ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СУДНЕ

Судовая электростанция представляет сложную техническую систему, в составе которой наиболее важным элементом является такая подсистема, как система генерирования и распределения электроэнергии на судне. В соответствии с назначением она содержит следующие функциональные элементы:

- Источники и преобразователи электроэнергии.

- Распределительные устройства.

- Судовая электрическая сеть.

Работа в системе в целом характеризуется следующими технико-экономическими показателями:

- Надежность работы и “живучесть” как отдельных элементов, так и системы в целом.

- Качество производимой и распределяемой энергии.

- Степень автоматизации процессов.

- Массогабаритные показатели.

- Капитальные затраты.

- Эксплуатационные расходы.

Все указанные показатели имеют многофакторную зависимость, взаимосвязаны, а порой противоречивы, поэтому выбор структуры, принципов построения и комплектации оборудования производятся на основании технико-экономического сравнения вариантов. Но при этом рассмотрение вариантов всегда производится исходя из обеспечения главного требования: надежность работы и живучесть системы.

Важнейшим показателем технической эксплуатации является гибкость системы, которая определяется количеством единичной мощности генераторных агрегатов, местом расположения и типом применяемых распределительных устройств, а так же видом используемых коммутационно-защитных аппаратов и устройств автоматизации. Качество электроэнергии определяется степенью автоматизации процессов, от которой зависят возможности системы по поддержанию заданных параметров.

Массогабаритные показатели зависят от единичной мощности генераторных агрегатов, их количества, правильного выбора основных параметров (род тока, уровень напряжения и т.д.). Установлено, что применение переменного тока наиболее эффективно и с точки зрения массы и стоимость оборудования, в особенности для судов малого и среднего водоизмещения. На судах большого водоизмещения, массогабаритные показатели уже не являются первоочередными. Строительная стоимость определяется степенью использования унифицированных элементов, конструкций и типовых решений.

Эксплуатационные расходы находятся в прямой зависимости от рода тока в СЭЭС, именно они определяют надежность и долговечность работы электрооборудования, требования к эксплуатации, ремонтопригодность, взаимозаменяемость и к.п.д. системы в целом.

Чем выше к.п.д системы в целом, тем меньше непроизводительных расходов, тем большее время судно может работать в режиме длительного автономного плавания.

На промысловых судах существенным фактором увеличения к.п.д. системы является применение генераторных установок отбора мощности – ГУОМ, особенно валогенератора. Перечисленные показатели определили требования, которым должна удовлетворять проектируемая СЭЭС:

- Надежность работы.

- Гибкость схемы

- Удобство в эксплуатации, и безопасность обслуживания.

- Экономичность.

Рассмотрим подробнее реализацию указанных требований:

Надежность работы должна соответствовать назначению системы, положению и значению потребителей по степени их важности, поэтому для обеспечения требуемой надежности обычно предусматриваются следующие меры:

а) Резервирование отдельных элементов схемы СЭЭС.

б) Деление системы в целом на секции и участки, каждый из которых должен быть способен работать как автономно, так и в составе системы.

в) Уменьшение числа составных элементов.

г) Применение системы автоматического включения резерва (резервный генератор, АДГ, резервная линия питания и резервный электроприемник ).

д) Автоматическая разгрузка генераторов при токах превышающих допустимые, а так же частотная разгрузка.

е) Применение селективных защит с минимально-возможным временем срабатывания, что позволяет не только локализовать повреждение, но и быстро и своевременно отключить ближайшим защитным аппаратом.

ж) Применение рациональной схемы технического обслуживания ( вахтенное обслуживание, осмотры, профилактические ремонты т т.д.).

з) Централизация и автоматизация управления системы.

1. Гибкость схемы должна удовлетворять назначению судна и оперативности изменения его режимов (обеспечение хода судна, промысла, грузовых операций, рыбообработки и т.д.). Причем гибкость схемы касается не только нормальных режимов судна, но и аварийных, при повреждении отдельных элементов СЭЭС. Она достигается такой комплектации оборудования, которое обеспечивает немедленное устранение повреждения, контроль состояния системы, проведение профилактических и ремонтных работ. При этом гибкость схемы должна обеспечивать возможность проведения работ лишь на конкретных элементах, когда все основное оборудование находится в работе с одной стороны, с другой стороны – проведение ремонтных работ не должно приводить к остановке остального оборудования судна, это означает, что принятая схема СЭЭС должна обеспечивать переход из одного состояния в другое при минимально-возможном числе операций. Гибкость схемы достигается за счет:

- Секционирование сборных шин ГРЩ.

- Резервирование питания отдельных приемников и магистралей.

- Рациональное подключение потребителей к различным шинам ГРЩ.

- Возможность обеспечения различных режимов ГА.

2. Удобство эксплуатации обеспечивается выбором наиболее простой схемы и комплектации дающих снижение объемов ремонтных и профилактических работ, кроме того они достигаются за счет применения средств контроля и защиты, упрощающих и ускоряющих поиск неисправностей, применение средств прогнозирования и диагностики, использования АСУ и других систем централизованного и дистанционного управления.

3. Экономичность. Достигается выбором рациональных границ автоматизации, дающих уменьшение эксплуатационных расходов при рациональной комплектации.

9.1. Выбор числа и мощности

судовых источников электроэнергии

СЭЭС предназначена для обеспечения бесперебойного и экономичного электроснабжения всех судовых электроприемников надлежащего качества с учетом всех возможных режимов работы судна. При этом мощность, потребляемая механизмами и устройствами судна не является постоянной, а изменяется в зависимости от ряда факторов:

- режим работы судна

- состояние моря

- климатические условия

- время суток и др.

Поэтому при проектировании СЭЭС важно правильно определить не только ее суммарную мощность агрегатов, но и количество, тип и единичную мощность генераторных агрегатов. Для морских судов правилами Регистра в качестве расчетных при проектировании судовой электростанции установлены следующие режимы работы судна:

- Ходовой

- Маневровый

- Аварийный. (Под аварийным режимом понимается работа СЭЭС при возникновении пожара, пробоины или других, влияющих на безопасность плавания судна, условий при работе основных источников электростанции).

- Другие режимы в соответствии с назначением судна.

Такими режимами являются:

- для транспортных судов: стоянка с грузовыми операциями и без;

- для пассажирских: стоянка с пассажирами и без них;

- для судов технического флота: стоянка с работой технологического оборудования и без;

- для ледоколов: стоянка судна и ход во льдах;

- для буксиров: стоянка и ход с буксировкой;

- для промысловых судов: особенность расчетного режима заключается в различии использования промыслового и технологического оборудования в зависимости от выполняемых судном работ.

Характерными для промысловых судов являются режимы:

- Стоянка в порту без работы рефустановок в трюмах.

- Стоянка в порту с охлаждением трюмов и работой системы кондиционирования.

- Переход судна на промысел (без работы рефустановок и технологического оборудования).

- Промысловый режим (день).

- Промысловый режим (ночь).

- Аварийный режим работы СЭЭС при работе основной электростанции.

- Аварийный режим при работе аварийной электростанции.

Из этого следует, что режимы работы судна изменяются в зависимости от его назначения. Поэтому в каждом режиме работает определенная группа электроприемников и нагрузка электростанции будет различной. В частности в ходовом режиме судна работают все потребители, обеспечивающие функционирование главной энергетической установки судна, удовлетворяющие бытовые нужды экипажа, а также системы и устройства, обеспечивающие управление судном, внутрисудовую и внешнюю связь.

В режиме маневрирования, при проходе узкостей, входе и выходе из порта, перешвартовке и т. д. работают все механизмы и устройства ходового режима, кроме того, дополнительно включаются в работу электроприводы шпиля, брашпиля и компрессора пускового воздуха главного двигателя. Поскольку данный режим, как правило, кратковременный, то при проектировании и комплектации судовой электростанции он, обычно, не учитывается из-за своей непродолжительности и из-за того, что на маневрах для обеспечения максимальной безопасности плавания всегда включается дополнительный генератор. Он обеспечивает необходимый резерв электростанции.

В режиме стоянки без грузовых операций в работе участвуют электроприемники, обеспечивающие работу приводных двигателей генераторных агрегатов, механизмов вспомогательного котла, и по возможности, бытовые механизмы. Такой режим обеспечивается за счет получения электроэнергии с берега. При его отсутствии, питание осуществляется за счет работы одного генератора основной судовой электростанции наименьшей мощности. В режиме стоянки с грузовыми операциями к указанным выше добавляются электроприемники механизмов кранов и грузовых лебедок.

В аварийном режиме с работой основной электростанции нагрузка включает питание электроприемников, обеспечивающих ходовой режим, а также механизмов и устройств, обеспечивающих тушение пожара и удаление больших объемов воды из судовых помещений, работу балластных насосов. В таком режиме включается резервный генератор.

В аварийном режиме с работой аварийной электростанции от АРЩ получают питание только особо ответственные приемники, обеспечивающие безопасность экипажа и живучесть судна в случае аварии, вызвавшей прекращение работы основной электростанции. В общем случае мощность судовой электростанции зависит от водоизмещения судна, мощности его главной энергетической установки, района плавания и оснащенности судна системами кондиционирования, бытовой вентиляции, камбузных устройств и т.д. Для характеристики процесса изменения нагрузки судовой электростанции во времени используются графики нагрузок. Форма графиков нагрузок существенно различается и зависит от одновременности, степени загрузки и характерных режимов отдельных электроприемников. Следует отметить, что даже для однородных электроприемников степень влияния указанных факторов различна, поэтому потребление электроэнергии рассматривается в виде случайного процесса, анализ которого следует проводить на основе методов автоматической статистики и теории вероятности с использованием обобщения опыта эксплуатации.

В практических целях обычно пользуются не вероятностными, а строго определенными методами расчета мощности судовой электростанции. В этом случае случайный характер процесса потребления энергии учитывается введением определенных (детерминированных) коэффициентов загрузки и одновременности. Выбор этих коэффициентов базируется на основе обобщения опыта эксплуатации, научно не обоснован, поэтому определение мощности потребляемой электроэнергии такими методами приводит к существенным ошибкам, обычно в сторону ее завышения. До настоящего времени для предварительной оценки используются детерминированные методы, а точную оценку можно получить только с использованием ЭВМ и аналитических методов расчета. В каждом эксплуатационном режиме работы судна электроприемники могут работать непрерывно, периодически и эпизодически.

К непрерывно работающим относят много- или однократно включаемые приемники, время работы которых составляет 70-100% продолжительности режима (17-24 часа в сутки). В эту группу входят электроприводы масляных, топливных, охлаждающих и конденсатных насосов, вентиляторов машинного отделения и грузовых трюмов и т.д.

К периодически работающим относят приемники многократно включаемые в работу в течении режима, суммарное время работы которых находится в пределах 15-70% продолжительности режима (3,5-17 час. в сутки). Сюда входят электроприводы питательных насосов вспомогательного котла, санитарных насосов, компрессоров и др., периодически включаемых для поддержания и регулирования параметров работы оборудования.

Эпизодически работающие – это одно- или многократно включаемые приемники, суммарное время работы которых составляет менее 15% продолжительности режима (до 3,5час в сутки). Это электроприводы балластных, осушительных и пожарных насосов.