiä dieselgeneraattoreita energian syöttämiseen alukselle sen ollessa valmiustilassa joutokäynnillä satamassa tapahtuvan ohjailun tai lyhyiden kuljetusmatkojen aikana. Vastaavaa prosessia voidaan käyttää lautoilla, jotka toimivat käynnistyksillä/pysäytyksillä ja aikataulutetuilla reiteillä. Dynaamisessa sijoittelussa akkuja voidaan käyttää työntövoiman lähteenä, kunnes uusi päämoottori on käynnistetty ja kiihdytetty vauhtiin, joka riittää pidempiaikaisen työntövoiman tarjoamiseen alukselle.

Keulapotkurilta tarvitaan tarkkaa ohjattavuutta kaikissa meriolosuhteissa, ja se voidaan saavuttaa Danfossin taajuusmuuttajilla, joiden vääntömomentinhallintakyky on hyvä ja toiminta nopeaa ja tarkkaa.

Danfossin taajuusmuuttajalla ohjatut muuttuvan nopeuden ja kiinteän lapakulman potkurit ovat tyypillisesti 20–30 % tehokkaampia kuin kiinteänopeuksiset muuttuvalla lapakulmalla varustetut potkurit, jotka hukkaavat noin 20 % tehosta nollatyöntövoimalla.

Taajuusohjattu muuttuvanopeuksinen potkuri käyttää 50 % vähemmän energiaa kuin hydrauliset muuttuvanopeuksiset potkurit. Erityisen moottorin esilämmitystoiminnon tarve eliminoi kondensaationestolämmittimen.

Sähköisesti ohjatut azimuth-keulapotkurit mahdollistavat tarkemman ohjauksen ja nopeamman vasteen kuin hydraulinen ohjausjärjestelmä. Käytössä on aina vähintään kaksi rinnakkaista moottoria ja taajuusmuuttajaa. Ohjausjärjestelmä on käytettävissä, vaikka yksi yhdistelmä pysähtyisi.

Muuttuvan nopeudenohjauksen avulla voidaan saavuttaa tarkka peräsimen asemointi, mikä mahdollistaa tarkan analogisen ohjausjärjestelmän. Käyttämällä VLT®- tai VACON®-taajuusmuuttajaa nopeuden ja suunnan muuttamiseen pyörivän siivekkeen ohjauslaitteessa käännettävien hydraulipumppujen kanssa säästetään energiaa, koska laitteet käyvät vain aluksen muuttaessa kurssia.