JOK2009 NO 3 - Journal of KONES

Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 16, No. 3 2009
ELECTRIC POWER OF CONTEMPORARY CONTAINER VESSELS
IN A PRELIMINARY STAGE
A. Charchalis, J. Krefft
Gdynia Maritime University
Faculty of Marine Engineering
Morska Street 83, 81-225 Gdynia
tel.: +48 58 6901347, fax +48 58 6901399
e-mail: [email protected]
Abstract
Permanent growth of sea trade demand has contributed to strong expansion of container carriers [5, 6]. The
number of the biggest capacity container carriers is growing along with the number of container vessels at sea. The
increasing demand for small feeders and feeders with higher trade capacity, meaning more TEU on board and higher
en route speed resulting from higher number of large capacity container carriers that will call at a few main seaports,
is predictable. Such a developing way of contemporary container vessels have led to the need of research-developing
activities with references to design and ship building process, and new view at the electric matters. Approximations in
use to determine the container vessels electric power are not accurate any more for the contemporary container
carriers. Revision of the electric power relations and searching for the new mathematical models let determine with
an essential approximation the electric power demand for contemporary vessels.
The electric power calculations for the contemporary container carriers where the diesel and shaft generators
have been used within whole range of container capacities, have been shown in the article. The electric power using
multiple regression model has been calculated based on values collected in the container vessels data base. Different
electric power relations have been determined for the container vessels with diesel and shaft generators and different
for the ships with diesel generators only. Moreover, the diesel generators number and power have been discussed.
Keywords: contemporary ships, container vessels, TEU, multiple regression, electric power
MOC ELEKTRYCZNA SIàOWNI WSPÓàCZESNYCH
KONTENEROWCÓW W WSTĉPNYM ETAPIE PROJEKTOWANIA
Streszczenie
Znaczący rozwój transportu morskiego doprowadziá do silnego rozwoju statków przewoĪących kontenery [5, 6].
Wraz z progresywnie rosnącą liczbą nowych statków kontenerowych roĞnie ich pojemnoĞü kontenerowa. Dla rozwoju
duĪych jednostek kontenerowych przewiduje siĊ wzrost zapotrzebowania na tzw. szybkie dowozowe jednostki
kontenerowe o wiĊkszych niĪ dotychczas moĪliwoĞciach przewozowych tj. wiĊkszej liczbie kontenerów i wiĊkszych
prĊdkoĞciach eksploatacyjnych. Taki kierunek rozwoju wspóáczesnych kontenerowców doprowadziá do potrzeby
prowadzenia dziaáaĔ badawczo-rozwojowych w zakresie projektowania i budowy statków kontenerowych oraz
koniecznoĞü innego spojrzenia na sprawy energetyczne tych jednostek. Stosowane do niedawna przybliĪone zaleĪnoĞci
na okreĞlenie mocy elektrycznej kontenerowców coraz bardziej odbiegają od rzeczywistej mocy j instalowanej na
wspóáczesnych statkach kontenerowych. Weryfikacja zaleĪnoĞci na dobór mocy elektrycznej oraz poszukiwanie
nowych modeli matematycznych, pozwoli juĪ we wstĊpnym etapie projektowania okreĞliü z duĪym przybliĪeniem
zapotrzebowanie na moc elektryczną tych statków.
W referacie przedstawiono ocenĊ mocy elektrycznej wspóáczesnych statków kontenerowych dla caáego zakresu
stosowanych pojemnoĞci kontenerowych, w których do wytworzenia energii elektrycznej wykorzystuje siĊ spalinowe
zespoáy prądotwórcze oraz prądnicĊ waáową. Moc ta zostaáa wyznaczona w oparciu o model regresji wielokrotnej na
podstawie analizy parametrów zgromadzonych w formie bazy informacji o kontenerowcach. Przy wyznaczaniu
zaleĪnoĞci na moc elektryczną dokonano podziaáu na statki, w których do wytworzenia energii elektrycznej
wykorzystywane byáy prądnice waáowe i spalinowe zespoáy prądotwórcze oraz jednostki, w których moc elektryczna
wytwarzana byáa tylko przez spalinowe zespoáy prądotwórcze. Jako uzupeánienie rozpatrywanego zagadnienia
przedstawiono kwestie, na które naleĪy zwróciü uwagĊ dobierając liczbĊ i moc spalinowych zespoáów prądotwórczych.
Sáowa kluczowe: wspóáczesne statki, kontenerowce, liczba kontenerów TEU, regresja wielokrotna, moc elektryczna
A. Charchalis, J. Krefft
1. Wprowadzenie
NajniĪszy od lat poziom stawek frachtowych [13] dla kontenerowców oraz wysokie
w ostatnich latach ceny paliw zmusiáy armatorów statków do poszukiwania oszczĊdnoĞci. Jednym
ze sposobów obniĪania kosztów transportu drogą morską jest budowa kontenerowców o coraz
wiĊkszej noĞnoĞci. Jednak do obsáugi duĪych jednostek kontenerowych potrzebne są maáe
i Ğrednie statki kontenerowe, o wiĊkszych, niĪ dotychczas, moĪliwoĞciach przewozowych
dochodzących do 2800 TEU. Prowadzi to do wzrostu zapotrzebowania na moc napĊdową
i elektryczną kontenerowców przy stosowaniu jednoczeĞnie coraz gorszych gatunków paliw.
Nowe wymagania dla statków kontenerowych powodują koniecznoĞü innego spojrzenia na
sprawy energetyczne tych statków oraz potrzebĊ prowadzenia dziaáaĔ badawczo-rozwojowych
w zakresie projektowania i budowy kontenerowców. Pomocne w tym zakresie moĪe okazaü siĊ
gromadzenie danych techniczno-eksploatacyjnych kontenerowców. Dysponując szeroką wiedzą
parametryczną jednostek juĪ zbudowanych, a takĪe zaleĪnoĞciami tych parametrów moĪna
precyzyjniej okreĞlaü jaki statek naleĪy zbudowaü, w tym jaka powinna byü wartoĞü mocy
elektrycznej siáowni przy odpowiedniej konfiguracji ukáadu energetycznego.
KoniecznoĞü wáaĞciwego doboru mocy elektrycznej obiektów páywających oraz odpowiedniej
konfiguracji ukáadu energetycznego potwierdzają dane zaprezentowane w [4], z których wynika,
Īe zespoáy prądotwórcze są eksploatowane przy czĊĞciowym obciąĪeniu na poziomie nawet
30-40% mocy znamionowej prądnicy. Co wiĊcej, z praktyki wynika, Īe zmniejszenie liczby
czáonków zaáogi na statkach kontenerowych nawet o 50% nie wpáywa na zmianĊ zapotrzebowania
na moc elektryczną. Skáania to do weryfikacji zaleĪnoĞci na dobór mocy elektrycznej
prezentowanych m. in. w [3, 9] i poszukiwania nowych metod, które pozwolą juĪ we wstĊpnym
etapie projektowania okreĞliü zapotrzebowanie na moc elektryczną wspóáczesnych statków
kontenerowych.
Metody oparte o modelowanie statystyczne wyznaczone dla okreĞlonego typu obiektów
páywających, ich noĞnoĞci (dla kontenerowców jest to liczba kontenerów dwudziestostopowych
TEU) oraz wieku statku mogą wydaü siĊ bardzo skutecznym narzĊdziem przy okreĞlaniu mocy
elektrycznej jednostki páywającej pod warunkiem ich okresowej weryfikacji.
2. Baza informacji o statkach kontenerowych
WáaĞciwy dobór mocy elektrycznej i ukáadu energetycznego statku, uwzglĊdniający
zagadnienia eksploatacyjne skáania do coraz szerszego wykorzystania danych rzeczywistych
obiektu páywającego. Tworząc bazĊ informacji o zbudowanych juĪ jednostkach páywających,
traktując siáowniĊ statku jako obiekt wieloparametryczny, moĪe okazaü siĊ, Īe jest to wáaĞciwy
sposób prowadzący do racjonalizacji etapu projektowania wstĊpnego.
Dla oceny mocy elektrycznej kontenerowców dokonano zestawienia wybranych danych
rzeczywistych w postaci bazy informacji, która obejmuje wszystkie klasy statków kontenerowych
i której nie naleĪy traktowaü jak listy statków podobnych w odróĪnieniu do [7, 8].
Utrudnieniem przy tworzeniu takiej bazy informacji jest fakt, Īe w publikacjach krajowych
i zagranicznych czĊsto brakuje podstawowych danych o liczbie czáonków zaáogi, mocy steru
strumieniowego i in. Poza tym informacje zamieszczone w publikacjach nie powinny byü
przyjmowane bezkrytycznie, gdyĪ mogą stanowiü formĊ reklamy firmy, byü nieprecyzyjne
i zawieraü nieprawdziwe dane. Dodatkowo ograniczenia w trakcie budowy jednostki, wynikające
choüby z moĪliwoĞci technologicznych stoczni i kooperantów nie są powszechnie znane
i publikowane razem z charakterystyką jednostki páywającej.
Zbudowana na podstawie [10, 11, 12, 16-18] baza danych skáada siĊ ze statków kontenerowych
w caáym zakresie ich pojemnoĞci. Statki te zostaáy wybudowane w latach 1992-2006 w Polsce i za
granicą tj. Niemcy, Dania, Norwegia, Korea Poáudniowa, Japonia, USA i in. Najmniejsza
jednostka o nominalnej mocy elektrycznej na poziomie 460 kW posiada pojemnoĞü 205
78
Electric Power of Contemporary Container Vessels in a Preliminary Stage
kontenerów TEU. Baza zostaáa tak zbudowana, aby nie byáo w niej statków kontenerowych
o nietypowych rozwiązaniach oraz jednostek do przewozu specjalistycznych áadunków.
W sytuacji, gdy stocznia buduje kilkanaĞcie takich samych jednostek, w bazie informacji jest tylko
jeden przedstawiciel caáej serii.
Udziaá liczbowy statków kontenerowych w stworzonej bazie informacji z podziaáem na klasy
zostaá przedstawiony na Rys. 1. W strukturze bazy zawarte są zarówno jednostki z prądnicą
waáową jak i te, w których do wytworzenia energii elektrycznej wykorzystuje siĊ tylko spalinowe
zespoáy prądotwórcze.
90
80
Liczba statków
70
60
50
40
30
20
10
0
Small Feeder
Feeder
Panamax
Post-Panamax
New Panamax
ULCC
Klasa statku
Rys. 1. Struktura bazy danych z podziaáem na klasy [10-12, 16-18]
Fig. 1. Data base structure with container carriers classification [10-12, 16-18]
NajwiĊkszy udziaá w bazie informacji stanowią maáe i Ğrednie kontenerowce. Dla statków
o mniejszej noĞnoĞci kontenerowej ograniczenia technologiczne stoczni i kooperantów oraz rejonu
páywania budowanej jednostki praktycznie nie istnieją. Stąd uzasadnionym jest, Īe najwiĊkszy
udziaá w bazie danych o kontenerowcach naleĪy do jednostek o pojemnoĞci do 2800 TEU
przeznaczonych dla przewozu áadunku przez kanaá KiloĔski i szlak morski St. Lawrence oraz
statków do 5100 TEU dla podróĪy przez kanaá Panamski. W klasach statków o wyĪszej
pojemnoĞci áadunkowej np. New Panamax czyli od 10000 do 14500 jest tylko jedna jednostka,
która zaprojektowana zostaáa do przewozu 11000 kontenerów dwudziestostopowych TEU. Statki
tej klasy bĊdą mogáy przepáywaü przez Kanaá Panamski dopiero w roku 2014 po ukoĔczeniu
budowy trzeciej Ğluzy. Statki z klasy Ultra Large Container Carrier ULCC nie mają swoich
przedstawicieli w stworzonej bazie informacji o kontenerowcach z uwagi, iĪ jednostki tego typu są
w fazie projektowania.
3. Ocena mocy elektrycznej
Zapotrzebowanie na moc elektryczną oceniane jest dla róĪnych stanów eksploatacyjnych
statku, a mianowicie:
- statek w morzu,
- statek w morzu z kontenerami cháodzonymi,
- manewry z uĪyciem sterów strumieniowych,
- statek w porcie z prowadzonymi pracami wyáadunkowymi,
- statek w porcie bez prowadzonych prac wyáadunkowych.
79
A. Charchalis, J. Krefft
Z przeanalizowanych, wybranych bilansów energetycznych statków kontenerowych [11]
wynika, Īe najwiĊksze obciąĪenie mocą elektryczną wystĊpuje w trakcie manewrów. W tym stanie
eksploatacyjnym wytwarzanie energii za pomocą prądnicy waáowej jest ograniczone, a dodatkowo
wzrasta zapotrzebowanie na energiĊ elektryczną z tytuáu bezpieczeĔstwa statku i otoczenia, pracy
urządzeĔ manewrowych tj. wind cumowniczych i kotwicznych, zdublowanej pracy urządzeĔ
sterowych itp. Przy zaáoĪeniu, Īe statek posiada wáasne urządzenia wyáadunkowe, a prądnica
waáowa jest wyáączona, równieĪ w porcie istnieje znaczne zapotrzebowanie na energiĊ
elektryczną.
Przy sporządzaniu bilansu energetycznego statku kontenerowego istotne jest okreĞlenie wartoĞci
mocy elektrycznej kontenera cháodzonego. Wedáug ogólnych zasad, dla dwudziesto
i czterdziestostopowego kontenera cháodzonego przyjmuje siĊ moc odpowiednio 8,6 kW i 12,6 kW.
Przykáad wyznaczania mocy dla czterdziestostopowego kontenera cháodzonego RU wedáug
zaleĪnoĞci opracowanej przez Germanischer Lloyds [15] przedstawiono zaleĪnoĞcią (1).
12, 6 kc kj
...kW ,
(1)
Ze wzoru (1) wynika, Īe moc jednego kontenera cháodzonego, wyraĪona w kW, zaleĪy od
rodzaju áadunku cháodzonego kc oraz wspóáczynnika jednoczesnoĞci kj. Wspóáczynnik kj wyraĪa
liczbĊ pracujących jednoczeĞnie kontenerów cháodzonych i czĊsto przyjmuje siĊ go na poziomie
0,9. Przy zaáoĪeniu, Īe 80% áadunku bĊdzie stanowiü produkt gáĊboko zmroĪony a 20% áadunek
cháodzony wspóáczynnik kc = 0,61.
4. Metodyka i wyniki badaĔ
ZaleĪnoĞü na moc elektryczną statku kontenerowego wyznaczano dla dwóch rodzajów siáowni
tj. kontenerowców z prądnicą waáową oraz statków, w których moc elektryczna wytwarzana jest
tylko przy pomocy spalinowych zespoáów prądotwórczych.
Wychodząc z zaáoĪenia, Īe badane zmienne parametryczne kontenerowców mają rozkáad
normalny oraz opierając siĊ na centralnym twierdzeniu granicznym, wyznaczono zaleĪnoĞü na
moc elektryczną kontenerowca korzystając z modelu regresji wielokrotnej. Do analizy
statystycznej przyjĊto model z wyrazem wolnym. Wyraz ten ujmuje parametry, które mogą mieü
wpáyw na ostateczną postaü równania, a nie zostaáy uwzglĊdnione w procesie modelowania
statystycznego. Z uwagi na róĪne miana zmiennych niezaleĪnych, oprócz poziomu istotnoĞci p,
w analizie statystycznej przedstawiono równieĪ standaryzowany wspóáczynnik regresji BETA dla
kaĪdej zmiennej niezaleĪnej. Jako zmienne niezaleĪne uwzglĊdniano parametry tj. liczba
kontenerów TEU, liczba kontenerów cháodzonych RU, prĊdkoĞü statku, moc silnika gáównego,
liczba czáonków zaáogi (oficerowie i zaáoga podstawowa), moc steru strumieniowego oraz moc
prądnicy waáowej.
Dla tych zmiennych dokonano podstawowej oceny, której gáówne kryterium stanowiá poziom
istotnoĞci p. PrzyjĊto, Īe wartoĞü graniczna p d 0,05 . PoniĪej tej wartoĞci otrzymane wyniki
oceniano jako statystycznie istotne.
4.1. Ukáady energetyczne z prądnicą waáową
W tego typu rozwiązaniach energetycznych moc elektrowni rozdzielona jest na moc
elektryczną spalinowych zespoáów prądotwórczych i moc elektryczną dostarczaną przez prądnicĊ
waáową.
Badając wpáyw zmiennych niezaleĪnych na moc elektryczną kontenerowca przeprowadzono
analizĊ reszt w celu weryfikacji róĪnic miĊdzy wartoĞciami przewidywanymi, a wartoĞciami
obserwowanymi w stosunku do pozostaáych przypadków. DuĪe wartoĞci odstające mogą istotnie
wpáynąü na ostateczną postaü równania regresji wielokrotnej.
80
Electric Power of Contemporary Container Vessels in a Preliminary Stage
W Tab. 1 zestawiono równanie oraz wyniki regresji wielokrotnej odpowiednio dla
standaryzowanego wspóáczynnika regresji BETA, wspóáczynnika regresji wielokrotnej B oraz
poziomu istotnoĞci p po usuniĊciu wartoĞci odstających.
Tab. 1. Wyniki analizy statystycznej regresji wielokrotnej mocy elektrycznej kontenerowców z prądnicą waáową
Tab. 1. Statistic analysis results of multiple regression for electric power of container carriers with shaft generator
Nazwa
Wyraz wolny
Liczba TEU
Liczba kontenerów cháodzonych
PrĊdkoĞü statku
Równanie regresji wielokrotnej
Symbol
TEU
RU
v
BETA
0,66
0,49
-0,25
ME
B
4223,66
1,05
8,75
-251,20
p
0,02
0,00
0,00
0,02
ME = 1,05 TEU + 8,75 RU – 251,20 v + 4223,66
Z przeprowadzonej analizy statystycznej dla kontenerowców z siáownią wyposaĪoną
w prądnicĊ waáową wynika, Īe istotne statystycznie są trzy parametry tj. liczba kontenerów TEU,
liczba kontenerów cháodzonych RU oraz prĊdkoĞü statku v.
WartoĞü standaryzowana wspóáczynnika regresji BETA na poziomie 0,66 potwierdza
najwiĊkszą relatywnie predykcjĊ liczby kontenerów TEU w wartoĞci szacowanej mocy
elektrycznej.
Pozostaáe wspóáczynniki modelowania statystycznego dla wartoĞci przedstawionych w Tab. 1
przyjmują staáe wartoĞci i wynoszą odpowiednio: wspóáczynnik korelacji R = 0,92, wspóáczynnik
determinacji R2 = 0,85 oraz báąd estymacji 1271,00.
4.2. Kontenerowce bez prądnicy waáowej
Przy wyznaczaniu równania regresji wielokrotnej dla mocy elektrycznej siáowni bez prądnicy
waáowej korzystano z tych samych zmiennych niezaleĪnych, co w przypadku statków
kontenerowych z prądnicą waáową. Z przeprowadzonej analizy wynika, Īe poziom istotnoĞci
wyrazu wolnego i prĊdkoĞci statku jest na poziomie 5%. Z tego wzglĊdu w ostatecznej postaci
równania regresji wielokrotnej dla kontenerowców bez prądnicy waáowej uwzglĊdniono tylko dwa
parametry, a mianowicie liczbĊ kontenerów cháodzonych oraz moc silnika gáównego.
Przy uĪyciu wykresu reszt dla przypadków, przebadano reszty standaryzowane w celu
identyfikacji obserwacji odstających. Wyniki analizy statystycznej po usuniĊciu przypadków
odstających przedstawiono w Tab. 2.
Tab. 2. Wyniki analizy statystycznej regresji wielokrotnej mocy elektrycznej kontenerowców bez prądnicy waáowej
Tab. 2. Statistic analysis results of multiple regression for electric power of container carriers without shaft generator
Nazwa
Wyraz wolny
Liczba kontenerów cháodzonych
Moc silnika gáównego
Równanie regresji wielokrotnej
Symbol
RU
SMCR
BETA
0,49
0,54
ME
B
515,23
6,87
0,08
p
0,02
0,00
0,00
ME = 6,87 RU + 0,08 SMCR + 515,23
WartoĞü wspóáczynnika BETA=0,49 Ğwiadczy, Īe liczba kontenerów cháodzonych ma
porównywalny wpáyw na wartoĞü mocy elektrycznej kontenerowca w stosunku do mocy silnika
gáównego SMCR. WartoĞci poziomu istotnoĞci p uzyskane dla parametrów z Tab. 2 podkreĞlają
wysoką istotnoĞü statystyczną uzyskanego równania regresji wielokrotnej.
Pozostaáe wspóáczynniki analizy statystycznej przyjmują staáe wartoĞci i wynoszą
81
A. Charchalis, J. Krefft
odpowiednio: wspóáczynnik korelacji R = 0,95, wspóáczynnik determinacji R2 = 0,90 oraz báąd
estymacji 970,63.
Na Rys. 2 w formie graficznej przedstawiono otrzymaną postaü równania regresji wielokrotnej
dla kontenerowców bez prądnicy waáowej wykorzystując dopasowanie kwadratowe w ten sposób,
Īe do punktów na wykresie rozrzutu dopasowano funkcjĊ wielomianową drugiego stopnia.
Rys. 2. Wykres powierzchniowy mocy elektrycznej statku wzglĊdem mocy silnika gáównego SMCR i liczby kontenerów
cháodzonych RU dla kontenerowców bez prądnicy waáowej
Fig. 2. Surface diagram for electric power of container carriers regarding main engine output and number of reefer
containers for container carriers without shaft generator
5. Dobór zespoáów prądotwórczych
W sytuacji, gdy moc elektryczna statku kontenerowego zostaáa okreĞlona, kolejnym krokiem
jest odpowiedni dobór zespoáów prądotwórczych.
NajczĊĞciej spotykanym rozwiązaniem dla analizowanej grupy statków kontenerowych (41%)
jest elektrownia skáadająca siĊ z 4. spalinowych zespoáów prądotwórczych (w zakresie 900-9200
TEU). Zespoáy te wystĊpują gáównie w dwóch konfiguracjach tj. dwa zespoáy o tej samej,
wiĊkszej wartoĞci mocy i dwa zespoáy o tej samej, niĪszej mocy lub wszystkie 4 zespoáy
prądotwórcze o tej samej mocy. 33% statków kontenerowych w analizowanej bazie informacji,
w zakresie 620-6500 TEU, wyposaĪonych byáo w trzy niezaleĪne zespoáy prądotwórcze, a 21%
kontenerowców z przedziaáu 200-4400 TEU posiadaáo dwa zespoáy prądotwórcze. Z piĊcioma
zespoáami prądotwórczymi jest zaledwie 4% analizowanych statków o pojemnoĞci kontenerowej
4500-9500 TEU. Dla caáej populacji kontenerowców Ğrednia liczba spalinowych zespoáów
prądotwórczych wyniosáa 3,5.
Sposób doboru liczby i mocy zespoáów prądotwórczych zostaá szeroko omówiony w [1] i [2].
Przy podejmowaniu decyzji dotyczącej liczby zespoáów prądotwórczych naleĪy uwzglĊdniü szereg
zadaĔ. Oprócz trwaáoĞci i zuĪycia wspóápracujących elementów, naleĪy rozpatrzyü bezpieczeĔstwo
statku, automatyczny system zarządzania mocą, wymogi towarzystw klasyfikacyjnych itp.
Ze wzglĊdów eksploatacyjno ekonomicznych wskazane jest jak najwyĪsze obciąĪanie zespoáów
82
Electric Power of Contemporary Container Vessels in a Preliminary Stage
prądotwórczych. Podyktowane jest to wysoką sprawnoĞcią prądnicy przy wyĪszych obciąĪeniach
i wzglĊdnie niskim jednostkowym zuĪyciem paliwa. Z uwagi na koniecznoĞü zaáączania
odbiorników mniejszej mocy w celu wáaĞciwego funkcjonowania systemów pomocniczych na
statkach, dąĪy siĊ by pracujące zespoáy prądotwórcze zapewniaáy niezbĊdną rezerwĊ na
poziomie okoáo 15%. WartoĞü ta mieĞci siĊ w zakresie najczĊĞciej wystĊpujących przyrostów
obciąĪeĔ tj. ǻN = 3-15% za [2].
Zarządzanie pracą zespoáów prądotwórczych wspomagane jest tzw. ukáadami o peánej
automatyce lub o ciągáym zasilaniu. Ich celem jest bezpieczne i ekonomiczne zarządzanie
dostĊpną mocą elektryczną. By pogodziü bezpieczeĔstwo i ekonomiczne zarządzanie dostĊpną
mocą elektryczną stosowane są róĪne rozwiązania ukáadu automatyki sterujący pracą zespoáów
prądotwórczych. Mogą one byü zaáączane lub wyáączane przy róĪnych obciąĪeniach silnika dla
róĪnych wariantów sterowania mocą elektryczną siáowni. ObciąĪenie zespoáów prądotwórczych
moĪe byü regulowane, zaleĪnie od przyjĊtego rozwiązania, symetrycznie lub asymetrycznie.
Istnieje taka moĪliwoĞü nastaw systemu zarządzania energią elektryczną by zespoáy obciąĪane
byáy równomiernie taką samą wartoĞcią mocy elektrycznej. Dla obciąĪenia asymetrycznego,
opcja ”Unbalancing Load” pozwala na podziaá obciąĪenia zespoáów w taki sposób, Īe
nadrzĊdny zespóá prądotwórczy jest obciąĪany wartoĞcią równą 85% swojego obciąĪenia
nominalnego, natomiast zespóá podrzĊdny przejmuje pozostaáe obciąĪenie. Oprócz tego
w ukáadach automatyki wyróĪniü moĪna ukáady z zachowaniem bezwzglĊdnej rezerwy mocy
oraz ukáady ze staáą rezerwą mocy. NiezaleĪnie od liczby pracujących zespoáów prądotwórczych
w metodzie bezwzglĊdnej rezerwy mocy kolejny zespóá jest zaáączany w momencie
przekroczenia wartoĞci 85% mocy znamionowej kaĪdego z nich. Dla dwóch zespoáów
pracujących równolegle sumaryczny zapas mocy wynosi 30%. Z kolei w ukáadzie automatyki ze
staáą rezerwą mocy dla dwóch pracujących zespoáów prądotwórczych sumaryczny zapas mocy
wynosi 15%. Kolejny zespóá prądotwórczy zostanie wáączony przy przekroczeniu obciąĪenia
dwóch pozostaáych na poziomie 92,5%. Przy zastosowaniu ukáadu ze staáą rezerwą mocy
zespoáy prądotwórcze są wyáączane przy odpowiednio wyĪszych obciąĪeniach niĪ w metodzie
z bezwzglĊdną rezerwą mocy.
6. Wnioski
Przeprowadzona analiza wykazaáa, Īe statystycznie istotnymi predyktorami mocy
elektrycznej kontenerowców w równaniu regresji wielokrotnej są cztery parametry: liczba
kontenerów TEU, liczba kontenerów cháodzonych RU, prĊdkoĞü statku i moc silnika gáównego
SMCR (która jest zaleĪna od poprzednich wartoĞci). Liczba czáonków zaáogi, moc steru
strumieniowego, a w przypadku kontenerowców z prądnicą waáową moc tej prądnicy są
statystycznie nieistotne i nie zostaáy uwzglĊdnione w równaniach regresji wielokrotnej dla
wspóáczesnych kontenerowców.
Wysokie wartoĞci wspóáczynników korelacji, determinacji oraz poziomu istotnoĞci
potwierdzają, Īe wyznaczone równania metodą regresji wielokrotnej mogą byü przydatne przy
ocenie mocy elektrycznej we wstĊpnym etapie projektowania.
Ocena mocy elektrycznej za pomocą wyznaczonych równaĔ regresji wielokrotnej stanowi
podstawĊ doboru odpowiedniej konfiguracji rozwiązania energetycznego siáowni statku
kontenerowego. Przykáad optymalizacji ukáadu energetycznego stanowi siáownia kontenerowca
Emma Maersk. Do wytworzenia mocy elektrycznej zainstalowano 3 spalinowe zespoáy
prądotwórcze, jeden gazowo-parowy zespóá turbinowy oraz silnik/prądnicĊ waáową o áącznej
mocy powyĪej 30 000 kW.
WáaĞciwy dobór liczby i mocy poszczególnych zespoáów prądotwórczych jest elementem
kompromisu wielu determinantów. Z jednej strony naleĪy speániü aspekty ekonomiczne statku
i jego siáowni na etapie budowy i przyszáej eksploatacji, z drugiej zaĞ zapewniü bezpieczny
transport áadunku.
83
A. Charchalis, J. Krefft
Literatura
[1] Balcerski, A., Modele probabilistyczne w teorii projektowania i eksploatacji spalinowych
siáowni okrĊtowych, GdaĔsk 2007.
[2] Balcerski, A., Niektóre problemy wáaĞciwego doboru okrĊtowych zespoáów prądotwórczych,
Referaty na IV sympozjum siáowni okrĊtowych, Szczecin 1981.
[3] Balcerski, A., Siáownie okrĊtowe, Podstawy termodynamiki, silniki i napĊdy gáówne,
urządzenia pomocnicze, instalacje, GdaĔsk 1990.
[4] Blacho, M., Krefft, J., Wpáyw warunków eksploatacyjnych okrĊtowych zespoáów
prądotwórczych na stopieĔ zanieczyszczania kanaáu przepáywowego spalin turbosprĊĪarki,
XXVIII Sympozjum Siáowni OkrĊtowych, Gdynia 2007.
[5] Charchalis, A., Krefft, J., Development trends in contemporary container vessels designs,
Jurnal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 15, No. 4, Warsaw 2008.
[6] Charchalis, A., Krefft, J., Main dimensions selection methodology of the container vessels in a
preliminary stage, Jurnal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 15, No. 4, Warsaw 2008.
[7] Cwilewicz, R., Giernalczyk, M., KrzyĪanowski, J., Analiza energetyczna siáowni
z uwzglĊdnieniem ukáadu napĊdu statku, ukáadu wytwarzania energii elektrycznej i ukáadu
wytwarzania energii cieplnej na przykáadzie wspóáczesnych kontenerowców, Zeszyty
Naukowe WyĪszej Szkoáy Morskiej, Nr 41, 2001.
[8] Giernalczyk, M., Górski, Z., Method for determination of energy demand for main
propulsion, electric Power production and heating purposes for modern container vessels by
means of statistics, Marine Technology Transactions, Vol. 15, pp. 363-370, GdaĔsk 2004.
[9] Michalski, R., Siáownie okrĊtowe. Obliczenia wstĊpne oraz ogólne zasady doboru
mechanizmów i urządzeĔ pomocniczych instalacji siáowni motorowych, Szczecin 1987.
[10] Centrum Techniki OkrĊtowej w GdaĔsku, baza danych Polship http://polship.cto.gda.pl oraz
Intership http://intership.cto.gda.pl:8080/.
[11] Dokumentacja techniczna statków Grupy Stocznia Gdynia SA: 8125-PK/0050-001,
PT8138/12, 8184-PK/0680-001, PT8184/6, 818415-PK/0050-001, 8229-PK/0050-001, 8234PK /0050-001X1, 8276-PK/0050-001.
[12] Hansa, International Maritime Journal-142, No. 11, Jahrgang 2005; No. 9 Jahrgang 2006.
[13] Marine propulsion and auxiliary machinery, the jurnal of ship’s engineering systems, Vol. 31,
Is. 1, man, 2009.
[14] Propulsion trends in container vessels, Man Diesel SE, Denmark 2008.
[15] Rules & guidelines 2008, Germanischer Lloyds GL operating 24/7, I- Ship technology, Part
1- Seagoing chips, Charter 3-Electrical installations, Section 3- Power supply installations,
B- Main electrical power supply, edition 2008.
[16] Safety at Sea International, Vol. 40, No. 453, 2006.
[17] Schiff und Haffen, Journal, No. 01-03 2006, 05, 06 2006, 08-12 2006, 01-03 2007.
[18] Significant Ships 2000, 2001, 2003-2006.
84