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電気推進船舶の現在の交流配電システム に代わる直流配電システムが提案されている。
このコンセプトは、船舶の低電圧設備に電力を分配する新しい方法を表しています。最大 20 メガワットのあらゆる船舶電気アプリケーションに使用でき、公称電圧 1000 V DC で動作します。DC 分配システムは、すべての推進およびスラスター ドライブにすでに存在する複数の DC リンクの単なる拡張であり、通常、電気推進船の電力消費の 80 パーセント以上を占めます。
利点
効率が最大20パーセント向上するほか、スペースと重量が最大30パーセント節約され、電気機器を柔軟に配置できるという利点もあります。[1]これにより、貨物スペースが大幅に増え、電気システムが船舶の機能に合わせて設計され、その逆ではなく、より機能的な船舶レイアウトが可能になります。
効率性の向上は、60 Hz 電源もグリッドに接続できるにもかかわらず、システムが特定の周波数 (船舶では通常 60 Hz) に固定されなくなったことにより主に実現されます。各電源を完全に独立して制御できるというこの新しい自由により、燃料消費を最適化するさまざまな方法が開かれます。
搭載された電気機器の重量と設置面積の削減は、船舶の種類と用途によって異なります。プラットフォーム供給船(PSV) の従来の AC システムの代わりに DC 配電システムを使用したある比較では、電気システム コンポーネントの重量が 115,520 キログラム (254,680 ポンド) から 85,360 キログラム (188,190 ポンド) に削減されました。[要出典]別の比較では、燃料が 15 ～ 30% 節約されました。[2]
陸上では、スウェーデンのいくつかの建物のソーラーパネルは、交流グリッドとそのインバータをバイパスして、生産と消費をスムーズにするために直流で接続されています。[3]
燃料節約
燃料節約の最大の可能性は、バッテリーやスーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵装置をシステムに簡単に追加できることにあります。エネルギー貯蔵は、エンジンがスラスタやその他の大きな負荷からの負荷変動を平準化するのに役立ちます。
運用の最適化
DC 配電システムにより、運用の最適化に関する新しい考え方が可能になります。このシステムは柔軟性が高く、エンジン、タービン、燃料電池などのさまざまなエネルギー源を組み合わせることができます。つまり、燃料価格の変化やさまざまな燃料の可用性を考慮したエネルギー管理システムを実装できる可能性があります。
課題
新しい設計では、AC回路ブレーカーと保護リレーを備えたメイン AC 配電盤が省略されているため、選択性と機器保護のためにクラス要件を満たす新しい保護原理が必要です。ABB は、ヒューズと制御されたターンオフ半導体パワー デバイスの組み合わせを使用して、DC 配電システムを保護するソリューションを提案しました。すべてのエネルギー生成コンポーネントに制御可能なスイッチング デバイスがあるため、従来の回路ブレーカーと関連する保護リレーを使用する場合よりもはるかに速く故障電流をブロックできます。このアプローチは短絡時に応答が速くなりますが、システムに依存しない構築原理には適していません。
安全性と選択性
船舶の電力要件は拡大しており、システムは、風力や太陽光発電などの代替電源とストレージ システム、およびさまざまな電圧、周波数、電力レベルのバッテリー ストレージを統合できる電力コンバータをサポートすることが求められています。DC リンクはこれに最適ですが、必要な保護なしでは安全に展開できません。保護デバイス (DC ブレーカー スイッチ、高速ヒューズ、回路ブレーカーなど) を適切に選択し、配電保護ゾーンに従って割り当てることで、システム インテグレーターは保護の選択性を実現できます。
障害発生場所に最も近い保護装置は、正常なゾーンの保護装置が作動する前に障害を隔離する必要があります。つまり、保護装置は保護ゾーン内の障害に対してのみ動作し、通常はそのゾーン外の障害は検知しません。ゾーン外で障害が発生した場合、障害電流が流れる可能性がありますが、保護装置はこの貫通障害に対しては動作しません。その結果、障害発生場所が隔離され、影響を受けていないゾーンは動作可能な状態を維持できます。
保護の選択性は、適切なタイプのデバイスを選択し、配電保護レベルで適切な場所に配置すると実現されます。2 つの保護デバイス間の選択性は、完全なもの (負荷側デバイスが他のデバイスをトリップさせずに保護を提供する) と部分的なもの (負荷側デバイスが他のデバイスをトリップさせずに、特定のレベルの過電流まで保護を提供する) の 2 種類があります。これらの保護デバイスには一定の価格が伴いますが、重要な機器への潜在的な損傷や、障害による高額なシステム停止や生産損失を軽減できるため、コストは正当化されます。
ソリッドステート技術による迅速な障害遮断
ソリッドステート DC ブレーカー スイッチは、数マイクロ秒で短絡電流全体を遮断できます。このような時間的制約があるため、自律スイッチ制御システムは、外部制御や障害検出を必要とせずに、ローカル障害保護を確実に行う必要があります。このテクノロジは、船上の DC グリッドに最大限の柔軟性を提供し、グリッドのどの部分でも短絡電流に対する保護を提供します。急速な過電流保護に加えて、ブレーカーは、オーバーシュートが発生した場合に時間電流プロファイルに対して開くようにプログラムする必要があります。これにより、システム全体が、特定の事前定義された境界内で、適用される船舶規則に従って、DC ブレーカー スイッチの動作を再構成できます。ソリッドステート ブレーカーの高速開放時間は、障害電流を大幅に制限し、負荷への悪影響を最小限に抑えます。電流は損傷レベルには達せず、アークを形成せずに遮断できます。したがって、電圧反転は必要ありません。
安全で冗長性のある閉鎖型バス運行
従来の（DP）システムは、完全に分離された電力システムを意味するオープンバスモード用に設計されることが多い。クローズドバスシステムはより複雑で緊密に統合されたシステムであり、安全に構築、検証、運用することが要求される。ソリッドステートスイッチング技術により、システムインテグレータは同等の安全性を備えたよりスマートなソリューションを設計できる。これは、燃料費とメンテナンス費の節約、環境フットプリントの削減に貢献する。また、エンジン時間を大幅に短縮することも可能になる。クローズドバスの承認には、最悪の故障モードのライブ短絡テストを含む、接続されたシステムのフォールトトレランスの検証が必要である。[4]
参照
参考文献
- ^ 「DC配電システム - 電気推進の大きな前進により船舶の効率が最大20%向上」(PDF) 。ABB。 2011年10月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年10月16日閲覧。
- ^ "Første i verden: 彼女のスカルバッテリー erstatte モーター i kritiske situasjoner".テクニスク・ウケブラッド。 2016 年 10 月 11 日。2016 年10 月 11 日に取得。
バイキングエネルギーのバッテリーパックンオンボード、ホブドモーターソムリザーブ（スピニングリザーブ）
- ^ “Likström växlar upp ett steg until”.ニーテクニク。2017 年5 月 9 日に取得。
- ^ 「DNVGL OTG 10 DP級船舶（クローズドバスタイ付き）2015年4月」。2020年9月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年1月21日閲覧。
外部リンク
- 「Shipkits BV 社で建造される 3 隻の船舶の主電気設備用 DC バス システム」 2013 年 1 月 29 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年2 月 15 日閲覧。
- 「DCグリッド技術を採用したOseans®低電圧電気推進システム」。2012年5月2日閲覧。
- 「Siemens BLUEDRIVE PlusC™」(PDF) 。2012年5 月 2 日閲覧。[永久リンク切れ ]
- 「Vacon - 2009年にDCグリッドインバーター推進システムを搭載した最初の船舶」(PDF) 。 2015年5月18日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2014年5月15日閲覧。
- 「KWx - Astrol 1kV ソリッドステート DC ブレーカー スイッチ」 。2020年1 月 21 日閲覧。
- 「Vacon - NXP グリッドコンバータによる電力変換」。2014 年 5 月 16 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年5 月 15 日閲覧。
- Kim, Kyunghwa; Park, Kido; Roh, Gilltae; Chun, Kangwoo (2018年8月30日). 「船舶向けDCグリッドシステム：利点と技術的考慮事項の研究」.国際海上安全、環境問題、海運ジャーナル. 2 (1): 1–12. Bibcode :2018JIMSE...2....1K. doi : 10.1080/25725084.2018.1490239 .