Ηλεκτρικός θαλάσσιος κινητήρας προώθησης: Βασικές γνώσεις για τα σύγχρονα ηλεκτρικά και υβριδικά σκάφη

Ένας αυξανόμενος αριθμός ναυτιλιακών εταιρειών εφαρμόζουν συστήματα ηλεκτρικής πρόωσης στα πλοία τους, γεγονός που έχει οδηγήσει σε τεράστια αύξηση της ζήτησης για ηλεκτρικά συστήματα θαλάσσιας πρόωσης. Τα συστήματα ηλεκτρικής πρόωσης ορίζονται ως ηλεκτρικοί κινητήρες που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια που τους παρέχεται σε μηχανική ισχύ για να περιστρέφουν έλικες ή/και πίδακες νερού. Μια κατανόηση του ηλεκτροκινητήρας θαλάσσιας πρόωσηςείναι σημαντικό όχι μόνο για τους ναυπηγούς αλλά και για τους ενοποιητές συστημάτων και τους χειριστές σκαφών, προκειμένου να επωφεληθούν από αυτήν την ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνολογία που παρέχει σημαντική εξοικονόμηση καυσίμου σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα πρόωσης ντίζελ. Ο πρωταρχικός σκοπός ενός ηλεκτροκινητήρα θαλάσσιας πρόωσης είναι να παρέχει προωστική ισχύ σε πλοία (δηλαδή, σκάφη, πλοία, πλατφόρμες ανοικτής θάλασσας, κ.λπ.) σε σύγκριση με τη βοηθητική ισχύ σε εξοπλισμό επί των σκαφών. Σε αντίθεση με τους βοηθητικούς κινητήρες και τις βοηθητικές πηγές ενέργειας που παρέχουν ισχύ στον εξοπλισμό στο σκάφος, οι προωθητικοί ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης παρέχουν το μόνο μέσο κίνησης του σκάφους (πρόωση) και παρέχουν επίσης τα απαραίτητα μέσα περιστροφής του σκάφους όταν δεν βρίσκεται σε κίνηση (ελιγμός).

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης χρησιμοποιούνται γενικά είτε με ηλεκτρικά είτε με υβριδικά συστήματα, που λαμβάνουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω μπαταριών, γεννητριών ή μέσων αποθήκευσης ενέργειας. Η λειτουργία ενός ηλεκτρικού κινητήρα θαλάσσιας πρόωσης αντιπροσωπεύει άμεσο αντίκτυπο στην απόδοση ενός σκάφους. ο ήχος που παράγεται κατά τη λειτουργία ενός σκάφους συνδέεται άμεσα με τη λειτουργία ενός ηλεκτρικού κινητήρα θαλάσσιας πρόωσης. η συνολική λειτουργική αξιοπιστία ενός σκάφους επηρεάζεται άμεσα από την απόδοση του ηλεκτροκινητήρα θαλάσσιας πρόωσης. Οι εφαρμογές που περιλαμβάνουν θαλάσσια πρόωση απαιτούν κινητήρες σχεδιασμένους να παράγουν υψηλή ροπή (δύναμη/ταχύτητα) σε χαμηλές στροφές ανά λεπτό (στροφές ανά λεπτό). Οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης μπορούν να παρέχουν τη μέγιστη ροπή για την ώθηση ενός σκάφους τη στιγμή που ενεργοποιείται ένας ηλεκτροκινητήρας θαλάσσιας πρόωσης. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης μπορούν να παρέχουν ελεγχόμενη τάση εξόδου και έτσι θα παρέχουν σταθερή ροπή για την ώθηση του σκάφους.

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης είναι ικανοί να παράγουν υψηλή ροπή σε χαμηλές στροφές και, επομένως, η ίδια ισχύς θα είναι διαθέσιμη για να προωθήσει το σκάφος για παρατεταμένες χρονικές περιόδους. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης πρέπει να αποδίδουν σταθερά μέσω μεταβλητής ροπής εξόδου, η οποία συμβαίνει κάθε φορά που το φορτίο στον ηλεκτροκινητήρα θαλάσσιας πρόωσης αλλάζει συνεχώς με βάση τα χαρακτηριστικά απόδοσης του ηλεκτροκινητήρα θαλάσσιας πρόωσης, όπως για παράδειγμα την αντίσταση στο νερό, την ταχύτητα και το βάρος του σκάφους (οι κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης έχουν συνεχώς μεταβαλλόμενα φορτία).

Προσαρμογή σε σκληρά θαλάσσια περιβάλλοντα Τα θαλάσσια περιβάλλοντα παρέχουν μοναδικές προκλήσεις στον ηλεκτροκινητήρα πρόωσης λόγω της διάβρωσης από το αλμυρό νερό και από την υγρασία από την υγρασία, τους κραδασμούς από το μηχανοστάσιο και τις αλλαγές θερμοκρασίας (από ζεστό σε κρύο) παρέχοντας έτσι πολλές προκλήσεις. Επομένως, προκειμένου να παρέχεται μακροπρόθεσμη απόδοση από ηλεκτρικούς κινητήρες πρόωσης σε θαλάσσια περιβάλλοντα, οι σχεδιαστικές εκτιμήσεις του κατασκευαστή θα περιλαμβάνουν τις επιπτώσεις του θαλάσσιου περιβάλλοντος, όπως η χρήση μη διαβρωτικών υλικών για την κατασκευή κινητήρων, η χρήση ενισχυμένης μόνωσης σε ηλεκτρικούς κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης και η παροχή σφραγισμένων δομών περιβλήματος για ηλεκτρικούς κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης. Επιπλέον, ένα άλλο κρίσιμο στοιχείο σχεδιασμού κατά το σχεδιασμό ηλεκτρικών κινητήρων θαλάσσιας πρόωσης είναι ότι οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης απαιτούν αποτελεσματική διαχείριση ψύξης επειδή οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης διαχέουν τη θερμότητα κατά την κανονική λειτουργία είτε βρίσκονται στο κλειστό μηχανοστάσιο είτε βυθίζονται κάτω από το νερό.

Περιβαλλοντικό πλεονέκτημα των ηλεκτρικών θαλάσσιων κινητήρων πρόωσης

Το όφελος τόσο για την ενεργειακή απόδοση όσο και για το περιβάλλον που δημιουργούν οι ηλεκτρικοί κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης είναι ότι είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί στη μετατροπή της ενέργειας σε ενεργειακή ενέργεια από τα παραδοσιακά συστήματα θαλάσσιας πρόωσης. Αυτός ο παράγοντας μειώνει σημαντικά τη συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται από τον ηλεκτρικό κινητήρα θαλάσσιας πρόωσης όταν χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικό ή υβριδικό σκάφος, επομένως αυξάνοντας τη συνολική απόσταση που θα μπορεί να διανύσει το ηλεκτρικό ή το υβριδικό σκάφος πριν τελειώσει η ηλεκτρική ενέργεια.

Τα ηλεκτρικά συστήματα θαλάσσιας πρόωσης είναι επίσης φιλικά προς το περιβάλλον επειδή ο θόρυβος και οι κραδασμοί που παράγονται από ένα ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης είναι σημαντικά μικρότερος από εκείνον ενός παραδοσιακού μηχανικού συστήματος πρόωσης, με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά το επίπεδο του υποβρύχιου θορύβου που με τη σειρά του δημιουργεί αύξηση της άνεσης των επιβατών και ενισχύει την προστασία του θαλάσσιου οικοσυστήματος.

Συμβατότητα με τις σημερινές τεχνολογίες πρόωσης

Ο έλεγχος ενός ηλεκτροκινητήρα θαλάσσιας πρόωσης μπορεί να επιτευχθεί με πολύ υψηλή ακρίβεια λόγω της συμβατότητάς του με τα σημερινά συστήματα ελέγχου (δηλ. τόσο ηλεκτρικά όσο και μηχανικά). Έτσι, ο ηλεκτροκινητήρας θαλάσσιας πρόωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή ισχύος στο σύστημα πρόωσης ενός ηλεκτρικού ή υβριδικού σκάφους, επιτρέποντας χαρακτηριστικά όπως η δυναμική τοποθέτηση, η αυτοματοποιημένη αγκυροβόληση και η αναγεννητική διαχείριση ενέργειας.

Με την τρέχουσα εξέλιξη του αυτοματισμού σκαφών και της ψηφιοποίησης σκαφών, οι ηλεκτροκινητήρες θαλάσσιας πρόωσης αποτελούν βασικό συστατικό ενός ευφυούς, διασυνδεδεμένου θαλάσσιου συστήματος.

Παραδείγματα κατηγοριών σκαφών που χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες θαλάσσιας πρόωσης περιλαμβάνουν:

•Ηλεκτρικό ή υβριδικό πορθμείο.

• Σκάφος αναψυχής/αναψυχής και γιοτ.

• Σκάφος εργασίας/σκάφος υπηρεσίας εργασίας.

•Πλοίο μεταφοράς εσωτερικής ναυσιπλοΐας.

•Η αυτόνομη και τηλεχειριζόμενη θαλάσσια πλατφόρμα.

Η χρήση ηλεκτρικών κινητήρων θαλάσσιας πρόωσης λόγω της ευελιξίας τους τόσο σε εμπορικά όσο και σε θαλάσσια πλοία αναψυχής θα είναι σημαντική για την ανάπτυξη νέων σχεδίων σκαφών καθώς εφαρμόζονται αυστηρότερες εκπομπές/μηχανικές απαιτήσεις και η ανάγκη για φιλικές προς το περιβάλλον θαλάσσιες μεταφορές συνεχίζει να αυξάνεται.

Το μέλλον των ηλεκτρικών κινητήρων για θαλάσσια πρόωση θα περιλαμβάνει την ανάπτυξη νέων ηλεκτρικών συστημάτων που θα χρησιμοποιούν τόσο νέες τεχνολογίες στη λειτουργία ηλεκτροκινητήρων όσο και νέα υλικά κατασκευής ηλεκτροκινητήρων και νέα μέσα ελέγχου ηλεκτροκινητήρων θα ενισχύσουν τόσο την απόδοση όσο και την αξιοπιστία των ηλεκτροκινητήρων θαλάσσιας πρόωσης.

Καθώς η ναυτιλιακή βιομηχανία συνεχίζει να εξελίσσεται προς καθαρότερες/πιο έξυπνες τεχνολογίες πρόωσης, οι ηλεκτροκινητήρες για θαλάσσια πρόωση θα συμβάλλουν σημαντικά στη συνολική επιτυχία του πλήρους μετασχηματισμού της ναυτιλιακής βιομηχανίας και όχι μόνο στην ατομική αξία των ηλεκτροκινητήρων πρόωσης σε επίπεδο πλοίου.