Sob a onda de transformação de baixo carbono no transporte marítimo, os navios elétricos movidos por metanol, álcool, geração de energia e baterias de armazenamento de energia são as principais rotas de energia verde para navios de carga terrestres e offshore e navios de engenharia. A FARIZON, contando com o conjunto gerador de álcool e hidrogênio da série GS13M, lançou uma solução de rede de energia que abrange navios de tonelagem total de 1.000 a 15.000 toneladas, resolvendo completamente os problemas de curta durabilidade de navios puramente elétricos e altas emissões e consumo de combustível de navios tradicionais a diesel. Este artigo combina os parâmetros de correspondência de tonelagem dos navios para desmontar a arquitetura de composição, a lógica operacional e o princípio de trabalho colaborativo de múltiplas condições de trabalho da rede de energia dos navios elétricos a álcool e hidrogênio.
A、 Os cinco componentes principais da rede de energia de álcool e hidrogênio
Todo o sistema de energia do navio consiste em cinco partes: conjunto gerador de álcool e hidrogênio, bateria de lítio para armazenamento de energia, sistema de rede de barramento CC, host de propulsão elétrica de alta potência e plataforma de controle inteligente. Cada unidade opera de forma independente e trabalha em conjunto para formar uma rede completa de fornecimento de energia em circuito fechado.
1. Grupo gerador de álcool e hidrogênio GS13M (fonte de energia)
Combine 2-7 grupos geradores com motor de combustão interna de metanol GS13M de 280kW de acordo com a tonelagem da embarcação, usando metanol líquido como combustível para combustão e geração de energia, sem emissões de partículas, atendendo aos padrões de emissão Tier III da IMO para navios. Como fonte de energia básica contínua e estável, a tripulação é responsável por fornecer energia básica para as condições de cruzeiro em estado estacionário do navio, preenchendo a lacuna na descarga da bateria por um longo período. Os barcos pequenos com peso entre 1.000 e 3.000 toneladas são equipados com 2 a 3 unidades, enquanto os navios grandes com peso superior a 8.000 toneladas são equipados com até 7 geradores paralelos para garantir reservas de energia para serviços pesados.
2. Bateria de lítio de armazenamento de energia de grande capacidade (unidade tampão de barbear de pico)
A capacidade da bateria é configurada com pacotes de armazenamento de energia de 200-4000 kWh de acordo com o gradiente de tonelagem, que realizam duas funções principais: compensação instantânea de alta potência e armazenamento de energia ocioso de baixa carga. Liberar energia elétrica instantaneamente durante a partida do navio, aceleração e carga pesada no topo das ondas para reduzir flutuações na carga unitária; Durante os períodos de cruzeiro em baixa velocidade e baixa carga de atracação e descarga, o excedente de eletricidade da unidade de álcool e hidrogênio é armazenado na bateria para obter recuperação de energia e reduzir perdas frequentes de inicialização e desligamento da unidade.
Barramento de rede de energia integrado 3.750DC/380AC (centro de distribuição de energia)
Todo o sistema adota uma arquitetura de rede de barramento CC de 750 V e todos os geradores, baterias de armazenamento de energia e motores de propulsão elétrica são conectados em paralelo ao barramento CC comum. A conversão bidirecional entre DC e AC é concluída através de um conversor de energia. Comparado com a fonte de alimentação tradicional para navios, o barramento integrado pode ajustar livremente a potência de cada unidade, alcançando uma comutação perfeita de energia de várias fontes e é o centro central de toda a solução.
4. Sistema de propulsão elétrica de alta potência (terminal de saída de energia)
A potência de propulsão elétrica é combinada em estágios de 350kW a 1100kW. Os navios pequenos são equipados com motores de propulsão duplos de 350 kW, e os navios pesados de 10.000 toneladas são equipados com propulsores elétricos duplos de alta potência de 1.100 kW. A energia elétrica é distribuída ao sistema de propulsão elétrica através do barramento, e o motor aciona diretamente a hélice, com alto torque de partida, baixo ruído operacional e resposta de manuseio muito melhor do que os navios tradicionais de acionamento direto com motor diesel.
5. Plataforma de controle EMS de gerenciamento inteligente de energia
Como o "cérebro" de toda a rede, ele coleta dados em tempo real sobre a geração de energia da unidade, o SOC da bateria e a carga de propulsão do navio, ajusta automaticamente o número de partidas e paradas da unidade, carga e descarga da bateria e consegue uma programação inteligente não tripulada de todo o sistema.
B、 Três modos operacionais principais de rede de energia de hidrogênio e álcool
1. Modo de cruzeiro em estado estacionário (alimentado de forma independente pela tripulação)
O navio navega a velocidade constante em águas calmas, com carga estável e moderada. O sistema EMS aciona o número correspondente de grupos geradores de álcool e hidrogênio, contando apenas com a geração de energia das unidades para abastecer a propulsão elétrica e os equipamentos auxiliares de bordo, enquanto a bateria mantém o equilíbrio de potência sem carregar ou descarregar. Este modo de unidade opera a uma velocidade estável e econômica por um longo tempo, com o menor consumo de metanol, e é adequado para navegação inter-regional de longa distância interior e offshore.
2. Modo de energia de carga pesada (descarga combinada da unidade e da bateria)
A aceleração da partida dos navios, os ventos contrários e as ondas, e as condições de subida de carga pesada aumentaram significativamente a demanda instantânea de energia da propulsão elétrica, e depender apenas de unidades de álcool e hidrogênio não pode atender aos picos de carga. O sistema controla automaticamente a bateria de armazenamento de energia para liberar energia elétrica de forma síncrona e combina-se com a energia da unidade no barramento CC para preencher instantaneamente a lacuna de alta potência. Não há necessidade de ligar o grupo gerador separadamente, evitando sobrecarga e operação em alta temperatura da unidade, além de prolongar a vida útil de toda a máquina.
3. Modo de armazenamento de energia de baixa velocidade/atracação (geração de energia da unidade e armazenamento de energia)
Quando os navios entram no porto, movem-se em baixas velocidades e carregam e descarregam mercadorias no cais, a carga de propulsão diminui significativamente e a potência de saída da unidade de álcool e hidrogênio é maior que o consumo do navio. O excesso de eletricidade é armazenado automaticamente na bateria de armazenamento de energia para completar a reposição de energia; Após atracação e desligamento, todas as unidades de álcool e hidrogênio podem ser desligadas, e a iluminação, o ar condicionado e os equipamentos auxiliares do navio podem ser alimentados por baterias durante todo o dia, alcançando zero emissões e zero ruído de atracação na área portuária.
C、Lógica de correspondência de potência para redes de navios baseadas em tonelagem
A solução de rede de energia FARIZON é padronizada em quatro níveis: 1000~3000t, 3000~5000t, 5000~8000t e >8000t. Todas as tonelagens compartilham a mesma arquitetura de rede 750DC/380AC, com apenas ajustes feitos no número de unidades, baterias e propulsores elétricos. Para pequenos navios interiores de 1.000 toneladas, são necessárias 2-3 unidades de álcool e hidrogênio de 280 kW, baterias de 200-516 kWh e propulsores elétricos duplos de 350 kW para atender às necessidades de transporte terrestre de curta distância; Navio de carga de tamanho médio de 5.000 toneladas: 3-4 unidades, armazenamento de energia de 500-700 kWh, propulsão elétrica dupla de 450 kW, equilíbrio de resistência e carga pesada; Embarcações offshore de dez mil toneladas: 6-7 grupos geradores de álcool e hidrogênio, baterias de grande capacidade de 1.000-4.000 kWh, propulsores elétricos duplos de alta potência de 950-1100 kW, capazes de lidar com tempestades oceânicas e navegação com carga total de longo prazo. A arquitetura de rede padronizada facilita a instalação modular em estaleiros, e baterias adicionais podem ser adicionadas conforme necessário para expandir a vida útil da bateria no estágio posterior, sem a necessidade de modificar todo o sistema de alimentação de barramento.
D、 Principais vantagens de trabalho da rede de energia de hidrogênio e álcool
1. Carga estável e menores perdas unitárias
Redução de pico de bateria e carga de equilíbrio de enchimento de vale, unidades de álcool e hidrogênio sempre operam dentro da faixa econômica, evitando trocas frequentes de carga alta e baixa, e o ciclo de revisão é estendido em mais de 40% em comparação com unidades geradoras puras;
2. Navegação verde durante todo o período
Os cruzeiros dependem da geração de energia com baixas emissões de metanol, e baterias de zero carbono são usadas para fornecimento de energia em áreas portuárias para atender às restrições de tráfego de vias navegáveis verdes interiores e áreas portuárias costeiras ecologicamente corretas;
3. Sem deficiências na duração da bateria
Diferente dos navios puramente elétricos, que têm um alcance de apenas algumas centenas de quilômetros, a injeção de metanol é conveniente e, com baterias de armazenamento de energia, a navegação inter-regional perto da costa não é limitada pela quilometragem;
4. Menores custos de operação e manutenção
O design paralelo de múltiplas unidades permite o fornecimento normal de energia para outros equipamentos durante a manutenção de uma única unidade, eliminando a necessidade de aterramento da embarcação e reduzindo significativamente as perdas devido ao tempo de inatividade.
Resumo
A principal lógica de funcionamento da rede de energia para navios a álcool e hidrogênio da FARIZON é usar um barramento CC integrado como hub, com unidades de álcool e hidrogênio como fonte de energia básica e baterias de armazenamento de energia como buffers de energia. Através de um sistema EMS inteligente, ele alterna automaticamente entre três modos de operação: geração conjunta de energia, descarga conjunta e atracação de armazenamento de energia, e é adequado para navios terrestres e offshore de 1.000 a 15.000 toneladas. Toda a solução leva em consideração os três requisitos principais de longa durabilidade, zero emissões portuárias e baixas perdas de operação e manutenção, fornecendo uma solução madura e prática de fornecimento de energia verde para navios para empresas de transporte marítimo.
