542193.Prednosti Elektricne Propulzije

SVEUILITE U RIJECI

POMORSKI FAKULTET U RIJECI

RIJEKA

Goran-Jakov Matulj

Ante Olivari

Filip Stipanov

PREDNOSTI ELEKTRINE PROPULZIJE

SEMINARSKI RAD

RIJEKA, 2011.SVEUILITE U RIJECI

POMORSKI FAKULTET U RIJECI

RIJEKA

PREDNOSTI ELEKTRINE PROPULZIJE

SEMINARSKI RAD

Kolegij: Metodologija znanstveno istraivakog rada

Mentor: Prof. Dr. Sc. Branko Rafajac

Student: Goran - Jakov Matulj, 0112029722 NTPP

Ante Olivari, 0112028426 NTPP

Filip Stipanov, 0112028431 NTPP

RIJEKA, sijeanj, 2011.Sadraj:

11.UVOD

11.1.Problem, predmet i objekt istraivanja

11.2.Hipoteze

11.3.Svrha i cilj istraivanja

11.4.Struktura rada

21.5.Znanstvene metode

22.POGONSKI SUSTAVI

22.1.Standardni pogonski sustavi

22.1.1.Dizelski pogonski sustav

22.1.2.Plinski pogonski sustavi

32.1.3.Parni pogonski sustav

32.2.Elektrina propulzija

32.2.1.Baterije ili akumulatori

32.2.2.Dizel-elektrini agregat

32.2.3.Turbo- elektrini pogon

43.ANALIZA ELEKTRINE PROPULZIJE

43.1.Potronja goriva

93.2.Manevriranje

103.3.Brodski Prostor

123.4.Raspoloivost pogona

134.UTJECAJ, POSLJEDICE I EKOLOKE PUBLIKACIJE

134.1.Marpol

144.2.Ekoloki probici Elektrine propulzije

165.ZAKLJUAK

17LITERATURA:

17POPIS SLIKA:

1. UVOD1.1. Problem, predmet i objekt istraivanjaNa dananjim brodovima zbog standardnih sustavnih pogona, kao to je dizel mehanika propulzija, dovode do veih trokova odravanja i porivnog goriva. Osim trokova predstavljaju i ekoloku pozornost zbog emisije tetnih plinova, te u najgorem scenariju izlijevanja pogonskog goriva. Zbog toga se danas najvie razmilja o uvoenju elektrine propulzije na sve brodove trgovake mornarice. Zbog velikih postrojenja koje zahtijevaju standardne propulzije, teretni prostor se uvelike smanjuje koji direktno utjee na samu cijenu prijevoza. Uvoenjem elektrine propulzije, taj se prostor znatno poveava, zbog svoje jednostavne instalacije, malih dimenzija i sigurnosti poriva. Prouavanje karakteristika standardnih pogonskih sustava u usporedbi s elektrinom propulzijom, glede njihove ekoloke i ekonomske prihvatljivosti.

1.2. HipotezeNovim tehnolokim spoznajama mogue je predloiti nove sustave propulzije. Sustavnom analizom i sintezom tehnologije dostupne na trgovakim brodovima mogue je predloiti nova rjeenja. Temeljne spoznaje posljedica i uzroka ne odravanja sustava predstavlja opasnost za okoli. Sustavno prouavanje pravnih propisa stvara osnovne pretpostavke za sprjeavanje oneienja mora.1.3. Svrha i cilj istraivanjaOsnovni cilj istraivanja je utvrivanje i analiziranje relevantnih mjera odravanja standardnih pogonskih sustava s posebnim naglaskom na razvoj novih sustava. Pri tome su prikazani su specifinosti standardne propulzije i samog razvoja novog sustava te njegovo uvoenje. Da bi se ostvario predmet istraivanja, postavljeni ciljevi istraivanja e odgovarati na pitanja:

1. Koji su sustavi danas u uporabi te prednosti i nedostaci istih,2. Nova rjeenja za zamjenu trenutnih sustava,3. Pozitivne strane novog sustava.1.4. Struktura radaRad se sastoji od pet dijelova. U uvodu su navedeni problem, predmet i objekt istraivanja, radna hipoteza i pomone hipoteze, svrha i ciljevi istraivanja, znanstvene metode i obrazloena je struktura rada. U drugom djelu rada pod naslovom ''Pogonski sustavi'' opisani su standardni pogonski sustavi, te elektrina propulzija kao novitet u sustavu propulzije. U tom djelu se su analizirani dananji sustavi te postojea rjeenja. Analiza elektrine propulzije opisana je u treem dijelu, gdje su istaknute prednosti istog u odnosu na standardne propulzije. U etvrtom dijelu rada s naslovom ''Utjecaj, posljedice i ekoloke publikacije'', objasnit e se pravna regulativa koja se odnosi na elektrinu propulziju. U posljednjem dijelu, Zakljuku, dana je sinteza rezultata istraivanja kojima je dokazivana postavljena radna hipoteza.1.5. Znanstvene metodePri istraivanju i formuliranju rezultata istraivanja u odgovarajuoj kombinaciji koritene su sljedee znanstvene metode: metoda analize i sinteze, metoda indukcije i dedukcije, metoda deskripcije, metoda kompilacije, metoda dokazivanja i opovrgavanja, komparativna metoda2. POGONSKI SUSTAVIU razvoju motora sa unutarnjim izgaranjem veliku ulogu odigrala su dva njemaka izumitelja, Nikolaus August Otto (1832-1891) i Rudolf Diesel (1858-1913). Iako je razvoj motora sa unutarnjim izgaranjem zapoeo jo u 18. stoljeu, tek se u drugoj polovici 19. stoljea spoznalo da oni mogu uspjeno raditi samo pod uvjetima da je goriva smjesa prethodno komprimirana na vii tlak i temperaturu.2.1. Standardni pogonski sustaviMotori s unutarnjim izgaranjem su toplinski pogonski strojevi u kojima se kemijska energija goriva, sadrana u tekuem ili plinovitom gorivu, pretvara izgaranjem u toplinsku energiju a ova zatim, pomou klipnog ili stapnog mehanizma i vratila, u mehaniki rad. 2.1.1. Dizelski pogonski sustav

Jedini sustav koji se i danas pojavljuje na veini brodova je dizelski sustav. Razlog tome je trenutno prihvatljiva cijena goriva koji je potreban za rad ovog sustav i njegova koliina u svijetu. Kad govorimo o dizel motorima postoje razne podjele prema koji se oni meusobno razlikuju. Dijelimo ih prema procesu rada na dvotaktne i etverotaktne motore, te prema brzini vrtnje na sporohodne, srednjohodne i brzohodne motore. Na brodovima za prijevoz tereta u upotrebi su najvie dvotaktni sporohodni motori prvenstveno zbog manje cijene, lakeg odravanja, i mogunosti koritenja tekog goriva. Glavni nedostatak ovakvih motora je njihova dimenzija koja moe zauzimati i do 20% ukupnog prostora u trupu broda.2.1.2. Plinski pogonski sustaviPlinske turbine spadaju u toplinske pogonske strojeve u kojima se iskoritava energija vruih plinova dobivenih izgaranjem tekuih ili plinovitih goriva, a u posljednje vrijeme i ugljene praine. Plinska turbina pretvara energiju izgaranja plinova u mehaniki rad pomou lopatica na vratilu plinske turbine s kojom je spojeno vratilo nekog radnog stroja npr. brodski vijak (propeler). Glavna prednost parne turbine je relativno mala veliina. Dakle, kod turbine nema pretvaranja pravocrtnog gibanja u rotacijsko, to pojednostavljuje konstrukciju i reducira veliinu ureaja. Nedostatak ovakvih sustava je kratak vijek trajanja zbog rada pri visokim temperaturama. Plinske turbine se na razne naine kombiniraju s ostalim vrstama pogona te su najee plinske turbine samo dodatni izvor pogonske snage brodskom pogonu s dizelskim motorom. Plinske turbine imaju iroku primjenu u pomorstvu, od modernih jahti koje trebaju nekoliko stotina kW pa do velikih brodova ratne ili trgovake mornarice. Ugradnja ovakvog sustava na brodovima trgovake mornarice isplativa je samo na brodovima koji imaju veliku ekonominu brzinu, kao kontejnerski ili RO-RO brodovi.2.1.3. Parni pogonski sustavU parnim turbinama toplinska energija pare se najprije se pretvara u kinetiku energiju, a ova zatim u energiju vrtnje rotora turbine. Parna turbina se upotrebljava se na brodovima kao porivni pogonski stroj kada je potrebna snaga poriva prelazi 40.000kW. Dijele se prema nainu rada na akcijske i reakcijske, te prema radnom tlaku na visoko, srednje i nisko tlane. Na brodu imamo propulzijske brodske turbine, turbine za pogon elektrinog generatora i turbine za pogon teretnih pumpi.2.2. Elektrina propulzijaPogon propulzora neposredno vri elektromotor, koji je smjeten u krmenom dijelu brodskog trupa. Pomou elektronikog pogona brod ima uvijek sigurnu plovidbu, jer je u sluaju kvara jednog agregata, ostali su u stanju brodu osigurati nastavak nesmetane plovidbe, u najgorem sluaju s neto smanjenom brzinom. Instalacija ovog tipa postrojenja je uvelike lake i zahtjeva manji prostor za razliku od standardnih propulzija. Prijenos snage od motora preko vratila do propulzora u veini sluajeva prenosi se pomou osovine koja moe biti duga i do 20m i irine do 70cm. U sluaju elektrine propulzije, prijenos snage od generatora do elektromotora i propele vri se pomou kablova. Ovim se korisni prostor znatno poveava, a pri tome generator i elektromotor ne trebaju biti u liniji kao to je sluaj kod osovine.

2.2.1. Baterije ili akumulatoriAkumulatori kao izvor elektrine energije za pogon elektromotora propulzora koriste se uglavnom kod podmornica i to u sluajevima kad je nuno potrebno. Baterije se jo ne upotrebljavaju na brodovima trgovake mornarice, zbog malog kapaciteta elektrine energije, zbog toga su upotrebi kod malih prijenosnih vanbrodskih motora.2.2.2. Dizel-elektrini agregatDizel- elektrini agregat je sastavljen od dizel motora i agregata za proizvodnju elektrine energije, koja se koristi za rad elektromotora koji pokree propulzor. Moe se, osim sporohodnih motora, ugraditi i vei broj brzohodnih motora, koji imaju relativno malu masu i male dimenzije. Istovremeno vei broj agregata prua iroke mogunosti podeavanja optereenja elektrine centrale prema potrebi propulzije. Primjenom elektrinog pogona, dizel motori ne moraju biti prekretni, a izbjegnuti su i dugi osovinski vodovi od motora do propelera. Ovisno o potrebama, agregati se mogu iskljuiti iz pogona i tako smanjiti potronja goriva.

2.2.3. Turbo- elektrini pogonTurbo elektrini pogon je slian dizel elektrinom pogonu s tom razlikom to se za pogon agregata upotrebljava parna ili plinska turbina. Instalacija je malo kompliciranija, jer turbine su jako osjetljive, ali imaju velike prednosti posebno kod velikih snaga te se moe viestruko iskoristiti. Parne turbine imaju posebno vanost kod tankera, s obzirom da su veliki potroai vodene pare koja slui za zagrijavanje cjevovoda i tereta, ispiranje tankova itd.3. ANALIZA ELEKTRINE PROPULZIJEDobre strane elektrine propulzije daju mogunost podeavanja broja okretaja propulzora u toku rada pri emu je ostvareno jednostavno mijenjanje smjera okretaja propulzora te su izbjegnuti dugi i glomazni osovinski vodovi kroz brodski trup, te je na taj nain bolje iskoriten prostor na brodu.3.1. Potronja goriva

Iako svi do sada spomenuti uinci elektrine propulzije utjeu na ekonomsku efikasnost broda, zbog direktnog, lako uoljivog utjecaja na smanjenje trokova eksploatacije, smanjenje potronje goriva je ipak njen najeksponiraniji pozitivni efekt.

U koncepciji broda s potpuno integriranim elektroenergetskim sustavom (IFEP - Integrated Full Electric Ship), koju karakterizira jedna elektrina centrala s konstantnom frekvencijom i naponom mree te regulacija broja okretaja propulzijskih elektromotora pomou statikih pretvaraa frekvencije, sustav elektrinog prijenosa snage na brodski vijak pretpostavlja etiri stupnja konverzije energije (Slika 1): (1) mehaniko-elektrinu konverziju u sinkronim generatorima, (2) transformaciju napona u propulzijskim transformatorima, (3) regulaciju frekvencije i napona u propulzijskim pretvaraima frekvencije i (4) elektriko-mehaniku konverziju u propulzijskim elektromotorima.

U sluaju manjih plovnih objekata, u kojima se zbog male ukupne instalirane snage ne primjenjuje visoki napon, ispada drugi stupanj pretvorbe, ali to zbog vrlo visokog stupnja korisnosti transformatora (((0,99) ne poboljava ukupnu bilancu snage elektrinog prijenosa, ve je zbog nieg napona, a time i vee struje, te prema tome nieg stupnja korisnosti generatora, propulzijskih elektromotora i pretvaraa frekvencije, naprotiv kvari.

Slika 1: Bilanca snage propulzije s elektrinim prijenosom

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 131.Iz bilance snage prikazane na slici 1 vidljivo je da se, usprkos vrlo visokom stupnju korisnosti pojedinih elemenata u sustavu elektrine propulzije, ipak u elektrinom prijenosu energije do brodskog vijka sveukupno izgubi izmeu 8 i 12 % snage.

U usporedbi s direktnom mehanikom propulzijom kod koje se, zavisno od broja okretaja, duljine osovinskog voda i toga da li je primijenjen reduktor, gubi izmeu 2 i 4% snage, elektrini prijenos je bez sumnje, energetski gledano, sam po sebi loiji izbor. Prednost elektrine propulzije je meutim sadrana u mogunosti poveanja stupnja korisnosti na poetku i na kraju propulzijskog lanca. Zbog niskog stupnja korisnosti pogonskih strojeva i brodskog vijka, upravo se na spomenutim mjestima moe postii najvee smanjenje gubitaka, a time i znaajne utede na trokovima goriva. Preciznije reeno, elektrina propulzija omoguuje:

rad pogonskih strojeva s konstantnim okretajima u podruju oko optimalnog optereenja bez obzira na eksploatacijski profil plovila, vei hidrodinamiki stupanj korisnosti.Slika 2: Specifina potronja goriva dizel-motora

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 132.Na karakteristinom dijagramu specifine potronje goriva dizel-motora, prikazanom na slici 2, moe se uoiti da se najnia specifina potronja, a to znai i najvii stupanj iskoritavanja postie kod priblino 80% nazivnog optereenja. Udaljavanjem od minimuma, krivulja postaje sve strmija, to je posebno izraeno kod optereenja manjih od 50%. Kod direktne mehanike propulzije, sporohodni brodski dizel-motori, pri smanjenoj brzini plovidbe, rade u nepovoljnom podruju i tako umanjuju efekte smanjenja potronje usporavanjem broda, to je jedan od osnovnih naina optimiziranja ekonomskog uinka broda. Otegotna je okolnost da je otpor broda kod malih brzina priblino proporcionalan drugoj, a u blizini maksimalne brzine esto i petoj potenciji brzine. Shodno tome, snaga propulzije je priblino proporcionalna treoj, a kod veih brzina i estoj potenciji brzine, tako da ve i relativno malo smanjenje brzine od samo nekoliko vorova smanjuje snagu propulzije ispod prije spomenutih 50% snage pogonskog stroja (Slika 3), a kada se specifina potronja poinje bre poveavati.Slika 3: Ovisnost snage poriva o brzini broda

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 133.Od mehanikih rjeenja za smanjenje specifine potronje goriva kod plovidbe smanjenom brzinom, odnosno poveanje fleksibilnosti pogona, uglavnom se koriste brodski vijak s prekretnim krilima (CPP) i konfiguracija s po dva manja pogonska stroja spojena preko spojki i reduktora na isti brodski vijak to omoguuje koritenje manjeg broja motora pri manjim brzinama.

Metoda smanjenja specifine potronje pogonskih strojeva broda s elektrinom propulzijom svodi se na ukljuivanje i iskljuivanje dizel-generatora sukladno potrebnom porivu u pojedinim reimima plovidbe, tako da dizel-motori uglavnom rade pri optimalnom optereenju i uz konstantan broj okretaja. Poveavanjem broja ugraenih agregata suuje se podruje njihovog optereenja, odnosno smanjuje prosjena specifina potronja goriva, ali se istovremeno poveava broj sati rada, odnosno trokovi odravanja.

Slika 4 prikazuje usporedbu specifine potronje goriva u zavisnosti od ukupne razvijene snage na osovinama dizelskih motora kod tri razliita rjeenja:

direktne dizel-mehanike propulzije (2 dizel-motora i 2 vijka), dizel mehanike propulzije (4 dizel-motora, 2 reduktora i 2 vijka), dizel-elektrine propulzije (4 dizel-generatora).Slika 4: Usporedba specifine potronje goriva u zavisnosti od ukupne razvijene snage na osovinama dizelskih motora

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 134.Treba uoiti da u podruju iznad 70% ukupne instalirane snage nema velike razlike u specifinoj potronji. U podruju izmeu 25 i 50 % elektrina propulzija i rjeenje s reduktorima imaju priblino jednaku specifinu potronju, zahvaljujui iskljuivanju polovine motora. Kod najniih optereenja (ispod 25%), elektrina propulzija ima uvjerljivo najniu specifinu potronju goriva. Direktna dizel-mehanika propulzija inferiorna je kod svih optereenja manjih od 70%. Treba naglasiti da se u sluaju elektrine propulzije, broj dizel-generatora moe jednostavno poveati i tako uz umjereno poveanje investicijskih trokova jo vie poravnati dijagram specifine potronje, odnosno smanjiti prosjenu specifinu potronju. Fleksibilnost pogona posebno dolazi do izraaja kod brodova koji u eksploatacijskom profilu imaju znaajan udio plovidbe smanjenim brzinama, odnosno optereenjima, te su prema tome i najpogodniji za primjenu elektrine propulzije. Takoer, brodovi s fleksibilnijim pogonom daju mnogo bolje rezultate u kriznim vremenima, kad je zbog nedostatka tereta i/ili niskih vozarina potrebno optimalno smanjiti brzinu plovidbe. Iako se u strunoj literaturi smanjenje potronje goriva najvie spominje u kontekstu optimiziranja broja dizel-generatora u radu kod razliitih uvjeta plovidbe, podtrupni potisnici, a posebno njihova zadnja generacija zasnovana na tehnologiji motora s permanentnim magnetima, omoguuju i znaajne utede zahvaljujui veoj hidrodinamikoj efikasnosti. Dok je poloaj, kut i promjer brodskog vijka kod dizel-mehanike propulzije odreen poloajem pogonskog stroja i duljinom osovinskog voda, vijci podtrupnih potisnika optimalnih dimenzija mogu se postaviti u hidrodinamiki optimalan poloaj, ime se postie primjetno vei stupanj korisnog djelovanja. Sinkroni motori s permanentnim magnetom kakvi se koriste u podtrupnim potisnicima osim to imaju vii stupanj korisnosti, izvode se s manjim promjerom od klasinih motora pa je njihovom primjenom postignuto znaajno smanjenje omjera promjera tijela POD-a i promjera propelera to primjetno poveava stupanj korisnog djelovanja. Izvedba POD-a s dva vijka (TWIN) i zakrilcima na tijelu koja preusmjeravaju strujanje prednjeg vijka djelomino stvarajui efekt kontrarotirajuih vijaka dodatno poveava hidrodinamiku iskoristivost propulzora.

Dobici u hidrodinamikom stupnju korisnog djelovanja brodskog vijka kod nove generacije POD-ova ne samo da pokrivaju gubitke u elektrinom prijenosu snage ve se postie sveukupno vii stupanj korisnosti od direktne dizel-mehanike propulzije. Slika 5: Usporedba potronje goriva po prijeenoj nautikoj milji u zavisnosti od brzine broda

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije. asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 135.Na slici 5 je prikazana usporedba utroka goriva po prijeenoj nautikoj milji u zavisnosti od brzine broda za tri koncepcije propulzije sa slike 4. Vidljivo je da elektrina propulzija s podtrupnim potisnicima ima najniu potronju goriva pri svim brzinama.3.2. Manevriranje

Manevarske sposobnosti vane su za sve brodove, a posebno za one koji plove u priobalnom moru, imaju este manevre i/ili potrebu za dinamikim pozicioniranjem. Dobro je poznato da je elektrina propulzija po manevarskim sposobnostima superiorna u odnosu na dizel-mehaniki poriv brodskog vijka, to se meutim u manje strunim krugovima ponekad pogreno vezuje iskljuivo uz koritenje zakretnih potisnika (Steerable Thrusters, Rudderpropellers) i zakretnih podtrupnih potisnika (AZIPOD). Bolje manevarske sposobnosti ne dolaze samo od sposobnosti zakretanja ravnine vijka, odnosno vektora poriva ve i od mnogo boljih dinamikih svojstava njegovog pogona zbog:

momentne karakteristike s konstantnim maksimalnim momentom, manje zamane mase izlo8ene promjeni brzine kod dinamikih promjena, rada pogonskih strojeva s konstantnim brojem okretaja, jednostavnog povezivanja u sustav dinamikog pozicioniranja, jednostavne instalacije snanih bonih potisnika.Elektromotori napajani iz statikih pretvaraa frekvencije mogu raditi s konstantnim maksimalnim momentom u cijelom podruju brzina, to se postie istovremenom regulacijom frekvencije i napona. Zahvaljujui velikom momentu, mogue je brzo zaustavljanje i ubrzavanje brodskog vijka u oba smjera vrtnje, to daje brz odziv broda kao objekta regulacije, odnosno odlina dinamika svojstva. Treba ipak napomenuti da se kod propulzijskih elektromotora pri najveim brzinama esto primjenjuje princip slabljenja magnetskog toka, ija je posljedica smanjenje momenta, to meutim ne umanjuje bitno sveukupno izvrsne dinamike karakteristike pogona. Kod dizel-mehanike propulzije pri ubrzavanju brodskog vijka ubrzavaju se i zamane mase osovinskog voda i dizel-motora, dok se kod elektrine propulzije dizel-generatori vrte konstantnim okretajima, a ubrzavaju se samo propulzijski elektromotori, osovine i naravno brodski vijak, pa je ukupni moment inercije koji treba savladati kod ubrzanja, odnosno usporenja, znatno manji, a time i odziv bri. Konstantan broj okretaja dizel-motora omoguuje, sa stanovita vremenskih konstanti propulzije, gotovo trenutno preuzimanje optereenja. Kod dizel-mehanike propulzije ubrzavanje motora podlono je nizu tehnolokih ogranienja pa traje mnogo due. Upravo velika brzina odziva omoguuje jednostavno povezivanje elektrine propulzije u kombinaciji s bonim potisnicima u sustav dinamikog pozicioniranja. Dizel-mehanika propulzija se takoer moe koristiti za dinamiko pozicioniranje, ali u pravilu samo u kombinaciji s brodskim vijkom s prekretnim krilima, to je opet povezano s velikim utrokom goriva i jakom elektrinom centralom za pogon pramanih i krmenih bonih potisnika, dok u sluaju elektrine propulzije, njihova snaga ne predstavlja problem za integrirani elektroenergetski sustav. Iako i elektrina propulzija s ugraenim propulzijskim elektromotorima ima odline manevarske sposobnosti, ipak primjena zakretnih podtrupnih potisnika ima i u ovom sluaju niz vrlo znaajnih prednosti:

manje zamane mase, nepotrebnost krmenih bonih potisnika, veliki krmeni boni poriv, znatno manji radijus okretanja pri punoj brzini, krai zaustavni put broda.

Zbog izostanka osovinskog voda, podtrupni potisnici imaju mnogo manji moment inercije od sustava s ugraenim propulzijskim elektromotorima, a time i bolju dinamiku regulacije brzine. Zakretanjem POD-a, usmjerava se po potrebi sva snaga glavne propulzije u bonom smjeru to, osim eliminacije krmenih bonih potisnika, omoguuje mnogo sigurnije i kvalitetnije upravljanje brodom. Kod brodova s vrlo visokim nadvoem, odnosno velikom bonom povrinom, kao to su brodovi za kruna krstarenja i brodovi za prijevoz kontejnera, problemi manevra kod jaeg bonog vjetra nisu se uvijek mogli uspjeno rijeiti primjenom bonih potisnika te su ponekad zahtijevali koritenje tegljaa. Razumljivo je da se brod opremljen pramanim bonim potisnikom i propulzijom sa zakretnim podtrupnim potisnicima moe okrenuti na mjestu. Na probnim vonjama se, meutim, pokazalo da brodovi s POD-ovima imaju i vrlo mali radijus okretanja u vonji. Tako je ispitivanje brodova blizanaca za kruna krstarenja jednog opremljenog POD propulzijom, a drugog elektrinom propulzijom s ugraenim propulzijskim elektromotorima, pokazalo pri punoj brzini 40% manji radijus okretanja kod POD propulzije. POD propulzija ima bolju dinamiku, to znai i bru promjenu smjera vrtnje, a prema tome i krai zaustavni put u sluaju manevra zaustavljanja. Zaustavni put se, meutim, u sluaju propulzije s dva POD-a moe jo vie skratiti manevrom istovremene kontra-rotacije zakretnih podtrupnih potisnika, ime se pri zaustavljanju koristi optimizirani smjer vrtnje vijka, ali i izbjegava faza nagle rekuperacije energije, koja izaziva jake dinamike poremeaje, a time i nestabilnost u elektroenergetskom sustavu.3.3. Brodski ProstorUz velike utede na trokovima goriva kod brodova koji esto mijenjaju brzinu plovidbe, u strunoj literaturi je jako eksponirana i mogunost poveanja korisnog brodskog prostora primjenom elektrine propulzije. Ovdje treba razlikovati dva faktora:

smanjenje strojarnice koritenjem brih dizel-motora za pogon generatora umjesto sporohodnih za direktnu dizel-mehaniku propulziju, to se moe postii i primjenom reduktora, povoljniji smjetaj pogonskih strojeva unutar jedne ili vie proizvoljno rasporeenih manjih strojarnica zahvaljujui potpunoj slobodi koju daje elektrini prijenos snage.

Na slici 6. je dan usporedni prikaz smjetaja sustava brodske propulzije u sluaju broda s elektrinom propulzijom u varijanti ugraenih propulzijskih elektromotora i zakretnih podtrupnih potisnika te broda s dizel-mehanikom propulzijom u varijanti sporohodnih motora s direktnim prijenosom i srednjohodnih motora s reduktorom.Slika 6: Iskoritenje brodskog prostora kod razliitih koncepcija propulzije

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 136.Kod direktne dizel-mehanike propulzije, (Slika 6a) sporohodni motori velikih dimenzija moraju biti postavljeni pod odreenim kutom, kako bi se postiglo to bolje strujanje na brodskom vijku i stoga zahtijevaju dugaak osovinski vod te ostavljaju vrlo male mogunosti izbora pri njihovom smjetaju. Eventualno skraivanje osovinskog voda poveava njegov nagib, zakree ravninu propelera u hidrodinamiki nepovoljniji poloaj i podie poloaj pogonskog stroja. U konfiguraciji s reduktorima prikazanoj na slici 6b, situacija je zbog manjih dimenzija srednjohodnih motora povoljnija, ali je osovinski vod jo uvijek jako

dugaak pa centralno smjeteni pogonski strojevi znaajno smanjuju korisni brodski prostor. Dizel-elektrina propulzija s ugraenim propulzijskim elektromotorima (Slika 6c) omoguuje proizvoljni smjetaj dizel-generatora, ali ostaje problem centralno smjetenih propulzijskih elektromotora sa sustavima hlaenja i podmazivanja, i jo uvijek dugakim osovinskim vodovima na tetu korisnog prostora. Treba, takoer, napomenuti da primjenom elektrine propulzije u koncepciji integriranog elektroenergetskog sustava (IFEP) nestaju pomoni motori s generatorima, jer se cijeli sustav napaja iz jedne elektrine centrale. Zakretni podtrupni potisnici eliminiraju osovinski vod (Slika 6d), smjeteni su daleko na krmi i u potpunosti oslobaaju centralni dio trupa, to je izuzetno znaajno kod npr. Ro-Ro brodova. Dizel-generatori, pretvarai i transformatori se, zavisno od vrste broda, mogu smjestiti u najmanje vrijedne krmene ili bone prostore. Zbog duljine, a time i teine energetskih kabela, treba ipak teiti postizanju to manje udaljenosti izmeu POD-ova i generatora. Nije suvino napomenuti da primjenom zakretnih podtrupnih potisnika nestaju kormila s pripadajuom opremom, to takoer oslobaa dio prostora. Nova generacija podtrupnih potisnika je i po pitanju prostora povoljnija od prve generacije, jer se motori s permanentnim magnetima hlade morem preko tijela POD-a i nemaju potrebe za sustavom hlaenja, koji je kod prve generacije zauzimao znaajan dio, istina ne previe kvalitetnog, prostora u krmi. U svakom sluaju, injenica je da se primjenom elektrine propulzije postie maksimalno pomicanje brodskih energetskih sustava prema krmi, a time i poveanje prostora za teret. Sustavi s podtrupnim potisnicima su i ovdje u prednosti zbog smjetaja propulzijskih motora izvan trupa te eliminacije dugog osovinskog voda i reduktora.3.4. Raspoloivost pogonaIako je sustav elektrine propulzije mnogo sloeniji od sustava dizel-mehanike propulzije ima znatno vei stupanj raspoloivosti. Elektrini sustavi openito preuzimaju sve vee podruje primjene zbog malih zahtjeva odravanja, visokog stupnja pouzdanosti i trajnosti. Stoga je i elektrini prijenos snage modernog broda s elektrinom propulzijom projektiran tako da zahtijeva minimalne intervencije tijekom eksploatacijskog vijeka broda. Do zastoja, prema tome, dolazi jedino u sluaju iznenadnog kvara.

Slika 7: Tipini elektroenergetski sustav broda s dvovijanom elektrinom propulzijom

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 140.Na slici 7 je dan pojednostavljeni prikaz tipinog elektroenergetskog sustava broda s dvovijanom elektrinom propulzijom. Karakterizira ga vei broj dizel-generatora, dva vijka pokretana dvonamotnim propulzijskim elektromotorima napajanim iz ukupno etiri pretvaraa frekvencije sa zasebnim propulzijskim transformatorima. U sluaju jednog kvara na prikazanom sustavu, bez obzira da li se radi o dizel-motoru, generatoru, propulzijskom transformatoru, pretvarau ili namotima motora, brod ostaje bez etvrtine snage. Raspoloiva snaga i navedena brzina ne samo da garantiraju sigurnost broda, ve i minimiziraju gubitke zbog eventualnog kanjenja.

Najvea vjerojatnost pojave kvara u sustavu elektrine propulzije vezana je uz njegove najsloenije podsustave, pretvarae frekvencije i sustav dizelskih motora, gdje se isti mogu otkloniti bez zaustavljanja brodskog vijka. Suvremeni sustavi samodijagnostike te pristupanost i manipulativnost rezervnih dijelova, omoguuju vrlo brz popravak pretvaraa, dok trajanje zastoja na dizel-motoru jako ovisi o vrsti kvara, ali je u svakom sluaju mnogo krae nego kod direktne mehanike propulzije sa sporohodnim dizel-motorom. Uz razumnu rezervu uzetu pri planiranju putovanja te adekvatnu brojnost i osposobljenost posade, kvar se moe otkloniti dovoljno brzo, kako bi se sprijeilo kanjenje broda u odredinu luku.

Zadravanje velike brzine broda jo je znaajnije kod havarija veih razmjera s nemogunou popravka na brodu, jer znaajno smanjuje vrijeme putovanja do odredine luke i kasnije do luke u kojoj e se izvriti remont. Iako su podtrupni potisnici nove generacije projektirani tako da bez remonta izdre eksploatacijski vijek broda, ipak i na njima moe doi do havarije (proboj izolacije namotaja propulzijskog elektromotora, blokiranje rotora...). Popravak u pravilu zahtijeva demontau POD-a i remont kod proizvoaa. Kako se skida samo donji, zakretni dio POD-a, cijela se operacija izvodi relativno brzo i bez dokovanja. Najvei je problem vrijeme izgubljeno u plovidbi do rezervnog POD-a, ako je takav na raspolaganju ili ekanje na popravak staroga, odnosno, isporuku novoga.

Noviji brodovi s elektrinom propulzijom se grade s vie odvojenih strojarnica, kako bi se u sluaju poara u jednoj zadrala proizvodnja elektrine energije, a time i poriv broda.4. UTJECAJ, POSLJEDICE I EKOLOKE PUBLIKACIJEMeunarodna konvencija spreavanju oneienja mora s brodova (International convention on the prevention of pollution from ships MARPOL) donesena je u okviru Meunarodne pomorske organizacije na konferenciji odranoj 1973. godine u Londonu kako bi u potpunosti i na jednom mjestu utvrdila postupke pomoraca odnosno opremu broda poradi djelotvorna sprjeavanja odnosno umanjivanja oneienja mora s brodova.4.1. MarpolOneienje mora naftom prepoznato je kao veliki ekoloki problem ve u prvoj polovici 20. stoljea. Ve u to doba mnoge su zemlje poele donositi nacionalne propise kako bi mogle nadzirati prekrcaj nafte u svojim teritorijalnim vodama. Meutim, prva konvencija koja se odnosila na sprjeavanje oneienja mora naftom donesena je 1954. godine. Ipak kasnije motiv za aktivnost meunarodne zajednice bila je i havarija tankera Torry Canyon, koji se 1967. godine nasukao na ulasku u engleski kanal. Nakon te havarije doneseno je nekoliko konvencija, meu kojima i 1973. MARPOL konvencija (International Convention for the Prevention of Pollution from Ships).

MARPOL-konvencija se stalno mijenja i dopunjuje. Novosti se u tekst unose gotovo svake godine. Osim osnovnoga teksta, ova konvencija sadrava est priloga meu kojima je i prilog koji je od velike vanosti u dokazivanju prednosti elektrine propulzije nad ostalim vrstama propulzije. Prilog I MARPOL konvencije mavodi Pravila o sprjeavanju oneienja naftom.4.2. Ekoloki probici Elektrine propulzijeEkoloki uinci tehnolokih sustava su u pravilu vrlo slojeviti, a ponekad i prikriveni, te se ne mogu uvijek u potpunosti predvidjeti niti procijeniti, pogotovo u sveobuhvatnom pristupu kakav je primijenjen u ovom lanku. Ekoloki probici elektrine propulzije su: smanjenje potronje goriva, smanjenje emisije tetnih plinova, smanjenje buke i vibracija, poveanje sigurnosti broda, izbjegavanje sidrenja, produljenje eksploatacijskog vijeka broda.

Kako je ve objanjeno u drugom poglavlju, jedna od najvie eksponiranih prednosti dizel-elektrine propulzije je znaajno smanjenje potronje goriva, to samo po sebi znai bolje ouvanje energetskih resursa i manju emisiju tetnih plinova kod istog tehnolokog uinka. Osim toga, srednjohodni i brzohodni motori na brodovima s dizel-elektrinom propulzijom rade s konstantnim okretajima pa imaju znatno niu emisiju tetnih plinova od motora u sustavu dizel-mehanike propulzije.

Iako nisu toliko eksponirani poput kumulativnog zagaenja okolia emisijom tetnih plinova i isputanjem opasnih tvari, vibracije i buka takoer imaju tetan uinak na ljude i ivotinje.Elektrina propulzija uspjeno smanjuje buku i vibracije kroz:

koritenje manjih srednjohodnih ili brzohodnih dizel-motora i plinskih turbina, povoljniji smjetaj dizel-motora, eliminaciju reduktora, smanjenje torzijskih vibracija na brodskom vijku, zbog mirnog rada propulzijskog elektromotora.

POD propulzija ima i dodatne prednosti koje doprinose smanjenju vibracija i buke: eliminaciju dugakih osovinskih vodova, poveanje razmaka izmeu oboda vijka i trupa.

Veliki broj ekolokih incidenata uzrokovanih istjecanjem tereta pokazao je da se od brodova koji prevoze potencijalno opasan teret mora zahtijevati posebno visok stupanj sigurnosti. Elektrina propulzija poveava sigurnost broda kroz:

visok stupanj raspoloivosti pogona broda, bolja manevarska svojstva, manju opasnost od poara irih razmjera.

U analizi havarija koje su rezultirale gubitkom tankera, pokazalo se da je u 30% sluajeva glavni razlog nesree bio gubitak poriva. Kako je potpuni gubitak poriva kod broda s elektrinom propulzijom i dva brodska vijka vrlo malo vjerojatan, uvoenjem elektrine propulzije drastino bi se smanjio broj ovih, ekoloki vrlo opasnih, havarija. Vie manjih strojarnica s automatskim sustavima gaenja omoguuje brzo lokaliziranje i efikasno gaenje poara, prije nego to opasno ugrozi sigurnost broda i tereta. Primjenom sustava dinamikog pozicioniranja moe se na mjestima na kojim obitavaju zatiene vrste organizama izbjei sidrenje. Zahvaljujui karakteristikama potronje goriva, brodovi opremljeni elektrinom propulzijom imaju veliku eksploatacijsku fleksibilnost, tako da im je ekonomska efikasnost znatno manje ovisna o situaciji na tritu, nego kod brodova s dizel-mehanikom propulzijom, pa sporije zastarijevaju. Eventualne rekonstrukcije, kao to su produljenje ili skraivanje broda i/ili poveanje maksimalne brzine, jednostavnije su i jeftinije. Zahvaljujui povoljnijim uvjetima eksploatacije (manje vibracije, rad motora s konstantnim brojem okretaja...) vitalni dijelovi pogonskih strojeva i brodske konstrukcije trajniji su nego kod dizel-mehanike propulzije. Zbog svega navedenog, ispravno projektirani brodovi s elektrinom propulzijom ostaju u slubi mnogo dulje od brodova s dizel-mehanikom propulzijom, ime se smanjuje potronja energije i zagaenje pri reciklai starih i izgradnji novih brodova. tovie, zastarjele brodove s ekoloki i ekonomski neprihvatljivo velikom potronjom goriva i emisijom tetnih tvari je mogue, u specifinim sluajevima i uz prihvatljiva ulaganja, konvertirati na elektrinu propulziju i tako im produljiti ivotni vijek, kako je to npr. uinjeno s velikim putnikim brodom Queen Elizabeth II.5. ZAKLJUAK

Suvremeni sustavi elektrine propulzije s podtrupnim potisnicima su, eksploatacijski gledano, nesumnjivo mnogo kvalitetnije rjeenje od klasine dizel-mehanike propulzije. Provedene usporedne analize pokazuju superiornost elektrine propulzije u iskoritavanju brodskog prostora, stupnju raspoloivosti, utjecaju na okoli, manevarskim svojstvima kod svih brzina, vrsti manevara i potronji goriva kod svih eksploatacijskih profila plovila. Investicijski trokovi za izgradnju broda s elektrinom propulzijom su danas mnogo vii nego za dizel-mehaniku propulziju te, je vie razloga koji ukazuju na mogunost njene ekspanzije u bliskoj budunosti. Kao prvo, investicijski trokovi e se nastaviti smanjivati zbog jake konkurencije izmeu velikih svjetskih proizvoaa brodske elektrine opreme i proizvodnje u veim serijama, zbog proirenja trita. Mnogo vea sigurnost i manja emisija tetnih tvari brodova s elektrinom propulzijom, uz sve stroe propise za odreena podruja plovidbe i pojedine vrste ekoloki opasnih tereta, nastavit e suavati podruje eksploatacije brodova s dizel-mehanikom propulzijom. Rast cijene goriva, zbog smanjenja rezervi i velikog poveavanja potranje uvjetovanog naglim industrijskim i ekonomskim razvojem dalekoistonih zemalja, utjecat e na poveanje trokova goriva i vjerojatno smanjenje brzine plovidbe. U takvom scenariju bi postojei brodovi, s klasinom dizel-mehanikom propulzijom, zbog znaajno vee potronje goriva, postali nekonkurentni brodovima s elektrinom propulzijom.LITERATURA:

Glavan, B.: Ekonomika morskog brodarstva, kolska knjiga, Zagreb, 1992.

Martinovi, D.: Strojarski prirunik za asnike palube. naklada agar, Biblioteka Jadranski krug, Rijeka, 2005. Miloevi Pujo, B., Radovan, H.: Pomorsko pravo, Sprjeavanje oneienja mora po Marpol-konvenciji, Sveuilite u Dubrovniku, Hrvatska, 2005. Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006.

INTERNET IZVORI:

http://www.naucat.com/oprema/hr/motori/fuzion-electric-vanbrodski-motori (16.12.2010)

http://www.hrvatski-vojnik.hr/hrvatski-vojnik/2112008/propulz.asp (16.12.2010)

POPIS SLIKA:

5Slika 1: Bilanca snage propulzije s elektrinim prijenosom

6Slika 2: Specifina potronja goriva dizel-motora

6Slika 3: Ovisnost snage poriva o brzini broda

7Slika 4: Usporedba specifine potronje goriva u zavisnosti od ukupne razvijene snage na osovinama dizelskih motora

8Slika 5: Usporedba potronje goriva po prijeenoj nautikoj milji u zavisnosti od brzine broda

11Slika 6: Iskoritenje brodskog prostora kod razliitih koncepcija propulzije

12Slika 7: Tipini elektroenergetski sustav broda s dvovijanom elektrinom propulzijom

Martinovi, D.: Strojarski prirunik za asnike palube, naklada agar, Rijeka, 2005., str. 57.

Ibidem, str. 58.

Ibidem

Martinovi, D.: Strojarski prirunik za asnike palube, naklada agar, Biblioteka Jadranski krug, Rijeka, 2005., str. 123.

Ibidem, str. 179.

Ibidem.

Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 131.

Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 131.

Ibidem, str. 132.

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije. asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 132.

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije. asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 134.

Ibidem.

Glavan, B.: Ekonomika morskog brodarstva, kolska knjiga, Zagreb, 1992., str. 193.

Izvor: Vueti, D., ekada, I.: Eksploatacijske prednosti elektrine propulzije, asopis pomorstvo, Rijeka, Hrvatska, 2006., str. 134.

Ibidem.

Ibidem.

Ibidem.


Ibidem.


Ibidem, str. 135.

Ibidem.

Miloevi Pujo, B., Radovan, H.: Pomorsko pravo, Sprjeavanje oneienja mora po Marpol-konvenciji, Sveuilite u Dubrovniku, Hrvatska, 2005., str. 233

Ibidem.



Ibidem.

Ibidem.

Ibidem, str. 142.


542193.Prednosti Elektricne Propulzije

Documents

Transcript of 542193.Prednosti Elektricne Propulzije