Экологические инновации компании Parker для водного транспорта

На первый взгляд это судно ничем не отличается от парома для перевозки людей и транспортных средств через фьорды вдоль побережья Норвегии. Однако внешний вид может быть обманчив. 80-метровое судно с говорящим названием Ampere (Ампер) — одно из первых в мире с полностью электрической архитектурой на аккумуляторных батареях. Ее использование сводит к минимуму выбросы парниковых газов и обеспечивает почти бесшумную работу.

Паром Ampere был спущен на воду в 2015 году судоходной компанией Norled, и это событие положило начало важной тенденции применения гибридных систем и электрификации в морской технике. С тех пор многие другие прогрессивные операторы автомобильных паромов и рабочих судов, например траулеров, рыболовецких судов и буксиров, начали использовать более экологичные энергоустановки и приводы гребного винта нового поколения. Суда этих типов большую часть времени эксплуатируются недалеко от берега и поэтому должны соответствовать строгим законодательным требованиям по уменьшению вредных выбросов в атмосферу.

Отказ от использования ископаемых видов топлива

Исторически в морских судах применяются в основном ископаемые виды топлива. Так, на дизель-электрических судах устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, которые подключаются к электрогенератору. При этом мощность передается к гребному винту через инвертор переменного тока  и электродвигатель. Однако в последнее время конструкция этих традиционных силовых установок и компоновка двигателей претерпевает довольно сильные изменения. Прогресс в области разработки гибридных систем и электрификации привел к созданию ряда новых архитектур, которые улучшают эксплуатационные характеристики, особенно в отношении энергоэффективности.

Итак, какие именно технологии применяются для более экологичных морских судов? Прежде всего, существуют последовательные гибридные системы, в которых для работы генератора  используется бортовой двигатель, а гребной винт приводится в действие электродвигателем. Для хранения электроэнергии в таких системах могут применяться аккумуляторные батареи. С другой стороны, в параллельных гибридных системах двигатель механически соединен с ведущим валом и с электродвигателем. Гребной винт может вращаться как двигателем, так и электродвигателем, причем мощность может поступать из двух источников одновременно. Кроме того, существуют полностью электрические системы, в которых для питания электродвигателей используется блок литий-ионных аккумуляторных батарей.

Выбор архитектуры в значительной мере зависит от типа рабочего цикла самих судов. При этом, независимо от окончательного выбора, неизменно одно: судоходные компании все чаще заинтересованы в повышении общей производительности судов за счет оптимизации энергоэффективности всех бортовых систем. Это достигается путем интеграции силовой установки и двигателей (будь то последовательные или параллельные гибридные либо полностью электрические системы) с другими системами, например гидравлической, которая обычно используется для приведения в действие системы рулевого управления и смазки редуктора, а также для привода вспомогательных систем, таких как носовые аппарели и приводы трапов.

Решение проблем, связанных с интеграцией

Интеграция энергоэффективных гидравлических систем требует решения ряда вопросов. Например, при использовании систем с питанием от аккумуляторных батарей в морских условиях необходимо точно определить оптимальную емкость батарей. Мощные блоки аккумуляторных батарей все еще дорого стоят и занимают много места на борту судна. Поэтому необходимо точно определить потребление энергии всеми бортовыми системами вплоть до кофеварок.

Для работы обычных гидравлических станций, которые используются в основном на старых дизельных судах, как правило, требуются крупногабаритные насосы и двигатели, обеспечивающие требуемые эксплуатационные характеристики при самых высоких рабочих нагрузках системы. Однако, поскольку все больше внимания уделяется обеспечению энергоэффективности, а требования природоохранного законодательства ужесточаются, вопросы непроизводительной траты энергии и высокого уровня выбросов СО2 приобретают все большее значение в морской технике. Все это заставляет переключаться на использование более эффективных систем, в которых мощность точно регулируется в зависимости от конкретных задач.

Поэтому новые системы, например насосы с регулируемым приводом, обеспечивают большую синергию. В таких системах гидравлические станции, приводы с регулируемой частотой вращения, электродвигатели и гидравлические насосы оптимально интегрированы в соответствии с локальной нагрузкой всех компонентов гидроагрегата. В частности, приводы с регулируемой частотой вращения управляют рабочим крутящим моментом и скоростью электродвигателя, что обеспечивает точное переменное давление и расход, необходимые для работы любого компонента машины или для выполнения рабочего цикла. Управление приводом реализовано с использованием отлаженных в реальных условиях алгоритмов, которые обеспечивают стабильную, стандартизованную и настраиваемую работу гидравлической системы.

Эти технические проблемы стимулировали традиционных поставщиков компонентов для гидравлических систем к модернизации, разработке новых технологий и приобретению новых компетенций в области технологий, чтобы сформировать комплексное представление о сложном взаимодействии различных электрогидравлических решений и систем управления. С этой целью компания Parker приняла решение объединить подразделения гидравлических, пневматических и электромеханических систем и создать на их базе специальное подразделение Motion Systems Group, специалисты которого имеют огромный технический опыт создания морской техники.

Расширение возможностей подключения систем благодаря электрификации

Усилия в области создания судов с энергоэффективными бортовыми гибридными и электрическими системами не исчерпываются применением современных систем перемещения, в которых используются новейшие технологии, такие как насосы с регулируемым приводом. С появлением Интернета вещей стало возможным монтировать на борту морских судов универсальные цифровые экосистемы. Это обеспечивает надежное подключение электронной аппаратуры управления и программного обеспечения к облачным сервисам. Благодаря этим возможностям судоходные компании получают доступ ко множеству параметров в режиме реального времени, что дает огромное количество преимуществ.

Цифровая интеграция благодаря использованию мобильных технологий Интернета вещей (IoT) позволяет в режиме реального времени получать полезные комплексные данные о состоянии гидравлического оборудования и непрерывно отслеживать множество переменных, включая обороты двигателя, величину крутящего момента и другие параметры системы перемещения. Возможность совместного использования этих данных путем создания пользователей с различными правами и уровнями доступа обеспечивает предсказуемость технического обслуживания, что ведет к увеличению времени бесперебойной работы оборудования и повышению его эффективности. В итоге использование мобильных технологий IoT кардинально меняет ситуацию в сфере эксплуатации морской техники: повышает экономическую эффективность, экономит энергию и сокращает вредное воздействие на окружающую среду.

В перспективе, широкое внедрение беспроводных систем на основе технологии 5G подразумевает расширение возможностей подключения систем, что позволит передавать значительно большие объемы данных с гораздо меньшими задержками. Вероятно, это приведет к созданию нового поколения систем на базе технологий IoT для морской техники, особенно в области портовой логистики и построения более эффективных маршрутов перемещения.

Такие технологии, как 5G, создадут условия для более широкого использования средств автоматизации на борту интеллектуальных судов будущего. Автоматизация операций на борту рассматривается в качестве действенной меры экономии времени и средств, а возможность сокращения численности экипажа в море снижает вероятность несчастных случаев и травм. В настоящее время большинство крупных морских организаций вкладывают значительные средства в исследования IoT и автоматизации, а стремление к созданию автономных судов становится общепризнанной преобладающей тенденцией во всем мире.

Заключение

Очевидно, что повышение экологичности морской техники предоставляет множество возможностей для технического совершенствования. Паромы и рабочие суда становятся все более экологичными и производительными благодаря максимально эффективному использованию бортовых силовых установок. Электрификация также создает условия для использования передовых технологий, что позволяет судовладельцам в режиме реального времени получать комплексные данные об основных эксплуатационных параметрах ключевого оборудования, например гидравлических систем. Резюмируя, можно сказать, что чем экологичнее суда, тем больше пользы от этого для всех.

Автор: Jari Rantanen, менеджер по разработке прикладных решений отдела развития производства подразделения Motion Systems Group Europe компании Parker Hannifin

Связанные материалы:

How Are We Going to Benefit From 5g Connectivity?

How IoT Systems Will Impact the Future for Off-Road Equipment

Defining the Value of IoT in a Connected World

Building an IoT Offering to Maximize Value

Parker Teams Deploying IoT to Help Customers Improve Operations

• Hydraulics