Przetwornice dla układów napędowych i pędników statków

Wiele jednostek pływających dalekiego zasięgu nadal korzysta z bezpośredniego napędu diesla, nie używając przy tym żadnego elektrycznego układu napędowego. Jednostki te mogą poprawiać wydajność i zoptymalizować obciążenie silnika głównego poprzez instalację prądnicy wałowej/silnika pomiędzy śrubą napędową a silnikiem głównym. Rozwiązanie to, nazywane Power Take Out i Power Take In (PTO/PTI), jest modułem elektrycznym, dzięki któremu jednostki pływające są wydajniejsze i gotowe do zastosowania hybrydyzacji. W hybrydowych jednostkach pływających prądnica wałowa/silnik współpracujący z technologią przetwornicy AC umożliwia optymalne sterowanie maszynami napędowymi przy zróżnicowanych prędkościach, co pozwala oszczędzać energię.

Przetwornice AC odgrywają kluczową rolę w hybrydyzacji i integracji oraz dostarczają rozwiązań dla przemysłu morskiego i przybrzeżnego szukających sposobów na zmniejszenie zużycia oleju napędowego i zminimalizowanie emisji. Już zmierzamy w kierunku wykorzystywania czystszych paliw, takich jak skroplony gaz ziemny (LNG). Rozwiązaniem przyszłości są natomiast w pełni elektryczne jednostki pływające. W tym czasie właściciele stoczni oraz jednostek pływających coraz chętniej inwestują w morskie systemy hybrydowe, w celu zwiększenia elastyczności w zakresie konstrukcji i instalacji, optymalizacji wydajności roboczej oraz minimalizacji wpływu na środowisko. Wszystkie typy jednostek pływających, od małych promów po lotniskowce, mogą wykorzystywać technologię hybrydyzacji, w celu uzyskania większej i czystszej wydajności. 

Korzyści dla biznesu wydają się być oczywiste:

• zwiększona wydajność jednostek pływających
• zmniejszone emisje
• niższe koszty pracy dzięki zmniejszonemu zużyciu paliw
• niższe koszty konserwacji silników diesla
• obniżony poziom hałasu
• lepsza wydajność długoterminowa systemu zasilania energią elektryczną

W ramach hybrydyzacji przetwornice AC dokonują konwersji mocy oraz wykorzystują technologię konwertera sieciowego. Przetwornice VACON® są stosowane, gdy produkcja energii hybrydowej wykorzystywana jest przez generatory, a obciążenia hybrydowe, na przykład, przez napędy i dźwigi.

Hybrydowe jednostki pływające wykorzystują dwa lub więcej źródeł energii: Główne silniki i generatory są zazwyczaj połączone za pośrednictwem urządzeń magazynujących energię, jak np. akumulatorów czy superkondensatorów. Pierwszym celem jest hybrydyzacja produkcji energii, by złagodzić optymalizację silnika głównego, a drugim hybrydyzacja wszystkich maszyn pobierających energię, aby zoptymalizować ich działanie.

Przemysł morski i instalacji przybrzeżnych dostrzega potencjał wykorzystywania mocy hybrydowej oraz innowacyjnych układów napędowych. Zmniejszają one emisję oraz poprawiają zużycie paliwa jednocześnie wydłużając czas pomiędzy konserwacjami oraz żywotność silnika. Dzięki rozwiązaniom hybrydowym możliwe jest nawet zmniejszenie wielkości silnika, co przekłada się na oszczędności inwestycyjne oraz zwiększa dostępną na pokładzie przestrzeń.

W przypadku produkcji energii, elastyczność przybiera postać „czasu”. Magazynowanie energii daje czas na optymalną reakcję na zmiany związane z obciążeniami. Po stronie obciążenia, zachowanie obciążenia nie zależy od wytwarzania i jest stałe czasowo.

Potwierdzone opinie oraz specyfikacja projektu dotyczące hybrydowych jednostek pływających dowiodły, że rozwiązania wykorzystujące wiele źródeł energii do zasilania statków mogą obniżyć zużycie paliw o 20–30% Istnieje możliwość zatrzymania silnika diesla i pracy na akumulatorach lub z wykorzystaniem mniejszego generatora, bądź można też odłączyć akumulatory lub generator i ponownie uruchomić silnik.

W przypadku jednostek pływających specjalnego przeznaczenia, takich jak holowniki i statki pomocnicze, główne silniki bardzo często pracują bez obciążenia, gotowe do działania, ale moc nie jest wykorzystywana przez napędy. Dzięki rozwiązaniom hybrydowym istnieje możliwość wykorzystania akumulatorów i mniejszych generatorów diesla do zapewnienia takim jednostkom pływającym energii, gdy pracują w trybie jałowym, znajdują się w gotowości podczas manewrów w porcie lub pokonują niewielkie odległości. Podobny proces może być stosowany w przypadku promów pływających na zaplanowanych trasach w cyklach uruchamiania/zatrzymywania. W przypadku pozycjonowania dynamicznego do zapewnienia mocy napędowej zanim uruchomiony zostanie dodatkowy silnik główny, który uzyska właściwą prędkość zapewniającą odpowiednie zasilanie napędowe, możliwe jest wykorzystanie akumulatorów.

Zadaniem pędnika jest zapewnienie precyzyjnej zwrotności. Teraz można uzyskać ją, stosując przetwornice Danfoss gwarantujące elastyczność w obrębie momentu obrotowego oraz szybkość i precyzyjne osiągi.

Stałe pędniki bezstopniowe, których pracą sterują przetwornice częstotliwości firmy Danfoss są zazwyczaj o 20-30% bardziej energooszczędne od śrub napędowych o zmiennym skoku i stałej prędkości obrotowej, które zużywają około 20% mocy przy zerowym naporze.

Pędniki bezstopniowe z funkcją sterowania częstotliwością zużywają o 50% mniej energii niż pędniki bezstopniowe wyposażone w układy hydrauliczne. Potrzeba specjalnej funkcji podgrzewania silnika eliminuje konieczność stosowania grzałki antykondensacyjnej.

Pędniki azymutalne ze sterowaniem elektrycznym gwarantują większą kontrolę oraz krótsze czasy odpowiedzi niż układy sterowania hydraulicznego. W użyciu zawsze są przynajmniej dwa silniki i przetwornice w konfiguracji równoległej. Nawet jeśli jeden taki zestaw się zatrzyma, układ kierowniczy będzie nadal działać.

Dzięki regulacji poprzez zmianę prędkości możliwe jest uzyskanie precyzyjnego ustawienia steru, co umożliwia precyzyjny układ sterowania analogowego. Urządzenia sterowe z łopatami obrotowymi wyposażone w odwracalne pompy hydrauliczne wykorzystują przetwornice VLT® lub VACON® do zmiany prędkości i kierunku, dzięki czemu zyskujemy oszczędność energii wynikającą z faktu, że są one uruchamiane jedynie podczas zmian kursu.