Расчет нагрузок судовой электростанции на ходу судна

Расчет нагрузок судовой электростанции на ходу судна выполняется с целью определения величины P_AEi – расчетной мощности вспомогательных двигателей. Расчет выполняется в табличной форме для ходового режима.

Таблица нагрузок электростанции составляется для ходового режима работы судна (табл.4). В таблицу нагрузок судовой электростанции должны быть включены все судовые потребители электроэнергии, мощность и другие показатели которых приведены в справочнике по серийным транспортным судам.

Таблица 4 – Таблица нагрузок судовой электростанции

Потребители электроэнергии

Кол-во одноименных потребителей

Ном. мощность потребителя Рп, кВт

Ном. данные электродвигателей потребит.

К-т использования kи

Потребляемая мощность

Режим ходовой

тип

Мощность Рd, кВт

КПД ηd

Tgφd

Активная ΣР

Реактивная ΣQ

К-т загрузки ka

К-т одновременности ko

Мощность

Активная Рреж

Реактивная Qреж

Палубные механизмы ……………. Механизмы МО ……………..

Суммарная мощность потребителей на режиме: - постоянно работающих - периодически работающих - эпизодически работающих - всех с учетом потерь в сети

ΣPрс ΣPрп ΣPрэ Робщ

ΣQрс ΣQрп ΣQрэ Qобщ

Полная мощность на режиме

Sобщ

 

При расчете нагрузки судовой электростанции учитываются следующие коэффициенты:

- использования мощности электродвигателей потребителей (физический смысл этого коэффициента можно соотнести с механическим коэффициентом полезного действия передачи от электродвигателя к потребителю)

k_и = P_п/Р_d,

где Р_п и Р_d – номинальные мощности потребителя и его электродвигателя, кВт;

- загрузки потребителя k_з (приложение 5);

- одновременности работы потребителей

k_o=n_ур/n_у,

где n_ур и n_у – количество одноименных потребителей, работающих на данном режиме и установленных на судне;

- общей одновременности, который можно принимать равным:

для систематически работающих потребителей К_о^с = 0,9;

для периодически работающих потребителей К_о^п = 0,6;

для эпизодически работающих потребителей К_о^э = 0,3; коэффициент общей одновременности определяется на каждом режиме работы судна независимо от остальных режимов (приложение 6).

Потребная мощность одноименных потребителей определяется:

- активная ΣР=k_и·P_d·n_у/n_d, кВт;

то же на режиме Р_реж=k_o·k_з·k_и·P_d·n_y/η_d, кВт;

- реактивная ΣQ=P_d·n_у·tgφ_d/η_d, квар;

то же на режиме Q_реж=k_o·P_d·n_y·tgφ_d/η_d, квар.

       Коэффициент полезного действия электродвигателя η_d и характеристика tgφ_d выбираются по справочникам электродвигателей или в пределах, задаваемых преподавателем (η_d=(0,85¸0,9), tgφ_d =(0,7¸0,8)).

Суммарная мощность потребителей на режиме:

- систематически работающих

активная ΣР_р^с=0,9·ΣР_реж^с, кВт;

реактивная ΣQ_р^с=0,9·ΣQ_реж^с, квар;

- периодически работающих

активная ΣР_р^п=0,6·ΣР_реж^п, кВт;

реактивная ΣQ_р^п=0,6·ΣQ_реж^п, квар;

- эпизодически работающих

активная ΣР_р^э=0,3·ΣР_реж^э, кВт;

реактивная ΣQ_р^э=0,3·ΣQ_реж^э, квар;

- всех с учетом потерь в сети

активная Р_общ=1,05·(ΣР_р^с+ΣР_р^п+ΣР_р^э), кВт;

реактивная Q_общ=1,05·(ΣQ_р^с+ΣQ_р^п+ΣQ_р^э), квар,

где  ΣР_реж^с и ΣQ_реж^с, ΣР_реж^п и ΣQ_реж^п, ΣР_реж^э и ΣQ_реж^э – суммы активной и реактивной мощности постоянно, периодически, эпизодически работающих на режиме групп потребителей, соответственно в кВт и квар.

       Суммарные мощности потребителей на режиме определяются путем суммирования всех мощностей потребителей для постоянно, периодически и эпизодически работающих отдельно и записываются в нижней части таблицы для каждого режима работы.

Полная мощность на режиме рассчитывается для каждого режима работы

S_общ = (Р_обш²+Q_общ²)^1/2, кВ·А.

Далее, при расчете EEDI, принимаем P_AEi = S_общ.

 

6. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА

 

В 2007 году на 56-й сессии Комитета по защите морской среды (КЗМС) были определена основная цельтехнических мер по сокращению выбросов парниковых газов – улучшение энергетической эффективности строящихся судов путем внедрения требований по к онструктивному коэффициенту энергетической эффективности (ККЭЭ - EEDI).

Согласно Руководства по методу расчета EEDI (Energy Efficiency Design Index) для новых судов, вступившее в силу с 01.01.2013 (MEPC.212(63) [4]) необходимо пользоваться следующей формулой:

EEDI=

 

где V_ref – скорость судна; Capacity – водоизмещение судна (дедвейт DWT); f_i, f_j, f_w – факторы, учитывающие влияние водоизмещения, особенности конструкции и условий волнения и ветра, соответственно; P_MEi – расчетная мощность главных двигателей; P_AEi – расчетная мощность вспомогательных двигателей; P_PTIi, – мощность, равная 75% от расчетной; P_WHR – электрическая мощность в результате утилизации тепла главных двигателей; SFC _ME, SFC_AE – удельный эффективный расход топлива главными и вспомогательными двигателями; С _FMEi, C_FAEi – выбросы CO ₂ главными и вспомогательными двигателями; f_eff – коэффициент эффективности инновационных технологий получения энергии; P_eff – мощность, развиваемая в результате примененияинновационных технологий получения энергии; C_eff  – выбросы CO ₂ в результате примененияинновационных технологий получения энергии.

Для судов без ледового усиления, без валогенератора и без гибридной установки формула приобретает более простой вид:

.                                               (9)

В данной формуле C_F соответствует топливу, используемому на судне, причем принимается, что главные и вспомогательные двигатели работают на одном сорте топлива. Значение C_F определяется по табл. 5.

SFC _FME – удельный эффективный расход топлива главными двигателями найден в разделе 4 и подставляется в г/(кВт∙ч);

SFC_AE – удельный эффективный расход топлива вспомогательными двигателями находится по справочным данным или из приложений 1 и 2 или 4 и подставляется в г/(кВт∙ч), если данные по вспомогательным двигателям не найдены, то, согласно рекомендациям MEPC.212(63), можно принимать SFC_AE = 215 г/(кВт∙ч);

N – число главных двигателей;

Р_МЕ – мощность главного двигателя, равная 75% от приведенной в справочнике при описании судна.

В качестве Р_АЕ можно принять мощность, определенную для ходового режима из таблицы нагрузок электростанции (см. табл.4).

Скорость судна V_ref определяется по результатам расчета буксировочного сопротивления (рис.1) для режима мощности главного двигателя, равном 75% от номинала (показана зеленой линией). Скорость при подстановке в формулу (9) переводится из км/ч в узлы.

Таблица 5 – Значения величины C_F для разных типов топлива

Тип топлива	Ссылка	Содержание углерода	С F, г СО2 / г топлива
1. Дизельное/ Газойль	ИСО 8217	0,8744	3,206
2. Легкое жидкое топливо (ЛЖТ - LFO)	ИСО 8217	0,8594	3,151
3. Тяжелое жидкое топливо (ТЖТ - НFO)	ИСО 8217	0,8493	3,114
4. Сжиженный нефтяной газ (СНГ - LPG)	Пропан	0,8182	3,000
	Бутан	0,8264	3,030
5. Сжиженный природный газ (СПГ - LNG)		0,7500	2,750
6. Метанол		0,3750	1,375
7. Этанол		0,5217	1,913

 

Полученное по формуле (9) значение ЕЕDI сравнивается с требуемым EEDI.

Требуемый EEDI должен определяться произведением величины Базовой линии для конкретного типа судна на множитель «(1-Х/100)», в котором учитывается величина уменьшающего фактора Х, зависящего от типа судна, его размеров и четырёх временных фаз применения этого фактора (табл. 6):

где Х – уменьшающий фактор, определяемый из табл. 6 временных фаз применения этого фактора.

 

Таблица 6 – Уменьшающий фактор, определяемый из временных фаз применения фактора

Тип судна	Дедвейт (DWT)	Фаза 0 1 янв 2013 - 31 дек 2014	Фаза 1 1 янв 2015 - 31 дек 2019	Фаза 2 1 янв 2020 - 31 дек 2024	Фаза 3 1 янв 2025 и далее
Балкер	20,000 DWT и выше	0	10	20	30
	10,000 -20,000 DWT	n/a	0-10*	0-20*	0-30*
Газовоз	10,000 DWT и выше	0	10	20	30
	2,000 -10,000 DWT	n/a	0-10*	0-20*	0-30*
Танкер	20,000 DWT и выше	0	10	20	30
	4,000 -20,000 DWT	n/a	0-10*	0-20*	0-30*
Контейнеровоз	15,000 DWT и выше	0	10	20	30
	10,000 -15,000 DWT	n/a	0-10*	0-20*	0-30*
Генгруз	15,000 DWT и выше	0	10	15	30
	3,000 -15,000 DWT	n/a	0-10*	0-15*	0-30*
Рефрижератор	5,000 DWT   и выше	0	10	15	30
	3,000 -5,000 DWT	n/a	0-10*	0-15*	0-30*
Комбинир. судно	20,000 DWT и выше	0	10	20	30
	4,000 -20,000 DWT	n/a	0-10*	0-20*	0-30*

 

Примечание: * значение Х определяется при помощи линейной интерполяции по двум значениям дедвейта.

Нижнее значение Х применяется к наименьшему значению дедвейта судна.

Применение временных фаз к конкретному судну должно определяться датой контракта на его постройку.

 

Значение Базовой линии является функцией от дедвейта судна:

где  и  – постоянные величины, определяемые в соответствии с табл. 7,  – дедвейт судна.

       Полученные результаты отображаются графически, как показано для примера на рис.4.

 

Типичные вопросы при выполнении раздела 5.

Вопрос: к какому классу судов отнести шаланду в таблице 4 для определения значений a,b,c?

Ответ. Судно для генгруза.

Вопрос: что такое DWT судна и откуда берётся его значение?

Ответ. DWT - дедвейт судна, берется из описания судна из справочника.

Вопрос: рассчитав требуемый EEDI, как отметить полученное значение на графике сравнения значения EEDI судна с базовой кривой? Ось Y – полученное значение EEDI из формулы 9, а полученное значение требуемого EEDI – ось X?

Ответ. По оси Х откладывается дедвейт судна. Расчет требуемого EEDI проведите в диапазоне от 100 до 5000 т. Этого хватит, чтобы точка для Вашего судна попала в этот диапазон.
Проблема еще в том, что Вы скорость при снижении мощности до 75% должны снимать с графика на рис.1, а не определять по формуле (8), т.к. в ней Вы не знаете буксировочное сопротивление. Поэтому находите на рис.1 на кривой мощности значение 423,7 кВт и спускаетесь от нее вниз к оси скорости. Эту скорость переводите из км/ч в узлы и используете далее при расчете ЕЕDI. Полученная точка не обязательно должна совпадать в референтной линией на рис.4. Она может быть и выше (что более вероятно) или ниже.

Таблица 7 – Значения постоянных величин для расчета базовой кривой

Тип судна	a	b	c
Балкер	961.79	DWT судна	0.477
Газовоз	1120.00	DWT судна	0.456
Танкер	1218.80	DWT судна	0.488
Контейнеровоз	174.22	DWT судна	0.201
Судно для генгруза	107.48	DWT судна	0.216
Рефрижератор	227.01	DWT судна	0.244
Комбинированное судно	1219.00	DWT судна	0.488

 

 

Рисунок 4 – Пример сравнения значения EEDI судна проекта 621 с базовой кривой

Потом следуют выводы по работе в целом. В них проводится анализ судна и его СЭУ с точки зрения соответствия требованиям MEPC.212(63) и MEPC 66/21/Add 1 Annex 5 к ККЭЭ и намечаются пути к его уменьшению.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Басин А.М., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна (сопротивление воды, движители, управляемость и качка). – Л.: Речной транспорт, 1961.
2. Ходкость и управляемость судов / Под ред. В.Г. Павленко – М.: Транспорт, 1991.
3. www.russrivership.ru.
4. MEPC.212(63). Руководство по методу расчета EEDI Energy Efficiency Design Index (конструктивный коэффициент энергетической эффективности - ККЭЭ).
5. 2014 Guidelines on the method of calculation of the attained energy efficiency design index (EEDI) for new ships. Resolution MEPC 66/21/Add 1 Annex 5, MEPC [Электронный ресурс]. – 2015. – 245 (66). 30 с. – Режим доступа: URL: www.schonescheepvaart.nl/downloads/regelgeving/doc_1400076573.pdf (дата обращения: 02.02.2015).

 

Приложение 1