Valóban költséghatékonyabbak az elektromos kotrógépek? Az elektromos és hibrid energia előnyei és korlátai valós projektekben

Az új energia ma már nem csak a kotrási ipar fogalom.

Az elmúlt években a teljesen elektromos vágógépes szívókotrók, teljesen elektromos munkacsónakok és a plug-in hibrid kotrógépek valós projektekbe kezdtek Európában, Kínában, a Közel-Keleten és más piacokon. Néhányat már üzembe helyeztek, míg mások a magasabb teljesítményszint felé haladnak.

Ez egy fontos kérdést vet fel:

Valóban költséghatékonyabbak az elektromos kotrógépek, mint a dízelmotoros kotrógépek?

A válasz nem ilyen egyszerű.

Az elektromos meghajtás csökkentheti a dízelfogyasztást, a károsanyag-kibocsátást és a zajt. A kotróhajó azonban nagyon különbözik egy közönséges elektromos hajótól. A kotrószivattyú, a vágó, a hidraulikus rendszer és a segédberendezések jelentős folyamatos teljesítményt igényelhetnek. Ahhoz, hogy egy elektromos rendszer praktikus legyen a valódi kotrási munkákhoz, a hajónak változtatható frekvenciájú hajtásokra, motorvezérlő rendszerekre, akkumulátorkezelésre, áramelosztó berendezésekre és megbízható töltési infrastruktúrára is szüksége lehet.

Más szóval, a változás nem egyszerűen dízelmotorról villanymotorra változik. A teljes villamosenergia-rendszert újra kell tervezni.

Az elektromos ECSD650 Egyiptomban: A parti energia praktikussá teszi a teljes elektromos működést

A Damen ECSD650 jó példája a teljesen elektromos vágó szívó kotrógépnek.

A kotrót Egyiptomba szállították, és közvetlenül a helyi elektromos hálózatról tud működni. A koncepció különösen alkalmas olyan helyekre, amelyek megbízható energiainfrastruktúrához közel vannak, ahol a kotrógépnek nem kell nagy dízelmotort szállítani a fedélzetén.

Az előnyök egyértelműek.

A hajónak nem kell nagy mennyiségű dízelüzemanyagot szállítania, az elektromos működtetés pedig kiküszöböli a dízelmotorok kipufogógáz-kibocsátását. A zaj is csökkenthető. Ezek a jellemzők értékesek lehetnek a városokhoz közeli vagy szigorúbb környezetvédelmi követelményeket támasztó területeken végzett kotrási projekteknél.

Ez a projekt azonban bemutatja az elektromos kotrás egyik alapvető feltételét is:

Megfelelő tápegységnek kell rendelkezésre állnia.

Helyezze át ugyanazt a kotrót egy távoli folyóba vagy bányászati ​​területre stabil hálózati kapcsolat nélkül, és a teljesen elektromos rendszer előnyeit sokkal nehezebb megvalósítani.

A holland De Klop Electric CSD: Az elektromos vágó szívókotrás már működik

2026-ban a Dekker Group holland üzemeltetője megkapta a De Klop által épített teljesen elektromos vágógépes szívókotrót.

A hajót belvízi hajózásra tervezték, és teljesen elektromos energiarendszert használ. Moduláris felépítésű, valamint merülő szivattyúval és spud rendszerrel van felszerelve.

Ez a projekt azért jelentős, mert megmutatja, hogy az elektromos meghajtás nem korlátozódik a kis környezetvédelmi hajókra. Az elektromos CSD-ket már fejlesztik professzionális kotrási műveletekhez.

Ugyanakkor a működési környezet is számít. Hollandia kiforrott belvízi úthálózattal és jól fejlett elektromos infrastruktúrával rendelkezik, amelyek a körülmények jelentősen megkönnyítik az elektromos kotrást.

Volta: 2,2 MWh-s akkumulátor vízbázisú építéshez

A holland Volta projekt egy másik irányt képvisel az elektromos tengeri felszerelések terén.

A teljesen elektromos munkahajó fel van szerelve a2,2 MWh akkumulátoros rendszer, egyenáramú busz és egy intelligens energiaelosztó rendszer.

A hajót nemcsak saját berendezéseinek ellátására tervezték, hanem elektromos áram ellátására is olyan berendezéseket, mint a pontonokon vagy a parton elhelyezett kotrógépek.

Ez azt mutatja, hogy az elektromos hajók hogyan válhatnak többré, mint egyszerű szállítóplatformok. Maga a hajó az építkezés energetikai infrastruktúrájának részévé válhat.

A 2,2 MWh-s akkumulátorkapacitás azonban egy másik valóságot is szemléltet: a vízbázisú építőipari berendezések teljesítményigényének növekedésével a szükséges energiatároló és elektromos infrastruktúra is megnő.

JP Schilder: 187 kW elektromos hajtás és 130 kWh akkumulátor

A holland JP Schilder elektromos kotrógép 187 kW-os villanymotort és 130 kWh-s akkumulátorrendszert használ, CCS2 egyenáramú töltéssel.

A projekt az akkumulátort, a kábeleket, a hűtőrendszert és a töltési infrastruktúrát kezdettől fogva a hajó tervezésének részének tekintette, ahelyett, hogy a villamosítást kiegészítésként kezelte volna.

Ez a megközelítés rávilágít egy fontos pontra az elektromos kotrógépekkel kapcsolatban.

A rendszer nem egyszerűen:

Villanymotor + akkumulátor.

Ez:

Elektromos motor + akkumulátor + töltés + hűtés + vezérlés + edény integráció.

Mindezeknek az elemeknek együtt kell működniük, ha a hajótól elvárható, hogy a rendszeres kotrási műveletek során megbízhatóan teljesítsen.

DB Avalon: A hibrid energia nem azt jelenti, hogy mindennek akkumulátorról kell működnie

A DB Avalon amerikai kotrógép más megközelítést képvisel.

Ez egy hibrid kagylókotró, amely lítium-ion akkumulátorrendszerrel és szárazföldi energiaellátással rendelkezik. Ha megfelelő parti áram áll rendelkezésre, a hajó elektromosan működhet.

Egy másik érdekes tulajdonsága, hogy bizonyos működési ciklusok során energiát nyer vissza. A süllyesztési és fékezési folyamat során keletkező energia az akkumulátorban tárolható, és később az emelési műveletek során felhasználható.

A hibrid rendszer azt is lehetővé teszi, hogy a hajó a hagyományos konfigurációnál kisebb generátorkészleteket használjon.

Itt válik különösen érdekessé a hibrid energia.

A cél nem egyszerűen egy dízelmotor és egy akkumulátor felszerelése ugyanarra a hajóra. Ehelyett a működési feltételeknek megfelelően különböző energiaforrásokat használnak.

A nagy mérnöki hajók esetében ez néha praktikusabb lehet, mintha teljes mértékben akkumulátorokra hagyatkozna.

Jan De Nul: A nagy kotróhajók a plug-in hibrid rendszerek felé haladnak

Jan De Nul is a hibrid meghajtás felé halad.

Az első plug-in hibrid vontató szívógarat kotrógépe 2000 m³ kapacitású, és akkumulátorokat, generátorokat, villanymotorokat és változtatható frekvenciájú hajtásokat kombinál.

Ennél is fontosabb, hogy a rendszer egyenáramú elektromos architektúrát használ energiagazdálkodási funkciókkal, például csúcsborotválkozással, centrifugálási tartalékkal és rámpaszabályozással.

Az akkumulátorok tölthetők a hajó generátorairól vagy a partról.

Ez már sokkal több, mint egyszerűen "villanyhasználat".

Ez energiagazdálkodás.

Ha a hajó hirtelen több energiát igényel, az akkumulátor segíthet fedezni a csúcsterhelést. Amikor a terhelés csökken, a generátorok vagy a parti áram újratölthetik az akkumulátort.

Ez lehetővé teszi, hogy a motorok elkerüljék a folyamatos működést nem hatékony, alacsony terhelés mellett.

Why Are Variable-Frequency Drives So Important for Electric Dredgers?

Ez az egyik legkönnyebben figyelmen kívül hagyható probléma az elektromos kotrásnál.

Egy alap elektromos hajónál úgy tűnhet, hogy minden megoldódott, amíg a motor be tud indulni és járni tud.

A kotró az más.

A kotrószivattyú terhelése a szállított hígtrágya mennyiségétől függően változik. A vágóterhelés a talajviszonyoktól függően változik. A csővezeték ellenállása változhat az anyagkoncentrációtól és az ürítési távolságtól is.

Ha az elektromos motor csak egyszerű indítás-leállítás vezérléssel vagy korlátozott fordulatszám-beállítással rendelkezik, a teljesítményreakció nehezen kezelhetővé válhat.

A kotrást végzők számára ez számít.

Előfordulhat, hogy a kezelőnek be kell állítania a vágót, a szivattyút és az egyéb berendezéseket a talajviszonyoknak és a hígtrágya koncentrációjának megfelelően. Ha a motor reakciója túl hirtelen, az ér működése kevésbé sima, és a pontos vezérlés nehezebbé válik.

Ez az oka annak, hogy egy megfelelően megtervezett elektromos kotrógép általában hatékony motorvezérlést és változtatható frekvenciájú hajtásrendszert igényel.

Már vannak nagyszabású kotrási példák ezzel a technológiával.

A Danfoss által közzétett egyik kotrási alkalmazásban egy 1,6 MW-os kotrószivattyút és egy 3,2 MW-os nyomásfokozó szivattyút változtatható frekvenciájú váltóáramú motorok hajtottak. A változtatható frekvenciájú hajtások lehetővé tették a szivattyú fordulatszámának az aktuális terhelésnek megfelelő beállítását, és elősegítették a sebesség gyors csökkentését abnormális terhelési körülmények között.

Az elv fontos:

Az elektromos kotrógépnek nem egyszerűen áramra van szüksége. Olyan áramra van szüksége, amely zökkenőmentesen és pontosan vezérelhető.

De a változtatható frekvenciájú meghajtók és az elektromos vezérlések is költséget jelentenek

Itt válik bonyolultabbá a közgazdaságtan.

Ha csak egy dízelmotor árát hasonlítja össze egy villanymotor árával, úgy tűnhet, hogy az elektromos meghajtásnak olcsóbbnak kell lennie.

Egy mérnöki kotrógépet nem lehet így kiszámítani.

A teljes villamosenergia-rendszer a következőket tartalmazhatja:

Elektromos motorok, akkumulátorok, változtatható frekvenciájú hajtások, transzformátorok, kapcsolótáblák, vezérlőrendszerek, hűtőrendszerek, akkumulátor-kezelő rendszerek, töltőberendezések és elektromos biztonsági rendszerek.

Mindezek az összetevők növelik a kezdeti befektetést.

A különbség nyilvánvalóbbá válik a nagyobb kotrógépeken.

A teljesítményszint növekedésével a motorokkal, hajtásokkal, elektromos elosztó-, hűtési- és védelmi rendszerekkel szembeni követelmények is növekednek.

Ezért a gazdasági összehasonlításnak nem szabad egyszerűen a villamos energia és a gázolaj árán alapulnia.

A hasznosabb összehasonlítás a teljes rendszer- és életciklus-költség.

Az akkumulátorok egy másik jelentős korlát

Az akkumulátor kapacitása határozza meg, hogy egy teljesen elektromos kotrógép mennyi ideig tud működni az újratöltés előtt.

A napi több órát dolgozó kotrógép energiaigénye egészen más, mint a tíz-tizenkét órán keresztül folyamatosan üzemelő kotrógép.

A kotrószivattyúk és marók nagy teljesítményű fogyasztók lehetnek. A hosszú távú működés ezért sokkal nagyobb akkumulátorrendszert igényel.

Az akkumulátor kapacitásának növelése növeli a súlyt és értékes helyet foglal el a hajón.

Ekkor a töltési idő a gyártási ütemterv részévé válik.

A dízel kotrógép viszonylag gyorsan tud tankolni és visszatérni a munkába. Az elektromos kotrógépnek elegendő töltőerővel és elegendő idővel kell rendelkeznie az újratöltéshez.

Emiatta töltési infrastruktúra gyakorlatilag része az elektromos kotrási rendszernek.

Mi a teendő, ha nincs megbízható áram a helyszínen?

Ez lehet az egyik legpraktikusabb korlát, amikor az elektromos kotrógépeket globális projektekben fontolgatják.

Egyes kotrási projektek kikötőkben, városokban vagy ipari területeken találhatók, ahol jó az elektromos infrastruktúra.

Mások távoli folyókon, tavakon, bányászati ​​területeken vagy homokbányászati ​​területeken találhatók.

Előfordulhat, hogy ezeken a helyeken nincs elegendő hálózati kapacitás.

Ha egy projektben transzformátorállomást, töltőlétesítményt és energiatároló rendszert kell építeni kifejezetten a kotró számára, akkor ezeket az infrastrukturális költségeket bele kell számítani a projekt számításába.

Ilyen helyzetekben a dízelhajtásnak még mindig jelentős gyakorlati előnye van.

Vigyen üzemanyagot a helyszínre, és a hajó folytathatja a munkát.

Elektromos vagy hibrid? A projekt határozza meg a választ

A már működő valós projektek azt mutatják, hogy nincs egyetlen megoldás minden kotróra.

Az egyiptomi teljesen elektromos ECSD650 bemutatja, hogy a parti energia hogyan teheti praktikussá az elektromos CSD-t.

A holland De Klop elektromos CSD azt mutatja, hogy a teljesen elektromos vágógépes szívókotrás már bekerül a professzionális belvízi alkalmazásokba.

A Volta projekt bemutatja, hogyan lehet egy nagy akkumulátorrendszerrel egy elektromos hajót mobil energiaplatformmá alakítani.

A JP Schilder kotrógép egy másik megközelítést mutat, 187 kW-os villanymotort és 130 kWh-s akkumulátorrendszert használ a rendszeres kotrási műveletekhez.

A DB Avalon bemutatja, hogyan működhetnek együtt az akkumulátorok, a generátorok, a parti energia és a regeneratív energia egy hibrid kotrási rendszerben.

Jan De Nul 2000 m³-es konnektorból tölthető hibrid kotrókocsija bemutatja, hogy a nagyobb hajók hogyan haladnak a kifinomultabb elektromos architektúrák és energiagazdálkodási rendszerek felé.

Összességében ezek a projektek egyértelmű tendenciát mutatnak:

Az elektromos és hibrid kotrási rendszerek már gyakorlatiasak, de gazdasági értékük nagymértékben függ a projekt körülményeitől.

A teljesen elektromos rendszer akkor lehet vonzó, ha megbízható parti áram áll rendelkezésre, a munkaidő kiszámítható, és a kibocsátás és a zaj fontos szempont.

A hibrid energia nagyobb rugalmasságot biztosíthat a nagy, nagy teljesítményű kotrási projektekhez, amelyek hosszú üzemidőt igényelnek.

Megbízható árammal nem rendelkező távoli projekteknél a hagyományos dízel meghajtás praktikusabb lehet.

A végső döntésnek ezért az „új energia” szó helyett a tényleges projekten kell alapulnia.

Milyen mélyen fog működni a kotró?

Naponta hány órát fog működni?

Mekkora a szükséges szivattyú teljesítmény?

Milyen messzire kell kiüríteni az anyagot?

Van parti áram?

Mennyi töltési teljesítmény érhető el?

Milyen akkumulátor kapacitás szükséges?

Szükséges-e változó frekvenciájú meghajtó?

Mennyi további beruházást igényel a teljes elektromos rendszer?

Ezeket a kérdéseket meg kell válaszolni az elektromos rendszer kiválasztása előtt.

kotrási projekteknél,a legalkalmasabb áramellátó rendszer nem feltétlenül a legújabb. Ez az, amely biztosítja a megfelelő egyensúlyt az energiaköltség, a berendezés-beruházás, az üzemirányítás és a tényleges helyszíni körülmények között.