Сістэмы аднаўляльнай энергіі для марскіх суднаў
Змяненне клімату і рост коштаў на выкапнёвае паліва прымушаюць марскую галіну трансфармавацца. На працягу дзесяцігоддзяў судны — ад грузавых суднаў і пасажырскіх паромаў да рыбалоўных суднаў — абапіраліся на дызельныя рухавікі ў якасці асноўнай крыніцы энергіі. Аднак ціск з боку міжнародных правілаў выкідаў, попыт рынку на больш зялёную лагістыку і прагрэс у тэхналогіях чыстай энергіі робяць аднаўляльныя крыніцы энергіі ўсё больш рэалістычным рашэннем. У гэтым артыкуле абмяркоўваюцца канцэпцыі, тэхналогіі, перавагі, праблемы і напрамкі развіцця сістэм аднаўляльных крыніц энергіі для судоў.
Чаму караблям патрэбныя аднаўляльныя крыніцы энергіі?
Суднаходны сектар адыгрывае жыццёва важную ролю ў сусветным гандлі, але ён таксама спрыяе выкідам парніковых газаў і забруджвальнікаў паветра, такіх як аксіды серы (SOx) і аксіды азоту (NOx). Міжнародная марская арганізацыя (ІМА) заахвочвае скарачэнне выкідаў з дапамогай розных правілаў і мэтавых паказчыкаў вугляроднай інтэнсіўнасці. Тым часам аператары суднаў сутыкаюцца з нестабільнасцю цэн на паліва і ростам выдаткаў на выкананне патрабаванняў. Аднаўляльныя крыніцы энергіі прапануюць падыход да скарачэння залежнасці ад выкапнёвага паліва пры адначасовым павышэнні аперацыйнай эфектыўнасці.
Акрамя экалагічных і рэгулятыўных меркаванняў, існуе стратэгічны аспект: пастаўкі выкапнёвага паліва ў некаторых партах могуць быць абмежаванымі або дарагімі. Інтэграцыя аднаўляльных крыніц энергіі — хоць на пачатковых этапах часта гібрыдная — можа забяспечыць гнуткасць і энергетычную ўстойлівасць, асабліва для суднаў, якія працуюць па фіксаваных маршрутах або ў аддаленых раёнах.
Асноўныя канцэпцыі сістэм аднаўляльнай энергіі на суднах
У адрозненне ад наземных электрастанцый, караблі маюць прастору, вагу і строгія патрабаванні бяспекі. Сістэмы аднаўляльных крыніц энергіі на караблях звычайна не з'яўляюцца асобнымі сістэмамі, а хутчэй аб'яднаны ў гібрыдную канфігурацыю, якая спалучае некалькі крыніц энергіі, такіх як сонечныя панэлі, ветраныя турбіны, акумулятары, звычайныя рухавікі і сістэму кіравання энергіяй (СЭЭ). Канчатковая мэта — скараціць спажыванне выкапнёвага паліва, павысіць эфектыўнасць і скараціць выкіды — без шкоды для бяспекі і надзейнасці.
Звычайна кампаненты сістэмы ўключаюць:
1. Аднаўляльныя крыніцы энергіі (сонечная, ветравая або іншыя тэхналогіі).
2. Назапашванне энергіі (батарэі або іншыя сістэмы захоўвання).
3. Пераўтваральнік харчавання (інвертар, пераўтваральнік пастаяннага току) для рэгулявання напружання і току.
4. Электрарухавік або дапаможная энергасістэма.
5. Сістэма кіравання электраэнергіяй для аптымізацыі размеркавання нагрузкі і мінімізацыі спажывання паліва.
Сонечныя панэлі (фотаэлектрычныя) на суднах
Сонечныя панэлі — адзін з самых простых варыянтаў, бо яны модульныя, адносна бяспечныя і патрабуюць нязначнага абслугоўвання. Звычайна іх усталёўваюць на палубах, дахах надбудоў або ў месцах, якія не перашкаджаюць працы. Выпрацоўваемая энергія выкарыстоўваецца для харчавання гасцінічных прылад, такіх як асвятленне, навігацыя, астуджэнне, помпы і сістэмы сувязі. На невялікіх суднах або паромах з кароткімі маршрутамі сонечныя панэлі могуць зрабіць значны ўнёсак у спалучэнні з акумулятарамі.
Перавагі сонечных панэляў:
– Не выпрацоўвае выкідаў падчас працы.
— Амаль без шуму.
– Падыходзіць для стабільных электрычных нагрузак.
Яго абмежаванні:
– Вытворчасць энергіі залежыць ад надвор'я і становішча сонца.
– Плошча паверхні судна абмежаваная; нават буйныя грузавыя судны маюць «выкарыстоўваныя» зоны для грузаў і абсталявання.
– Успрымальнасць да карозіі марской вады, што патрабуе адпаведных матэрыялаў і пакрыццяў.
Нягледзячы на тое, што пікавы ўнёсак сонечнай энергіі на вялікім судне можа складаць толькі невялікую частку патрабаванняў да рухавіка, уплыў усё яшчэ значны для зніжэння нагрузкі на дызель-генератары, асабліва калі судна стаіць на якары або ў руху.
Ветраэнергетыка: сучасныя ветразі і турбіны
Ветраэнергетыка вяртаецца ў выглядзе "сучасных ветразяў", такіх як ротар Флетнера, крылападобны ветразь або паветраны змей. У адрозненне ад традыцыйных парусных суднаў, гэтыя сістэмы распрацаваны як дапаможныя рухальныя прылады для гандлёвых суднаў, кіруюцца аўтаматычна і могуць быць інтэграваны ў існуючыя суднаходныя маршруты.
1. Ротар Флетнера выкарыстоўвае эфект Магнуса: круцільны цыліндр стварае цягу пад уздзеяннем ветру.
2. Крылападобны ветразь — гэта жорсткі ветразь у форме крыла, кут нахілу якога можна рэгуляваць для стварэння пад'ёмнай сілы.
3. Паветраны змей выкарыстоўвае вялікі парашут, які ляціць на большай вышыні, ловячы больш стабільны вецер.
Перавагі ветраэнергетыкі:
– Можа непасрэдна знізіць расход паліва для рухавіка.
– Эфектыўны на маршрутах з пэўнымі рэжымамі ветру.
Тантанган:
– Патрабуецца прастора для ўстаноўкі і канструкцыя, што ўплывае на ўстойлівасць і пагрузачна-разгрузачныя аперацыі.
— Эфектыўнасць моцна залежыць ад надвор'я і кірунку ветру.
– Патрабуюцца сістэмы кіравання і навучанне экіпажа.
Некалькі даследаванняў і прамысловых выпрабаванняў паказалі эканомію паліва ад некалькіх працэнтаў да дзясяткаў працэнтаў пры ідэальных ветравых умовах. Хоць гэтая тэхналогія не заўсёды паслядоўная, яна прывабная, бо яе можна ўстанавіць на судна, якія ўжо знаходзяцца ў эксплуатацыі.
Батарэі і сістэмы захоўвання энергіі
Акумулятары, асабліва літый-іённыя, з'яўляюцца ключом да гібрыдных сістэм. Яны дазваляюць захоўваць сонечную/ветравую энергію і выкарыстоўваць яе пры неабходнасці, што дапамагае стабілізаваць энергасістэму судна і зніжае пікавыя нагрузкі на генератары. На электрычных паромах або суднах партовага абслугоўвання акумулятары могуць быць нават асноўнай крыніцай энергіі.
Перавагі батарэі:
– Цішэйшая праца і мінімальная вібрацыя.
– Хуткая рэакцыя на манеўры і пікавыя нагрузкі.
– Скарачае час прастою дызельнага рухавіка.
Аднак батарэі таксама ствараюць сур'ёзныя праблемы:
– Рызыка цеплавых пажараў, якія распаўсюджваюцца ў вонкавым асяроддзі, што патрабуе спецыяльных сістэм астуджэння, маніторынгу і тушэння.
– Вялікая вага і аб'ём для высокай ёмістасці.
– Пачатковая цана ўсё яшчэ адносна высокая, хоць тэндэнцыя да зніжэння.
Для судоў далёкага плавання (глыбакаводныя перавозкі) чыста акумулятарныя батарэі ўсё яшчэ цяжка замяніць дызельнае паліва з-за іх высокіх энергаспажыванняў. Аднак для судоў кароткага плавання, буксіраў, міжастраўных паромаў і судоў марскога абслугоўвання акумулятары становяцца ўсё больш жыццяздольным варыянтам.
Вадарод і паліўныя элементы: кірунак будучыні
Акрамя сонечнай і ветравой энергіі, значная частка інавацый сканцэнтравана на вадародзе і паліўных элементах. Вадарод можна вырабляць з выкарыстаннем аднаўляльнай электраэнергіі (зялёны вадарод) і выкарыстоўваць у паліўных элементах для выпрацоўкі электраэнергіі практычна з нулявымі мясцовымі выкідамі (толькі вадзяная пара). Паліўныя элементы забяспечваюць высокую эфектыўнасць і ціхую працу.
Асноўныя перашкоды для вадароду:
– Захоўванне: для вадароду патрабуецца высокі ціск або вельмі нізкія тэмпературы (крыягеннае).
– Інфраструктура бункероўкі ў многіх партах усё яшчэ абмежаваная.
– Выдаткі на вытворчасць зялёнага вадароду ўсё яшчэ адносна высокія.
Аднак для пасажырскіх судоў, навукова-даследчых судоў або судоў, якія працуюць у раёнах з падтрымкай зялёнай інфраструктуры, паліўныя элементы могуць стаць стратэгічным рашэннем.
Сістэмная інтэграцыя: кіраванне энергіяй і праектаванне судоў
Поспех выкарыстання аднаўляльных крыніц энергіі на суднах у значнай ступені залежыць ад інтэграцыі сістэмы. Сістэма кіравання энергіяй рэгулюе зарадку акумулятараў, запуск генератара, аптымальнае выкарыстанне энергіі ветру, а таксама стабільнасць напружання і частаты. Канструкцыю судна таксама можна аптымізаваць з дапамогай падыходу «зялёнага дызайну», напрыклад:
– больш эфектыўная форма корпуса (гідрадынамічная аптымізацыя),
– пакрыццё супраць абрастання, якое памяншае супраціўленне,
– выкарыстанне сістэмы рэкуперацыі цяпла (рэкуперацыя адпрацаванага цяпла),
– і налады хуткасці (павольнае адпарванне), якія, як даказана, значна зніжаюць расход паліва.
Аднаўляльныя крыніцы энергіі становяцца больш эфектыўнымі ў спалучэнні з павышэннем эксплуатацыйнай эфектыўнасці, бо агульныя патрэбы ў энергіі зніжаюцца.
Асноўныя праблемы рэалізацыі
Нягледзячы на перспектыўнасць, прымяненне аднаўляльных крыніц энергіі на суднах сутыкаецца з некалькімі праблемамі:
1. Эканамічныя паказчыкі праекта: высокія пачатковыя інвестыцыі, патрабуецца аналіз выдаткаў на жыццёвы цыкл (LCC) і тэрмін акупнасці.
2. Стандарты бяспекі: электрычныя ўстаноўкі, вялікія акумулятары або вадарод павінны адпавядаць правілам класіфікацыі суднаў і міжнародным стандартам.
3. Наяўнасць інфраструктуры: партам патрэбныя электразарадныя станцыі, бункероўка вадароду або абслугоўванне новых кампанентаў.
4. Гатоўнасць чалавечых рэсурсаў: экіпажы суднаў павінны прайсці навучанне па эксплуатацыі і дзеянням у надзвычайных сітуацыях.
5. Зменлівасць крыніц энергіі: вецер і сонца не заўсёды даступныя, таму патрабуецца надзейная рэзервовая сістэма.
Выснова
Сістэмы аднаўляльных крыніц энергіі для судоў — гэта ўжо не проста ідэалістычная канцэпцыя, а хутчэй стратэгічная неабходнасць і магчымасць для інавацый. Сонечныя панэлі, сучасныя ветраныя тэхналогіі, акумулятары і вадародныя паліўныя элементы ўтвараюць экасістэму рашэнняў, якія можна адаптаваць да тыпу судна і яго маршруту эксплуатацыі. У кароткатэрміновай перспектыве гібрыдны падыход — найбольш рэалістычны спосаб скараціць спажыванне паліва і выкіды. У доўгатэрміновай перспектыве паляпшэнне партовай інфраструктуры, зніжэнне выдаткаў на тэхналогіі і ўсё больш жорсткія правілы паскораць пераход да больш чыстага суднаходства.
Гэта пераўтварэнне патрабуе супрацоўніцтва паміж суднаўладальнікамі, верфямі, пастаўшчыкамі тэхналогій, рэгулятарамі і партамі. Пры правільным праектаванні і інтэлектуальным кіраванні энергіяй аднаўляльныя крыніцы энергіі могуць дапамагчы марской галіне дасягнуць большай эфектыўнасці, чысцейшага прыбярэжнага паветра і ўстойлівай будучыні для суднаходства.
