Im Zuge der kohlenstoffarmen Transformation in der Schifffahrt sind Elektroschiffe, die mit Methanol-Alkohol-Wasserstoff-Stromerzeugung und Energiespeicherbatterien betrieben werden, die wichtigsten Ökostromrouten für Binnen- und Offshore-Frachtschiffe sowie Ingenieurschiffe. FARIZON hat auf der Grundlage des Alkohol-Wasserstoff-Generatorsatzes der GS13M-Serie eine Stromnetzlösung auf den Markt gebracht, die Schiffe mit einer Gesamttonnage von 1.000 bis 15.000 Tonnen abdeckt und die Probleme der kurzen Lebensdauer reiner Elektroschiffe und der hohen Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs herkömmlicher Dieselschiffe vollständig löst. In diesem Artikel werden die Tonnage-Matching-Parameter von Schiffen kombiniert, um die Zusammensetzungsarchitektur, die Betriebslogik und das kollaborative Arbeitsprinzip unter mehreren Arbeitsbedingungen des Stromnetzes von Alkohol-Wasserstoff-Elektroschiffen zu demontieren.
A、 Die fünf Kernkomponenten des Alkohol-Wasserstoff-Stromnetzes
Das gesamte Schiffsenergiesystem besteht aus fünf Teilen: Alkohol-Wasserstoff-Generatorsatz, Energiespeicher-Lithiumbatterie, DC-Bus-Netzwerksystem, Hochleistungs-Elektroantriebshost und intelligenter Steuerungsplattform. Jede Einheit arbeitet unabhängig und bildet zusammen ein vollständiges, geschlossenes Stromversorgungsnetz.
1. GS13M Alkohol-Wasserstoff-Generator-Set (Energiequelle)
Passen Sie 2-7 280-kW-GS13M-Methanol-Verbrennungsmotor-Generatorsätze entsprechend der Tonnage des Schiffes an, verwenden Sie flüssiges Methanol als Kraftstoff für die Verbrennung und Stromerzeugung, ohne Partikelemissionen und erfüllen Sie die IMO-Tier-III-Emissionsstandards für Schiffe. Als kontinuierliche und stabile Grundstromquelle ist die Besatzung dafür verantwortlich, die Grundstromversorgung für die stabilen Reisebedingungen des Schiffes bereitzustellen und so die Lücke bei der Batterieentladung für lange Zeit zu schließen. Kleine Boote mit einem Gewicht von 1000–3000 t sind mit 2–3 Einheiten ausgestattet, während große Schiffe mit einem Gewicht über 8000 t mit bis zu 7 parallelen Generatoren ausgestattet sind, um hohe Leistungsreserven zu gewährleisten.
2. Energiespeicher-Lithiumbatterie mit großer Kapazität (Peak-Shaving-Puffereinheit)
Die Batteriekapazität ist entsprechend dem Tonnagegradienten mit Energiespeicherpaketen von 200 bis 4000 kWh konfiguriert, die zwei Hauptfunktionen übernehmen: sofortige Kompensation bei hoher Leistung und Energiespeicherung bei niedriger Last im Leerlauf. Geben Sie beim Anfahren, Beschleunigen und schweren Beladen des Schiffes auf Wellen sofort elektrische Energie ab, um Schwankungen in der Einheitslast zu reduzieren. Bei Fahrten mit niedriger Geschwindigkeit und beim Anlegen und Entladen mit geringer Last wird der überschüssige Strom der Alkohol-Wasserstoff-Einheit in der Batterie gespeichert, um eine Energierückgewinnung zu erreichen und häufige Start- und Abschaltverluste der Einheit zu reduzieren.
3.750DC/380AC integrierte Stromvernetzungsschiene (Energieverteilungszentrum)
Das gesamte System nutzt eine 750-V-DC-Bus-Netzwerkarchitektur und alle Generatoren, Energiespeicherbatterien und elektrischen Antriebsmotoren sind parallel an den gemeinsamen DC-Bus angeschlossen. Die bidirektionale Umwandlung zwischen Gleich- und Wechselstrom erfolgt über einen Stromrichter. Im Vergleich zur herkömmlichen Stromversorgung für Schiffszweige kann die integrierte Sammelschiene die Leistung jeder Einheit frei anpassen und so eine nahtlose Umschaltung der Stromversorgung aus mehreren Quellen ermöglichen. Sie ist der zentrale Knotenpunkt der gesamten Lösung.
4. Hochleistungs-Elektroantriebssystem (Leistungsausgangsklemme)
Die elektrische Antriebsleistung wird in Stufen von 350 kW bis 1100 kW angepasst. Kleine Schiffe sind mit zwei 350-kW-Antriebsmotoren ausgestattet, und schwere Schiffe mit 10.000 Tonnen sind mit zwei 1100-kW-Hochleistungs-Elektrostrahlrudern ausgestattet. Elektrische Energie wird über die Sammelschiene an das elektrische Antriebssystem verteilt, und der Motor treibt den Propeller direkt an, mit hohem Startdrehmoment, geringem Betriebsgeräusch und viel besserem Fahrverhalten als bei herkömmlichen Schiffen mit Direktantrieb mit Dieselmotor.
5. EMS-Steuerungsplattform für intelligentes Energiemanagement
Als „Gehirn“ des gesamten Netzwerks sammelt es Echtzeitdaten zur Stromerzeugung der Einheit, zum Batterie-SOC und zur Schiffsantriebslast, passt automatisch die Anzahl der Starts und Stopps der Einheit sowie die Lade- und Entladeleistung der Batterie an und ermöglicht eine unbemannte intelligente Planung des gesamten Systems.
B、 Drei Kernbetriebsarten der Alkohol-Wasserstoff-Stromvernetzung
1. Steady-State-Kreuzfahrtmodus (unabhängig von der Besatzung angetrieben)
Das Schiff fährt mit konstanter Geschwindigkeit in sanften Gewässern und bei stabiler und mäßiger Beladung. Das EMS-System startet die entsprechende Anzahl von Alkohol-Wasserstoff-Generatorsätzen und verlässt sich ausschließlich auf die Stromerzeugung der Einheiten, um den elektrischen Antrieb und die Hilfsausrüstung an Bord zu versorgen, während die Batterie ohne Laden oder Entladen ein Leistungsgleichgewicht aufrechterhält. Diese Art der Einheit arbeitet über einen langen Zeitraum mit stabiler und wirtschaftlicher Geschwindigkeit, mit dem geringsten Methanolverbrauch und eignet sich für die überregionale Binnen- und Offshore-Langstreckenschifffahrt.
2. Hochleistungsmodus (kombinierte Entladung von Gerät und Batterie)
Die Beschleunigung der Schiffsabfahrt, Gegenwinde und Wellen sowie die Bedingungen beim Steigen schwerer Lasten haben den momentanen Energiebedarf von Elektroantrieben erheblich erhöht, und wenn man sich ausschließlich auf Alkohol-Wasserstoff-Einheiten verlässt, können Spitzenlasten nicht gedeckt werden. Das System steuert automatisch die Energiespeicherbatterie, um synchron elektrische Energie freizugeben, und verbindet sich mit der Stromversorgung des Geräts über den DC-Bus, um die Hochleistungslücke sofort zu schließen. Das separate Starten des Generatorsatzes ist nicht erforderlich, wodurch eine Überlastung und ein Hochtemperaturbetrieb des Geräts vermieden und die Lebensdauer der gesamten Maschine verlängert wird.
3. Energiespeichermodus für niedrige Geschwindigkeit/Anlegen (Stromerzeugung und Energiespeicherung der Einheit)
Wenn Schiffe in den Hafen einlaufen, sich mit geringer Geschwindigkeit bewegen und Güter am Dock be- und entladen, sinkt die Antriebsbelastung deutlich und die Ausgangsleistung der Alkohol-Wasserstoff-Anlage ist größer als der Verbrauch des Schiffes. Überschüssiger Strom wird automatisch im Energiespeicher-Akkupack gespeichert, um die Energieauffüllung zu vervollständigen; Nach dem Anlegen und Herunterfahren können alle Alkohol- und Wasserstoffeinheiten abgeschaltet werden und die Beleuchtung, die Klimaanlage und die Zusatzausrüstung des Schiffes können den ganzen Tag über mit Batterien betrieben werden, wodurch im Hafenbereich keine Emissionen und kein Lärm beim Anlegen erreicht werden.
C、 Leistungsanpassungslogik für tonnagebasierte Schiffsvernetzung
Die Stromnetzwerklösung von FARIZON ist in vier Stufen standardisiert: 1000–3000 t, 3000–5000 t, 5000–8000 t und > 8000 t. Alle Tonnagen verfügen über die gleiche 750DC/380AC-Netzwerkarchitektur, wobei lediglich Anpassungen an der Anzahl der Einheiten, Batterien und elektrischen Triebwerke vorgenommen wurden. Für kleine 1000-Tonnen-Binnenschiffe sind 2-3 280-kW-Alkohol-Wasserstoff-Einheiten, 200-516-kWh-Batterien und zwei elektrische 350-kW-Triebwerke erforderlich, um den Bedarf an Binnentransporten über kurze Distanzen zu decken; Mittelgroßes 5000-Tonnen-Frachtschiff: 3-4 Einheiten, 500-700-kWh-Energiespeicher, doppelter 450-kW-Elektroantrieb, der Ausdauer und schwere Last in Einklang bringt; Zehntausend Tonnen schwere Offshore-Schiffe: 6-7 Alkohol-Wasserstoff-Generatorsätze, 1000-4000-kWh-Batterien mit großer Kapazität, zwei 950-1100-kW-Hochleistungs-Elektrostrahlruder, geeignet für die Bewältigung von Meeresstürmen und langfristige Navigation unter Volllast. Die standardisierte Netzwerkarchitektur erleichtert die modulare Installation in Werften, und bei Bedarf können zusätzliche Batterien hinzugefügt werden, um die Batterielebensdauer zu einem späteren Zeitpunkt zu verlängern, ohne dass das gesamte Stromschienen-Stromversorgungssystem geändert werden muss.
D、 Kernarbeitsvorteile der Alkohol-Wasserstoff-Stromvernetzung
1. Stabile Last und geringere Geräteverluste
Durch die Spitzenausgleichung der Batterie und die Talfüllung wird die Last ausgeglichen, Alkohol-Wasserstoff-Einheiten arbeiten immer im wirtschaftlichen Bereich, wodurch häufiges Hoch- und Niedriglastwechsel vermieden wird, und der Überholungszyklus wird im Vergleich zu reinen Generatoreinheiten um mehr als 40 % verlängert;
2. Grüne Navigation während des gesamten Zeitraums
Kreuzfahrten basieren auf emissionsarmer Methanol-Stromerzeugung, und für die Stromversorgung in Hafengebieten werden kohlenstofffreie Batterien verwendet, um den Verkehrsbeschränkungen grüner Binnenwasserstraßen und umweltfreundlicher Hafengebiete an der Küste gerecht zu werden.
3. Keine Mängel bei der Akkulaufzeit
Anders als bei reinen Elektroschiffen, die eine Reichweite von nur wenigen hundert Kilometern haben, ist die Methanol-Kraftstoffeinspritzung praktisch, und mit Energiespeicherbatterien ist die überregionale küstennahe Navigation nicht durch die Kilometerzahl begrenzt;
4. Niedrigere Betriebs- und Wartungskosten
Das parallele Design mehrerer Einheiten ermöglicht die normale Stromversorgung anderer Geräte während der Wartung einer einzelnen Einheit, sodass das Schiff nicht geerdet werden muss und Verluste aufgrund von Ausfallzeiten erheblich reduziert werden.
Zusammenfassung
Die Kernarbeitslogik des Alkohol-Wasserstoff-Schiffsstromnetzes von FARIZON besteht darin, einen integrierten Gleichstrombus als Hub zu verwenden, mit Alkohol-Wasserstoff-Einheiten als grundlegende Energiequelle und Energiespeicherbatterien als Strompuffer. Durch ein intelligentes EMS-System schaltet es automatisch zwischen drei Betriebsmodi um: gemeinsame Stromerzeugung, gemeinsame Entladung und Energiespeicher-Andocken und ist für Binnen- und Offshore-Schiffe mit 1.000 bis 15.000 Tonnen geeignet. Die Gesamtlösung berücksichtigt die drei Kernanforderungen lange Lebensdauer, keine Hafenemissionen sowie geringe Betriebs- und Wartungsverluste und bietet Schifffahrtsunternehmen eine ausgereifte und praktische umweltfreundliche Schiffsstromversorgungslösung.
