تطبيق مرشح التوافقيات النشطة ومولد التباين الثابت في الأنظمة الكهربائية البحرية

السفينة، وخاصةً الحديثة منها والمتطورة، هي في الأساس مدينة عائمة ذات أنظمة طاقة مركزة. ويرتبط استقرار وكفاءة وموثوقية نظامها الكهربائي ارتباطًا مباشرًا بسلامة السفينة التشغيلية وتكاليف تشغيلها ومهمتها. SVG، كـ ديناميكية ودقيقة وعالية الأداء يلعب جهاز تعويض القدرة التفاعلية دورًا لا غنى عنه في معالجة التحديات الخاصة للأنظمة الكهربائية البحرية.

أولا: خصائص وتحديات الأنظمة الكهربائية البحرية

قبل مناقشة تطبيقات SVG، يجب علينا فهم الجوانب الفريدة لشبكة الطاقة البحرية:

1. وضع التشغيل "الجزيرة" شبكة الطاقة في السفينة عبارة عن شبكة كهربائية مصغرة معزولة. تُغذّى بالكامل بواسطة مولدات متزامنة على متنها (مولدات ديزل، ومولدات توربينية غازية). سعة الشبكة محدودة، وقدرتها على التعامل مع قصر الدائرة الكهربائية ضئيلة، مما يُصعّب... تقلب الجهد واستقرار التردد أكثر وضوحًا بكثير من الشبكات الأرضية الكبيرة.

2. خصائص الحمل المعقدة والديناميكية :

   • أحمال التأثير عالية القدرة :تولد المحركات الدافعة ومعدات التوجيه والرافعات والأوناش والمصاعد طفرات هائلة وسريعة التغير في الطاقة التفاعلية أثناء بدء التشغيل والتشغيل، مما يتسبب في انخفاض جهد الشبكة.

   • الأحمال غير الخطية الوفيرة :تستخدم محركات التردد المتغير (VFDs) على نطاق واسع في المحركات الرئيسية (للسفن ذات الدفع الكهربائي)، والمضخات، والمراوح، وما إلى ذلك، حيث تعمل على توليد توافقيات كبيرة وامتصاص الطاقة التفاعلية.

   • الأحمال النابضة :تولد المعدات مثل الرادار والسونار طاقة نبضية أثناء التشغيل.

3. قيود المساحة والوزن :مساحة السفينة قيّمة للغاية. يجب أن تحتوي أي معدات على كثافة طاقة عالية، ومساحة صغيرة، ووزن خفيف .

4. بيئة قاسية :يجب أن تتحمل المعدات درجات الحرارة العالية، والرطوبة العالية، والتآكل الناتج عن رذاذ الملح، والاهتزاز المستمر والميل .

طرق تعويض مجموعة المكثفات/المفاعلات التقليدية (TSC/TCR) هي بطيء الاستجابة، غير دقيق، ضخم ، وعرضة ل الرنين التوافقي مع معاوقة شبكية، مما يجعلها غير مناسبة للسفن الحديثة. وهنا تحديدًا تتفوق SVG.

II. سيناريوهات تطبيق محددة لـ SVG في الصناعة البحرية

تستخدم مولدات الطاقة الضوئية (SVGs) محولات إلكترونية لتوليد أو امتصاص تيار تفاعلي آنيًا (زمن استجابة أقل من 5 مللي ثانية)، مما يُثبّت جهد الشبكة ديناميكيًا. تطبيقاتها الرئيسية هي كما يلي:

1. دعم الطاقة التفاعلية والجهد لأنظمة الدفع الكهربائي

• السفن المستهدفة :السفن الكبيرة ذات الدفع الكهربائي (Azipod أو غيرها من الدافعات المزودة بجراب) مثل كاسحات الجليد، وسفن الأبحاث، وسفن الرحلات البحرية، وسفن الدعم البحري، وناقلات الغاز الطبيعي المسال.

• مشكلة :مُحَوِّلات الدفع الرئيسية هي أحمال تفاعلية ضخمة، يتفاوت استهلاكها بشكل كبير تبعًا للسرعة والحمل. وهذا يُسبِّب:

  • تقلبات الجهد في محطة المولد، مما يؤثر على المعدات الحساسة الأخرى.

  • يجبر العديد من المولدات على العمل بالتوازي لتوفير سعة تفاعلية كافية، مما يؤدي إلى كفاءة الوقود ضعيفة للغاية عند التشغيل بحمولة منخفضة ("التشغيل بحمل منخفض").

• حل SVG :

  • قم بتثبيت SVGs بشكل مركزي بالقرب من لوحة التوزيع الرئيسية (MSB) لتوفير دعم القدرة التفاعلية الديناميكية لنظام الدفع، تثبيت جهد الشبكة.

  • تمكين عملية "N-1" أو حتى "N-2" :يمكن لمولد SVG أن يحل محل مولد واحد أو حتى مولدين في توفير الطاقة التفاعلية المطلوبة، مما يسمح لمحركات الديزل بالعمل عند عوامل تحميل أعلى وأكثر كفاءة، تقليل استهلاك الوقود والانبعاثات بشكل كبير يعد هذا أحد التطبيقات الأكثر قيمة اقتصاديًا لـ SVG على السفن.

2. قمع تقلبات الجهد والوميض

• السفن المستهدفة :جميع السفن ذات الأحمال المتقلبة عالية الطاقة، مثل سفن الحاويات (رافعات السفن)، وسفن الأبحاث (الإطارات على شكل حرف A، وريدات CTD)، والحفارات، وسفن توريد القطر والمناولة للمرساة (AHTS).

• مشكلة :تسحب الدوافع والرافعات السطحية تيارات تفاعلية هائلة أثناء بدء التشغيل والتحميل المفاجئ، مما يتسبب في انخفاض الجهد ووميض الضوء عبر شبكة السفينة بأكملها، مما يؤثر بشدة على تشغيل المعدات الأخرى وراحة الطاقم.

• حل SVG :

  • قم بتثبيت SVGs بالقرب من دوائر توزيع الأحمال المتقلبة (على سبيل المثال، لوحات الدفع).

  • في اللحظة التي يبدأ فيها الحمل، يقوم SVG على الفور بحقن التيار التفاعلي السعوي المطلوب، تعويض مثالي القدرة التفاعلية الحثية التي يمتصها الحمل، وبالتالي الحد من تقلبات الجهد إلى نطاق صغير للغاية (على سبيل المثال، ±1%) والقضاء على الوميض.

3. تصحيح معامل القدرة الديناميكي (PFC)

• السفن المستهدفة :جميع السفن التجارية، لتلبية متطلبات عامل القدرة لجمعيات التصنيف (على سبيل المثال، DNV، ABS، LR، CCS).

• مشكلة :تؤدي أحمال المحركات الكثيرة (المضخات والمراوح) إلى انخفاض معامل القدرة الكلي، حتى عند التشغيل بتردد خطي. لا تستطيع مجموعات المكثفات التقليدية تتبع تغيرات الحمل، مما يُعرّضها لخطر الإفراط في التعويض أو نقصه.

• حل SVG :

  • يمكن لـ SVG التحكم بدقة في عامل القدرة لشبكة السفينة بأكملها إلى قيمة محددة (عادةً 0.98 تأخير أو تقدم)، وتجنب عقوبات المرافق (على الشاطئ) وتحسين أداء المولد.

4. العمل بتناغم مع معدات الترشيح التوافقي (APF + SVG)

• مشكلة :الأحمال غير الخطية مثل محركات الأقراص ذات التردد المتغير تولد كل من التوافقيات والقدرة التفاعلية.

• حل :

  • الحل المتكامل :غالبًا ما تتكامل أجهزة جودة الطاقة الحديثة مرشح الطاقة النشط (APF) و إس في جي الوظائف في وحدة واحدة (تسمى مكيف الطاقة النشط أو جهاز التعويض التفاعلي والتوافقي الهجين ).

  • تقسيم العمل تقوم وحدة APF بتصفية التيارات التوافقية، بينما تعوّض وحدة SVG الطاقة التفاعلية. يحل أحد الجهازين مشكلتين رئيسيتين في جودة الطاقة في آنٍ واحد، مما يوفر المساحة ويُبسّط بنية النظام. يُعدّ هذا جذابًا للغاية للسفن محدودة المساحة.

ثالثًا. ملخص مزايا SVG مقارنةً بالحلول التقليدية

رابعًا: النقاط الرئيسية للاختيار والتنفيذ

يتطلب اختيار SVG للاستخدام البحري اعتبارات إضافية:

1. الملاءمة البيئية :يجب أن تلبي المعدات شهادات جمعية التصنيف (على سبيل المثال، DNV-GL، ABS، LR، CCS، وما إلى ذلك)، ولديها تصنيف حماية دخول (IP) كافٍ (على سبيل المثال، IP22 أو أعلى)، وتستخدم تصميمات ومواد مناسبة للبيئة البحرية ( رذاذ مضاد للملح ومضاد للتآكل ).

2. حساب السعة :يجب أن يعتمد على ظروف التشغيل الأكثر قسوة (على سبيل المثال، بدء تشغيل الدافع بكامل طاقته بينما يتسارع الدفع الرئيسي أيضًا).

3. موقع التثبيت :

   • التعويض المركزي :تم تركيبه بالقرب من لوحة التبديل الرئيسية (MSB) لمعالجة المشكلات العالمية.

   • التعويض المحلي :يتم تركيبه بالقرب من الأحمال المتقلبة المحددة (على سبيل المثال، لوحة توزيع الدافع) للتخفيف بشكل أكثر استهدافًا وفعالية.

4. تكامل النظام :يجب دمج SVG في نظام إدارة الطاقة (PMS) أو نظام إدارة الطاقة (EMS) الخاص بالسفينة للتحكم المنسق الذكي.

في الصناعة البحرية، مولد المتغيرات الثابتة (SVG) لم يعد مجرد جهاز "تصحيح معامل القدرة" بل أصبح التكنولوجيا الأساسية الرئيسية الذي يعزز الاستقرار والسلامة والاقتصاد والأداء البيئي من النظام الكهربائي للسفينة.

وهي مناسبة بشكل خاص لـ:

• أوعية الدفع الكهربائية لتحقيق توفير الطاقة والتشغيل المستقر.

• أوعية العمل (على سبيل المثال، سفن الأبحاث، وسفن البناء)، لضمان تنفيذ المهمة وسلامة المعدات تحت الأحمال المتقلبة ذات القدرة العالية.

• جميع السفن التجارية الراقية ، كتكوين مميز لشبكة ذكية حديثة، تلبي معايير الكفاءة والبيئة الأكثر صرامة في المستقبل (على سبيل المثال، EEXI، CII).

إن الاستثمار في SVG هو استثمار في موثوقية وكفاءة وتنافسية عمليات السفن على المدى الطويل.