Современный танкерный флот

 

Увеличение мировой потребности в энергоносителях привело к расширенному строительству заводов и терминалов сжиженного природного газа (СПГ). Для его транспортировки, объемы которой в ближайшие годы, как ожидается, значительно возрастут, требуется все большее количество крупнотоннажных танкеров-газовозов.

Увеличивающиеся в размерах танкеры нуждаются в большей установленной электрической мощности, которая в основном расходуется крупными грузовыми насосами. Погружные электрические насосы используются для перекачки сжиженного газа из грузовых танков в береговые терминалы. Поскольку установленная мощность электрооборудования танкеров вместимостью 140 000 м3 возросла до 10 МВт, на судах появилось оборудование высокого напряжения (ВН).

Первые газовозы, оборудованные судовыми электростанциями 3,3 и 6,6 кВ, были заказаны в 2000 г. Являясь ведущим мировым производителем судового электрооборудования, компания АББ в 2000 –2006 гг. принимала участие в разработке и поставке КРУ с воздушной изоляцией для 40 танкеров СПГ.

В рамках реализации катарского газового проекта были заказаны танкеры вместимостью 260 000 м³ с традиционным 2-тактным двигателем пропульсивной установки и бортовой станцией повторного сжижения испаряющегося газа, который затем возвращается в танки. Для подобной системы была необходима судовая электростанция ВН, обеспечивающая питанием грузовые насосы и станцию сжижения газа, потребляющие до 6 МВт электроэнергии. Этот дополнительный расход энергии значительно выше потерь в электрическом приводе гребного вала. Например, при мощности на гребных валах 30 МВт потери энергии в электрическом приводе не превышают 2,5 МВт.

Система DFEP обеспечивает не только повышение к.п.д., но и увеличение вместимости танкера. По сравнению с чисто механическими, дизель-электричсекие установки отличаются большей гибкостью размещения компонентов. Даже при установке дополнительного электрического оборудования система DFEP позволяет судну принять больше груза. Дизельные двигатели могут быть установлены на более высоком уровне, благодаря чему их выхлопные трубы занимают меньший полезный объем внутри судна. А отсутствие механических связей между электрическими компонентами (генераторы, преобразователи, трансформаторы и гребные электродвигатели соединяются только кабелями) дает возможность разместить их так, чтобы они занимали как можно меньше места. Это позволяет увеличить вместимость стандартного газовоза, составляющую 150 000 м³, на 6 % без изменения его габаритных размеров.

Рисунок 3.5 – Конфигурация танкерных СЭЭС

 

На ранних стадиях разработки обсуждалось множество конфигураций пропульсивной установки, различающихся по количеству двигателей, гребных винтов, возможностям резервирования и т. д. Две-три были признаны относительно удачными, а впоследствии одна из этих конфигураций получила наибольшее распространение (рис. 3.5). Данной схемой предусмотрено наличие четырех двухтопливных среднеоборотных двигателей, каждый из которых вращает отдельный генератор. Номинальные характеристики генераторов в различных проектах немного различаются, хотя и остаются оптимизированными для выполнения всех основных задач, таких как обеспечение загрузки/разгрузки и хода танкера. Каждая из этих задач требует различного энергопотребления.

Установка высокого напряжения разделена на четыре электрораспределительные секции: две ходовые и две грузовые. Подобное разделение электрораспределительных секций позволяет оптимизировать их пространственное размещение. Пропульсивная установка также разделена на две отдельные приводные установки, каждая их которых состоит из приводного трансформатора, преобразователя частоты и гребного электродвигателя. Оба электродвигателя механически соединены общей трансмиссией с гребным валом. Данная система отличается простотой и надежностью. Она обладает достаточными возможностями по резервированию, благодаря которым ход судна обеспечивается даже во время обслуживания и ремонта одного из двигателей или при отключении одной из электрических секций. Механическая часть практически не отличается от используемой в традиционной паротурбинной установке, где также имеется общая трансмиссия с приводом одного вала гребного винта. Некоторые схемы предусматривали наличие двух гребных валов, что обеспечивало их 50-процентное резервирование.

Электрическая часть системы с двумя гребными винтами такая же, как у системы с одним винтом, за исключением органов управления на капитанском мостике, которые позволяют управлять скоростью вращения каждого винта отдельно. Чтобы обеспечить ход танкеров LNG, необходима мощность от 25 до 30 МВт, поэтому номинальная мощность каждого из двух гребных электродвигателей должна составлять от 12,5 до 25 МВт в зависимости от требуемой скорости судна и конструкции его корпуса.

Ознакомление с высоковольтными СЭЭС судов показало, что к их основным отличительным особенностям могут быть отнесены следующие:

- сравнительно небольшая разветвленность и значительно меньшее количество потребителей, составляющее, как правило, не более 20 единиц (остальные потребители получают электропитание на низком напряжении);

- наличие в электростанции нескольких генераторов, предназначенных как для раздельной, так и для параллельной работы на общие шины;

- значительно меньшая емкость по отношению к корпусу, составляющая единицы микрофарад на три фазы, и ее стабильность во времени для каждого потребителя и СЭЭС в целом;

- сравнительно небольшой (до 30%) удельный вес кабеля в создании емкости (на военных кораблях с высоковольтными СЭЭС он может достигать 75%);

- практически полная симметрия емкостей фаз и отсутствие естественного смещения нейтрали (это объясняется свойствами кабельной сети, отсутствием однофазных потребителей и конденсаторов защиты от радиопомех);

- практически одинаковая емкость трех фаз высоковольтной части СЭЭС однотипных судов;

- большее активное сопротивление изоляции (на порядок, по сравнению с СЭЭС низкого напряжения);

- более хорошие условия эксплуатации сети в нормальных, не аварийных режимах работы судна по сравнению с береговыми сетями, в частности — значительно меньший диапазон изменения температуры окружающей среды, меньшее изменение влажности, меньшая вероятность механических повреждений кабельных трасс для СЭЭС гражданских судов;

- отсутствие выключателей в месте установки потребителей;

- электрическая и магнитная экранированность токоведущих частей элементами конструкций распределительных устройств и судовых помещений;

- малое, по сравнению с сопротивлением "заземлитель-земля", сопротивление корпуса судна, составляющее сотые доли Ома.

 

Контрольные вопросы:

1. Какие потребители получают питание от шин высокого напряжения?

2. Какие режимы нейтрали используются на известных  судах?

3. Какие уровни напряжения используются в высоковольтных установках?

4. Какие особенности схем распределения электроэнергии характерны для известных судов?

5. Построении электрической защиты в высоковольтных установках.

Литература:

1. Граве В. И. Электропожаробезопасность высоковольтных судовых электроэнергетических систем [Текст]: учебное пособие / В. И. Граве, В. В. Романовский, В. М. Ушаков. - СПб.: Элмор, 2003. – 160 с.

2. Правила классификации и постройки морских судов / Регистр СССР. - Л.: Транспорт, 1984. – 264 с.

3. Правила эксплуатации судового электрооборудования / ГИПРОРЫБФЛОТ; рук. темы И. Б. Ихильчик, исп. А. В. Лукинский. С. А. Филиппов, М. А. Чертков, В. А. Благинин. – Мурманск: ГИПРОРЫБФЛОТ, 1987. – 203 с.