Koncepcje wykorzystania prądnic wałowych w nowoczesnych okrętowych systemach energetycznych

(1)

Streszczenie

Stale rosnce ceny paliw implikuj rozwizania zmniejszajce ogólne koszty eksploatacji statków. Najtaszym sposobem wytwarzania energii elektrycznej na statku jest wykorzystanie układów z prdnic wałow. Rozwój technologii energoelektronicznych pozwala na szersze wprowadzenie prdnic wałowych do okrtowych systemów elektroenergetycznych.

W artykule przedstawione s struktury elektrowni wałowej z synchroniczn prdnic bezszczotkow i indukcyjn maszyn klatkow w układzie z przekształtnikiem energoelektronicznym.

Słowa kluczowe: siłownia okrĊtowa, prądnica wałowa, stabilizacja czĊstotliwoĞci, falownik tranzystorowy

1. Wprowadzenie

Zastosowanie prądnic wałowych na statkach morskich wiąĪe siĊ przede wszystkim z moĪliwoĞciami obniĪenia kosztów wytwarzania energii elektrycznej. Zagadnienie to zostało szeroko przeanalizowane m. in. w pracach [1, 4, 9, 11]. Za główną przyczynĊ niĪszych kosztów eksploatacyjnych układów z prądnicami wałowymi podaje siĊ wiĊkszą sprawnoĞü wolnoobrotowego głównego silnika napĊdowego niĪ sprawnoĞü silników pomocniczych, a przez to mniejsze jednostkowe zuĪycie paliwa. Dodatkowe korzyĞci wynikają z faktu, Īe silnik główny napĊdzający ĞrubĊ okrĊtową i prądnicĊ wałową pracuje w praktyce niezaleĪnie od obciąĪenia prądnicy, której moc stanowi zaledwie ułamek mocy rozwijanej przez silnik. Natomiast w przypadku autonomicznych zespołów prądotwórczych ich wyĪsze jednostkowe zuĪycie paliwa ulega dodatkowo zwiĊkszeniu na skutek niedociąĪenia silnika. Jest to zjawisko doĞü powszechne. Przy projektowaniu elektrowni okrĊtowych bardzo rzadko wykorzystuje siĊ statystyczne dane eksploatacyjne, a bazuje siĊ na tzw. liĞcie statków podobnych. Badania autorów [5, 6, 7] wskazują wyraĨnie, Īe nawet w przypadku współczeĞnie budowanych statków transportowych silniki pomocnicze pracują przez wiĊkszoĞü czasu eksploatacji poza zakresem obciąĪenia mocą 60–90%, który to zakres przyjmuje siĊ za optymalny. Ponadto jeszcze stosunkowo niedawno silniki główne mogły spalaü paliwa znacznie gorszej jakoĞci niĪ silniki pomocnicze, a zatem naleĪało braü pod uwagĊ róĪnicĊ w cenie zakupu paliwa. Obecnie silniki pomocnicze są przystosowane do spalania paliwa pozostałoĞciowego podobnej jakoĞci, co silniki główne.

Według [10] analiza zuĪycia paliwa w elektrowniach okrĊtowych z autonomicznymi zespołami prądotwórczymi wykazuje, Īe koszty wyprodukowania 1 kWh oscylują wokół

(2)

Grzegorz Nicewicz, Dariusz Tarnapowicz Koncepcje wykorzystania prdnic wałowych w nowoczesnych okrtowych systemach energetycznych 284

trzykrotnej wartoĞci 1 kWh wyprodukowanej na lądzie, a przy zastosowaniu prądnicy wałowej koszt ten mieĞci siĊ w granicach dwukrotnej wartoĞci 1 kWh wyprodukowanej na lądzie. OczywiĞcie koszty te zmieniają siĊ wraz ze zmianami ceny paliw na rynkach Ğwiatowych.

KorzyĞci ekonomicznych moĪna upatrywaü równieĪ w znacznie mniejszym jednostkowym zuĪyciu oleju smarowego w silniku głównym. Dodatkowo w trakcie podróĪy morskiej autonomiczne zespoły prądotwórcze są wyłączone, a wiĊc dla silników pomocniczych wydłuĪa siĊ czas przeglądów obsługowych i remontów, a zatem znów obniĪa siĊ w ten sposób koszty i czasochłonnoĞü obsługi. Natomiast same prądnice wymagają jedynie minimalnych układów na ich utrzymanie.

Poza wspomnianymi wyĪej korzyĞciami bezpoĞrednimi z zastosowania prądnicy wałowej na statku morskim istnieje szereg korzyĞci poĞrednich. NastĊpuje polepszenie warunków pracy załogi maszynowej, na skutek obniĪenia hałasu, jakiego Ĩródłem są silniki pomocnicze, jedne z najgłoĞniejszych urządzeĔ siłowni okrĊtowej. Poziom hałasu, mierzony filtrem A, w przedziale elektrowni okrĊtowej, przekraczaü moĪe wartoĞü 100 dB (A). Ponadto, dla oficerów mechaników, istotne jest, Īe zawsze istnieje moĪliwoĞü przeprowadzenia obsługi okresowej i remontów silników pomocniczych w czasie podróĪy morskich, kiedy pracuje prądnica wałowa. Podczas eksploatacji siłowni okrĊtowej przy obciąĪeniach czĊĞciowych silnika głównego prądnica wałowa korzystnie go dociąĪa, a przy złych warunkach pogodowych zmniejsza wahania jego prĊdkoĞci obrotowej. Ponadto moĪe byü wykorzystana do zasilania odbiorników duĪej mocy takich jak stery strumieniowe podczas manewrów czy windy trałowe na statkach rybackich.

Patrząc na wzglĊdy bezpieczeĔstwa, za pomocą prądnicy wałowej zapewniü moĪna napĊd awaryjny statku, wykorzystując ją jako silnik elektryczny zasilany przez autonomiczne zespoły prądotwórcze w przypadku uszkodzenia silnika głównego. Silnik główny pozostaje wówczas rozsprzĊglony z linią wałów pĊdnika, jego wał korbowy znajduje siĊ w spoczynku, a prądnica w reĪymie pracy silnikowej napĊdza liniĊ wałów pĊdnika – Ğruby okrĊtowej. Układ taki moĪe byü wykorzystywany nie tylko w sytuacjach awaryjnych, ale równieĪ wówczas, kiedy statek jest w trakcie manewrów – szczególnie tych długotrwałych, trwających kilkanaĞcie godzin, np. na rzekach, jeziorach i płynie z prĊdkoĞciami manewrowymi. Silnik główny pracuje wówczas przy mocach czĊĞciowych, co odbija siĊ niekorzystnie na jego stanie technicznym. MoĪliwoĞü włączenia prądnicy do pracy silnikowej z linią wałów jest w tym przypadku doskonałym rozwiązaniem. Ponadto płynna regulacja prĊdkoĞci obrotowej prądnicy podczas pracy silnikowej w układach napĊdowych ze Ğrubą o stałym skoku daje takie same moĪliwoĞci zmiany prĊdkoĞci manewrowych statku, co układ napĊdowy ze Ğrubą nastawną.

Zastosowanie prądnicy wałowej rozwaĪaü moĪna równieĪ w aspekcie ochrony Ğrodowiska. Badania autorów [5, 6, 7] wykazują, Īe autonomiczne zespoły prądotwórcze współczesnych statków transportowych pracują przez wiĊkszoĞü czasu eksploatacji z obciąĪeniem poniĪej 60% mocy zespołu (analizując obciąĪenie samego silnika pomocniczego naleĪy uwzglĊdniü dodatkowo współczynnik nadmiaru mocy silnika pomocniczego do prądnicy i sprawnoĞü prądnicy), to okazuje siĊ, Īe silniki pomocnicze są niedociąĪone mocą. Przy zasilaniu ich paliwem pozostałoĞciowym przy tak niskich obciąĪeniach pogarsza siĊ proces spalania, wzrasta zadymienie spalin, co jest bardzo niekorzystne z punktu widzenia ekologicznego, jeĪeli uwzglĊdni siĊ liczbĊ statków na Ğwiecie. Dodatkowo aparatura paliwowa silników pomocniczych ulega przyspieszonemu zuĪyciu i uszkodzeniom przy takich warunkach pracy. UĪycie prądnicy wałowej podczas długotrwałych podróĪy morskich eliminuje takie problemy.

(3)

Mimo omówionych wyĪej zalet prądnice wałowe spotyka siĊ niezbyt czĊsto na statkach morskich. Wpływało na to kilka czynników natury eksploatacyjnej i ekonomicznej, które ograniczały do tej pory atrakcyjnoĞü wytwarzania energii elektrycznej za pomocą prądnicy wałowej [1, 4, 9, 11].

Przy zastosowaniu Ğruby stałej jako pĊdnika i wolnoobrotowego silnika głównego do napĊdu statku praca prądnicy wałowej limituje zakres zmian obrotów silnika głównego, a zatem i zakres zmian prĊdkoĞci statku. Układy takie wymagały przekładni do napĊdu prądnicy wałowej lub innych rozwiązaĔ, prowadzących do wzrostu kosztów inwestycyjnych. Aby zapewniü stałą czĊstotliwoĞü prądu przy zmiennych obrotach silnika głównego trzeba wprowadziü dodatkowe układy elektryczne (na przykład przetwornice tyrystorowe), które komplikują instalacjĊ elektryczną i takĪe zwiĊkszają koszty inwestycyjne. Natomiast w układach napĊdowych z Ğrubą nastawną moĪe okazaü siĊ, Īe utrzymanie stałych obrotów silnika głównego podczas pracy z prądnicą wałową przynosi mniejsze zyski niĪ straty powstałe na skutek braku moĪliwoĞci optymalizowania sprawnoĞci ogólnej napĊdu przy obciąĪeniach czĊĞciowych.

Na statku istnieje koniecznoĞü ciągłej dostawy energii elektrycznej, a przerwa w ciągłoĞci zasilania tzw. black-out stanowi zagroĪenie dla załogi, statku jak i jego bezpoĞredniego otoczenia. Zapewnienie ciągłoĞci zasilania w energiĊ elektryczną w razie koniecznej gwałtownej zmiany obciąĪenia silnika głównego lub jego zatrzymania i wyłączenia prądnicy wałowej wiąĪe siĊ z synchronizacją i krótkotrwałą współpracą z autonomicznymi zespołami prądotwórczymi, co równieĪ prowadzi do bardziej skomplikowanych i droĪszych rozwiązaĔ. Rozwiązania takie nie zawsze funkcjonują prawidłowo, co moĪe prowadziü do czĊstych przerw w ciągłoĞci dostawy energii elektrycznej na niektórych typach statków, co autorzy prezentowali m. in. w pracy [8].

W obecnych czasach rozwój technologii energoelektronicznych pozwala na nowe spojrzenie na zastosowanie prądnic wałowych na statkach. Technologie energoelektroniczne eliminują pewne dotychczasowe ograniczenia instalowania prądnic wałowych w okrĊtowym systemie energetycznym, o których była mowa wczeĞniej. W dalszej czĊĞci pracy zaprezentowane zostaną pewne koncepcje rozwiązaĔ układów z prądnicą wałową proponowane przez autorów.

2. Perspektywiczne układy prdnic wałowych

Ograniczenia i uwarunkowania dla elektrowni okrĊtowych tj.: ograniczony nadzór, brak moĪliwoĞci specjalistycznych przeglądów na morzu oraz wpływ Ğrodowiska morskiego powodują, Īe maszyny elektryczne stosowane w okrĊtowych zespołach prądotwórczych muszą siĊ charakteryzowaü prostą budową i duĪą niezawodnoĞcią. W okrĊtownictwie rozpowszechniły siĊ prądnice synchroniczne samowzbudne bezszczotkowe. Eliminacja wĊzła konstrukcyjnego pierĞcienie-szczotki miała tutaj decydujące znaczenie. W perspektywie stosowania w układach elektrowni okrĊtowych maszyn asynchronicznych naleĪy braü przede wszystkim pod uwagĊ asynchroniczną prądnicĊ klatkową.

Głównym powodem braku powszechnoĞci stosowania prądnicy wałowej jest problem stabilizacji czĊstotliwoĞci i napiĊcia przy zmianach prĊdkoĞci obrotowej wału Ğruby powstałej na skutek manewrowania statkiem lub wynurzania siĊ Ğruby przy falującym morzu.

Rozwiązaniem mogłoby byü stosowanie Ğruby nastawnej (ang. CPP – control pitch propeller) i elektronicznego regulatora obrotów silnika głównego z nastawą – stała prĊdkoĞü obrotowa (ang. constant rotation speed). UwzglĊdniając jednak wzglĊdy ekonomiczne (bardzo drogi układ ze

(4)

Ğrubą nastawną) oraz ewentualne przeciąĪenie silnika głównego momentem obrotowym przy stałej nastawie prĊdkoĞci obrotowej elektronicznego regulatora obrotów najbardziej korzystnym rozwiązaniem jest zastosowanie przekształtników energoelektronicznych.

2.2. Prdnica wałowa z maszyn synchroniczn

W przeszłoĞci elektrownie z prądnicą wałową były zestawiane z maszyn prądu stałego i przemiennego, aby utrzymywaü parametry sieci elektrycznej na stałym poziomie. Układy te charakteryzowały siĊ duĪą zawodnoĞcią. Wraz z rozwojem technologii energoelektronicznych maszyny prądu stałego zostały zastąpione przez elementy energoelektroniczne.

Obecnie wiĊkszoĞü układów energoelektronicznych w systemach z prądnicą wałową, szczególnie duĪej mocy, zbudowane są w oparciu o przekształtniki tyrystorowe (SCR), gdzie falownik tyrystorowy sterowany jest napiĊciem sieci (komutacja zewnĊtrzna). Falowniki o komutacji wewnĊtrznej nie są stosowane ze wzglĊdu na problemy technologiczne i znaczne koszty. Jako prądnica uĪywana jest powszechnie maszyna synchroniczna.

ħródłem mocy biernej jest dodatkowa maszyna synchroniczna, która dostarcza moc bierną potrzebą do procesów komutacyjnych falownika jak równieĪ dla odbiorów indukcyjnych (silniki klatkowe). Takie, powszechnie stosowane w okrĊtownictwie rozwiązanie, pozwalające utrzymywaü zadaną czĊstotliwoĞü i napiĊcie sieci posiada jednak wady:

• niezbĊdna jest praca w systemie kompensatora synchronicznego, który zwiĊksza koszty eksploatacji (koszt maszyny synchronicznej, obsługa i remonty) i z uwagi na gabaryty zajmuje duĪo miejsca w siłowni;

• znaczne zniekształcenie napiĊcia sieci (okreĞlane za pomocą współczynnika THD, którego wartoĞü wg wiĊkszoĞci towarzystw klasyfikacyjnych nie moĪe przekroczyü 5%), spowodowane pracą przekształtnika tyrystorowego.

W zaproponowanym w artykule rozwiązaniu przekształtniki tyrystorowe zastąpione zostały przez zawory w pełni sterowane – tranzystory IGBT (rys. 1). Ograniczeniem stosowania układów tranzystorowych IGBT są wzglĊdy technologiczne – maksymalna moc przekształtnika. Topologia wielopoziomowa pozwala obniĪyü wymagania odnoĞnie klasy napiĊciowej łączników [2]. Układy te charakteryzują siĊ duĪą iloĞcią wektorów wyjĞciowych napiĊü (kombinacją łączeĔ tranzysto-rów), a co za tym idzie istnieje wiele algorytmów wyboru tych wektorów.

DziĊki nowoczesnym technikom mikroprocesorowym moĪliwy jest wybór algorytmów stero-wania wyraĨnie poprawiających jakoĞü generowanych przez falownik napiĊü i prądów.

Wyniki badaĔ przeprowadzonych przez autorów [2] pokazują znaczną poprawĊ jakoĞci napiĊü zasilających wraz ze wzrostem poziomów falownika (dla klasycznego 2-poziomowego falownika THD=7,6%, a dla 7-poziomowego THD=1,2%).

(5)

Rysunek 1. Prdnica wałowa z maszyn synchroniczn i falownikiem IGBT (GTR – główna tablica rozdzielcza)

ħródło: Opracowanie własne.

Zaproponowana koncepcja wykorzystania falowników tranzystorowych IGBT, przy mocach powyĪej 2 MVA w topologii wielopoziomowej, pozwala wyeliminowaü wczeĞniej wymienione wady obecnie stosowanych rozwiązaĔ.

Na rys. 2 przedstawiono wyniki pracy układu przekształtnika energoelektronicznego przy zmianie prĊdkoĞci wału silnika głównego.

ܷ_஽ FALOWNIK IGBT PROSTOWNIK GTR U=const f=const U= var f=v

(6)

Koncepcje wykorzystania pr w nowoczesnych okr

288

Rysunek 2. Charakterystyka czasowa cz

szynach GTR (główna tablica rozdzielcza) przy zmianie pr ħródło: Opracowanie własne.

2.2. Struktura szeregowa pr Atrakcyjnym sposobem rozwi obrotowej i przekazaniu jej do okr asynchronicznej prądnicy klatkowej.

Asynchroniczna maszyna klatkowa w stosunku do maszyny synchronicznej charakteryzuje siĊ prostą budową. Jest to istotne ze wzgl

niezawodnoĞci pracy elektrowni. Specyfika elektrowni okr

prądotwórczych o mocach porównywalnych z moc

w zasadniczy sposób prądnice wa owe od np. elektrowni wiatrowych, gdzie równie czynienia ze zmienną prĊdko

sztywną.

Grzegorz Nicewicz, Dariusz Tarnapowicz Koncepcje wykorzystania prdnic wałowych w nowoczesnych okrtowych systemach energetycznych

2. Charakterystyka czasowa czstotliwoci napicia prdnicy i czstotliwo szynach GTR (główna tablica rozdzielcza) przy zmianie prdkoci „cała naprzód”

do „pół naprzód” : Opracowanie w asne.

2.2. Struktura szeregowa prdnicy wałowej z asynchroniczn prdnic klatkow Atrakcyjnym sposobem rozwiązania odbioru mocy z wału o zmieniającej si obrotowej i przekazaniu jej do okrĊtowej sieci prądu przemiennego jest wyko

dnicy klatkowej.

Asynchroniczna maszyna klatkowa w stosunku do maszyny synchronicznej charakteryzuje . Jest to istotne ze wzglĊdów kosztów inwestycyjnych, a przede wszystkim ci pracy elektrowni.

yfika elektrowni okrĊtowej związana jest z pracą autonomiczn

dotwórczych o mocach porównywalnych z mocą najwiĊkszych odbiorów. Cecha ta ró ądnice wałowe od np. elektrowni wiatrowych, gdzie równie

prĊdkoĞcią wału, ale generatory mogą pracowaü równolegle z sieci stotliwoci napicia na ci „cała naprzód”

klatkow

ącej siĊ prĊdkoĞci du przemiennego jest wykorzystanie Asynchroniczna maszyna klatkowa w stosunku do maszyny synchronicznej charakteryzuje dów kosztów inwestycyjnych, a przede wszystkim autonomiczną zespołów zych odbiorów. Cecha ta róĪni dnice wa owe od np. elektrowni wiatrowych, gdzie równieĪ mamy do równolegle z siecią

(7)

Głównym problemem w wykorzystaniu maszyny klatkowej jako prądnicy wałowej jest zapewnienie niezbĊdnej dla jej pracy mocy biernej.

Rysunek 3. Struktura szeregowa prdnicy wałowej z maszyn klatkow ħródło: Opracowanie własne.

Na rys. 3 przedstawiona jest struktura szeregowa prądnicy wałowej z indukcyjną maszyną klatkową. Struktura szeregowa składa siĊ maszyny klatkowej (MK) i kaskady falowników. Pierwszy falownik (falownik maszynowy – FM) przyłączony jest do stojana maszyny, drugi (falownik sieciowy FS) do sieci okrĊtowej. Oba falowniki połączone są poprzez kondensator poĞredniczący. Zadaniem falownika maszynowego jest dostarczenie mocy biernej (wzbudzenie pola wirującego przez odpowiedni prąd magnesujący) i zasilanie kondensatora obwodu poĞredniczącego odpowiednim prądem czynnym, ładującym kondensator.

Falownik napiĊcia FM sterowany jest prądowo tak, aby zmiany prądu czynnego, ładującego kondensator obwodu poĞredniczącego, nie miały wpływu na wyjĞciowy prąd magnesujący

F

M

T

FS

GTR

U=const

f=const

STEROWANIE FM STEROWANIE FS ܷ_஽

U=var

f=var

(8)

maszyny klatkowej. W Akademii Morskiej w Szczecinie zostały przeprowadzone badania symulacyjne i eksperymentalne takiego układu, w których potwierdzono moĪliwoĞü jego realizacji [3].

2.3. Struktura równoległa prdnicy wałowej z asynchroniczn prdnic klatkow

Rysunek 4. Struktura równoległa prdnicy wałowej z maszyn klatkow ħródło: Opracowanie własne.

Inną koncepcją wykorzystania prądnicy wałowej z maszyną klatkową jest struktura równoległa (rys. 4).

Głównym zadaniem falownika maszynowego (FM) jest dostarczanie mocy biernej dla maszyny klatkowej (układ typu STATCOM). Kondensator C1 obwodu poĞredniczącego jest ładowany poprzez prostownik diodowy do napiĊcia proporcjonalnego do prĊdkoĞci kątowej wału. Regulator ܷ஽ utrzymuje stałe napiĊcie sieci prądu stałego z wykorzystaniem przerywacza. Układ sterowania jest skomplikowany i wymaga bardzo szybkiego, nowoczesnego sprzĊtu komputerowego. U=var f=var C1 T ܷ_஽ STEROWANIE FM GTR

U=const

f=const

FS STEROWANIE FS

ܷ

_஽ REGULATOR FM PR

(9)

W celu utrzymywania równowagi w bilansie energetycznym elektrowni moĪliwe jest zastosowania regulacji ładowania kondensatora C1 prądem czynnym.

3. Podsumowanie

Przedstawione w pracy koncepcje układów z prądnicą wałową, dziĊki zastosowaniu współczeĞnie dostĊpnych technologii energoelektronicznych, eliminują w znacznym stopniu ograniczenia, jakie istniały do tej pory w instalowaniu prądnic wałowych na statkach morskich.

NaleĪy pamiĊtaü, Īe mimo tych ograniczeĔ, przedsiĊbiorstwa armatorskie decydowały siĊ na zastosowanie prądnic wałowych na swoich jednostkach. Na rys. 5 pokazano przykład prądnicy wałowej zainstalowanej na współczeĞnie eksploatowanym statku transportowym – kontenerowcu 1100 TEU, zbudowanym na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, a na rys. 6 jej otwarty panel sterowania.

Rysunek 5. Widok prdnicy wałowej zainstalowanej na kontenerowcu z moliwoci pracy silnikowej z lini wałów pdnika

(10)

Rysunek 6. Widok otwartego panelu sterowania prdnicy wałowej zainstalowanej na kontenerowcu 1100 TEU

ħródło: Archiwum fotograficzne autorów.

Pomimo koniecznoĞci zastosowania przetwornicy tyrystorowej czĊstotliwoĞci oraz pracy prądnicy zespołu prądotwórczego jako kompensatora synchronicznego dziĊki zastosowaniu sprzĊgieł pneumatycznych pomiĊdzy silnikami pomocniczymi a prądnicami, taki układ elektrowni okrĊtowej eksploatowany był z powodzeniem przez blisko trzydzieĞci lat.

Omówione na początku pracy korzyĞci bezpoĞrednie i poĞrednie wynikające ze stosowania prądnic wałowych oraz dostĊpnoĞü i niskie koszty zaproponowanych rozwiązaĔ energoelektronicznych powinny zachĊciü przedsiĊbiorstwa armatorskie do skorzystania z nowych moĪliwoĞci przy zamawianiu i budowie nowych statków. RównieĪ stoczniowe biura projektowe powinny byü zainteresowane przedstawionymi rozwiązaniami, aby poszerzyü i uatrakcyjniü swoje oferty, szczególnie w dobie współczesnej silnej konkurencji w przemyĞle stoczniowym.

(11)

%LEOLRJUDILD

[1] Chachulski K., StĊpniak A., Ocena warunków współpracy układu napdowego statku z prdnic zawieszon na przykładzie masowców B542 ze rub stał, Materiały na VIII Sympozjum Paliw Płynnych i Produktów Smarowych w Gospodarce Morskiej, Kołobrzeg 24 IV – 26 IV 1989 r., Wydawnictwo Instytutu Morskiego, GdaĔsk 1989.

[2] DorobczyĔski L., Tarnapowicz D., The topology of network inverter in the marine shaft generator system relation to the quality of electric energy, VIII MiĊdzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna “ Inowacja w nauce i …”, Kaliningrad, 19–21 October 2010: s 232.

[3] Kozak M., Sterowanie indukcyjn prdnic klatkow ze zmienn prdkoci obrotow wału w sieci okrtowej, Rozprawa doktorska, Politechnika PoznaĔska, WE, 2011.

[4] KuropatwiĔski S., Lipski T., Roszczyk S., Wierzejski M., Energoelektryczne układy okrtowe, Wydawnictwo Morskie, GdaĔsk 1972.

[5] Matuszak Z., Nicewicz G., Assessment of excess power factor in marine generating sets, Journal of Polish CIMAC ENERGETIC ASPECTS Vol. 3, No. 1, GdaĔsk 2008: s. 95–101. [6] Matuszak Z., Nicewicz G., Assessment of Hitherto Existing Identification Tests of Marine

Electric Power Systems Loads, Polish Journal of Environmental Studies Vol. 18, No. 2A (2009), HARD Publishing Company, Olsztyn 2009: s. 110–116.

[7] Matuszak Z., Nicewicz G., Assessment of real active power load of marine generating sets in operational conditions of container vessels, Journal of POLISH CIMAC, ENEGETIC ASPECTS, Vol. 4, No. 1, GdaĔsk 2009: s. 83–88.

[8] Matuszak Z., Nicewicz G., Possibilities of diagnosing a marine electrical power system, DIAGO 2007: s. 233–238.

[9] StĊpniak A., Przegld i ocena układów napdowych z prdnic wałow, Budownictwo OkrĊtowe Nr 8–9, 1984: s. 347–351.

[10] ĝmierzchalski R., Automatyzacja systemu elektroenergetycznego statku,GdaĔsk 2004. [11] UrbaĔski P., Gospodarka energetyczna na statkch, Wydawnictwo Morskie, GdaĔsk 1978.

(12)

CONCEPTIONS OF SHAFT GENERATORS USE IN UP-TO-DATE MARINE POWER PLANTS

Summary

Constant rising fuel costs are the main reason of new marine power plant structures conceptions that can reduce the general costs of ship operation. The most economical way of electrical energy production in marine power plants is use of shaft generator driven by the main engine. Development of power electronics technology can lead up to wider shaft generator implementation in up-to-date marine power plants.

There are presented shaft generator structures based on brushless synchronous generator with an exciter and based on system with cage inductive machine with AC/AC converter.

Keywords: marine power plant, shaft generator, stability of frequency, transistor inverter

Grzegorz Nicewicz

Zakład Mechaniki Technicznej Wydział Mechaniczny

Akademia Morska w Szczecinie

ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin tel.: +4891 4809442

e-mail: g.nicewicz@am.szczecin.pl Dariusz Tarnapowicz

Zakład Elektrotechniki i Elektroniki Wydział Mechaniczny

Akademia Morska w Szczecinie

ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin tel.: +4891 809468