PROPULSIÓN TECH: Cómo llegar a la hibridación

Jon Mosterd es actualmente miembro del Centro de Excelencia de Norteamérica en Danfoss Drives.

Crédito de la imagen: Danfoss Drives

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La hibridación en el mundo marino está pasando de la última moda a una parte clave del diseño y modernización de embarcaciones.

Impulsado en parte por una demanda de mayor eficiencia y nuevas oleadas de legislación global, la hibridación o electrificación de un barco se está convirtiendo rápidamente en una necesidad para las organizaciones. De hecho, las normas y directrices de la Organización Marítima Internacional (OMI) para la industria marina exigen una reducción global de las emisiones, y algunos puertos de todo el mundo han establecido objetivos ambiciosos para reducir las emisiones al cero por ciento.

Los primeros en adoptar la electrificación y la hibridación ya están cosechando los beneficios y obteniendo retornos positivos de la inversión, incluidos ahorros reales y beneficios para sus flotas. Además, también han adquirido el conocimiento y la experiencia para seguir creciendo y desarrollando aún más soluciones híbridas. Teniendo en cuenta esto, un número cada vez mayor de organizaciones están comenzando a evaluar cómo pueden avanzar hacia la hibridación en sus aplicaciones marinas.

El reto de la hibridación.
En general, la hibridación se puede definir como el acoplamiento de dos o más fuentes de energía para aumentar la eficiencia y maximizar la producción. A menudo, estos sistemas se combinan con el almacenamiento de energía a través de baterías o supercondensadores para ayudar a suavizar las cargas de potencia pico, o incluso proporcionar energía máxima para cargas a corto plazo. Además, muchas empresas están reemplazando la propulsión impulsada por combustible o los propulsores con motores eléctricos y están utilizando una serie de generadores para proporcionar energía en función de la demanda. Esto, a su vez, significa que una embarcación solo consume el combustible necesario, y los generadores alternativos que no son necesarios están apagados.

Para algunos, la hibridación puede parecer un riesgo inevitable. Pero, el primer paso para desarrollar un plan exitoso para la hibridación es llevar a cabo la investigación exhaustiva necesaria para revisar su situación actual. Esto establecerá las necesidades de la embarcación y proporcionará soluciones para el futuro. Invertir en los recursos para recopilar los datos correctos y establecer una línea de base de dónde se encuentra actualmente es esencial. El plan y los datos deben verificarse a través de múltiples recomendaciones, ya que hay diferentes opiniones sobre las soluciones y los enfoques. Saber dónde ha estado y dónde se encuentra le ayudará a establecer la trayectoria correcta para el futuro.

El proceso de hibridación puede comenzar con unos cuantos generadores de ejes y aumentar todo el camino hasta un recipiente completamente electrificado. Entender completamente y considerar el propósito de su embarcación será fundamental para sentar las bases. Los elementos tales como propulsión y propulsores eléctricos, almacenamiento de energía, generadores de ejes y múltiples grupos generadores son piezas de rompecabezas que los propietarios de embarcaciones pueden mover dentro y fuera del diseño de una embarcación. Para algunas aplicaciones con distancias cortas y ciclos de trabajo, los barcos totalmente eléctricos ya se han desplegado y se están diseñando y construyendo más para el futuro.

Beneficios de la hibridación
Al considerar los diferentes aspectos de las eficiencias que pueden lograrse, la hibridación puede permitir a los buques obtener muchos beneficios. El principal retorno de la inversión en una embarcación híbrida se logrará a través del ahorro de costos relacionado con la reducción del consumo de combustible. Sin embargo, hay otros elementos tangibles a considerar también. La hibridación puede permitir el uso de generadores más pequeños donde las cargas máximas son manejadas por los sistemas de baterías, lo que permite que los generadores funcionen con menos frecuencia, lo que resulta en una reducción de peso, espacio y mantenimiento.

Por ejemplo, en un sistema de doble propulsión, se pueden incorporar generadores de eje que pueden tanto motor como generar. En servicio liviano, uno de los dos generadores diesel podría ser apagado y alimentado por el otro generador de eje en su lugar. El motor que está en funcionamiento podría alimentar el prop y el generador, mientras que el motor que está apagado se desbloquearía y su generador cambiaría a un motor. Todavía funcionaría a una carga reducida a través del motor eléctrico. Esto se traduciría en menos horas operativas en las dos unidades, menos mantenimiento y un uso más eficiente del combustible.

Otra ventaja para los sistemas de recipientes híbridos es el rendimiento. Ya sea que se utilicen motores diésel o de gas natural licuado (GNL), el tiempo de respuesta a una solicitud de energía no es inmediato. Además, estos motores no se ajustan bien a los cambios repentinos en la carga. Con la electrónica de potencia acoplada al almacenamiento de energía, los tiempos de respuesta a una necesidad de potencia máxima pueden cambiar de segundos a milisegundos. Los motores tampoco verán este cambio repentino, ya que sería absorbido por las baterías o los supercondensadores, y no habría necesidad de tener generadores en espera para acomodar estas cargas máximas. Por lo tanto, el equipo experimentará menos esfuerzo mecánico y carga, lo que prolongará su vida útil y disminuirá los costos de mantenimiento.

El uso de generadores más pequeños, generadores de ejes y almacenamiento de energía también permite un mayor nivel de redundancia en el barco. Tener múltiples fuentes de energía y múltiples motores eléctricos puede significar que los buques aún podrán operar con cargas reducidas en caso de una falla del sistema. Tomemos el ejemplo del generador de eje de dos propulsiones arriba. Si un motor de propulsión tiene una falla, el generador del eje podría cambiarse de un generador a un motor. Los generadores auxiliares, o el generador de propulsión principal, podrían entonces llevar el barco al puerto para repararlo a través del motor eléctrico; todo sin un tirón o remolque costoso.

La operación de estas múltiples fuentes de energía requerirá la infraestructura de administración de energía adecuada. Cuando estos sistemas están diseñados correctamente, se programarán para abordar el ciclo de vida específico del equipo, así como para ayudar a los equipos a resolver problemas con facilidad. Muchas compañías han invertido una gran cantidad de recursos en investigación y desarrollo para crear sistemas de control que ayuden a los operadores de embarcaciones a funcionar con el máximo rendimiento y la máxima eficiencia. Sin embargo, todavía es imperativo que los integradores que entregan el sistema híbrido tengan experiencia y hayan probado el software de administración de energía. La solución más rentable (por adelantado) puede no ser necesariamente la mejor o la más rentable a largo plazo.

Pesando todas las variables
Hay muchos beneficios para la hibridación; sin embargo, también hay algunos costos adicionales que deben tenerse en cuenta. Las baterías, los supercondensadores y la electrónica de potencia requieren un enfoque diferente del mantenimiento. También tienen diferentes ciclos de vida y pueden requerir un conjunto de habilidades especializadas para el servicio. La capacitación de los equipos también tendrá que ser una parte vital de la ecuación al considerar la transición a la hibridación. La solución de problemas de una línea hidráulica rota, por ejemplo, es una tarea drásticamente diferente a la de un cable roto. Además, tendrá que haber un enfoque diferente para almacenar las piezas de repuesto en el barco, ya que algunas tendrán pautas especiales para el mantenimiento. Por lo tanto, cuando se trata de la hibridación, tener los socios adecuados significa más que solo encontrar los proveedores adecuados; También debe incluir la asociación para tener a las personas adecuadas a bordo.

De hecho, estas asociaciones, y teniendo en mente un objetivo y un plan concretos, son elementos clave para el éxito en la navegación de los múltiples enfoques de la hibridación. Un enfoque profundo debe ser tomado y planeado cuidadosamente. Una vez que establezca cuál será su enfoque para un barco híbrido, el siguiente paso clave será encontrar socios experimentados que lo acompañen en el viaje. Es más fácil escalar la montaña cuando no solo ha definido una visión fuerte, sino también cuando se asocia con otros que ya la han experimentado.

Jon Mosterd es actualmente miembro del Centro de Excelencia de Norteamérica en Danfoss Drives. Junto con su equipo, Jon ayuda a respaldar a los integradores, fabricantes de equipos originales y usuarios finales con sus aplicaciones marinas y de la industria pesada.

Este artículo apareció por primera vez en la edición impresa de julio de 2019 de la revista MarineNews .