Skipatækni með blendingakerfi
Sjávarútvegsgeirinn er að ganga inn í skeið mikilla umbreytinga. Áherslan á að draga úr losun, spara eldsneyti og uppfylla sífellt strangari umhverfisreglur hefur leitt til þess að margir skipaeigendur leita að skilvirkari lausnum. Í kjölfar þessara breytinga hefur tækni í blendingaskipum orðið ein af áberandi lausnunum. Blendingakerfi sameina tvær eða fleiri orkugjafa — yfirleitt dísilvél með rafmótor og rafhlöðum — til að gera skipum kleift að starfa hagkvæmara, sveigjanlegra og sjálfbærara.
Hvað er blendingskerfi á skipi?
Einfaldlega sagt er blendingaskip skip sem sameinar hefðbundna knúningsvél (eins og dísilvél) og rafknúna knúningsvél sem kemur frá rafhlöðum eða öðrum orkugjöfum. Þetta kerfi þýðir ekki endilega að skipið þurfi að vera alfarið rafknúið; styrkur blendingaskips liggur í getu þess til að stjórna orkunotkun út frá rekstrarþörfum.
Við vissar aðstæður getur skipið verið knúið eingöngu af rafmótor (rafknúinn háttur), en í öðrum tilfellum sér díselvélin um knýjun eða hleðslu rafhlöðunnar. Þessi samsetning býður upp á hagkvæmni og dregur úr eldsneytisnotkun þegar díselvélin starfar ekki á besta stigi.
Helstu þættir blendingskerfis
Til þess að blendingakerfi virki rétt eru nokkrir mikilvægir íhlutir sem venjulega finnast í skipum:
1. Díselvél eða rafstöð (Genset)
Þjónar sem aðalaflgjafinn, sérstaklega við mikla álag eða langferðir. Í sumum útfærslum knýr dísilvélin ekki skrúfuna beint heldur rafal til að sjá fyrir rafmagni.
2. Rafmótor
Rafmótorar geta knúið skrúfuna beint eða í gegnum gírkassa. Þessir mótorar starfa mjög skilvirkt við lágan hraða og veita hátt ræsikraft, sem gerir þá tilvalda til að stýra í höfnum.
3. Rafhlaða (orkugeymslukerfi rafhlöðu/BESS)
Geymir raforku til notkunar þegar skipið gengur fyrir rafmagni eða þegar neyðaraflsþörf er. Rafhlaðaafkastageta er sniðin að rekstrarumhverfi: hafnarskip þurfa yfirleitt nægilega afkastagetu til að stjórna, en ferjur geta þurft meiri afkastagetu fyrir ákveðnar leiðir.
4. Orkustjórnunarkerfi (EMS)
Þetta er „heilinn“ í tvinnskipi. EMS stýrir því hvenær dísilvélin ræsist, hvenær rafmótorinn er notaður, hvenær rafgeymirinn er hlaðinn og hvernig aflið dreifist á skilvirkan og stöðugan hátt.
5. Rafmagnsrafmagn (spennubreytir, breytir, skiptiborð)
Stjórna orkuflæði, breyta spennu eða straumi eftir þörfum og viðhalda stöðugri raforkuframboði í kerfi skipsins.
Hvernig blendingaskip virka í mismunandi rekstrarhamum
Blendingsskip hafa yfirleitt nokkra rekstrarhami, allt eftir hönnun og þörfum:
– Rafmagnsstilling (full rafmagn/núll útblástursstilling)
Skipið er knúið af rafmótor sem er knúinn af rafhlöðum. Þessi stilling hentar vel fyrir hafnarsvæði, verndarsvæði eða staði með strangar útblástursreglur.
– Díselstilling (hefðbundin stilling)
Díselvélin er aðal orkugjafinn. Þessi stilling er yfirleitt notuð í langar ferðir eða við mikla álag.
– Blendingur/Boost-stilling
Díselvélin og rafmótorinn vinna saman. Rafmótorinn aðstoðar við hröðun, þegar siglt er í sterkum straumum eða þegar skipið þarfnast aukaafls.
– Hleðslustilling/Stjórnun á hótelhleðslu
Þegar skipið liggur við bryggju eða er unnið við lítið álag er hægt að nota rafstöðina með mikilli afköstum til að hlaða rafhlöðuna á meðan hún knýr hótelið (lýsingu, kælingu, búnað).
Þessi sveigjanleiki gerir skipaeigendum kleift að aðlaga rekstur að raunverulegum aðstæðum og þar með draga úr eldsneytisnotkun og losun.
Kostir tækni við blendingaskip
1. Eldsneytissparnaður
Díselvélar eru skilvirkastar þegar þær starfa við ákveðið álag („sweet spot“). Í reynd standa skip oft frammi fyrir sveiflum í álagi eins og að stýra, hægja á sér og hafa áhrif á hafnir. Með tvinnbíl er hægt að „jafna álagið“: rafgeymirinn og rafmótorinn mæta tímabundinni orkuþörf, á meðan rafstöðin getur starfað stöðugri.
2. Að draga úr losun og loftmengun
Að draga úr eldsneytisnotkun dregur sjálfkrafa úr losun CO₂. Þar að auki geta skip dregið úr losun NOx, SOx og agna, sérstaklega ef þau geta starfað með rafmagni á viðkvæmum svæðum. Þetta er mikilvægt gildi í alþjóðlegri stefnu um kolefnislækkun.
3. Minnka hávaða og titring
Rafmótorar eru hljóðlátari en brunahreyflar. Þægindi og lágmarkshávaði eru lykilþættir í farþegaskipum, skemmtibátum og rannsóknarskipum. Rafmótorar draga einnig úr titringi sem hefur áhrif á mannvirki og búnað.
4. Skilvirkara viðhald
Þegar díselvél er ekki háð tíðum miklum sveiflum í álagi er hægt að lengja líftíma íhluta. Einnig er hægt að stytta rekstrartíma vélarinnar þar sem hluti rekstrartímans er skipt út fyrir rafmótorinn.
5. Afritun og áreiðanleiki
Blendingskerfi bæta við valkostum. Ef bilun verður í annarri aflgjafa getur hitt kerfið hjálpað til við að viðhalda grunnstarfsemi, allt eftir arkitektúr og öryggisstöðlum sem eru í gildi.
Áskoranir og takmarkanir á blendingskerfum
Þótt blendingaskip séu efnileg, þá glíma þau enn við áskoranir:
1. Háir upphafsfjárfestingarkostnaður
Rafhlöður, stjórnkerfi og öflug raftæki eru ekki ódýr. Auk tækjanna bæta hönnun og samþætting einnig við kostnaðinn.
2. Þyngd og pláss fyrir rafhlöðu
Stórar rafhlöður þurfa pláss, kælikerfi og brunavarnir. Á skipum með takmarkað pláss er þetta hönnunarmálamiðlun.
3. Öryggisstjórnun rafhlöðu
Rafhlöður eru í hættu á að leka vegna hitauppstreymis ef þær eru ekki rétt hannaðar og notaðar. Þess vegna þarfnast þær eftirlitskerfa, loftræstingar, sérhæfðra slökkvitækja og strangra öryggisreglna.
4. Hleðslukerfi í höfnum
Til að hámarka ávinninginn af blendingskerfum þurfa hafnir að bjóða upp á landrafmagn eða hleðsluaðstöðu. Á mörgum svæðum er þessi innviði enn í þróun.
5. Mannauðsmál og þjálfunarþarfir
Rekstraraðilar og tæknimenn verða að skilja háspennukerf, orkustýringar og rafmagnsöryggisferla.
Tegundir skipa sem henta til notkunar á blendingakerfum
Ekki njóta öll skip jafn góðs af þessu. Blendingsskip eru best fyrir siglingar með stöðvunar- og ferðarmynstri eða stuttar til meðallangar leiðir, til dæmis:
– Ferjusiglingar sem sigla oft inn og út úr höfninni
– Togbátar (togbátar) sem þurfa mikið tog við stýringu
– Varðskip sem stundum starfa hljóðlega
– Ferðaskip og fljótaskip sem sigla á viðkvæmum svæðum
– Þjónustuskip á hafi úti sem eru með hótelhleðslur og kraftmikla starfsemi
Aftur á móti gætu langferðaflutningaskip sem sigla vikum saman á úthafinu þurft aðrar aðferðir, svo sem vélarbestun, kolefnislítil eldsneyti eða blendingasamsetningar með öðrum orkugjöfum.
Þróunarstefna: Frá blendingsorku til rafvæðingar og hreinnar orku
Blendingstækni er oft talin vera „brú“ að framtíð sjávarútvegs með lágum losunarmöguleikum. Þegar rafhlöðutækni batnar, kostnaður lækkar og hafnarinnviðir þróast, mun hlutdeild rafmagnsrekstrar aukast. Ennfremur er einnig hægt að sameina blendingskerfi með sólarplötum, vetniseldsneytisfrumum eða notkun annarra eldsneytisgjafa eins og metanóls og ammoníaks. Þess vegna snúast blendingskerfi ekki bara um að sameina dísilolíu og rafmagn, heldur um að skapa aðlögunarhæft skipaaflkerfi.
Niðurstaða
Tækni í blendingaskipum býður upp á tvíþætta áherslu: hagkvæmni og umhverfislega sjálfbærni. Með því að sameina dísilvélar og rafhlöðuknúna rafknúna vél geta skip dregið úr eldsneytisnotkun, losun og hávaða, en um leið aukið sveigjanleika í rekstri. Þótt áskoranir eins og upphafskostnaður, rafhlöðurými og kröfur um innviði séu enn til staðar, benda alþjóðlegar þróanir til þess að blendingaskip muni verða lykilþáttur í nútímavæðingaráætlunum flotans. Að lokum eru blendingaskip ekki bara tækninýjung, heldur raunverulegt skref í átt að hreinni og snjallari framtíð fyrir sjóflutninga.
