Bajo la ola de transformación del transporte marítimo con bajas emisiones de carbono, los barcos eléctricos impulsados por la generación de energía de hidrógeno, alcohol metanol y baterías de almacenamiento de energía son las principales rutas de energía verde para los buques de carga y de ingeniería terrestres y marinos. FARIZON, confiando en el grupo electrógeno de alcohol-hidrógeno de la serie GS13M, ha lanzado una solución de red eléctrica que cubre buques de tonelaje completo de 1000t-15000t, solucionando por completo los problemas de la corta duración de los buques puramente eléctricos y las altas emisiones y el consumo de combustible de los buques diésel tradicionales. Este artículo combina los parámetros de coincidencia de tonelaje de los barcos para desmantelar la arquitectura de composición, la lógica operativa y el principio de funcionamiento colaborativo de múltiples condiciones de trabajo de la red eléctrica de los barcos eléctricos de alcohol e hidrógeno.
A. Los cinco componentes centrales de la red eléctrica de alcohol e hidrógeno.
Todo el sistema de energía del barco consta de cinco partes: grupo electrógeno de alcohol-hidrógeno, batería de litio para almacenamiento de energía, sistema de red de bus de CC, sistema de propulsión eléctrica de alta potencia y plataforma de control inteligente. Cada unidad funciona de forma independiente y trabaja en conjunto para formar una red de suministro de energía de circuito cerrado completa.
1. Grupo electrógeno de alcohol-hidrógeno GS13M (fuente de energía)
Haga coincidir entre 2 y 7 grupos electrógenos con motor de combustión interna de metanol GS13M de 280 kW según el tonelaje del buque, utilizando metanol líquido como combustible para la combustión y generación de energía, sin emisiones de partículas, cumpliendo con los estándares de emisiones Tier III de la OMI para buques. Como fuente de energía básica continua y estable, la tripulación es responsable de proporcionar energía básica para las condiciones de crucero en estado estable del barco, llenando el vacío en la descarga de la batería durante un largo tiempo. Los barcos pequeños que pesan entre 1.000 y 3.000 toneladas están equipados con 2 o 3 unidades, mientras que los barcos grandes que pesan más de 8.000 toneladas están equipados con hasta 7 generadores paralelos para garantizar reservas de energía de alta potencia.
2. Batería de litio de almacenamiento de energía de gran capacidad (unidad de amortiguación de afeitado de picos)
La capacidad de la batería está configurada con paquetes de almacenamiento de energía de 200-4000 kWh según el gradiente de tonelaje, que realizan dos funciones principales: compensación instantánea de alta potencia y almacenamiento de energía inactivo con carga baja. Libere instantáneamente energía eléctrica durante el arranque del barco, la aceleración y la carga pesada sobre las olas para reducir las fluctuaciones en la carga unitaria; Durante la navegación a baja velocidad y los períodos de atraque y descarga con poca carga, el excedente de electricidad de la unidad de alcohol-hidrógeno se almacena en la batería para lograr la recuperación de energía y reducir las pérdidas frecuentes de arranque y parada de la unidad.
Barra colectora de red eléctrica integrada 3.750DC/380AC (centro de distribución de energía)
Todo el sistema adopta una arquitectura de red de bus de CC de 750 V y todos los generadores, baterías de almacenamiento de energía y motores de propulsión eléctricos están conectados en paralelo al bus de CC común. La conversión bidireccional entre CC y CA se completa mediante un convertidor de potencia. En comparación con el suministro de energía tradicional para barcos, la barra colectora integrada puede ajustar libremente la potencia de cada unidad, logrando una conmutación perfecta de energía de múltiples fuentes y es el centro central de toda la solución.
4. Sistema de propulsión eléctrica de alta potencia (terminal de salida de potencia)
La potencia de propulsión eléctrica se adapta en etapas desde 350 kW hasta 1100 kW. Los barcos pequeños están equipados con dos motores de propulsión de 350 kW y los barcos pesados de 10.000 toneladas están equipados con dos propulsores eléctricos de alta potencia de 1.100 kW. La energía eléctrica se distribuye al sistema de propulsión eléctrica a través de la barra colectora y el motor impulsa directamente la hélice, con un alto par de arranque, bajo ruido de funcionamiento y una respuesta de manejo mucho mejor que los barcos tradicionales con motor diésel de propulsión directa.
5. Plataforma de control EMS de gestión inteligente de la energía
Como "cerebro" de toda la red, recopila datos en tiempo real sobre la generación de energía de la unidad, el SOC de la batería y la carga de propulsión del barco, ajusta automáticamente el número de arranques y paradas de la unidad, la carga y descarga de la batería y logra una programación inteligente no tripulada de todo el sistema.
B 、 Tres modos operativos principales de la red de energía de hidrógeno y alcohol
1. Modo de crucero en estado estacionario (alimentado independientemente por la tripulación)
El barco navega a velocidad constante en aguas tranquilas, con una carga estable y moderada. El sistema EMS pone en marcha el número correspondiente de grupos electrógenos de alcohol-hidrógeno, apoyándose únicamente en la generación de energía de las unidades para alimentar la propulsión eléctrica y los equipos auxiliares a bordo, mientras la batería mantiene un equilibrio de energía sin cargarse ni descargarse. Este modo de unidad funciona a una velocidad estable y económica durante mucho tiempo, con el menor consumo de metanol y es adecuado para navegación interregional de larga distancia, interior y mar adentro.
2. Modo de potencia de carga pesada (descarga combinada de unidad y batería)
La aceleración de la salida de los barcos, los vientos en contra y las olas, y las condiciones de ascenso de cargas pesadas han aumentado significativamente la demanda de energía instantánea de la propulsión eléctrica, y depender únicamente de unidades de alcohol-hidrógeno no puede satisfacer las cargas máximas. El sistema controla automáticamente la batería de almacenamiento de energía para liberar energía eléctrica de forma sincrónica y se combina con la energía de la unidad en el bus de CC para llenar instantáneamente la brecha de alta potencia. No es necesario arrancar el grupo electrógeno por separado, lo que evita la sobrecarga y el funcionamiento a alta temperatura de la unidad y prolonga la vida útil de toda la máquina.
3. Modo de almacenamiento de energía de baja velocidad/atraque (generación de energía unitaria y almacenamiento de energía)
Cuando los barcos ingresan al puerto, se mueven a baja velocidad y cargan y descargan mercancías en el muelle, la carga de propulsión disminuye significativamente y la potencia de salida de la unidad de alcohol-hidrógeno es mayor que el consumo del barco. El exceso de electricidad se almacena automáticamente en el paquete de baterías de almacenamiento de energía para completar la reposición de energía; Después del atraque y el cierre, todas las unidades de alcohol e hidrógeno se pueden apagar, y la iluminación, el aire acondicionado y los equipos auxiliares del barco pueden funcionar con baterías durante todo el día, logrando cero emisiones y cero ruido en el atraque en la zona del puerto.
C. Lógica de coincidencia de potencia para redes de barcos basadas en el tonelaje.
La solución de redes eléctricas de FARIZON está estandarizada en cuatro niveles: 1000~3000t, 3000~5000t, 5000~8000t y>8000t. Todos los tonelajes comparten la misma arquitectura de red 750DC/380AC, con solo ajustes realizados en la cantidad de unidades, baterías y propulsores eléctricos. Para los buques interiores pequeños de 1.000 toneladas, se requieren de 2 a 3 unidades de alcohol-hidrógeno de 280 kW, baterías de 200 a 516 kWh y propulsores eléctricos duales de 350 kW para satisfacer las necesidades de transporte interior de corta distancia; Buque de carga de tamaño mediano de 5000 toneladas: 3-4 unidades, almacenamiento de energía de 500-700 kWh, propulsión eléctrica dual de 450 kW, que equilibra la resistencia y la carga pesada; Buques marinos de diez mil toneladas: 6-7 grupos electrógenos de hidrógeno y alcohol, baterías de gran capacidad de 1000-4000kWh, propulsores eléctricos duales de alta potencia de 950-1100kW, capaces de manejar tormentas oceánicas y navegación a carga completa a largo plazo. La arquitectura de red estandarizada facilita la instalación modular en astilleros y se pueden agregar baterías adicionales según sea necesario para ampliar la vida útil de la batería en la etapa posterior, sin la necesidad de modificar todo el sistema de suministro de energía de la barra colectora.
D. Ventajas operativas principales de la creación de redes de energía de hidrógeno y alcohol.
1. Carga estable y menores pérdidas unitarias
La reducción de los picos de la batería y el llenado de los valles equilibran la carga, las unidades de alcohol-hidrógeno siempre funcionan dentro del rango económico, evitando frecuentes cambios de carga alta y baja, y el ciclo de revisión se extiende en más del 40 % en comparación con las unidades de generador puro;
2. Navegación verde durante todo el periodo
Los cruceros dependen de la generación de energía con metanol de bajas emisiones, y se utilizan baterías sin carbono para el suministro de energía en las áreas portuarias para cumplir con las restricciones de tráfico de las vías navegables verdes interiores y las áreas portuarias costeras respetuosas con el medio ambiente;
3. No hay deficiencias en la duración de la batería.
A diferencia de los barcos puramente eléctricos, que tienen un alcance de sólo unos pocos cientos de kilómetros, la inyección de combustible de metanol es conveniente y, con las baterías de almacenamiento de energía, la navegación interregional cercana a la costa no está limitada por el kilometraje;
4. Menores costos de operación y mantenimiento
El diseño paralelo de unidades múltiples permite el suministro normal de energía a otros equipos durante el mantenimiento de una sola unidad, lo que elimina la necesidad de que la embarcación esté puesta a tierra y reduce significativamente las pérdidas debidas al tiempo de inactividad.
Resumen
La lógica de funcionamiento central de la red de energía para buques de hidrógeno y alcohol de FARIZON es utilizar un bus integrado de CC como centro, con unidades de hidrógeno y alcohol como fuente de energía básica y baterías de almacenamiento de energía como amortiguadores de energía. A través de un sistema EMS inteligente, cambia automáticamente entre tres modos de funcionamiento: generación de energía conjunta, descarga conjunta y atraque de almacenamiento de energía, y es adecuado para buques terrestres y marinos de 1000 a 15000 toneladas. Toda la solución tiene en cuenta los tres requisitos principales: larga resistencia, cero emisiones portuarias y bajas pérdidas de operación y mantenimiento, proporcionando una solución de suministro de energía ecológica madura y práctica para empresas navieras.
