Δίνοντας λύσεις στους πλοιοκτήτες

Οι Βίκινγκς αγαπούσαν τα πλοία τους. Αυτοί οι ναυτικοί έκαναν ταξίδια και κυνηγούσαν με τα σκάφη τους, τα λεγόμενα “dragon boats” «ντράκι» (draki, δράκος, drakkar), μέχρι τη Βόρεια Αμερική. Πάνω από χίλια χρόνια αργότερα, μια από τις πατρίδες τους, η Νορβηγία, εξακολουθεί να είναι ένας από τους κορυφαίους ναυπηγούς παγκοσμίως. Στην πραγματικότητα, κάθε χρόνο η ναυπηγική βιομηχανία της χώρας κερδίζει περίπου οκτώ δισεκατομμύρια ευρώ σε έσοδα.

Υπάρχουν πολλές εταιρείες που βασίζονται στις δεξιότητες των Σκανδιναβών σχεδιαστών πλοίων. Ένας από αυτούς είναι ο Odd Moen από το Trondheim, όπου εργάζεται στις πωλήσεις για την Marine & Shipbuilding της Siemens, κι επιβλέπει έργα σε όλο τον κόσμο. Αλλά ο στόχος του είναι πάντα ο ίδιος: να προσαρμόσει το σύστημα κίνησης σε οτιδήποτε επιπλέει.

Το τμήμα του Μoen, έχει ήδη εξοπλίσει περισσότερα από 200 πλοία με συστήματα  κίνησης, προσφέροντας έτσι πολλά στην διαδικασία για θαλάσσια ενεργειακή απόδοση στη πράξη. "Χρησιμοποιούμε συνδυαστικά, συστήματα ντίζελ-ηλεκτρικής (Υβριδικής) πρόωσης για πολλά πλοία", αναφέρει. "Σε αυτές τις εφαρμογές, οι έλικες των πλοίων, ή οι "βίδες" (προπέλες), περιστρέφονται με ηλεκτροκινητήρες που τροφοδοτούνται από inverters, που λαμβάνουν την ενέργειά τους από γεννήτριες που κινούνται με ντίζελ. Αυτή η διάταξη μας δίνει πολύ καλύτερο έλεγχο των βιδών, με αποτέλεσμα την εξοικονόμηση καυσίμου."

Ελιγμοί ακριβείας

Πολλά πλοία πρέπει είτε να είναι σε θέση να εκτελούν ελιγμούς με ακριβείας στις ανοιχτές θάλασσες, είτε εναλλακτικά, να διατηρούν σταθερή την θέση τους, για παράδειγμα για να εκτελούν διατρήσεις ή να εξυπηρετήσουν εγκαταστάσεις στην επιφάνεια.

Σε τέτοιες περιπτώσεις,  η κινητήρια μονάδα απαιτεί συνήθως να παρέχει ελάχιστη ισχύ που να στρέφει ελαφρά τις προπέλες, για να διατηρηθεί η θέση του πλοίου. Σε σύγκριση με τα γρηγορότερα συστήματα μεταφοράς ισχύος, η απόδοση του κινητήρα σε ένα καθαρά ντιζελοκίνητο σύστημα παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Ως αποτέλεσμα, ο κινητήρας συχνά δεν λειτουργεί με τη βέλτιστη απόδοση. Επιπλέον, τέτοια πλοία δεν μπορούν να  κάνουν αποτελεσματική εκμετάλλευση του ενεργειακού δυναμικού των καυσίμων τους. "Προκειμένου να διατηρηθεί η θέση του σκάφους στη θάλασσα ή να κινηθεί σε πολύ χαμηλές ταχύτητες, η απαιτούμενη ποσότητα ισχύος, είναι μερικές φορές τόσο μικρή, που δεν χρειάζεται να είναι μεγαλύτερη από τη ισχύ που απαιτείται για την ρύθμιση του βήματος των πτερυγίων της προπέλας" εξηγεί ο Moen. "Η προπέλα στρέφεται με σταθερή ταχύτητα. Ως αποτέλεσμα, ο κινητήρας ντίζελ κάνει το ίδιο."

Σήμερα, ο μετατροπέας συχνότητας, μέσω του ηλεκτροκινητήρα, ελέγχει άμεσα την ταχύτητα περιστροφής της προπέλας. Ως αποτέλεσμα, η προπέλα μπορεί να γυρίσει πολύ πιο αργά. Αυτή η διάταξη, εξοικονομεί καύσιμο επειδή οι ηλεκτροκινητήρες λειτουργούν με υψηλή απόδοση ακόμη και σε χαμηλές ταχύτητες. Ένας μετατροπέας συχνότητας ελέγχει την ταχύτητα των ηλεκτρικών κινητήρων και των προπελών. Ανάλογα με την απαιτούμενη ώση, ο μετατροπέας ρυθμίζει τη συχνότητα και το πλάτος του εναλλασσόμενου ρεύματος από τη γεννήτρια πετρελαίου.

Πως να μειώσετε την ανάγκη για καύσιμα κατά ένα τρίτο

Ανάλογα με τον τύπο του πλοίου, ένα συνδυαστικό, υβριδικό σύστημα πρόωσης, αποτελείται από τέσσερις έως έξι γεννήτριες ντίζελ. Οι απαιτήσεις σε ισχύ του πλοίου, καθορίζουν πόσες από τις γεννήτριες λειτουργούν. Ως αποτέλεσμα, δεδομένου ότι παράγουν μόνο την απαιτούμενη ενέργεια και δεν συνδέονται άμεσα με την περιστροφή των προπελών, οι πετρελαιοκινητήρες μπορούν να λειτουργούν με πολύ υψηλό βαθμό απόδοσης. Σε πλοία όπου το φορτίο στο σύστημα πρόωσης αλλάζει συχνά, η εξοικονόμηση που παρέχεται από αυτόν τον τύπο υβριδικού συστήματος, αντισταθμίζει την απώλεια στην απόδοση, λόγω μετατροπής της μηχανικής ενέργειας που παράγεται από τον κινητήρα ντίζελ σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε σύγκριση με τα καθαρά ντιζελοκίνητα πλοία, τα υβριδικά πλοία, είναι πιο ήσυχα και χρησιμοποιούν έως και το ένα τρίτο λιγότερα καύσιμα. 

Πολλές εταιρείες χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία, με την πρώτη εφαρμογή, να λαμβάνει χώρα το 1996. Το Skandi Marstein, ένα σκάφος εφοδιασμού για πλατφόρμες γεώτρησης, ήταν το πρώτο σκάφος με υβριδικό κινητήρα στη Βόρεια Θάλασσα. "Αυτό το πλοίο ήταν ένα ορόσημο για μας", λέει ο Moen. Σε μια διαδρομή τριών ημερών, το Skandi Marstein χρησιμοποίησε κατά 35 τοις εκατό λιγότερα καύσιμα από ένα πλοίο ντίζελ

Με τα χρόνια, η αρχή του υβριδισμού, έχει αλλάξει ελάχιστα. Ωστόσο, η χρήση υπερσύγχρονων εξαρτημάτων μπορεί ακόμα να βελτιώσει την απόδοση του σκάφους. "Η πολυπλοκότητα μιας εφαρμογής, αυξάνεται, καθώς η πολυπλοκότητα των επιμέρους στοιχείων αυξάνεται", εξηγεί ο Moen. Από το 2016, ακριβώς 20 χρόνια μετά την έναρξη λειτουργίας του Skandi Marstein, θα τεθούν σε λειτουργία τέσσερα πλοία υβριδικής τεχνολογίας, το μεγαλύτερο συμβόλαιο στην ιστορία της Siemens Marine & Shipbuilding στη Νορβηγία.

"Αν και το Skandi Marstein ήταν μπροστά για την εποχή του, στην πραγματικότητα δεν είναι παρά ένα πλωτό φορτηγό", παρατηρεί ο Moen. "Παρέχει προμήθειες σε μια πλατφόρμα γεώτρησης και απομακρύνει τα σκουπίδια. Αλλά τα νέα πλοία θα πρέπει να λειτουργούν κάτω από πολύ πιο ακραίες συνθήκες και να είναι σε θέση να κρατούν με ακρίβεια την θέση τους σε βαθιά νερά και να παρέχουν άφθονη ενέργεια, ώστε να γίνεται η συγκόλληση, η μόνωση και η τοποθέτηση των αγωγών. "Με μήκος έως 150 μέτρα και με ικανότητα τέτοια, ώστε να μεταφέρει τον πύργο τοποθέτησης των σωλήνων της γεώτρησης, βάρους 650 τόνων, αυτά τα πλοία είναι αληθινοί Leviathans (Λεβιάθαν) και θα πρέπει να έχουν την ικανότητα, διατηρήσουν τις θέσεις τους ακόμη και σε σκληρές συνθήκες. Κάθε πλοίο είναι εξοπλισμένο με έξι πετρελαιοκινητήρες, οι οποίοι παρέχουν την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια, για έξι έλικες και τον εξοπλισμό τοποθέτησης σωλήνων. Σε κάθε δεδομένη στιγμή, θα λειτουργούν μόνο οι πετρελαιοκινητήρες που χρειάζονται πραγματικά. Αυτή η στρατηγική, μαζί με τη χρήση ηλεκτρικών κινητήρων, θα μειώσει την χρήση καυσίμων και τα έξοδα συντήρησης.

Πως τα υβριδικά σκάφη συνδέουν τη Γερμανία και τη Δανία

Κοιτάζοντας στο μέλλον, ο Moen βλέπει πολλές δυνατότητες για ενέργειες παρόμοιες με εκείνες που υπάρχουν στα υβριδικά αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν μπαταρίες για να αντισταθμίσουν τις διακυμάνσεις της ισχύος πρόωσης. Ένα παράδειγμα αυτού του τύπου συστήματος, βρίσκεται στα υβριδικά οχηματαγωγά Prinsesse Benedikte και Schleswig-Holstein, τα οποία εκμεταλλεύονται οι Scandlines. Τα σκάφη αυτά, συνδέουν τη Δανία και τη Γερμανία μέσω της συντομότερης δυνατής διαδρομής. Κάθε σκάφος μεταφέρει περισσότερα από 300 αυτοκίνητα και πάνω από 1.000 επιβάτες ανά ταξίδι. Τα πλοία, έκαστο των οποίων έχει μήκος 142 μέτρα, έχουν σύστημα πρόωσης παρόμοιο με εκείνο των πλοίων τοποθέτησης αγωγών. Οι γεννήτριες που κινούνται με πετρελαιοκινητήρες ισχύος 17,4 kW, παράγουν επαρκή ηλεκτρική ενέργεια, ώστε να οδηγούν τους ηλεκτρικούς κινητήρες των πλοίων με τη βοήθεια μετατροπέων συχνότητας. 

Σε αυτήν την περίπτωση, ωστόσο, η Siemens ολοκλήρωσε μια μπαταρία με χωρητικότητα αποθήκευσης περίπου 2.900 κιλοβατωρίων στο σύστημα κίνησης. Η μπαταρία αντισταθμίζει τις ποικίλες απαιτήσεις ενέργειας των κινητήρων ανάλογα με το αν το πλοίο κινείται ή αγκυροβολημένο. Ως αποτέλεσμα, οι κινητήρες ντίζελ μπορούν να λειτουργούν πιο ομοιόμορφα και κοντά στην βέλτιστη απόδοση τους. Η προσθήκη μιας μπαταρίας επέτρεψε στο πλοίο να εξοικονομήσει μέχρι και 15 τοις εκατό στα καύσιμα, συμβάλλοντας στη μείωση της φθοράς των κινητήρων ντίζελ. Για σύντομα ταξίδια με μεγάλες κλήσεις σε λιμάνια, όλα τα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης είναι εφικτά. Εδώ, αντλείται ισχύς από τις μπαταρίες, οι οποίες μπορούν να φορτιστούν ενώ το πλοίο είναι αγκυροβολημένο. Το πρώτο καθαρά ηλεκτρικό πλοίο τέθηκε σε υπηρεσία το 2015, μεταφέροντας αυτοκίνητα και ανθρώπους στα νορβηγικά φιόρδ. 

Πολλά άλλα είδη πλοίων έχουν επίσης εξοπλιστεί με συστήματα μετάδοσης της Siemens. Για παράδειγμα, τα ερευνητικά πλοία ωφελούνται επειδή χρειάζονται ιδιαίτερα ήσυχες μετακινήσεις (σχεδόν τόσο ήσυχες όσο αυτές που χρησιμοποιούνται για τα υποβρύχια). Και στην περίπτωση των αλιευτικών σκαφών, οι σχεδιαστές πλοίων κατάφεραν να αυξήσουν το χώρο αποθήκευσης κατά 40%. Δεδομένου ότι οι κινητήρες ντίζελ δεν χρειάζεται πλέον να συνδέονται απευθείας με τις προπέλες, το σύστημα μετάδοσης κίνησης μπορεί να εγκατασταθεί με μεγαλύτερη ευελιξία. Ως αποτέλεσμα, ο διαθέσιμος χώρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικότερα. "Βρίσκουμε πάντα την σωστή λύση για κάθε πλοίο", λέει ο Moen. Παρ 'όλα αυτά, παρά το ευρύ φάσμα δυνατοτήτων στον σχεδιασμό, παραδέχεται ότι ένα πλοίο των Vikings θα παρουσίαζε μια τεράστια πρόκληση. Φυσικά, θα ήταν αποτελεσματικό και θα εξοικονομούσε καύσιμο, αλλά ποιος θέλει προσπαθήσει, όταν δεν υπάρχει άνεμος;