PROPULSION TECH: Como obter a hibridização

Jon Mosterd é atualmente membro do Centro de Excelência Norte-Americano da Danfoss Drives.

Crédito de imagem: Drives Danfoss

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A hibridização no mundo marinho está em transição do mais recente modismo para uma parte fundamental do projeto e dos retrofits da embarcação.

Impulsionado em parte por uma demanda por maior eficiência e novas ondas de legislação global, a hibridização ou eletrificação de uma embarcação está se tornando rapidamente necessária para as organizações. Na verdade, as regras e diretrizes da Organização Marítima Internacional (OMI) para a indústria naval exigem redução de emissões globalmente, e alguns portos ao redor do mundo estabeleceram metas ambiciosas para reduzir as emissões a zero por cento.

Os primeiros a adotar a eletrificação e a hibridização já estão colhendo as recompensas e obtendo retornos positivos sobre o investimento - incluindo economias reais e benefícios para suas frotas. Além disso, eles também ganharam o conhecimento e a experiência para continuar a crescer e desenvolver ainda mais soluções híbridas. Considerando isso, um número crescente de organizações está começando a avaliar como elas podem avançar para a hibridação em seus aplicativos marinhos.

O desafio da hibridização
Geralmente, a hibridização pode ser definida como o acoplamento de duas ou mais fontes de energia em conjunto para aumentar a eficiência e maximizar a produção. Freqüentemente, esses sistemas são acoplados ao armazenamento de energia via baterias ou supercondensadores para ajudar a suavizar as cargas de pico de energia ou até mesmo fornecer energia de pico para cargas de curto prazo. Além disso, muitas empresas estão substituindo propulsores ou propulsores movidos a combustível por motores elétricos e usando uma série de geradores para fornecer energia com base na demanda. Isso, por sua vez, significa que uma embarcação só consome o combustível necessário, e os geradores alternativos que não são necessários são desligados.

Para alguns, a hibridização pode parecer um risco inevitável. Mas, o primeiro passo para desenvolver um plano bem-sucedido de hibridação é conduzir a pesquisa completa necessária para revisar sua situação atual. Isso estabelecerá as necessidades da embarcação e fornecerá soluções para o futuro. Investir nos recursos para coletar os dados corretos e estabelecer uma linha de base de onde você está atualmente é essencial. O plano e os dados devem ser verificados por meio de várias recomendações, pois existem opiniões divergentes sobre soluções e abordagens. Saber onde esteve e onde está contribuirá para definir a trajetória certa para o futuro.

O processo de hibridização pode começar com alguns geradores de eixo e aumentar todo o caminho até uma embarcação totalmente eletrificada. Plenamente entender e considerar o propósito de sua embarcação será fundamental para estabelecer esta base. Itens como propulsão elétrica e propulsores, armazenamento de energia, geradores de eixo e vários grupos geradores são peças de quebra-cabeça que os proprietários de embarcações podem entrar e sair de um projeto de embarcação. Para algumas aplicações com distâncias curtas e ciclos de trabalho, navios totalmente elétricos já foram implantados e mais estão sendo projetados e construídos para o futuro.

Benefícios da hibridização
Considerando os diferentes aspectos das eficiências que podem ser alcançadas, a hibridização pode permitir que os vasos obtenham muitos benefícios. O principal retorno sobre o investimento em uma embarcação híbrida será alcançado por meio da economia de custos relacionada ao consumo reduzido de combustível. No entanto, existem outros itens tangíveis a serem considerados. A hibridização pode permitir o uso de geradores menores, onde os picos de carga são manipulados pelos sistemas de bateria, permitindo que os geradores funcionem com menos frequência, resultando em redução de peso, espaço e manutenção.

Por exemplo, em um sistema de propulsão dupla, podem ser incorporados geradores de eixo que podem tanto gerar quanto gerar. No serviço leve, um dos dois geradores a diesel poderia ser desligado e alimentado pelo outro gerador de eixo. O motor que está em funcionamento poderia alimentar tanto o propulsor quanto o gerador, enquanto o motor desligado teria sido liberado e teria seu gerador ligado a um motor. Ele ainda funcionaria com uma carga reduzida através do motor elétrico. Isso se traduziria em menos horas operacionais nas duas unidades, menos manutenção e uso mais eficiente de combustível.

Outra vantagem para sistemas de vasos híbridos é o desempenho. Seja usando motores diesel ou de gás natural liquefeito (GNL), o tempo de resposta a uma solicitação de energia não é imediato. Além disso, esses motores não se ajustam bem a mudanças repentinas de carga. Com a eletrônica de potência acoplada ao armazenamento de energia, os tempos de resposta a uma necessidade de pico de energia podem mudar de segundos para milissegundos. Os motores também não verão essa mudança repentina, pois ela seria absorvida pelas baterias ou supercondensadores, e não haveria necessidade de ter geradores em standby para acomodar essas cargas de pico. Assim, o equipamento sofrerá menos tensão e carga mecânica, o que prolongará sua vida útil e diminuirá os custos de manutenção.

A utilização de geradores menores, geradores de eixo e armazenamento de energia também permite um nível mais alto de redundância na embarcação. Ter múltiplas fontes de energia e vários motores elétricos pode significar que as embarcações ainda poderão operar com cargas reduzidas em caso de falha do sistema. Pegue o exemplo do gerador de eixo de duas propulsoras acima. Se um motor de propulsão tiver uma falha, o gerador de eixo pode ser comutado de um gerador para um motor. Geradores auxiliares, ou o gerador de propulsão principal, poderiam então trazer o navio de volta ao porto para reparos através do motor elétrico; tudo sem um puxão ou reboque caro.

Operar essas múltiplas fontes de energia exigirá a infra-estrutura adequada de gerenciamento de energia. Quando esses sistemas forem projetados corretamente, eles serão programados para abordar o ciclo de vida específico do equipamento, bem como ajudar as equipes a solucionar problemas com facilidade. Muitas empresas investiram muitos recursos em pesquisa e desenvolvimento para criar sistemas de controle para ajudar os operadores de embarcações a obter desempenho máximo e eficiência máxima. No entanto, ainda é imperativo que os integradores que fornecem o sistema híbrido tenham experiência e testado software de gerenciamento de energia. A solução mais econômica (inicial) pode não ser necessariamente a melhor ou a mais econômica em longo prazo.

Pesando todas as variáveis
Há muitos benefícios para a hibridização; no entanto, também há alguns custos adicionais que precisam ser considerados. Baterias, supercondensadores e eletrônicos de potência exigem uma abordagem diferente para manutenção. Eles também têm ciclos de vida diferentes e podem exigir um conjunto de habilidades especializadas para atender. Obter equipes treinadas também precisará ser uma parte vital da equação ao considerar a transição para a hibridização. Solucionar problemas de uma linha hidráulica quebrada, por exemplo, é uma tarefa drasticamente diferente de um fio quebrado. Além disso, haverá necessidade de uma abordagem diferente para estocar peças de reposição na embarcação, pois algumas terão diretrizes especiais para manutenção. Portanto, quando se trata de hibridização, ter os parceiros certos significa mais do que apenas encontrar os fornecedores certos; também deve incluir a parceria para ter as pessoas certas a bordo.

Na verdade, essas parcerias - e tendo um objetivo e um plano concreto em mente - são itens fundamentais para o sucesso na navegação pelas múltiplas abordagens da hibridização. Uma abordagem aprofundada deve ser tomada e planejada com cuidado. Depois de estabelecer qual será a sua abordagem para um navio híbrido, encontrar parceiros experientes que andem ao seu lado na jornada é o próximo passo importante. Escalar a montanha é mais fácil quando você não apenas definiu uma visão forte, mas também quando faz parceria com outras pessoas que já a experimentaram.

Jon Mosterd é atualmente membro do Centro de Excelência Norte-Americano da Danfoss Drives. Juntamente com sua equipe, Jon ajuda a oferecer suporte a Integradores, OEMs e usuários finais com seus aplicativos para a indústria naval e pesada.

Este artigo apareceu pela primeira vez na edição impressa de julho de 2019 da revista MarineNews .