Kas elektrilised süvendajad on tõesti kulutõhusamad? Elektri- ja hübriidenergia eelised ja piirangud pärisprojektides

Uus energia ei ole enam ainult süvendustööstuse kontseptsioon.

Viimastel aastatel on Euroopas, Hiinas, Lähis-Idas ja muudel turgudel reaalsetesse projektidesse sisenenud täiselektrilised lõikurid, täiselektrilised tööpaadid ja pistik-hübriidsüvendajad. Mõned neist on juba kasutusele võetud, teised aga liiguvad kõrgema võimsustaseme poole.

See tõstatab olulise küsimuse:

Kas elektrilised süvendajad on tõesti kuluefektiivsemad kui diiselmootoriga süvendusmasinad?

Vastus ei ole nii lihtne.

Elektriajam võib vähendada diislikütuse tarbimist, heitkoguseid ja müra. Küll aga erineb süvendaja väga palju tavalisest elektrilaevast. Süvenduspump, lõikur, hüdrosüsteem ja abiseadmed võivad kõik nõuda märkimisväärset pidevat võimsust. Elektrisüsteemi tegelikuks süvendustöödeks praktiliseks muutmiseks võib laev vajada ka muutuva sagedusega ajamid, mootori juhtimissüsteeme, akuhaldust, toitejaotusseadmeid ja usaldusväärset laadimisinfrastruktuuri.

Teisisõnu, muutus ei ole lihtsalt diiselmootorilt elektrimootor. Kogu elektrisüsteem tuleb ümber kujundada.

Elektriline ECSD650 Egiptuses: kaldavõimsus muudab täieliku elektrilise töö praktiliseks

Dameni ECSD650 on hea näide täiselektrilise lõikuri imemisega süvendusmasinast.

Süvendaja tarniti Egiptusesse ja see saab töötada otse kohalikust elektrivõrgust. Kontseptsioon sobib eriti hästi usaldusväärse elektritaristu lähedal asuvatesse kohtadesse, kus süvendaja ei pea pardal kandma suurt diiseljõusüsteemi.

Eelised on selged.

Laev ei pea vedama suuri koguseid diislikütust ja elektriline käitamine välistab diiselmootori heitgaasid. Samuti saab vähendada müra. Need omadused võivad olla väärtuslikud süvendusprojektide jaoks linnade lähedal või rangemate keskkonnanõuetega piirkondades.

Kuid see projekt näitab ka ühte elektrilise süvendamise põhitingimust:

Saadaval peab olema sobiv toiteallikas.

Liigutage sama süvendaja kaugemasse jõkke või kaevandusalasse ilma stabiilse võrguühenduseta ja täiselektrilise süsteemi eeliseid on palju raskem realiseerida.

Hollandi De Klopi elektriline CSD: elektrilise lõikuri imemisega süvendamine on juba töökorras

2026. aastal sai Hollandi operaator Dekker Group De Klopi ehitatud täiselektrilise lõikuriga imemissüvendi.

Laev on mõeldud siseveeteedel sõitmiseks ja kasutab täiselektrisüsteemi. Sellel on ka modulaarne ehituskontseptsioon ning see on varustatud sukelpumba ja pumbasüsteemiga.

See projekt on märkimisväärne, sest see näitab, et elektriajam ei piirdu väikeste keskkonnakaitseliste paatidega. Elektrilisi CSD-sid töötatakse juba välja professionaalseteks süvendustöödeks.

Samas loeb tegevuskeskkond. Madalmaadel on väljakujunenud siseveeteede võrk ja hästi arenenud elektritaristu – tingimused muudavad elektrilise süvendamise oluliselt lihtsamaks.

Volta: 2,2 MWh aku veepõhiseks ehituseks

Hollandi projekt Volta esindab elektrilise laevavarustuse teist suunda.

Täiselektriline töölaev on varustatud a2,2 MWh aku süsteem, alalisvoolu siini ja intelligentse energiajaotussüsteemi.

Laev on ette nähtud mitte ainult oma varustuse varustamiseks, vaid ka selliste seadmete, nagu pontoonidel või kaldal asuvate ekskavaatorite elektritoitega varustamiseks.

See näitab, kuidas elektrilaevad võivad muutuda enamaks kui lihtsalt transpordiplatvormid. Laev ise võib saada osaks ehitusplatsi energiainfrastruktuurist.

2,2 MWh aku võimsus illustreerib aga ka teist reaalsust: veepõhiste ehitusseadmete võimsusvajaduse kasvades suureneb ka vajalik energiasalvesti ja elektritaristu.

JP Schilder: 187 kW elektriajam ja 130 kWh aku

Hollandi JP Schilder elektrisüvendaja kasutab 187 kW elektrimootorit ja 130 kWh akusüsteemi koos CCS2 alalisvoolu laadimisega.

Projekt käsitles akut, kaableid, jahutussüsteemi ja laadimisinfrastruktuuri algusest peale laeva konstruktsiooni osana, mitte ei käsitlenud elektrifitseerimist lisaseadmena.

Selline lähenemine tõstab esile olulise punkti elektrisüvendajate puhul.

Süsteem ei ole lihtsalt:

Elektrimootor + aku.

See on:

Elektrimootor + aku + laadimine + jahutus + juhtimine + anuma integreerimine.

Kõik need elemendid peavad koos töötama, kui eeldatakse, et laev töötab korrapäraste süvendustööde ajal usaldusväärselt.

DB Avalon: hübriidvõimsus ei tähenda, et kõik peab töötama akudega

Ameerika süvendaja DB Avalon esindab teistsugust lähenemist.

See on hübriidne klappsüvendaja, mis on varustatud liitiumioonakusüsteemi ja kaldajõuga. Sobiva kaldajõu olemasolul saab laev töötada elektriliselt.

Veel üks huvitav omadus on selle võime teatud töötsüklite ajal energiat taastada. Langetamisel ja pidurdamisel tekkivat energiat saab akusse salvestada ja hiljem tõstetöödel kasutada.

Hübriidsüsteem võimaldab laeval kasutada ka tavapärasest konfiguratsioonist väiksemaid generaatorikomplekte.

See on koht, kus hübriidjõud muutub eriti huvitavaks.

Eesmärk ei ole lihtsalt diiselmootori ja aku paigaldamine samale laevale. Selle asemel kasutatakse erinevaid energiaallikaid vastavalt töötingimustele.

Suurte masinaehituslaevade puhul võib see mõnikord olla praktilisem kui täielikult akudele tuginemine.

Jan De Nul: Suured süvendajad liiguvad pistikühendusega hübriidsüsteemide poole

Jan De Nul liigub ka hübriidajami poole.

Selle esimene pistikühendusega hübriidne järel-imemispunkriga süvendusmasin mahutab 2000 m³ ja ühendab endas akud, generaatorid, elektrimootorid ja muutuva sagedusega ajamid.

Veelgi olulisem on see, et süsteem kasutab alalisvoolu elektrilist arhitektuuri koos energiahaldusfunktsioonidega, nagu raseerimine, pöörlemisreserv ja rambikiiruse juhtimine.

Akusid saab laadida kas laeva generaatorite või kaldajõu abil.

See on juba palju enamat kui lihtsalt "elektri kasutamine".

See on energiajuhtimine.

Kui laev vajab ootamatult lisavõimsust, aitab aku tippkoormuse katta. Kui koormus väheneb, saavad generaatorid või kaldatoide akut laadida.

See võimaldab mootoritel vältida pidevat töötamist ebaefektiivsete madala koormuse tingimustes.

Miks on muutuva sagedusega ajamid elektriliste süvendajate jaoks nii olulised?

See on elektrilise süvendamise üks kõige kergemini tähelepanuta jäetud probleeme.

Põhilise elektrianuma puhul võib tunduda, et kõik on lahendatud seni, kuni mootor käivituda ja töötada saab.

Süvendaja on erinev.

Süvenduspumba koormus muutub vastavalt veetavale lägale. Lõikuri koormus muutub vastavalt mullatingimustele. Torujuhtme takistus võib varieeruda ka sõltuvalt materjali kontsentratsioonist ja tühjenduskaugusest.

Kui elektrimootoril on ainult lihtne käivitus- ja seiskamisjuhtimine või piiratud kiiruse reguleerimine, võib võimsusreaktsiooni olla raske hallata.

Süvendustööde operaatorite jaoks on see oluline.

Operaatoril võib tekkida vajadus reguleerida lõikurit, pumpa ja muid seadmeid vastavalt mullatingimustele ja läga kontsentratsioonile. Kui mootor reageerib liiga järsult, võib anuma töötamine olla vähem sujuv ja täpne juhtimine muutub keerulisemaks.

Seetõttu vajab korralikult projekteeritud elektrisüvendaja tavaliselt tõhusat mootori juhtimist ja muutuva sagedusega ajamisüsteemi.

Seda tehnoloogiat kasutavaid suuremahulisi süvendusnäiteid on juba olemas.

Ühes Danfossi avaldatud süvendusrakenduses kasutasid 1,6 MW süvenduspumpa ja 3,2 MW võimenduspumpa muutuva sagedusega vahelduvvoolumootorid. Muutuva sagedusega ajamid võimaldasid reguleerida pumba kiirust vastavalt tegelikule koormusele ja aitasid ebatavaliste koormustingimuste korral kiirust kiiresti vähendada.

Põhimõte on oluline:

Elektriline süvendaja ei vaja lihtsalt elektrit. See vajab elektrit, mida saab sujuvalt ja täpselt juhtida.

Kuid ka muutuva sagedusega ajamid ja elektrilised juhtseadised lisavad kulusid

See on koht, kus majandus muutub keerulisemaks.

Kui võrrelda ainult diiselmootori hinda elektrimootori hinnaga, siis võib tunduda, et elektriajam peaks olema odavam.

Tehnikasüvendajat ei saa nii arvutada.

Täielik elektrisüsteem võib sisaldada:

Elektrimootorid, akud, muutuva sagedusega ajamid, trafod, jaotuskilbid, juhtimissüsteemid, jahutussüsteemid, akuhaldussüsteemid, laadimisseadmed ja elektriohutussüsteemid.

Kõik need komponendid suurendavad alginvesteeringut.

Erinevus ilmneb suurematel süvendajatel.

Võimsustaseme tõustes suurenevad ka nõuded mootoritele, ajamitele, elektrijaotus-, jahutus- ja kaitsesüsteemidele.

Seetõttu ei tohiks majanduse võrdlus põhineda lihtsalt elektri ja diislikütuse hindadel.

Kasulikum võrdlus on kogu süsteemi ja elutsükli kulu.

Patareid on veel üks oluline piirang

Aku mahutavus määrab, kui kaua täiselektriline süvendaja võib enne laadimist töötada.

Mitu tundi päevas töötaval süvendajal on väga erinev energiavajadus kui kümme või kaksteist tundi pidevalt töötaval süvendajal.

Süvenduspumbad ja -lõikurid võivad olla suure võimsusega tarbijad. Pikaajaline töö nõuab seetõttu palju suuremat akusüsteemi.

Aku mahu suurendamine suurendab ka kaalu ja võtab laeval väärtuslikku ruumi.

Laadimisaeg muutub seejärel tootmisgraafiku osaks.

Diiselsüvendaja suudab suhteliselt kiiresti tankida ja tööle naasta. Elektrilisel süvendil peab olema piisav laadimisvõimsus ja piisavalt aega laadimiseks.

Sel põhjusellaadimisinfrastruktuur on tõhusalt osa elektrilisest süvendussüsteemist.

Mida teha, kui kohapeal pole usaldusväärset elektrit?

See võib olla üks praktilisemaid piiranguid, kui ülemaailmsetes projektides kaalutakse elektrisüvendajaid.

Mõned süvendusprojektid asuvad sadamates, linnades või tööstuspiirkondades, kus on hea juurdepääs elektritaristule.

Teised asuvad kaugetel jõgedel, järvedel, kaevanduskohtades või liivakaevanduspiirkondades.

Nendel kohtadel ei pruugi olla piisavat võrguvõimsust.

Kui projekti raames on vaja ehitada spetsiaalselt süvendaja jaoks trafojaam, laadimisseade ja energiasalvestussüsteem, tuleb need infrastruktuurikulud projekti arvutusse kaasata.

Sellistes olukordades on diiselmootoril endiselt suur praktiline eelis.

Tooge objektile kütus ja laev võib tööd jätkata.

Elektriline või hübriid? Projekt määrab vastuse

Juba töös olevad reaalsed projektid näitavad, et iga süvendaja jaoks pole ühest lahendust.

Täiselektriline ECSD650 Egiptuses demonstreerib, kuidas kaldaenergia võib muuta elektrilise CSD praktiliseks.

Madalmaades asuv De Klopi elektriline CSD näitab, et täielikult elektrilise lõikuriga imemissüvendustööd on juba sisenemas professionaalsetesse siseveeteede rakendustesse.

Volta projekt demonstreerib, kuidas suur akusüsteem võib muuta elektrilaeva mobiilseks energiaplatvormiks.

JP Schilderi süvendaja näitab teist lähenemist, kasutades tavapärasteks süvendustöödeks 187 kW elektrimootorit ja 130 kWh akusüsteemi.

DB Avalon demonstreerib, kuidas akud, generaatorid, kaldaenergia ja regeneratiivne energia võivad hübriidsüvendussüsteemis koos töötada.

Jan De Nuli 2000 m³ pistikühendusega hübriidsüvendaja näitab, kuidas suuremad laevad liiguvad keerukamate elektriliste arhitektuuride ja energiahaldussüsteemide poole.

Kokkuvõttes näitavad need projektid selget suundumust:

Elektrilised ja hübriidsüvendussüsteemid on juba praktilised, kuid nende majanduslik väärtus sõltub suuresti projekti tingimustest.

Täielikult elektriline süsteem võib olla atraktiivne, kui on olemas usaldusväärne kaldavool, tööajad on prognoositavad ning olulised on heitmed ja müra.

Hübriidenergia võib pakkuda suuremat paindlikkust suurte ja suure võimsusega süvendusprojektide jaoks, mis nõuavad pikki tööperioode.

Kaugprojektide jaoks, kus pole usaldusväärset elektrit, võib tavapärane diiselmootor siiski olla otstarbekam.

Seetõttu peaks lõplik otsus põhinema pigem tegelikul projektil kui sõnal "uus energia".

Kui sügaval süvendaja töötab?

Mitu tundi päevas see töötab?

Mis on pumba nõutav võimsus?

Kui kaugele tuleb materjal tühjendada?

Kas kaldavool on saadaval?

Kui palju laadimisvõimsust on saadaval?

Millist aku mahtuvust on vaja?

Kas muutuva sagedusega ajam on vajalik?

Kui palju lisainvesteeringuid kogu elektrisüsteem nõuab?

Nendele küsimustele tuleks vastata enne elektrisüsteemi valimist.

Süvendusprojektide puhulsobivaim elektrisüsteem ei pruugi olla kõige uuem. See on see, mis tagab õige tasakaalu energiakulude, seadmetesse investeeringute, tegevusjuhtimise ja tegelike asukohatingimuste vahel.