Elektryfikacja – przyszłość floty?
W 2012 r. w USA podwoiła się sprzedaż aut o napędzanych elektrycznością oraz o napędach hybrydowych (spalinowo - elektrycznych ). Reakcja przemysłu motoryzacyjnego na rosnące ceny ropy oraz coraz bardziej restrykcyjne przepisy pro-ekologiczne stała się czynnikiem rozwoju nowych technologii, których celem będzie redukcja emisji szkodliwych substancji oraz zużycia paliwa. A co ze statkami „na prąd”?
W elektrycznych systemach napędowych na statkach energia mechaniczna wytwarzana przez silniki statku jest zamieniana na elektryczność jeszcze zanim zostanie przekazana do śruby napędowej poprzez silniki elektryczne. Na statkach konwencjonalnych silnik może napędzać śrubę bezpośrednio lub pośrednio - poprzez przekładnię redukcyjną.
Typowe rozwiązanie systemu zasilania i napędu na statku handlowym obejmuje generator diesla, wytwarzający energię elektryczną potrzebną do zasilania urządzeń pokładowych oraz osobny silnik diesla napędzający główny wał połączony ze śrubą. Jest to system spalinowy z silnikiem wysokoprężnym i przekładnią mechaniczną, a ponieważ prędkość obrotowa śruby napędowej i silnika są ze sobą silnie sprzężone, efektywność zużycia paliwa spada znacząco przy niskich prędkościach.
Z kolei napęd spalinowo-elektryczny, w odróżnieniu od konwencjonalnego, składa się z dużej elektrowni, zwykle wyposażonej w generatory napędzane silnikiem diesla oraz silnika elektrycznego wprawiającego w ruch główną śrubę napędową. Przy tym rozwiązaniu prędkość śrub napędowych jest kontrolowana. Elektryczny system napędowy utrzymuje pracę silnika diesla na optymalnym poziomie jego efektywności niezależne od prędkości, z jaką porusza się statek. Zastosowanie elektrycznych kabli zamiast mechanicznego systemu przeniesienia energii redukuje również drgania na pokładzie.
Statki wykorzystujące silniki elektryczne, są już rozpowszechnione w pewnych sektorach rynku. Jak obliczyli analitycy biura brokerskiego Clarkson, liczba kontraktów na budowę takich jednostek, po krytycznych latach 2008-09 zaczęła szybko przyrastać do poziomów obserwowanych na szczycie boomu okrętowego. W latach 2011-12 zamówiono na świecie w sumie 464 statki o napędach elektrycznych, w porównaniu do 453 takich jednostek w latach 2006 - 2007. W roku 2012 jeden na osiem kontraktów dotyczył budowy takiego statku.
Energia elektryczna znajduje szerokie zastosowanie np. w wyposażonych w systemy pozycjonowania dynamicznego statkach pomocniczych działających w sektorze górnictwa morskiego (offshore), w których jednym z najważniejszych czynników jest precyzja manewrowania, w tym - zmiany położenia jednostki oraz utrzymywanie jej przez operatora DP w żądanej pozycji.
Zwiększony popyt na wysokospecjalistyczne statki w tych sektorach, a więc np. statki wiertnicze, statki-bazy nurków (DSV), holowniki do operowania kotwicami oraz zaopatrzeniowce platform (czyli jednostki AHTS i PSV), barki do instalacji i obsługi morskich wież wiatrowych, statki do układania kabli i rurociągów, a także dźwigi pływające, pogłębiarki oraz niektóre inne, przyczynia się do wzrostu udziału statków o napędach elektrycznych w ogólnej liczbie zamówień na nowe statki. Silniki elektryczne są idealne także do precyzyjnego manewrowania w portach i stoczniach przy użyciu pędników azymutalnych i sterów strumieniowych.
Obniżony hałas i wibracje oraz większa elastyczność w rozmiarach i umiejscowieniu silnika czyni napędy elektryczne przydatnymi także dla statków pasażerskich, wycieczkowców jak i jednostek sejsmicznych (do badania dna morskiego), podczas gdy napędy hybrydowe (spalinowo - elektryczne, lub coraz częściej – gazowo - elektryczne) są szeroko stosowane np. w nowoczesnych zbiornikowcach do przewozu LNG. Także jednostki wykorzystywane w żegludze oraz operacjach blisko brzegu, takie jak promy, czy pogłębiarki, są wyposażone w napędy elektryczne, z kolei wyższy moment obrotowy przy niższych prędkościach czyni takie napędy użytecznymi także dla zbiornikowców arktycznych i lodołamaczy.
W styczniu 2013 roku Siemens i norweska stocznia Fjellstrand ogłosiły zamiar zbudowania pierwszego na świecie promu pasażersko samochodowego o „czystym” napędzie elektrycznym. Statek o długości 80 m, który już w 2015 r. będzie woził 360 pasażerów i 120 aut pomiędzy Lavik i Oppedal, będzie napędzany silnikiem elektrycznym zasilanym przez akumulatory ładowane bezpośrednio z „gniazdek”, podczas 10 minutowych postojów w wyżej wymienionych portach, które zostaną tam w tym celu zainstalowane. Ogniwa elektryczne mają zapewnić całkowitą moc rzędu 800 kW. Jak obliczono, prom płynący z prędkością 10 węzłów, na 20 minutowy rejs będzie potrzebował 400 kW mocy.
Zaprojektowano go w kształcie katamarana z dwoma kadłubami z aluminium, co zapewni mniejszy opór i większą oszczędność energii. Zmniejszenie jej zużycia w trakcie żeglugi zostanie uzyskane także dzięki zastosowaniu m.in. oświetlenia LED oraz baterii słonecznych na pokładzie. Prom zostanie zbudowany dla norweskiego operatora Norled, który wygrał przetarg na 10 letnią obsługę promową tego odcinka (który także buduje nowatorskie promy gazowo elektryczne napędzane LNG w stoczni Remontowa Shipbuilding w Gdańsku).
A co ze statkami towarowymi przewożącymi większe i cięższe ładunki, na długich dystansach? Do tej pory napędy elektryczne z uwagi na wyższe koszty eksploatacyjne oraz ograniczenia mocy nie były w tym segmencie rynku realną alternatywą dla silników spalinowych. Z drugiej strony, w sytuacji coraz ostrzejszych przepisów ograniczających emisję szkodliwych substancji do atmosfery i coraz tańszego gazu LNG, masowo eksportowanego na cały świat przez USA, obserwujemy coraz większą ilość innowacyjnych projektów zakładających wykorzystanie napędów hybrydowych (spalinowo - elektrycznych i gazowo - elektrycznych), umożliwiających odzyskiwanie strat ciepła oraz gazów traconych podczas procesu spalania, a także zastosowanie paliw alternatywnych oraz wysokonapięciowych systemów połączeń statku z lądem, adoptowanych dla statków towarowych. Czy to początek trendu oznaczającego elektryfikację całej floty w dłuższej perspektywie? Czas pokaże…
GL
