Przetwornica VACON® NXP Liquid Cooled Drive zapewnia ciche i czyste rejsy po rzece

Spalinowo-elektryczny napęd hybrydowy z silnikiem wysokoprężnym szturmem zdobywa statki wycieczkowe pływające po rzekach. W 2009 roku firma Viking River Cruises przekazała do eksploatacji MV Viking Legend, pierwszy na świecie rzeczny statek wycieczkowy z systemem energetycznym i napędowym opartym na efektywnie działającej magistrali komunikacyjnej DC. Od tego czasu zbudowała flotę ponad 50 statków z napędem hybrydowym.

Komfortowe rejsy po rzece statkami, które zużywają mniej paliwa
Wczasowicze uwielbiają pływające hotele na otwartym morzu i coraz popularniejsze stają się rejsy po rzekach. W przeciwieństwie do rejsów oceanicznych, rejsy rzeczne są połączone z wycieczkami po mieście i możliwością podziwiania pięknych krajobrazów. Jeśli chodzi o wyposażenie i zakwaterowanie, nowoczesne wycieczkowce rzeczne są równie luksusowe jak duże liniowce oceaniczne, pomimo braku na pokładzie, ze względu na ich mniejsze rozmiary, wielkich teatrów i basenów.

Jednakże w obu przypadkach operatorzy starają się prowadzić te pływające luksusowe hotele w sposób jak najbardziej energooszczędny. „Jeśli kochasz wycieczki po oceanie, szybko zakochasz się również w rejsach rzecznych” – komentuje Tor Hagen, prezes i dyrektor generalny Viking River Cruises, największego na świecie organizatora rejsów po rzekach. 

Jedną z możliwości osiągnięcia maksymalnej efektywności energetycznej na statkach jest: stosowanie spalinowo-elektrycznych napędów hybrydowych z silnikiem wysokoprężnym. Takie rozwiązanie szturmem wkracza na statki wycieczkowe pływające po rzekach. 

Efektywna energetycznie produkcja energii elektrycznej na pokładzie
Systemy energii elektrycznej i systemy napędowe stosowane we flocie firmy Viking River Cruises oparte są na przetwornicach VACON®NXP Liquid Cooled Drive. Michael Güldner ze Stoczni Neptuna, odpowiedzialny za systemy elektryczne na pokładach wszystkich statków firmy Viking, wyjaśnia: „Jesteśmy bardzo zadowoleni z przetwornic VACON®. Wspólnie przez lata byliśmy w stanie dalej udoskonalać systemy elektryczne”.

Statek jest wyposażony w cztery generatory energii elektrycznej z silnikami wysokoprężnymi. Dwa w przedniej maszynowni i dwa w maszynowni rufowej. Cztery asynchroniczne generatory, którymi sterują przetwornice VACON® NXP, dostarczają energię do elektrycznego układu napędowego oraz pokładowej sieci zasilającej. Generatory asynchroniczne są znacznie bardziej ekonomiczne niż konwencjonalne zespoły prądotwórcze (standaryzowane zespoły składające się z silnika wysokoprężnego i generatora). Umożliwiają one regulację prędkości obrotowej w celu stałej optymalizacji zużycia paliwa. Przetwornica VACON® NXP Liquid Cooled Drive odgrywa również ważną rolę w minimalizowaniu poziomu hałasu słyszalnego dla pasażerów. W przeciwieństwie do konwencjonalnych, mechanicznych zespołów napędowych, które są wyposażone w silniki wysokoprężne napędzające śruby statków, przetwornice zapewniają optymalną pracę generatorów wysokoprężnych pod względem izolacji akustycznej.

Włączanie i wyłączanie generatorów za pomocą sterownika PMS (Power Management System) jest łatwe. Dzięki temu produkcja energii zawsze odpowiada zapotrzebowaniu na energię w czasie rzeczywistym.

Inteligentny wewnętrzny system przetwornicy VACON® NXP Liquid Cooled Drive szybko, niezawodnie i równomiernie rozkłada obciążenie pomiędzy generatory. Specjalnie do tego celu inżynierowie wykorzystali narzędzie programistyczne VACON® Programming (IEC 61131-3) do opracowania koncepcji sterowania i wykorzystali ją w łatwo modyfikowanym oprogramowaniu sterującym przetwornic VACON® NXP. 

Dzięki koncepcji magistrali DC, inaczej niż w przypadku konwencjonalnych głównych układów napędowych z silnikami wysokoprężnymi, eksperci w stoczni Neptun nie musieli instalować dużych rozdzielnic. Stanowi to wyraźną zaletę na statkach, gdzie przestrzeń jest na wagę złota lub mogłaby być lepiej wykorzystana do innych celów. Napędy główne i mikronapędy sieci zasilającej na pokładzie statków MV Viking zostały zaprojektowane tak, aby były kompaktowe i pełniły funkcję urządzeń rezerwowych. Spełniają one wszystkie normy i wytyczne UE dla rzecznych statków wycieczkowych, jak również warunki dopuszczenia Germanischer Lloyd.

Do 20% mniejsze zużycie paliwa
Liczne zalety tej innowacyjnej koncepcji pokładowej sieci zasilającej i napędu obejmują przede wszystkim znaczne zmniejszenie zużycia paliwa nawet o 20%, a co za tym idzie redukcję emisji. Jest to możliwe dzięki zdolności systemu do automatycznego obliczania aktualnego zużycia energii przez statek w dowolnym momencie i do dostarczania dokładnie takiej ilości energii, jakiej wymaga się od generatorów. Jeżeli statek wytwarza dodatkową energię w wyniku działań takich jak hamowanie, energia ta nie musi być neutralizowana przez rezystory, ale powraca do magistrali DC, dzięki czemu jest dostępna dla innych odbiorników na pokładzie. Odciąża to generatory, które w rezultacie muszą produkować mniej energii. Dzięki tej technologii, jak również przetwornicom ze zmiennym zakresem prędkości obrotowej zainstalowanym na pompach i wentylatorach, całkowite zużycie energii w przypadku tych jednostek jest do 20% niższe niż na statkach konwencjonalnych.

Nie jest już konieczna synchronizacja generatorów, co jest kolejną ważną zaletą magistrali DC. Wymagana moc wyjściowa jest dostępna w czasie krótszym niż jedna sekunda. W systemach elektrycznych z magistralą AC procesy synchronizacji mogą trwać do kilku minut lub mogą nie dojść do skutku. Generatory są gotowe do wytwarzania energii wyjściowej, takiej jak energia potrzebna do zasilania statku w trakcie ruchu do przodu lub w momencie unikania niebezpiecznej sytuacji, dopiero po ich pomyślnym zsynchronizowaniu. System magistrali DC poprawia zatem bezpieczeństwo i dynamikę statku. Jest to szczególna zaleta na wąskich i ruchliwych rzekach, ponieważ pozwala szybko reagować na nieprzewidziane sytuacje występujące w okolicy zakrętu.

Generowanie 230/400 V w pokładowej sieci zasilającej
Przetwornice VACON® NXP Grid Converter zasilają cztery równoległe pokładowe transformatory sieciowe w celu zapewnienia systemu rezerwowego. Dzięki nim zawsze istnieje możliwość jednoczesnej obsługi różnych sieci pokładowych, zarówno w przypadku krótkotrwałych procesów przełączania, jak i w sposób ciągły.

Dodatkowa synchronizacja zewnętrzna nie jest wymagana, ponieważ przetwornice sieci zasilającej wykonują to zadanie samodzielnie, szybko, prosto i w każdej chwili.

Przetwornice VACON® NXP Grid Converter wyposażono w programowalną funkcję obniżania częstotliwości i napięcia. Ułatwiają one kompensację i rozłożenie obciążeń pomiędzy kilka generatorów. Dzięki tej funkcji przetwornice VACON® NXP Grid Converter działają w układzie podobnie jak zespoły prądotwórcze. Parametry regulacyjne wymagane do dokładnego doboru rozdzielnicy niskiego napięcia zapewniają przetwornice sieci zasilającej.

Żegluga i środowisko naturalne
Przedsiębiorstwo żeglugowe przywiązuje dużą wagę do środowiskowo zrównoważonej eksploatacji swoich statków. Firma Viking River Cruises koncentruje wszystkie swoje wysiłki na jak największej redukcji emisji. Główne i pomocnicze silniki wysokoprężne są wyposażone w filtry cząstek stałych, które zapobiegają emisjom dwutlenku węgla. Statek można również podłączyć do brzegowej sieci zasilającej. W przypadku zacumowania w porcie miejskim, który zapewnia wymagane połączenie elektryczne, całą energię elektryczną do systemu zasilania wycieczkowiec rzeczny pobiera z lądu. Zasilanie z lądu na statek również doprowadzane jest do jego sieci zasilającej za pośrednictwem przetwornicy VACON® NXP. Ponieważ generatory z silnikami wysokoprężnymi są całkowicie wyłączone podczas tego procesu i w związku z tym nie powodują żadnego hałasu ani emisji, zarówno pasażerowie, jak i osoby mieszkające w pobliżu miejsca postoju nie odczuwają żadnych negatywnych skutków.

Do prowadzenia hotelu statek wymaga dwóch połączeń 400 A. Niestety, nie każdy port miejski jest wyposażony w wymagany system zasilania statków z lądu. Jednak coraz więcej portów zapewnia takie połączenia w celu zminimalizowania emisji, ochrony środowiska i poprawy jakości powietrza w miastach.

Precyzyjne manewrowanie
System wytwarzania energii na statkach Viking składa się z generatorów wysokoprężnych o mocy 470 kW i 1000 kW zarówno na dziobie, jak i na rufie statku. Przetwornice VACON® NXP dostarczają energię z generatorów do sieci zasilającej1024 V DC. Rozdzielnice DC na dziobie i rufie są połączone magistralą DC o długości 120 m. Statek napędzają znajdujące się na rufie cztery pędniki ze śrubą podwójną firmy Schottel o mocy 330 kW i dwa pędniki strumieniowe firmy Schottel o mocy 340 kW na dziobie. Ułatwiają one precyzyjne manewrowanie statkiem i uzyskanie maksymalnej prędkości 21 km/h, czyli 13 węzłów. Układ napędowy z czterema małymi pędnikami sterującymi zamiast dwóch dużych poprawia również zwrotność jednostki o długości 135 m i szerokości 11,4 m na wąskich rzekach. System pracuje znacznie ciszej i wytwarza mniej drgań. Koszty konserwacji są również znacznie niższe niż w przypadku technologii konwencjonalnych. Wszystkie te rozwiązania przyczyniają się do znacznego zwiększenia komfortu zarówno pasażerów, jak i załogi.

Wysoka niezawodność
Sytuacje kryzysowe są dobrze opanowane. Aby poradzić sobie z nieoczekiwanymi błędami w systemie, takimi jak nagła awaria generatora, przetwornice VACON® NXP są wyposażone w szybkie algorytmy monitorowania i sterowania, które zapobiegają takim przerwom w dostawie energii elektrycznej. Funkcja ta jest również realizowana za pomocą narzędzia do programowania VACON® , które jest zgodne z normą IEC 61131-3. W mało prawdopodobnym przypadku pożaru w jednej z maszynowni załoga może w każdej chwili odizolować system zasilania na rufie i w części sterowej statku. Dzięki temu statek zawsze pozostaje zwrotny i może cumować w następnym porcie.

Łatwa komunikacja za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej

Dołączana opcjonalna karta magistrali komunikacyjnej pozwala optymalnie dostosować przetwornicę VACON® NXP można do wymaganego systemu. Dzięki ograniczonemu zapotrzebowaniu na okablowanie system magistrali komunikacyjnej jest idealnie dopasowany do warunków panujących na pokładzie.

Do komunikacji z urządzeniami na pokładzie statków Viking wykorzystuje się sieć w standardzie PROFIBUS. Za jej pośrednictwem do wszystkich przetwornic są przekazywane polecenia z jednostki sterującej, a także przesyłane informacje zwrotne. Dzięki temu dostępne są wszystkie ważne informacje z przetwornic, które umożliwiają bezpieczne sterowanie statkiem z mostka. Wszystkie przetwornice VACON® NXP są podłączone do sieci za pośrednictwem szybkiej wewnętrznej magistrali CAN służącej do komunikacji wewnętrznej, przeprowadzania prostych kalibracji podczas uruchamiania systemu i rozwiązywania problemów. Oprogramowanie VACON® NCDrive zapewnia dostęp do wszystkich przetwornic częstotliwości poprzez jeden centralny punkt dostępowy w tej magistrali.