混合推进

2019年3月1日，星期五

概括

船舶的杂交使您可以使用最佳的能源来完成所需的任务，从而使您从较少的环境排放量获得了降低降噪服务来减少维护工作中的一系列好处。

本质上，电力用于驱动连接到螺旋桨轴的大型电动机。该计划使燃油驱动的发动机可以更接近设计点，从而导致燃油经济性。多余的能量存储在电池中以供以后使用，以确保燃油驱动的发动机看到光滑的运行曲线。

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2.了解引擎和产生的力量

简而言之，柴油发动机的效率是它将燃料转化为机械能的能力。对发动机特性的一般描述如图1所示。
图1相对特定的燃油消耗与相对发动机负载的关系。

如所见，消耗是发动机负载的非线性函数，并且该功能在特定负载下具有最小值。取决于它的位置约为65-80％。因此，为了最大程度地减少燃油消耗，发动机负载应位于最大容量的2/3左右²。

但是，至少较小的船用容器的典型操作时间包括低速下的大量游荡。以拖船为例。他们花费了很多服务时间来闲逛并准备响应的主要（非常大）的发动机。多么浪费能量！

如图1所示，当发动机脱颖而出时，低速操作等于推进系统的效率低下。

²https://www.researchgate.net/figure/the-relative-specific-fuel-oil-consumption-sfoc-as-a-a-a-function-of-the-relative-enderative-engine-engine_fig2_252392578 3 http:///wwwww.imo.org/en/mediacentre/hottopics/ghg/pepages/default.aspx

2.1燃料的动态性能

纯柴油和船用气油具有相当快的动态性能（2兆瓦发电机的100 kW/秒）。但是，巴黎协议，排放控制区的增加以及IMO到2050年对50％排放案的承诺需要显着改善船舶燃料消耗以及排放水平³。新的燃料类型和使用洗涤器清洁排气气将很普遍。

较低的环境影响燃料（如液态天然气（LNG）和其他生物燃料）不会发出任何Sox气体或颗粒。使用液化天然气，NOX排放量最多减少85％，二氧化碳排放量至少减少20％³。但是，这些燃料类型的特征是变化响应较慢。它们不适合突然变化加载。因此，需要在发动机上均匀负载。例如，直接启动的推进器或板载压缩机可以在几秒钟内要求大量负载。

传统上，处理此问题的方法是使大量发电机作为旋转储备为峰值载荷做好准备。这些发电机只是继续运行，准备可能需要扩展功率。但是，有更好的方法可以解决峰值需求，从而实现了这些低排放燃料的实际使用。

³https://www.skangas.com/lng/lng-for-marine/

3.混合推进

如上所述，燃油驱动的发动机最能以约65-80％的容量的静态负载运行。但是电力波动一直在船上发生。影响推进的风和波浪，板载机械打开和关闭，需要即时推力转动或停止系统上所有施加动态载荷。

电子不介意动态。电子设备是瞬时的，以毫米秒而不是秒的反应，并且可以满足对电源需求快速变化的需求。

此外，向系统引入电池存储还意味着您可以利用这样的事实：一旦减轻负载，您就可以为电池充电以模拟负载，从而确保燃油驱动的发动机在一致的静态条件下工作。将电池引入系统也称为杂交。

3.1杂种容器

混合容器使用两个或多个电源运行。

主要的发动机和发电机通常与电池或超级电容器形式的集成储能组合。目的是杂交能量生产确保发电机优化（上述）或杂交消耗能量以优化其行为的机器。

3.2混合系统的优势

借助混合解决方案，可以协作的电池和较小的柴油发电机可用于在闲置，过境，转动，启动或停止时为船只提供能量。主引擎可以停止。

让燃油驱动的发动机以最佳限度运行，并让电子设备负责峰值需求，这意味着对基于发动机的旋转能力的需求已经消失。应用这种方法时，您会从发电机中获得更多电源，因为它们可以在最佳功率点上工作 - 需要较少的功率。这节省了安装，操作和维护的重量，金钱和精力。船舶电源管理系统会自动连续计算最佳的发动机旋转数量，并定义整个系统的功率源的最佳组合。由于运行发动机和发电机的数量减少，噪声水平被最小化并降低了燃油消耗。最重要的是，还减少了发动机/发电机的磨损，因此维护间隔将延长，可能会延长50％。

好处是：

提高了船只的性能
排放减少
由于燃料消耗降低而降低运营成本
降低与引擎有关的维护成本
降低噪音水平和振动 - 还减少了水中的噪音
提高电源系统的长期效率
更高的冗余

这是船舶AC网格的一个示例

图2船舶AC网格的示例，包括直流存储和海岸供应。

3.3峰剃须 - 减少发电机上的动态负载！

如图2所示，船上AC网格的储能系统是双向的，双向确保在减轻负载时，使用燃油驱动的发动机产生的多余功率用于为电池充电看不到任何突然的变化。

例如，如果您对柴油发电机提出了过多的需求，则可能会冒着发电机保护机制将其关闭以保护自身的风险。反过来，这会给其他发电机带来过多的负载，从而产生连锁反应，在最坏的情况下使电源系统无效，这意味着完全黑色是不可避免的。图3：发动机/发电机的突然更改是不需要的，可能导致船只黑色。图3发动机/发电机的突然变化是不需要的，可能导致船只黑色。

相反，如果您让储能系统进行这些快速变化，则发动机和发电机将经历平稳的电源需求上升和下降。车载管理系统可确保以适合该特定引擎的更改特征的受控方式缩减负载。

图4电子存储系统处理的突然更改。

为此，需要电源控制/基本电流对存储系统（AC驱动器）的引用，以覆盖快速负载的变化。

3.4负载共享

为了确保设备的最佳利用，您需要在柴油发电机和储能之间进行负载共享。

可以通过频率和电压的下垂函数或使用ISOSYNCHRONOUS模式来进行负载共享⁴。

在所有功率源之间平均共享活动负载时，设置应等效于系统中的其他功率来源。

⁴vacon®NXP网格转换器 - 设置峰剃须，https：//www.youtube.com/watch?v=dj1b4c8plhi＆index = 8＆list = plepz8aoke -rwlvvcnux_gnux_gnrezgnrezigb_gnreziqb_1q58

图5负载共享。

3.5保护设备并确保控制船只

与任何电气系统一样，可能会发生短路。如果发生短路，您想隔离故障区域，而不是损坏驱动器，这会使整个系统无效。

图6持续电流。

要燃烧或绊倒保险丝，您需要维持足够高的电流才能在足够长的时间内吹出它（用X标记）。为了在保险丝中适应这种特征，我们对驱动器进行编程，以确保满足这些阈值。

发生故障时，捷径电流迅速上升。如果电流达到驱动器的硬件跳闸级别（超过当前行程限制），为了保护硬件，驱动器停止和完全黑色是不可避免的。这是不必要的行为。

图7短路场景。

通过使用驱动器来管理电流，可以在预定义的短路水平上检测并切断上升电流。此级别是可调节的，应设置为安全保证金至HW Trip级别。电流降至0。然后，电流控制器将电流带到短路电流极限（也根据保险丝特性可调节参数）。短路时间也根据保险丝特性设置。因此，已知的电流已知已知的时间。

现在，一切都可以将保险丝吹到故障的电路，而不是将整个系统涂成黑色。

4。结论

将储能引入船只有可能显着降低燃料消耗和终身成本。同时，它可以对排放水平产生基本的积极影响，以确保达到国际社会设定的目标。

电池存储允许根据发动机或发电机的规格最佳利用，它消除了对旋转能力过多和过度尺寸的需求。

电池存储作为备份功能可确保在主发动机上发生故障的情况下，您将拥有可用的替代电源。就像在您的私人家庭中一样，当厨师在船长需要额外的油门时，只有厨师将厨房的保险丝吹到水壶，炉灶和烤箱上。