3.2. Мощность судовых электростанций

Суда эксплуатируются в различных режимах (хода, маневрирования, стоянки, аварийных и др.), состав которых для данного типа судов зависит от их назначения. В каждом режи­ме используется определенное, присущее ему сочетание электри­фицированных устройств и механизмов, обычно объединяемых в следующие группы: средства судовождения и связи, палубные механизмы, механизмы энергетической установки, механизмы и средства судовых систем, бытовые устройства и освещение. На состав одновременно работающих потребителей электроэнергии и величину мощности, потребляемой каждым из них в любой момент времени, существенно влияет ряд дополнитель­ных факторов: район и сезон плавания, время суток, погодные условия и др. Таким образом, потребление электроэнергии на судне является слу­чайным процессом, а мощность, потребляемая от СЭС-случай­ной функцией времени.

Случайный характер уровня потребления электрической энергии приводит к неопределенности задачи выбора суммар­ной мощности и числа генераторных агрегатов судовой электро­станции. С одной стороны, в любом данном режиме судна СЭЭС, безусловно, должна удовлетворять энергетические запро­сы любого используемого технического средства, чтобы не на­рушать нормального функционирования судна в целом и обес­печивать безопасность его плавания. С другой стороны, суммар­ную номинальную мощность генераторных агрегатов и их число нельзя выбирать с большим запасом, например, в расчете на одновременную работу с полной нагрузкой всех установленных потребителей электроэнергии судна. Это привело бы к сущест­венному увеличению стоимости постройки и эксплуатации судна из-за повышения стоимости установки генераторных агрегатов, которая прямым образом зависит от их числа и мощности, уско­ренного расхода моторесурса и снижения КПД работающих агрегатов.

Определение потребляемой на судне мощности для выбора числа и номинальной мощности генераторных агрегатов (в ус­ловиях неполной определенности этой задачи при проектирова­нии СЭЭС новых судов) производится методом таблиц нагру­зок или аналитическим методом.

Метод таблиц нагрузок используется, если известен проек­тируемый состав потребителей судна и их основные энергетиче­ские характеристики.

Сущность метода состоит в определении во всех основных режимах судна состава работающих потребителей электроэнер­гии из общего их множества на судне и расчете мощности, тре­бующейся для обеспечения каждого из них с учетом вероятной загрузки, КПД, коэффициента мощности и числа одновременно включенных однотипных потребителей. Эта информация, пред­ставляемая в виде таблиц, позволяет путем суммирования мощ­ности, требующейся для каждого типа потребителей в данном режиме судна, определить необходимый уровень мощности электростанции для каждого рассматриваемого расчетного режима.

Активная и реактивная составляющие нагрузки электростан­ции табличным методом определяются в следующем порядке. Составляется полный перечень J наименований однотипных пот­ребителей, установленных на судне, и для каждого из них (i) указывается число таких одинаковых потребителей n_i, номиналь­ная мощность на выходе Рi_НОм, КПД), коэффициент мощностиcos. Кроме того, для каждого из основных режимов судна с условным номером R выбирают число одновременно работаю­щих однотипных потребителей и коэффициент вероятной загрузки электрифицированного механизмаKir по отношению к его номинальной мощности.

Для каждого режима с номером R (например, R = 1 -ходо­вой режим,

R = 2- маневры, R =3 - аварийный режим при работе основных источников электрической энергии и др.) рас­считываются активная и реактивная составляющие мощности и, потребляемой каждой группой однотипных механиз­мов и устройств в этом режиме:

;

,

а также активная и реактивная составляющие мощности P_R и Q_R, потребляемой на судне в этом же режиме:

В последних суммах предусматриваются коэффициент 1,05, учитывающий активную и реактивную составляющие сопротивления кабельной сетки, и коэффициент Ко, учитывающий воз­можность неодновременной работы разнотипных потребителей (0,6<Ко< 1,0).

Величина P_R определяет предельное значение суммарной номинальной мощности генераторных агрегатов Р г.ном _R, которые должны работать в этом режиме, обеспечивая

Величина кажущейся мощности режима также не должна превышать суммы номинальных значений кажущихся мощностей генераторов S г.ном _R в данном режиме:

Соблюдение последнего неравенства обеспечивает необходи­мое ограничение тепловой нагрузки генератора при повышен­ном потреблении реактивной (индуктивной) мощности в СЭЭС.

Аналитический метод используется для оценки мощности электростанции судна на ранней стадии его проектирования, когда еще не определены данные, необходимые для подробных расчетов, предусматриваемых методом таблиц нагрузок.

Идея аналитической оценки величины мощности электро­станции P_R различных режимах судна основана на установлен­ной статистически корреляционной зависимости значений этой мощности от водоизмещения (дедвейта) судна D, т, и мощности его пропульсивной установки N, кВт.

В ходовом режиме

где - суммарная мощность периодически включаемых по­требителей: камбуза, электродвигателей бытовой вентиляции, кондиционеров; параметр имеет значение 75 и 120 соответст­венно для летнего и зимнего периодов плавания. В режиме маневров

где - мощность электродвигателей брашпиля, шпиля, по­жарного насоса и воздушного компрессора.

В режиме стоянки без грузовых операций , а при грузовых операциях, где- сумма мощностей грузовых лебедок и кранов с уче­том вероятности их одновременной работы.

Вне зависимости от метода расчета мощности электростан­ции при выборе числа генераторов n_Г необходимо, чтобы оно было не менее двух, причем один из генераторов должен иметь собственный независимый привод.

В настоящее время продолжаются работы по совершенство­ванию вероятностных методов расчета потребления электро­энергии на проектируемых судах основных классов в характер­ных эксплуатационных режимах.