Optimering af diesel elektriske anlæg

Transkript

1 Optimering af diesel elektriske anlæg Bachelorprojekt af Brian Riis Nekola Oktober 2012 Århus Maskinmesterskole 1

2 Titel: Optimering af Diesel Elektriske Anlæg Forfatter: Brian Riis Nekola Placering i Uddannelses forløb: Afsluttende Bachelor Projekt Uddannelses sted: Århus Maskinmester skole Vejleder: Poul Høgh, lektor Aams Dato for aflevering: 5. oktober 2012 Antal Normalsider: 43,26 normalsider af 2400 anslag, med mellemrum Krav til normalsider er mellem 25 og 50 Omslagsbillede fra Siemens Bilag 34, Siemens Blue drive C, Sendt af Kim Strate Kiegstad 2

3 Resume Denne rapport gennemgår de tekniske komplikationer, der er forbundet med Engineering og drift, af Diesel elektrisk skibsfremdrift. Der bliver fokuseret på tab i diesel elektrisk fremdrift, derfor indleder rapporten med en historisk gennemgang, af udviklingen inden for området. Denne gennemgang opridser problematikken med tab, der er relateret til de forskellige energikonverterings processer, som er en uundgåelig del, af denne fremdrivningsform. Hensigten med dette er at vise, at selvom udviklingen er gået stærkt på området, og ny teknologi er implementeret, så er tabene stadig relativt store, og der skal tages hensyn til dette under de overvejelser der gøres, ved dimensioneringen af anlægget. Dette leder frem til en redegørelse for den beslutningsproces som rederiet Esvagt A/S gennemgik, på vejen mod at bygge diesel elektriske skibe, denne redegørelse bygger på et interview med fleet Group manager i Esvagt, Bjørn Viig. Der indsættes nu en teoridel der gennemgår opbygningen af frekvensomformeren, som er en central del af et diesel elektrisk anlæg, dette efterfølges af en teoridel omkring de tab der opstår, i denne anlægstype. Teoridelen omkring tab, er en af de centrale dele af rapporten, idet det vil være et krav at forstå de konsekvenser, der er ved tab i forskelige dele af processen, for at kunne gennemskue konklusionen. Den centrale del af rapporten, er driftsanalyserne på Esvagt Cassiopeia, her laves der forskellige relevante målinger på det diesel elektriske anlæg, ved 5 repræsentative belastninger på skibet. Disse målinger bruges efterfølgende som et værktøj til at konstruere skibets driftsprofil som ERRV, denne konstruktion basseres også på kaptajnens mangeårige erfaring, som skipper i rederiet. Analyserne og driftsprofilen forelægges Siemens Marine og Stadt, og det vurderes om en løsning fra et af disse 2 firmaer, vil resultere i lavere driftstab, konklusionen er at anlæg fra begge firmaer, vil kunne give betydelige tabsbesparelser, men et egentlig klart valg mellem de to firmaers systemer er ikke muligt, idet de tilgængelige oplysninger er tilgængelige. Det konkluderes også at det indledende arbejde hen mod fastlæggelse af skibets brugsmønster er yderst vigtigt, dette arbejde sikrer at der kan udføres en korrekt Engineering, der sikrer den korrekte sammensætning af komponenter. 3

4 Abstract This report reviews the technical complications associated with engineering and operation of Diesel electric ship propulsion. The report has focus on losses in diesel electric propulsion, and therefore starts with a historical review of developments in the field. This review outlines the problems with losses that are related to the different energy transforming processes that are an inevitable part of this propulsion system. The purpose of this is to show that although progress has been rapid in this area and new technology is implemented, the losses are still relatively large and must be taken into account during the deliberations made during the design of the system. This leads to an explanation of the decision-making process in the company Esvagt a/s to achieve their goal to build diesel-electric ships this is based on an interview with Fleet Group Manager in Esvagt, Bjørn Viig. There is now inserted a theoretical part undergoing construction of the VFD, which is a central part of a diesel electric plant this is followed by a theoretical part about the losses that arise in this type of plant. The theoretical part undergoing the losses is one of the key parts of the report as it will be vital to understand the impact that the losses have on the involved parts of the process to be able to understand the report conclusions. The central part of the report is technical analyses on the Esvagt Cassiopeia in operation. Various relevant measurements are taken on the diesel electric plant at 5 representative loads on the ships propulsion system. These measurements are subsequently used as a tool to construct the ship's operating profile as an ERRV this profile is also based on the captain's long experience as a skipper in the company. The analysing results and operational profile is evaluated by Siemens Marine and Stadt, and the assessment from those two companies form the base that will lead to a result in choosing an alternative solution for a diesel electric plant. The conclusion is that both companies will be able to provide solutions with significant loss savings, but a really clear choice between the two companies' systems is not possible because the available information is insufficient. It is also concluded that preliminary work towards the establishment of the ship's operating profile is extremely important, to secure a correct engineering of the system and following the right composition of components. 4

5 Indholdsfortegnelse Resume... 3 Abstract... 4 Nomenklaturliste... 7 Forord... 7 Indledning til Rapport... 8 Læsevejledning... 9 Diesel-elektrisk fremdrift, historisk overblik Diesel elektriske anlæg i Esvagt Historien bag Valg af diesel elektrisk set-up til C klasse skibe Problematisering Emneproblem formulering Afgrænsning Metode Teorifelt Grundprincipper for frekvenskontrol Frekvensomformere Ensrettere Mellemkreds Vekselrettere Teorifelt for tab Tab i diesel elektriske anlæg Specifikt olieforbrug på dieselmotor (SFOC) Generator Variabel frekvens drive Transformer Elmotor Total Harmonic Distortion

6 Reduktion af THD DC Grid- overvejelser Delkonklusion Tab Driftsanalyse på Esvagt Cassiopeia System oversigt på Esvagt Cassiopeia Driftssituationer og tab Esvagt Cassiopeia Havnedrift Standby uden fremdrivning, indkoblet konverter Langsom Standby Standby i dårligt vejr Fuld kraft frem Nøgletal Driftssituationer Tabsanalyse, Esvagt Cassiopeia Driftsprofil Delkonklusion driftsprofiler og tab Krav til diesel elektrisk fremdrivnings system, på Esvagt Cassiopeia Diesel elektriske løsninger fra Siemens Siemens Blue Drive C Konklusion Siemens Diesel Elektriske løsninger fra Stadt Fordele ved Stadt Stascho Konklusion Stadt Stascho Endelig Konklusion Efterskrift Anvendt udstyr til test på Esvagt Cassiopeia Bilagsliste udskrevet i Rapport Bilagsliste på CD-ROM Bilags liste oversigt Udskrevne Bilag

7 Nomenklaturliste D.E [Diesel Elektrisk Anlæg] VSD [Variable Speed Drive] VSI [Voltage Source Inverter ] SCI [Current Source Inverter] SCR [Silicon Controlled Rectifier ] THD [Total Harmonic Distortion ] AFE [Active Front End Drive ] DFE [Direct Front End Drive] PFE [Passive Front End Drive] PWM [Pulse Wide Modulation ] WSPF [Wide Spectrum Passive Filter] IGBT [Insulated Gate Bipolare Transistors] ERRV [Emergency Response And Rescue Vessel] THD i [Current unharmonics] THD u [Voltage unharmonics] SFOC [Specifik Fuel Oil Consumption] Forord Ideen til denne rapport er opstået i forbindelse med mit tidligere arbejde som maskinist på mindre diesel elektriske skibe, hvor arbejdet med fremdrivningssystemet var en udfordring, med den teoretiske baggrund jeg var i besiddelse af. Efter som undervisningen på maskinmesterskolen skred frem, begyndte der at opstå nogle teoretiske forståelser, som kunne henføres til det praktiske arbejde på de diesel elektriske anlæg, ud af denne forståelse opstod en ide om at lave et bachelor projekt der undersøgte mulighederne for opdateringer til eksisterende anlæg, eller alternativt, søgte bedre løsningsmuligheder. Esvagt A/S har været behjælpelig med at denne rapport kunne laves, uden denne hjælp ville rapporten ikke have fået tyngde, idet en stor del af rapporten er koncentreret omkring analyser af det diesel elektriske anlæg på m/v Esvagt Cassiopeia. Jeg vil rette en stor tak til Key Account Manager ved Siemens Marine, Kim Strate Kiegstad, samt daglig leder ved Stadt Marine, Hallvard L Slettevoll. 7

8 De har været en uvurderlig hjælp, og støtte i arbejdet mod at udarbejde rapporten. Ydermere vil jeg takke min vejleder ved Aams, Lektor, Poul Høgh, hans kritiske blik har hvilet over projektet, og de input der er kommet fra ham har været til stor hjælp. Indledning til Rapport Formålet med denne rapport er at klarlægge muligheden, for at optimere en eksisterende diesel elektrisk anlæg på Esvagt Cassiopeia, der er en af en række ens ERRV skibe i Esvagt flåden, der er bygget fra omkring 2005 til nu. Rapporten starter med en historisk gennemgang af udviklingen indenfor diesel-elektrisk fremdrivning, meningen med dette, er at holde fokus på problematikken der altid har fulgt i kølvandet på denne teknologi, nemlig de tab der er forbundet med transmissionen af energi fra generator, til elmotor. Det har altid været en proces der har været forbundet, med betydelige tab, og dog har man fundet det attraktivt at anvende diesel elektrisk fremdrift, på grund af de åbenlyse fordele der er med denne fremdrivningstype, især for special skibe. Der er altid lavet overvejelser om optimeringer, for at undgå, eller minimere de tab der er i et D.E. skib, og i dag er situationen den samme som i 1903 hvor det første skib med D.E. fremdrivning kom på markedet, man forsøger at optimere og udvikle ny teknologi, for at forbedre effektiviteten. Den problematik man står overfor i dag har bare ændret karakter, idet brugen af ny reguleringsteknik har skabt andre problemer, der også giver tab. Udviklingen i dag er meget innovativ, og nye metoder kombineret med gammelkendt teknologi tages i brug, i jagten på den tabsfrie regulering af det D.E. skib, denne problemstilling vil rapporten belyse, ved hjælp af praktiske analyser. For at få valide data fra forskellige belastningssituationer, samt forbrugsmålinger i de varierende driftssituationer, bygger rapporten på en måneds analyse arbejde på Esvagt Cassiopeia, hvor der er indsamlet, og behandlet data fra skibets power management system. Der er indgået en aftale, med Key Account Manager ved Siemens Marine, Kim Strate Kiegstad, som vil komme med forslag til tabsreducerende optimeringer på Esvagt Cassiopeia, samt søsterskibe. Yderligere medvirker Product Manager, Ole-Ivar Guleng, ved Norwegian Electric Systems, N.E.S, der har leveret AFE drives til skibene. Ole-Ivar Guleng vil tilsende relevante data, om de eksisterende anlæg, med vægt på THD målinger, samt konverter tab ved forskelige belastninger. 8

9 Siemens Marine vil komme med forslag til forbedringer, på basis af de målinger der tages på skibet, og de driftssituationer hvor der er markante tab vil blive fundet, for at komme frem til metoder der kan reducere disse. For beskrivelse af den proces der ledte Esvagt hen, mod brugen af D.E. fremdrivning i deres skibe, har et interview med Fleet Group Manager ved Esvagt været en del af rapportens forundersøgelser, Bjørn Viig har fortalt om de procedurer der lagde grunden for beslutning, og projektering. Ydermere har Bjørn Viig redegjort for rederiets arbejde, frem mod effektiviseringer på anlæggene ude i skibene, samt de besværligheder der har været forbundet, med den første type af konverter med passive ensrettere. For at komme med alternative løsninger, er der indgået en aftale med det Norske firma Stadt, hvor daglig leder Hallvard. L. Slettevoll har indvilget i at være sparringspartner på projektet, og komme med relevante oplysninger om Stadts nye D.E. system, Stadt anvender et andet reguleringsprincip end det Siemens har valgt. Under interview med Technical manager i Esvagt, Bjørn Viig, blev det nævnt at rederiet har sat fokus på den daglige brug af fremdrivningsmaskineriet, idet der ligger besparelser på dette område, ved manuelt at tilpasse fremdrivningskraften til den aktuelle situation. Dette område vil ikke blive behandlet i rapporten, da fokus vil ligge på de tekniske muligheder der er for optimering. Hydrodynamiske ændringer er også et område, hvor der vil kunne optimeres og hentes besparelser, dette område vil heller ikke blive behandlet, i denne rapport. Læsevejledning Rapporten er opbygget i afsnit, der indledes med en historisk gennemgang af den diesel elektriske udvikling, helt tilbage fra det første skib der gjorde brug af diesel elektrisk fremdrift. Den første historiske del af rapporten skal ses som en oplysende del, der anskueliggør at selvom der har været kæmpe udvikling på området, så står man i dag overfor nogle af de samme problemstillinger, nemlig forsøget på at reducere de tab der er forbundet med denne fremdrivningsform. Derefter følger nogle betragtninger, over de hændelser og beslutninger der førte til at Esvagt besluttede sig for at bygge diesel elektriske skibe. For at klæde læseren på til hoveddelen af rapporten, er der et teorifelt der behandler teorien omkring frekvensomformere. 9

10 Tabene behandles derefter også teoretisk, og deles op med tabsbeskrivelse på de forskellige komponenter, således at det klarlægges at tabsreducerende tiltag godt kan behandles komponent for komponent, men alligevel være forbundet med hinanden. Rapportens konklusion opbygges over et feltstudie på Esvagt Cassiopeia, hvor skibets driftsøkonomi forsøges belyst ved en række målinger, ved forskellige belastninger på skibet. Der laves en tabsanalyse, som kan danne grundlag for de tiltag der kan gøres for at forbedre økonomien på anlægget. Forbedringer eller alternative løsninger tages ud fra en længere kommunikation omkring emnet med de 2 firmaer Siemens og Stadt, der er førende på området. Bilag er delt op i tre afsnit, hvor første afsnit er de bilag der er udskrevet og lagt i rapporten. Andet afsnit er de bilag der er udskrevet på CD-Rom og vedlagt rapporten. Tredje afsnit er den fuldstændige oversigt over alle bilag. Grunden til denne opdeling, er nødvendigheden af et omfattende bilagsbibliotek, for at belyse dette fagområde. Der findes ikke fagbøger der omhandler diesel elektriske anlæg og de problemstillinger der ligger her, derfor har det været nødvendigt at søge bredt for at finde information og teori. Diesel-elektrisk fremdrift, historisk overblik. Diesel-elektrisk fremdrift har været i anvendelse i snart 100 år, men oprindeligt blev det opfundet fordi der ikke var lavet en konstruktion der gjorde det muligt at reversere dieselmotorer. Dette gjorde at man var afholdende fra at forsøge sig med at installere dieselmotorer i skibe, selvom det tidligt var tydeligt at der ville være store besparelser på olien. Det viste sig at være svært at konstruere en motor der var reverserbar, hvilket gjorde at det varede en del år inden en marine dieselmotor var klar. I 1899 fik Franskmanden Frederic Dyckhoff [1, p. 3] patent på en reverserbar metode, basseret på 2 knastaksler, men under forsøg med maskinen fandt man ud af at konstruktionen ikke var holdbar. I 1902 forsøgte Maschinenfabrik Augsburg [1, p. 4] (MAN) sig med en konstruktion, hvor man anvendte en gearkasse med en transmissionsaksel der forbandt camakslen med krumtapakslen, men dette viste sig også at være kompliceret og ustabilt til marinebrug og slog aldrig igennem. 10

11 Til at løse problematikken med at reversere dieselmotoren fik man tidligt hjælp fra en Italiensk elektriker Del Proposto, Han udviklede et nyt fremdrivningssystem, der vel i princippet kan betragtes som den første Diesel-elektriske hybrid. Del Proposto fik Bl.a. et tysk patent No [1, p. 4] på sit system, gyldig fra 4. april Kilde: [1, p. 16] Fremdrivningssystemet var beregnet på at kunne omstyre en dieselmotor Motoren A var forbundet til skrueakslen, med en aksel der gennemløb en jævnstrømsgenerator B, samt en jævnstrømsmotor C. De 3 maskiner kunne adskilles af 3 elektromagnetiske koblinger M1, M2 og M3 Ved opstart af motoren udkobles M1 og derved kunne motoren startes ude at generator og elmotor drejer med rundt. Når skibet skal bakke, så udkobles M2 og skibet kan bakke på elmotoren, jævnstrømsgeneratoren leverer strøm til motoren og elmotoren omdrejningsreguleres ved at ændre omdrejningerne på dieselmotoren idet generatorens afgivne klemspænding er afhængig af omdrejningstallet. [1, pp. 4-5] Idet der ikke er tilgængelige tekniske oplysninger til rådighed for anlægget, forudsættes det at både generator og elmotor er shuntmagnetiseret. 11

12 Kilde: [2, p. 121] Generator [2, pp ] E k n Og U E ( R R ) I U a v a b Elmotor [2, p. 264] E U R I U n k k a a b Det ses af formlen for elmotoren at omdrejningstallet kan ændres ved at ændre spændingen til motoren, hvilket gøres ved at dieselmotoren ændrer omdrejningerne på generatoren. Et andet system blev leveret til det første diesel elektrisk drevet skib, det Russisk byggede skib VANDAL. Vandal havde 3 uafhængige skruer, der blev trukket af hver sin direkte tilkoblede elmotor. Elmotorerne fik strøm fra hver sin generator der blev trukket af en dieselmotor. Systemet var selvmagnetiserende, idet der var koblet en magnetiseringsgenerator på samme aksel som hovedgeneratoren. 12

13 Kilde: [3, p. 8] Dette gjorde at generator og elmotor virker efter princippet fremmedmagnetiseret motor og generator [2, pp og ] Dieselmotoren kører med samme omdrejningstal hele tiden, og omdrejningsreguleringen af elmotoren, sker ved at man ændrer magnetiseringen til generatoren hvorved generatorens klempændingen til elmotoren ændres. E n k Da feltet til elmotoren er konstant, idet magnetiseringsgeneratoren kører med konstant omdrejningstal, så er ses det af ovenstående formel at det er klemspændingen på motoren, der er bestemmende for motorens omløbstal. Elmotorens omdrejningsretning kan ændres, ved at ændre polariteten på magnetiseringskredsen, hvorved feltet ændrer retning [2, p. 137]. For Vandals vedkommende, sad der en justerbar modstand på broen hvormed feltstyrken på generatoren kunne ændres, denne modstand kunne justere motorens omdrejninger fra max til nul omdrejninger. Når motoren var i nul omdrejninger kunne man bruge en omskifter, så feltets polaritet blev vendt og skibet kunne derved bakke. [3, pp. 7-9] Den første motivation for at udvikle diesel elektriske anlæg, var drevet af behovet for bedre manøvredygtighed, idet de første dieselmotorer ikke kunne bakke. Selvom tabet på Vandal var 20 % [3, p. 8], så kunne man fint leve med dette tab, idet alternativet med manglende bak evne eller et endnu dyrere dampanlæg ikke var acceptable. I 1906 blev de første pålidelige reverserbare dieselmotorer sat i produktion og man mistede incitamentet til at bygge diesel elektriske marine anlæg, idet tabene var for store, og de vedligeholdsmæssige omkostninger til at holde skibene i drift, alt for store. 13

14 I slutningen af 1920erne og i begyndelsen af 1930erne begyndte man igen at interessere sig for diesel elektrisk fremdrift, især for isbrydere, men også andre skibstyper med et stort effektbehov. På dette tidspunkt var dieselmotorerne endnu ikke særligt kraftige, hvorimod der var bygget elektromotorer med betydeligt højere akseleffekt end den de største dieselmotorer kunne give. Eksempelvis blev den Franske luksus liner S/S Normandie, fra 20erne, bygget med elektrisk fremdrivning, har brugte man dampturbiner til at drive generatorer, der leverede vekselspænding til at drive 4 stk. 29 MW synkrone elmotorer, der trak på hver skrue [3, p. 9]. Omdrejningerne på skruerne blev styret ved at ændre frekvensen på generatoren. Men efterhånden som dieselmotorerne blev større og mere driftssikre, så forsvandt interessen for elektrisk fremdrift, især på grund af de store tab der var forbundet med at omdanne dieselmotorens effekt til fremdrivningseffekt, gennem generator og elmotor. Diesel elektrisk fremdrift forsvandt herefter stort set fra markedet, indtil 1980 erne hvor opfindelsen af effekt elektronik igen gjorde denne form for fremdrivning interessant. Diesel elektriske anlæg i Esvagt Historien bag Esvagt A/S har opbygget sin virksomhed med specialskibe til standby tjeneste for olieindustrien, primær på Nordsøen. De første enheder der tilgik Esvagt, var gamle ståltrawlere der blev ombygget, således at de kunne opfylde kravene til redning og sikkerhed. Et meget centralt krav for et standby skib, er kravet om 2 uafhængige fremdrivningssystemer [4, pp. 11,stk.1], her har Esvagt valgt at installere et Azimuth fremdrivningssystem i de ombyggede trawlere. Dvs. at man har beholdt trawlerens hovedmotor som det ene fremdrivningssystem, og har Azimuth som nummer 2 fremdrivningssystem. Derudover er der installeret 2 hjælpemotorer, til strømproduktion. Opsætningen på de første Esvagt skib gjorde, at man var nødt til at køre med minimum 2 dieselmotorer, for at drive skibet. Ved Standby drift indenfor boreplatformenes 500 meter zone, skal begge fremdrivningssystemer være klar, hvilket gør at der bruger 3 dieselmotorer til skibets drift. 14

15 Det faktum, at rederiets eksisterende skibe skulle bruge 2 3 dieselmotorer til opretholdelse af den normale drift, var et af de parametre der gjorde at man begyndte at tænke på diesel elektrisk fremdrivning, ved projektering af en ny skibsserie i begyndelsen af år En anden faktor der spillede ind, var skibenes driftskarakteristik, idet ERRV skibe har et relativt lavt fremdrivningsbehov, en stor del af tiden. Dette skyldes de specielle forhold der gør sig gældende for Standby skibe, idet skibet arbejder ved en borerig, og derfor bliver på samme position i skibets normale tjeneste. Under normale forhold, vil en ERRV derfor kunne opereres på en dieselmotor, forudsat at der vælges et diesel elektrisk set-up. [5] Valg af diesel elektrisk set-up til C klasse skibe Da det blev besluttet, at rederiets nye skibstype skulle have et diesel elektrisk set-up, gik rederiet i gang med at klarlægge de tekniske muligheder der var på markedet. Dette skete efter at skibenes driftsmønster var blevet klarlagt. Teknisk manager ved Esvagt, Bjørn Viig, mener dog at den proces rederiet var igennem i starten af 2001, ville være blevet udført mere professionelt i dag, idet Esvagt er blevet meget mere erfarent med nybygning af skibe Pga. et omfattende nybygningsprogram, gennem de sidste år. Esvagt har bygget en serie ERRV skibe, der i Esvagt går under betegnelsen C typen. De første 2 af denne type blev bygget med en lidt anden diesel elektrisk set-up end de efterfølgende, idet man udnyttede de indhøstede erfaringer, fra de 2 første, til at forbedre de tekniske installationer. De 2 første C type skibe blev bygget med en Konverter der er udstyret med 6 pulse ensretter [6, p. 61], hvilket gav store udfordringer for hele det elektriske system på skibet, idet der var betydelige forstyrrelser i form af uharmoniske svingninger, kaldet THD. [6, p. 60] Esvagt har ikke fået lavet eksakte målinger af størrelsen og sammensætningen af de uharmoniske svingninger, men de var af en størrelse, der forårsagede hyppige Black outs, og andre lignende forstyrrelser i det elektriske beskyttelses udstyr. Ydermere var der forstyrrelser af kommunikationsanlæg, og WHF kanaler. De efterfølgende skibe blev valgt med en anden Set-up, hvor der blev valgt en konverter fra det Norske Scandinavian Electric Systems. [7] Denne konverter er bygget op med en Active Front End [8, p. 7] og der er betydelige forbedringer i størrelsen af de uharmoniske forstyrrelser i forhold til de 2 første skibe. [5] 15

16 Problematisering Først i 1990 erne blev diesel elektrisk fremdrift igen interessant, med udviklingen af AC/AC konvertere. Det drejer sig stadigvæk om at omdanne dieselmotorens effekt til elektrisk fremdrivningseffekt. Dieselmotoren driver en generator, der gennem hovedtavlen leverer strøm til en transformer, som forsyner frekvensomformeren, der leverer effekt til drivmotoren. Kraft elektronikken i frekvensomformeren gør det muligt at regulere drivmotorens omdrejningstal helt præcis, ved at styre den frekvens på spændingen, som motoren får leveret. Præcis som ved det første system på Vandal i 1903, drejer det sig i dag om effektiviteten på anlægget, og det er vigtigt at lokalisere og optimere på de tab der uundgåeligt er ved krafttransformationsprocesserne. Kilde: [6, p. 7] Der er mange problemstillinger forbundet med installation og drift af diesel elektrisk fremdrivning, og selvom udviklingen er gået stærk indenfor området, så er der stadig store udfordringer med reduktionen af de tab der opstår ved drift af et diesel elektrisk anlæg. Tabene ligger på forskellige niveauer. I flow diagrammet ovenfor, vises de elektriske tab, men der er også tab i begge ender af diagrammet. Dieselmotorens tab ændrer sig normalt ved driftsændringer, således at tabene bliver større, ved lavere belastning, dette betyder at dieselmotoren har et optimalt driftspunkt, det er derfor vigtigt at dimensionere motorstørrelsen således at driften er tæt på det optimale økonomiske driftspunkt, en stor del af tiden. 16

17 Generatoren, der trækkes af dieselmotoren, har også et optimalt driftspunkt hvor virkningsgraden er bedst. Derfor er udfordringen at matche generatoren med dieselmotoren, så de begge kører økonomisk mest optimalt ved samme belastning. I den anden ende af flowdiagrammet befinder elmotoren sig. El motoren er mere problematisk i denne forbindelse, idet det er svært at finde tilgængeligt materiale, der belyser driftseffektiviteten på elmotorer, når de trækkes af en VFD. Dette er fordi at VFD benytter sig af momenttilpasning, og derfor sjældent overmagnetiserer. Fabrikanterne opgiver tekniske detaljer for udviklingen af tab, ved forskellige belastninger, disse er opgivet ved nominel frekvens, og spænding, derfor vil denne rapport ikke beskæftige sig med Elmotoren. Inde i VFD én foregår frekvensomformningen, således at fremdrivningseffekten kan reguleres, ved hjælp af omdrejningerne på fremdrivningsmotoren, denne proces frembringer uharmoniske svingninger, i det elektriske forsyningsnet, betegnet THD. THD er en meget vigtig faktor når tabene forsøges fastlagt og reduceret, og forsøgene der er udført i forbindelse med udarbejdelsen af denne rapport, viser at lav belastning på VFD én, er tæt forbundet med stor forekomst af uharmoniske svingninger. Store uharmoniske svingninger giver store tab i hele det elektriske anlæg på skibet, i form af varme tab, modmoment i motorer, yderligere generator tab, osv. Fabrikanterne opgiver gerne THD ved nominel effekt [7, p. 4] og dette kan give misvisende faktuelle tal, ligesom at, der ikke skelnes mellem THD u og THD i når størrelsen på THD opgives. Derfor er det vigtigt at tage højde for det mest sandsynlige driftsområde som VFD én skal arbejde ved, når anlægget dimensioneres. I virkelighedens verden, vil det være umuligt at lave et diesel elektrisk set up der er optimalt ved alle driftspunkter, derfor vil det være af største vigtighed at klarlægge den mest sandsynlige brug af skibet i faldende orden, dette betyder at en diesel elektrisk installation altid være et kompromis. Det gælder om at foretage undersøgelser der klarlægger de mest sandsynlige driftssituationer for skibet, for at finde de mest kvalificerede kompromiser, grundigheden i disse indledende undersøgelser vil, i sig selv, være tabsreducerende. 17

18 Emneproblem formulering Med udgangspunkt i de målinger der er tilvejebragt ved 1 måneds undersøgelses arbejde på det Diesel Elektriske anlæg på Esvagt Cassiopeia, samt ved konsultation med Siemens Marine og STADT, omkring tilgængelig teknologi på området, vil rapporten forsøge at belyse følgende hovedspørgsmål. 1. Hvor stor betydning har fastlæggelsen af en korrekt driftsprofil.? 2. Hvilke muligheder er der for at driftsoptimere det eksisterende Diesel Elektriske anlæg på Esvagt Cassiopeia.? 3. Hvilken løsning ville være mest optimal i dag, med den nuværende teknologi tilgængelig på markedet? Afgrænsning Rapporten vil ikke beskæftige sig med hydrodynamiske spørgsmål, men vil holde sig indenfor de muligheder der ligger i valg af dieselmotor og generator, samt valg af variabel frekvens drive. Rapporten vil kun tage højde for de løsningsforslag og den teknologi der kan tilbydes fra de 2 firmaer Siemens og Stadt, der findes mange andre muligheder på markedet, men disse vil blive udeladt. Der udføres ikke egentlig fejlfinding i forbindelse med analysearbejdet ombord, derfor vil rapporten ikke tage stilling til fejlkilder, eller muligheder for fejlfindingsarbejder. Metode Rapporten vil blive lavet på grundlag af et felt studie på skibet Esvagt Cassiopeia. Her vil en analyse af driften, ved forskellige belastningssituationer, danne rammen om en vurdering af det Diesel Elektriske fremdrivningsanlæg, For at redegøre for tabsproblematikken, gøres der brug af teori, og oplysninger fra Siemens, ABB, STADT samt forskellige afhandlinger fundet på internettet. Rapporten skal belyse området, således at det er muligt at fremkomme med en konklusion, på tabsproblematikken. For at belyse dette område er det nødvendigt at adskille de forskellige processer og se på dem isoleret, ved en teorigennemgang, der tydeligt viser de tab der opstår i de forskellige trin 18

19 Rapporten skal belyse den nødvendige beslutningsproces, der er yderst vigtig for valg af det rigtige fremdrivningsudstyr, dette gøres ved et interview af Fleet Group manageren i Esvagt. For at klarlægge effekten af THD, behandles dette område med teori og praktisk analyse, hvor tab afledt af THD, forsøges fastlagt, og senere indgå i konklusionen. Udarbejdelse af forslag til optimeringer, laves i samarbejde med Siemens Marine, og Stadt i Norge. Teorifelt Til den læser af rapporten der ønsker at få et indblik i den teori der ligger bag de udregninger og konklusioner der kommer senere i rapporten, er der efterfølgende et teorifelt, der gennemgår de grundlæggende principper for frekvensomformere til skibsfremdrift. Grundprincipper for frekvenskontrol AC/AC eller VSI, konvertere får konstant spænding og frekvens ved tilgangen og kan omforme denne til en variabel spænding og frekvens ved afgangen [6, pp ] Teknologien bygger på de grundlæggende principper for ændring af omdrejningstallet for asynkrone motorer. f 60 N1 [2, p. 267] p Tabellen nedenunder viser de muligheder der er for at omdrejnings styre en synkronmotor, her vil rapporten kun behandle teorien for frekvensregulering. Kilde: [9, p. 29] Styringen og omdrejningstallet i alle AC/AC diesel elektriske anlæg i dag gør brug af frekvensændring, når den elektriske drivmotors omdrejningstal skal ændres. 19

20 For at kunne frekvensregulere en asynkronmotor er der nogle specielle forhold der skal tages hensyn til. En asynkronmotor er konstrueret til et nominelt drejningsmoment der er afhængig af U/f forholdet og dette forhold er nødt til at være konstant ved ændring af frekvensen, Dvs. at en frekvensændring også vil kræve en ændring af klemspændingen på motoren. Kilde: [2, p. 192] Strømmen der løber i rotorlederen er afhængig af rotorlederens modstand, samt den elektromotoriske kraft e. d e [2, p. 192] dt Dvs. at den elektromotoriske kraft er afhængig af rotorfrekvensen samt feltstyrken. Størrelsen af kraften F, der virker på rotorlederne er proportional med det indre moment, som er det moment rotoren påvirkes med. Det indre moment kan beskrives som. M k I Cos [2, p. 193] i res rotor rotor Af denne formel ses det at momentet i asynkronmotoren er feltafhængig og derved afhængig af magnetiseringsstrømstyrken. 20

21 Kilde: [2, p. 195] For at forklare magnetiseringsstrømstyrkens betydning kan man kikke på asynkronmotorens ækvivalentskema. Spændingsfaldet over de 2 modstande R fe og X h kaldes induktionsspændingen og størrelsen på induktionsspændingen er afhængig af størrelsen på strømstyrken. Modstandene X 1 og X h er frekvensafhængige idet. Xl 2 f l Dette betyder at hvis frekvensen ændres uden at spændingen U 1 ændres, så vil størrelsen af strømmen ikke passe til den magnetisering motoren er konstrueret til. Ved overmagnetisering så vil den ekstra magnetiseringsstrøm afgive varme i rotoren og kan beskadige denne. Derudover vil overmagnetisering betyde ekstra tab. [9, pp ] Undermagnetisering vil betyde at det ønskede moment ikke er til stede i motoren. Ved frekvensstyring er motorens moment derved afhængig af følgende forhold. [10] U M k I f Kilde: [9, p. 33] Momentet er også afhængigt af spændingen i 2 potens. M k U 2 Kilde: [9, p. 30] Dette giver en række problemer for drift med frekvensomformere, idet der genereres THD (Total Harmonic Distortion). 21

22 Problemerne opstår fordi at momentet vil pulsere idet THD er årsag til en pulserende spænding og ikke en sinusformet spænding. Dette behandles i efterfølgende afsnit. Frekvensomformere Frekvensomformere med styret elektronik, varierer i opbygning fra fabrikat til fabrikat, men er typisk opbygget efter samme princip som nedenstående illustration fra Danfoss viser. Kilde: [9, p. 52] Ensrettere Første trin i frekvensomformeren er ensretteren. Ensretteren er koblet på nettet og benævnes også som konverterens Front end [8, p. 1] Ensretteren er en meget vigtig komponent i forhold til forsyningsnettets stabilitet, på et D.E. fremdrevet skib og et område der kontinuerligt forsøges forbedret, for at optimere drift og økonomi på anlægget. Den typiske førstegenerations ensretter er ustyret og består af en diode kobling som vist nedenunder dette kaldes også en passive front end. Nedenunder vises en 6 puls ustyret ensretter som kan være problematisk at bruge på skibe i dag, idet denne ensretter type ikke trækker en sinusformet strøm fra nettet og derved skaber harmoniske forstyrrelser. 22

23 Kilde: [6, p. 61] Det er muligt at forbedre de forstyrrelser som ensretteren sender tilbage i forsyningsnettet ved at bruge en 12 pulse ensretter. Kilde: [6, p. 61] Denne 12 pulse ensretter har elimineret de værste forstyrrelser i nettet som 6 pulse ensretteren forårsagede, men i dag vil det ikke være nok at bruge en 12 pulse ensretter alene uden filtre på indgangssiden, som retter de uharmoniske forstyrrelser ud. Kilde: [6, p. 49] 23

24 Ved at serieforbinde ensretter ledende som i illustrationen øverst til venstre får man en 3 trins inverter, der giver en højere DC spænding end den parallelforbundne ensretter til højre. Den serieforbundne ensretter bruges i mellemspændings anlæg idet den højere jævnspænding gør at afgangsspændingen fra inverteren kan være højere end indgangsspændingen, uden brug af transformer. 6 og 12 pulse ensrettere bruges i anlæg med transformer mellem system og konverter, disse systemer kan udvides helt op til 48 pulse anlæg. En anden type ensretter er en AFE (Active Front End). En AFE er ikke en passiv ensretter, men en styret ensretter, med IGBT transistorer i stedet for dioder. Kilde: [8, p. 4] På billedet ses en 2 trins AFE, normalt er denne type ensrette udstyret med et L-C-L filter der hjælper til med at skabe en næsten sinusformet indgangsspænding og reducerer de uharmoniske forstyrrelser væsentligt. I mellemspændings området, leveres ensretter og inverter i en 3 trins udgave der gør at DC spændingen kan komme op på 690 volt. 24

25 Kilde: [10, p. 4] Kilde: [8, p. 4] Det ses at spændingen på indgangssiden af AFE begynder at ligne en sinusformet spænding, men der er stadig tydelige forstyrrelser. En AFE er både 6 og 12 pulse ensrettere langt overlegne, når det gælder reduceringen af THD og har længe været anset som den bedste løsning for D.E. anlæg på skibe. Dog har der været intensiv forskning på området og flere firmaer er kommet med løsninger hvor den D.E. fremdrift ikke skaber forstyrrelser i skibets forsyningsnet, eller i hvert fald er disse forstyrrelser reduceret kraftigt. I denne rapport er det især løsninger fra Siemens der vil blive behandlet, men også det Norske firma STADT har et anlæg der tilbyder betydelige forbedringer i forhold til eksisterende anlæg. Disse løsninger bliver behandlet senere i rapporten. 25

26 Ulemper ved AFE. [8] 1. Øget EMI (electromagnetic interference) Det er ikke muligt at filtrerer for dette pga. skibet er forsynet gennem IT system 2. Kondensatorer i L-C-L filter skal måske tilpasses eller justeres til anlægget, hvilket kan resulterer i mindre effektivitet mod forstyrrelser. Mellemkreds Kilde: [9, p. 59] I de traditionelle puls konvertere bruges mellemkredsen til at udglatte den pulserende jævnspænding der er et resultat af ensretterens virkemåde. Mellemkredsløbet bruger induktive og kapacitive enheder til at udglatte den pulserende jævnspænding og her udnyttes spolens modstand mod forandring i størrelsen af spændingen samt kondensatorens opladning ved stigende spænding, der vil forsøge at holde spændingsniveau ved afladning. Mellemkredsens principper er i dag kopieret til forskellige typer af filtrer der bruges i kombination med både puls og AFE konvertere, dette behandles senere [9, pp ] 26

27 Vekselrettere Kilde: [9, p. 64] Vekselretteren er det sidste led i en VFD, og den leverer en tilpasset frekvens og spænding til fremdrivningsmotoren der er tilpasset således at magnetisering passer til driftspunktet, dette gøres ved at vekselretteren holder u/f forholdet konstant, altså nedreguleres frekvensen, så nedreguleres spændingen også. (er omtalt under principper). De første vekselrettere havde tyristorer, men disse er i dag erstattet af Insulated Gate Bipolar Transistors. (IGBT), so også sidder i ensretteren på en AFE. Dvs. at en VFD der er lavet som AFE, bruger IGBT transistorer både i ensretter og vekselretter. Fordelen ved IGBT transistoren fremfor tyristoren er en højere skiftefrekvens for IGBT, som er oppe på omkring 20 KHz, hvor tyristoren ligger på omkring 2 KHz. Dette gør at IGBT enheden næsten eliminerer uharmoniske svingninger af laverer orden, men som bekendt er der ingen træer der vokser i himlen, Så ved en IGBT enhed vil uharmoniske svingninger af højere orden, især over den 67 uharmoniske orden, blive højere og dette giver nogle andre udfordringer der behandles senere. [8] De IGBT transistorer der bruges i dag har en Switch frekvens på flere hundrede KHz og det gør selvfølgelig at moderne vekselrettere skaber en næsten sinusformet vekselspænding til drivmotoren med en meget forbedret drift og mindre slidtage til følge Nedenfor er vist eksempler på forbedringer af sinuskurven som et resultat af højere switch frekvens i vekselretteren. [9, pp ] De forstyrrelser der er for drivmotoren i eksempelvis en AFE drive, er minimale i forhold til de forstyrrelser som ensretteren laver på forsyningsnettet, idet at der er mange flere elementer i forsyningsnettet der påvirkes af de uharmoniske svingninger, frembragt af IGBT transistorer. 27

28 Kilde: [9, p. 66] Teorifelt for tab I det foregående teorifelt, blev den grundlæggende teori for frekvensomformere gennemgået. Da rapporten vil analysere de driftstab, der opstår på Esvagt Cassiopeia i forskellige belastningssituationer, vil det være nødvendigt med et teorifelt omkring de tab der er relevante for denne rapport Det efterfølgende afsnit vil afdække disse relevante tab, og teorien omkring disse. Ved en vurdering af et sådan anlæg, skal der ikke kun tages højde for de elektriske tab, der vil også være tab der relaterer til dieselmotoren og SFOC. I den teoretiske gennemgang af VFD, medtages der nogle forklarende eksempler fra Analyse arbejdet på Esvagt Cassiopeia, rapportskriveren er af den opfattelse at dette vil hjælpe til at bibringe en forståelse for det store problem, frembringelse af THD udgør. 28

29 Tab i diesel elektriske anlæg Siden at det første diesel elektriske anlæg blev taget i brug og til i dag, har der været en rød tråd, hvor problematikken, er de tab der er forbundet med overførslen af dieselmotorens kraft, til den elektromotor der driver skibets propeller. Nedenunder er der en principskitse der viser forløbet i en traditionel D.E. set-up. I nyere anlæg med AFE bruges der ikke transformer, så tabet der relaterer til transformatoren er væk her, som det ses i det efterfølgende kan det så diskuteres om det er en fordel at fjerne en stor induktator på forsyningssiden, idet der opstår andre ulemper. Under skitsen er opgivet gennemsnitlige værdier for tab i de respektive komponenter og som det senere vil vise sig, så er størrelsen af tabet i komponenterne ikke kun bestemt af kvalitet og udførelse, men også af driftssituationen. Dieselmotoren fremgår ikke af skitsen, men den er en betydelig komponent, når der snakkes om økonomi i anlægget, dette omhandles længere nede. Kilde: [11, p. 11] 29

30 Specifikt olieforbrug på dieselmotor (SFOC) De første tab der opstår i et D.E. anlæg ligger i selve dieselmotoren og har som sådan ikke noget med det elektriske anlæg at gøre. Tab i dieselmotoren kan ikke undgås Pga. varmestråling, tab med kølevand Osv. Og dette emne vil rapporten ikke beskæftige sig med. Set fra et D.E. synspunkt er det interessant at kikke på motorens mest økonomiske driftspunkt, altså der hvor det koster mindst brændstof at producere 1 KWh elektrisk energi. Motorens specifikke forbrug, C b måles i gr/kwh og er individuel fra motortype til motortype, men generelt så vil motoren have et belastningsområde hvor den producerer energi mest økonomisk. Eksemplet nedenunder er taget fra Cummins KTA 19 D motorer og her ses det at den højeste effektivitet ligger fra 110 % belastning ned til 75 % belastning, den variation der er her imellem er så lille at den er uden betydning. Under 75 % begynder det at blive dyrere at producerer el og under 50 % belastning koster en KWh 10 % mere. Ved 25 % belastning koster en KWh 30 % mere at producere, så hvis der bruges Cummins motorer gælder det om at vælge et set-up hvor motorerne ikke kører under % belastet på noget tidspunkt, derved sikres den mest økonomiske driftsform. Kilde: [12] 30

31 Generator Generatoren har, ligesom dieselmotoren tab, der er belastningsafhængige. Derudover er der andre tab i generatoren, som ikke vil blive behandlet her, idet det er de belastningsafhængige tab der er interessante fra et optimeringsmæssigt syn på et eksisterende anlæg. [13] [14] [15]Bilag [16] Virkningsgraden på generatoren er også afhængig af anlæggets effektfaktor, så det er vigtigt for driftsøkonomien at anlæggets konverter kan styre magnetiseringen af fremdrivningsmotorerne ret præcist, idet en lav effektfaktor giver dårligere virkningsgrad. Ligesom ved dieselmotoren ses det at når belastningen på generatoren kommer under 50 % så begynder tabet at stige og derved vil hver producerede KWh blive dyrere. Som det ses af kurven for denne generator gælder det om at belastningen kan holdes mellem %, så også her er valg af størrelse i forhold til driftsprofil vigtig. Variabel frekvens drive Tabene der relaterer til VFD én, er meget afhængig af type, og brug, disse tab kan være svære at fastlægge i de forskellige driftssituationer. Dette skyldes at fabrikanterne ikke opgiver detaljerede oplysninger om tabene, men gerne nøjes med at oplyse en virkningsgrad, ved nominel belastning. Det kan også være farligt at se på drivens virkningsgrad isoleret, idet en VFD med høj THD, vil give en dårlig total anlægsvirkningsgrad, selvom fabrikanten egentlig oplyser en god virkningsgrad på selve VFD én. ABB og brugte rapporter, oplyser at de typiske virkningsgrader for en VFD ligger på % [11, p. 11] [6, p. 7] og for det specifikke anlæg der er installeret på Esvagt Cassiopeia, opgives en virkningsgrad på 98 % [7]. 31

32 Ved de senere målinger i denne rapport, viser det sig at netop disse angivelser af virkningsgrader, skal anskues meget kritisk, det er muligt at virkningsgraden på N.E.S. anlægget på Esvagt Cassiopeia har en virkningsgrad på 98 %, men det er ved nominel belastning, når belastningen på fremdrivningsanlægget falder, så falder virkningsgraden betydeligt hvilket efterprøves ved analyse, på Esvagt Cassiopeia. En vigtig faktor for størrelsen af det totale tab, er størrelsen af THD. I en mail, oplyser N.E.S, at en fejlfri funktion af L-C-L filtret er en forudsætning for at THD holdes nede på det lovede niveau (Ved nominel drift) [17] Efter 2 års erfaring på denne skibstype med jævne udskiftninger af kondensator elementer, samt en udvidelse af vedligeholdsprocedurer fra fabrikanten, så har rapportskriveren erfaring med at filtret ikke virker optimalt. Klassifikationsselskaber har stillet krav til spændingskvalitet [18] hvor der tillades en maks. THD u på 5 %. Her forholder klassifikationsselskaberne sig kun til spændings kvaliteten, men man undlader at forholde sig, til de uharmoniske strømme THD i. Grunden til dette er at Klasse selskaberne er mest koncentrerede om det faktum at THD u forstyrrer sikkerhedsudstyr. [19, p. 8] I det efterfølgende afsnit bliver denne problemtik behandlet og her vil teorien vise at uharmoniske strømme af forskelig ordensnummer genererer tab og andre forstyrrelser. [8, p. 2] Den største kilde til uharmoniske strømme er ikke lineære belastninger, på skibe med D.E. fremdrift, er det især er VFD én der genererer de generende uharmoniske strømme, [19, p. 6] VFD én forsyner de elektriske fremdrivningsmotorer, og er derved den største forbruger. Nedenfor ses en skitse af en diesel elektrisk opsætning, her ses det at frekvens konverterne til fremdrivningen er koblet på hovedtavlen, hvilket bevirker at de uharmoniske forstyrrelser sendes bagud i nettet og skaber problemer i andet opkoblet udstyr. 32

33 Kilde: [19, p. 3] ABB opgiver størrelsen af THD i som nedenstående Kilde. [19, p. 24] Her opgiver ABB dog ikke ved hvilken driftssituation disse værdier fremkommer. Som det ses af de efterfølgende screen dumps der er taget ved forsøg på Esvagt Cassiopeia, så fremgår det at ved lav belastning og manøvre situationer, er det betydeligt stører værdier af THD i Som det ses af det første billede, af en situation med lav fremdrivningsbelastning, så er THD i helt oppe på 25,5 %. 33

34 Kilde: [20] På det efterfølgende screen dump, ses en situation, hor skibet ligger i en manøvre situation ved en borerig. Sådan en manøvre situationer kan vare i timer og det ses at THD i er helt oppe på en værdi på 82,7 %. Det må formodes at tabene, der relaterer til VFD én, er betydelige i disse situationer. Bilag: [21] Problemer med THD behandles teoretisk senere, men det ses, at der er stor andel af uharmoniske svingninger af 5 og 7 orden, hvor 5 ordens svingninger giver modmoment og 7 orden giver varmetab. 34

35 Kilde: [19, p. 7] Ovenstående udpluk fra ABB, [19] [20] viser også at THD ikke kan bevirker moment, og varmetab, hele anlæggets totale effektfaktor forringes også med størrelsen af THD. Et andet problem med tabsbestemmelsens, og manglende oplysninger, eksempelvis på et skib som Esvagt Cassiopeia, er tomgangstabene i VFD én. Bilag: [22] Som det ses af ovenstående screen dump fra konverterens kontrolpanel, er der et forbrug til konverteren, også når der ikke er krav om fremdrivningseffekt. Dette tomgangstab gør at konverterens virkningsgrad vil falde betydeligt, jo lavere belastet konverteren er. Da det er svært at fremskaffe teori om dette område, findes det relevant at medbringe disse forsøg i teorifeltet, da det underbygger tabsproblematikken. 35

36 Transformer Transformertab bliver ikke behandlet i denne rapport, idet tabene er små og i nyere anlæg er man gået bort fra at bruge transformere. Dog har undersøgelser vist at brugen af en Induktor på forsyningssiden af en VFD, kan være en udglattende faktor på forstyrrelser i spændingskvaliteten, derfor kan brug af transformer stadig være interessant. Elmotor Begrænsningen af tab i elmotoren på et D.E. anlæg vil være meget afhængig af konverterens evne til at tilpasse U/f forholdet, idet en sænkning af frekvensen, uden en sænkning af klemspændingen vil føre til overmagnetisering af motoren og dermed forøgede tab i form af varmetab i motoren. [9, p. 33] Hvis man kikker på tabeller over virkningsgrader for en asynkronmotor vil det være angivet at eksempelvis 25 % belastning vil give en lav Cos Φ og altså dermed en stor faseforskydningsvinkel for motoren. [23, p. 17] Men idet en Konverter laver momenttilpasning ved at holde en konstant U/f forhold vil Cos Φ kunne holdes konstant. Total Harmonic Distortion THD opstår i D.E. anlæg Pga. ensretteren i frekvensomformeren ikke optager en sinusformet spænding fra nettet, og derved sender konverteren forstyrrende signaler tilbage i forsyningsnettet hvilket har en række uheldige konsekvenser. Nogle af de ulemper som uharmoniske strømme kan give er: [6, p. 60] [19, pp ] Øget nedbrydning af isoleringsmateriale. Øgede tab i udstyr forbundet til nettet som. o Motorer. o Transformatorer. o Kabler. o Generatorer. Overbelastning af udstyr der er designet til forsyning af sinusformet spænding. Fejludkoblinger i beskyttelses udstyr. Et lavere power factor, resulterende i lavere system virkningsgrad. Problemer med spændingsregulering. 36

37 Den største enkeltbelastning i et diesel elektrisk skib kommer fra fremdrivningen, så det kan derfor forventes at THD spiller en væsentlig rolle, i skibets forsyningsanlæg. [19, p. 6] Det er derfor vigtigt at overveje, hvilke midler der skal tages i brug, for at reducere % delen af THD. 6 pulse ensrettere genererer meget store uharmoniske forstyrrelser, i dag bruges denne type konverter kun i forbindelse med avancerede filteranlæg, idet komplikationerne er for store uden. Under afsnittet for vekselrettere blev det nævnt at et anlæg kan opbygges som et 6 pulse, 12 pulse, 18 puls osv. Helt op til et 48 pulse anlæg. Fordelen ved et højere pulstal er at de uharmoniske svingninger af lavere orden reduceres Dette kan anskueliggøres med følgende simple ligning. h p n / 1 [6, pp ] [19, p. 4] [24, p. 39] Hvor: h= Nummeret på den uharmoniske svingning p= Anlæggets pulstal. n= et heltal (1,2,3,4,5,6 osv.) For et 6 pulse anlæg giver dette uharmoniske svingninger i følgende orden: h 6 1 / 1 5og7 Ved at fortsætte udregningerne og ændre n, med 2,3,4 osv. Giver dette følgende svingninger for 6 pulse anlæg. h 6,pulse = 5,7,11,13,17,19,23,25,29,31,35,37 etc. For et 12 pulse anlæg giver det svingninger af følgende orden. h 12,pulse = 11,13,23,25,35,37 Udregningerne kan så fortsættes med 18,24 osv. Pulse anlæg Dette kan vises som på nedenstående billede, der er et typisk eksempel på størrelsen af de uharmoniske strømme på et D.E. skib, med enten 6 eller 12 pulse ensretter. 37

38 Kilde: [6, p. 64] Nedenunder vises kurveformen for et 6 pulse anlæg, hvor uharmoniske svingninger op til 37 orden er medtaget. Billedet er en god visuel illustration, og man får en god ide om at et skib der bruger en 6 pulse ensretter vil blive udsat for store problemer, når konverteren laver så store forstyrrelser i forsyningsspændingen. Kilde: [6, p. 63] Som det tidligere er nævnt, så kan disse forstyrrelser mindskes ved at bruge 12, 18 eller 24 pulse ensrettere. Eksempelvis vil 12 eller 24 pulse ensrettere give en kraftig forbedring i kurveformen på forsyningssiden. 38

39 Kilde: [25, p. 21] En 12 pulse ensretter består af 2 stk. 6 pulse ensrettere der forsynes fra en transformer med 2 sæt sekundære vindinger der er faseforskudt 30 grader fra hinanden. Dette gør at de uharmoniske svingninger af 5, og 7 orden er i modfase til hinanden på forsyningssiden, og dermed ophæver de stort set hinanden. En 24 pulse ensretter består af 2.stk 12 pulse ensrettere i parallel eller serie, dette gør at spændingerne er faseforskudt med 15 grader fra hinanden, og på forsyningssiden vil uharmoniske svingninger af 5,7,11,13,17 og 19 orden stort set være ophævet. [25, p. 22] Kilde: [25, p. 22] Ovenstående søjlediagram viser forbedringen af de uharmoniske svingninger af lavere orden, ved at gå fra en 6 pulse ensretter til en 24 pulse ensretter. Det bemærkes at fra uharmoniske svingninger af 23 orden, begynder THD at stige for en 24 pulse ensretter, i forhold til en 6 pulse ensretter. 39

40 Denne problematik nævnes også på [8, p. 117] I stedet for en ensretter basseret på passive elementer med forskellige pulsantal, kan det D.E. anlæg udstyres med en AFE der har en ensretter basseret på aktive IGBT transistorer, dette er behandlet i afsnittet for ensrettere. En AFE drive kan sikre at THD kan være < 5 % som er krævet af mange klassifikationsselskaber. Der er dog lavet målinger på AFE systemer der viser at de uharmoniske svingninger op til den 50, bliver reduceret meget, men over den 50 uharmoniske stiger % delen kraftigt, derfor er der forslag fremme om at der skal laves målinger på de uharmoniske svingninger, op til nummer 100 uharmonisk. [8, p. 5] En effektiv AFE skal være udstyret med en L-C-L filter, forskellige forhold såsom resonans, gør at det kan være nødvendigt at justerer størrelsen af L-C-L filtret på et anlæg, denne justering kan dog have den uheldige konsekvens at de uharmoniske svingninger stiger, og anlægget derved ikke kan holde sig under de maksimum tal for THD, der er lovet i specifikationerne. [8, pp ] Som nævnt i indledningen af afsnittet om THD giver de uharmoniske svingninger store problemer i et skibs forsyningssystem. Kilde: [24, p. 39] 40

41 Det er muligt at lave en oversigt over hvilke uharmoniske strømmer der skaber specifikke problemer, og dette kan gøres på en simpel måde. Ifølge ovenstående tabel fra ABB, så er strømmene delt op i 4 sekvenser. [24, p. 39] 1. Den fundamentale strøm med system frekvens. Dette er den aktive strøm sekvens strømmen er den 3 harmoniske strøm. Denne skaber 0 problemer, samt øgede kobber og jerntab, der resulterer i øget varme i maskiner og kabler 3. + sekvens svingninger. Skaber øgede kobber og jerntab, hvilket resulterer i varmetab 4. sekvens svingninger. Skaber modmoment, der kan give betydelige tab. + sekvens. n 3 k 1 (hvor K er et heltal) Denne ligning betyder at uharmoniske strømme af følgende orden regnes for + sekvens uharmoniske svingninger. + sekvens = (7, 13, 19, 25, 31, 37, 43, 49, 55, Osv. ) -sekvens. n 3 k 1 (hvor K er et heltal) Denne ligning betyder at uharmoniske strømme af følgende orden regnes for sekvens uharmoniske svingninger. -sekvens = (5, 11, 17, 23, 29, 35, 41, 47, 53, Osv.) Ved at kikke på ovenstående tal kan man danne sig et overblik over hvilke uharmoniske svingninger der skaber de forskellige problematikker, efterfølgende målinger på anlægget, under forskellige forhold, vil så kunne fastlægge de aktuelle uharmoniske svingninger. Med udgangspunkt i disse målinger, kan det så besluttes hvilke tabsreducerende midler der skal tages i brug. Der skal rettes opmærksomhed mod det faktum at en tabsreduktion, ikke vil være lineær med reduktionen af THD. Dette skyldes det forhold at hvirvelstrømstabet stiger ekspotentiel med den uharmoniske ordens nummer, i hvert fald op til 15 uharmoniske, herover vil nedenstående formel overdrive tabet. 41

42 P I h 2 Hv ( hv ) [26, p. 9] Dette betyder at ved den 3 uharmoniske stiger hvirvelstrømstabet 9 gange, og ved den 7, stiger hvirvelstrømstabet 21 gange. Hysteresetabet vil stige lineært med ordensnummeret på den uharmoniske strøm, dvs. hysteresetabet ved den 23 uharmoniske er 23 gange stører, end hysteresetabet ved grundtonen. Kobbertabet stiger også, men det er svært at sige hvor meget den stiger, ved uharmoniske strømme af forskellig orden. Reduktion af THD De harmoniske svingninger i en VFD kan reduceres på flere måder, der kan eksempelvis tilkobles en spole på VFD front end, denne spole vil hjælpe med at udglatte de forstyrrelser som de uharmoniske svingninger frembringer. Der er også lavet testforsøg med forskellige spolestørrelser på konverterens DC bus, her går man så tilbage til teknikken fra de første VSI drives med at bruge en mellemkreds til at udglatte jævnstrømmen i DC leddet. Kilde: [25, p. 26] Ovenstående graf viser laboratorie tests af VFD drives fra forskellige fabrikater, hvor der er indskudt induktorer af forskellige størrelse på DC skinnen, det er tydeligt at dette har en stor forbedrende virkning på THD. [25, pp ] Induktive modstande, sammen med kapacitans, kan med stor succes indskydes på AC siden af VFD, dette kaldes en WSPF (Wide Spectrum Passive Filter). 42

43 Wide Spectrum Passive Filter. Kilde: [8, p. 119] Spolen L1 er hovedfilter enheden, denne hindrer at de uharmoniske svingninger ensretteren genererer, ledes til forsyningsnettet. En stjernekoblet filterspole, L3, kombineret med en kapacitetsbank, sikrer en lavimpedans filterdel der modvirker uharmoniske strømme der genereres af belastningen på VFD. En spole, L2, viklet med modsat polaritet sikrer at der er lav impedans gennem filtret, således at spændingsfaldet minimeres ved belastning. En fordel ved denne patenterede filter, foruden reduceringen af THD, er at den tillader brugen af betydelig mindre kapacitans end andre filtertyper. Kapaciteten i VFD og filter, kan give generatorproblemer, specielt ved lav belastning, hvor filtret leverer den største kapacitive strøm. Grunden til dette er spændingsregulatoren, der er designet til at regulere magnetiseringen af generatoren ved ændring i belastning, dette betyder at regulatoren vil have svært ved at sænke spændingen, når den øges af en belastning på nettet. Derfor er det vigtigt at filtrets maksimale kapacitive strøm, der opstår ved lav belastning, er under det maksimale tilladte for generatoren. [8, p. 6] [2, p. 168] Denne filtertype er så effektiv at den kan reducere THD for en 6 pulse ensretter, til under 6 %. Der er mange indgangsvinkler til reduktion af THD, og det er en kompleks problemstilling, der ikke kan besvares ensidig. ABB har lavet en tabel der giver en vis oversigt over de muligheder der ligger på området, denne tabel giver et indblik i kompleksiteten i emnet. 43

44 Kilde: [19, p. 32] DC Grid- overvejelser En måde hvorved THD kan reduceres, er at opbygge skibets hoved forsyningssystem som et DC grid. Nedenunder, er der en skitse fra Norske Stadt der dog ikke bruger DC grid teknologi, men er opmærksom på teknologien. Stadt har teknologien under overvejelse, men på nuværende tidspunkt henviser man kun til de ulemper DC grid giver [27, pp. 3-4], i forholdt til den metode Stadt anvender til diesel elektrisk fremdrift. Kilde: [27, p. 2] 44

45 Siemens har udviklet et nyt fremdrivningssystem der kaldes Blue drive C, dette system benytter sig af DC grid og batteribank. [28] En AC generator forsyner DC griden, idet Siemens er af den opfattelse at DC maskiner er for dyre at anvende.[telefonsamtale Siemens] Dette behandles senere, idet Blue Drive C ikke kun giver THD reduktion, men også andre tabsrelaterede fordele. En anden løsning vil være at bruge en DC generator, i stedet for AC generatoren, derved kan frekvensomformeren undværes, og der behøves kun invertere til AC nettet der skal forsyne skibets AC forbrugere. Derved undgås tabsgivende uharmoniske svingninger i forsyningsnettet, og AC nettet kan opbygges således at forbrugere der har behov for omdrejnings regulering, kan forsynes fra individuel inverter, og de dele af AC nettet der skal bruge spænding med fast frekvens, kan forsynes fra tavle, der får AC fra egen inverter. Ved brug af DC grid forsynet med DC generator, samt en batteribank, opnår man den fordel at dieselmotoren kan udnyttes mere effektivt. Når dieselmotoren trækker en DC generator så kan omdrejningerne tilpasses belastningen, således at motorens optimale driftspunkt flyttes. Ved lavere omdrejninger på dieselmotoren, holdes spændingen på DC griden, ved at øge magnetiseringen af generatoren. Omdrejningstilpasning beskrives senere, under afsnittet, Siemens Blue drive C. Delkonklusion Tab For at få det rette set-up er det af den største vigtighed at lave grundige analyser af driftsprofiler et skib kan tænkes at skulle få. Når der bruges en Dieselmotor som Prime Mover er det vigtigt at motorens nominelle belastning matcher den mest fremhævende belastning på anlægget, for at kunne producere en KWh el mest brændstoføkonomisk. Samtidig er det vigtig at den generator der koblet på dieselmotoren, har sin mest økonomiske driftspunkt samme sted som dieselmotorens mest økonomiske driftspunkt ligger. For et skib med varierende driftsprofil, er det derfor ikke givet at de installerede dieselmotorer skal være af samme størrelse, det kan være en fordel at der installeres motorer med eksempelvis 3 forskellige nominelle ydelser, således at der kan bruges en generatorset der kører på eller lige under nominel belastning, ved den laveste ydelse på skibet. 45

46 Det kan være vanskeligt at bestemme hvilken VFD der skal bruges på et skib. Men et system med en 6 pulse ensretter kan umiddelbart virke som en dårlig løsning, idet de uharmoniske svingninger denne frembringer, er store. Ud fra teorifeltet om THD ses det også at det ikke er så simpelt som det umiddelbart ser ud, en front drive med 24 pulse burde jo være bedre end en 12 pulse front end og en AFE burde være endnu bedre. Men virkeligheden er den, at de mere avancerede ensrettere bare skaber uharmoniske svingninger af højere orden, der er større end de højordens svingninger en 6 pulse ensretter frembringer. Ydermere kræver en AFE et følsomt L-C-L filter der kan skabe problemer i driften, idet der kan være brug for at reducere størrelsen på filtret, for at undgå resonans svingninger. Derudover vil slidtage på L-C-L filtret resultere i dårligere virkning med tiden, hvilket vil føre til en betydelig forøgelse af de uharmoniske svingninger. Det ses eksempelvis at den uharmoniske svingning af 23 orden forøges på en 24 pulse ensretter, sammenlignet med en 6 pulse ensretter, og da hvirvelstrømstabet stiger ekspotentielt med strømmens uharmoniske orden, vil det betyde en stigning på [26, p. 9] Det er dog stadig mindre tab der snakkes om i forhold til de tab de uharmoniske strømme af 5 og 7 orden forårsager, idet de er mange gange større, men det skal alligevel tages i betragtning, og er et godt eksempel der følger tendensen fra de tidligste dage med D.E. fremdrivning, nemlig at ny teknologi reducere tab, men frembringer så sandelig også nye tab. I teorifeltet omkring tab, er det påvist at der skal udvises stor opmærksomhed overfor de tal der opgives af fabrikanten, vedr. virkningsgrader på en VFD. Disse er givet under optimale forhold, derfor er det vigtigt at fastlægge de eksakte forhold hvorunder et anlæg skal være i drift, de reelle tabstal kan nemlig afvige betydelig, fra de tal der er opgivet i salgs materiale. Det er også vigtigt at være opmærksom på at de forskellige komponenter påvirker hinanden i høj grad, hvilket kan illustreres med et lille eksempel. En lavt belastet elektrisk fremdrivningsmotor trækker en lille strøm fra konverteren, dette bevirker at konverteren laver en stor THD i. Den store THD i medfører øgede tab, i hele det elektriske forsyningssystem, som ekstra varme tab, øget moment og forringet effektfaktor på hele systemet. Som følge af den lave belastning på fremdrivningsmotoren, er dieselmotoren og generatoren lavt belastet, og de kører begge på et uøkonomisk driftspunkt. De øgede elektriske tab gør driften endnu mere uøkonomisk, idet disse skal overvindes af dieselmotoren der forbrænder diesel, for at klare de ekstra tab. 46

47 Driftsanalyse på Esvagt Cassiopeia Det følgende afsnit er basseret på en måneds arbejde på Esvagt Cassiopeia, som maskinchef. Det er lykkedes at foretage målinger på det diesel elektriske anlæg under forskellige belastningssituationer, disse målinger, samt erfaringer fra rederi og kaptajn, er så lagt til grund for at konstruere en driftsprofil. Ved at kikke på målinger, og driftsprofil, er det muligt at vurdere den aktuelle opsætning af det diesel elektriske anlæg, denne vurdering vil danne basis for konklusion samt forslag til forbedringer. System oversigt på Esvagt Cassiopeia Kilde: Billede af PMS på Esvagt Cassiopeia Det diesel elektriske system på Esvagt Cassiopeia, er opbygget med 5 ens gen-set der leverer effekt til en hovedtavle, gennem maksimalafbrydere Fra hovedtavlen, er der udtag til 2 AFE drives der styrer hver sin fremdrivningsthruster, og der er udtag til 2 bovthrustere. 47

48 Dieselmotorer [14] 5.stk Cummins KTA 19-D M1 RPM: 1800 Ydelse: 485 KW Generatorer [13] 5.stk Stamford Generatorer. HCM534E RPM: 1800 U: 440 volt Ydelse: 460 KW ved CosΦ= 0,8, S = 575 KVA Konverter 2.stk Scandinavian Electric System Type: SES-AFE-715 Output. 715 KW pr konverter Elmotorer [15] 2.stk Marelli Motori Type: CX/C3M Ydelse: 715 KW Det har vist sig at skibene ikke er så brændstof økonomiske som ventet, [5] hvilket kan betyde at det diesel elektriske set-up ikke er optimalt, i forhold til driftsprofilen. Det har ikke været muligt at opdrive eksakte data om de forventninger der var sat til den totale driftsøkonomi på skibstypen, ikke andet end at rederiets generelle opfattelse er at typen bruger mere fuel ved standby tjeneste, end der var lovet i specifikationer. Fleet Group Manager i Esvagt, Bjørn Viig, mener at man ville lave driftsprofiler mere grundige, og professionelle i dag, og derved undgå nogle af de fejldimensioneringer der er indbygget, i det nuværende koncept. Derfor vil det være fornuftigt at se på de fremherskende driftssituationer, på Esvagt Cassiopeia, og derved forsøge at fastlægge hvordan skibets diesel elektriske anlæg fungerer, i forhold til den brugsprofil der er på skibet. 48

49 Driftssituationer og tab Esvagt Cassiopeia Esvagt Cassiopeia er bygget som en ERRV, dette betyder at en stor del af skibets driftstid ligger skibet stand by ved olieinstallationer, hvilket betyder at skibets krav til fremdrift er vejrbestemt en stor del af service tiden. Udover at varetage stand by opgaver kan skibet komme ud for forskellige mindre forsyningsopgaver mellem olieinstallationer, samt sejlads mellem havn og arbejdssted. Skibets jobtyper gør at liggedage i havn er minimale og udgør kun den tid et reparationsophold tager, samt tid for besætningsskift og bunkring af fuel. For at finde skibets driftsprofil, vil det derfor være nødvendigt at kikke på de fremherskende vejrtyper, og se på de fremdrivningskrav disse kræver. I denne rapport, er skibets driftsprofil inddelt i 5 forskellige driftssituationer, dette skønnes at være repræsentativt for de belastninger skibets fremdrivningsanlæg udsættes for. Driftssituationerne er udarbejdet, ud fra de erfaringer jeg har med 7 års anciennitet på Esvagt skibe med D.E. fremdrift. Kaptajnen på Esvagt Cassiopeia, Jan Pedersen, har medvirket til at indkredse de driftssituationer der skønnes at være tilstrækkelige til at få et overblik over skibets effektforbrug, ved de forskellige vejrtyper. For at kunne vurdere de tab der opstår på skibet, har det været nødvendigt at definere en grundbelastning på skibets el tavle, denne belasting betagnes havnedrift. Denne grundbelastning, er fundet under et havneophold i Esbjerg hvor skibets VFD ér har været udkoblet, her er der fundet en repræsentativ belastning på 50 KW, til skibets grundlæggende drift. Grunden til denne fremgangsmåde, er at der er tomgangstab på VFD én og driften genererer uharmoniske svingninger der er kilde til yderligere tab, derfor skønnes det at være nødvendigt at definere denne grundbelastning. Med en defineret grundbelastning, kan de elektriske tab fastligges ved at fratrække fremdrivningsbelastningen + grundbelastning fra tavleeffekten. For at sikre nogenlunde nøjagtighed i målingerne, skal det sikres at der ikke er afvigelser i tilkoblet udstyr i testsituationen, i forhold til den definerede grundbelastning. Det skal bemærkes at denne fremgangsmåde ikke er nøjagtig, men det skønnes at en nøjagtig målemetode vil give samme trend. De varmetab der opstår i VFD ér vurderes fra oplysninger givet at Norwegian Electric Systems, der har leveret skibets Quadro drive fremdrivningssystem. I materialet fra NES, [7] er der opgivet et samlet tab for en 1500 KW VFD, skibets samlede effekt på VFD er 1430 KW, så der forudsættes en lineær reduktion af varmetabet, i forhold til belastningen. 49

50 Det overskydende tab der så fremkommer ved ovennævnte metode, regnes for tab der er forårsaget af THD, frembragt af VFD ér. Den driftsprofil der bliver lavet, på basis af efterfølgende test, kan så bruges til en vurdering af mulighederne for optimeringer på skibets fremdrivningsudstyr. Følgende driftssituationer er anvendt. Havnedrift Anlæg HJM. 1 HJM. 2 HJM. 3 HJM. 4 HJM. 5 THR. 1 THR. 2 P el Q el S el 54,6 54,6 CosΦ η el.m 0,91 η gen η Tavle 0,91 Total effekt NA NA Nominel Genset. C b gr/kwh 465 Nominel VFD 1430 gr/kwh effekt KW Forbr. l/h 25 Aktuel VFD NA effekt Load % 11/10 % Belastning NA Diesel/Gen Total THD v NA Total 77 KW THD i Køletab VFD 3. Uharm. NA 3. NA Aktuel køletab NA Uharm. VFD 5. Uharm. NA 5. NA Grundbelastning 50 KW Uharm. på Skib 7. Uharm. NA 7. NA Andre El Tab NA Uharm. 9. Uharm. NA 9. NA Andre El tab i % NA Uharm. af belastning Kommentar Havnedrift bruges til at fastlægge skibets grundbelastning uden fremdrift, det største tab ved denne driftsform er dieselmotorens uøkonomiske driftspunkt, samt generatorens store tab pga. af den lave belastning. Det har været vanskeligt, at finde en metode til fastlæggelse af tab i skibet, ved at fastlægge et repræsentativt udenoms forbrug, findes et værktøj der bruges til at fastlægge de tab der 50

51 opstår når VFD indkobles, idet udenomsforbruget anses som en konstant i det videre udregninger. Dette er ikke helt korrekt, men det anses som en mulig måde at lave rimeligt nøjagtige tabskalkulationer, med de værktøjer der er til rådighed på skibet. Generatorens belastnings % findes ved udregning, i forhold til nominel belastning, og denne udregning danner basis for bestemmelse af generatorens virkningsgrad, der er belastningsafhængig. Dieselmotorens afgivne effekt, kan findes ved hjælp af generatorens afgivne effekt til tavlen og generatorens virkningsgrad ved denne belastning. Derefter kan dieselmotorens belastnings % findes og det specifikke br.o forbrug kan fastlægges ved hjælp af motorens datablad Ved at bruge skibets Fuelmeter, kan der laves en udregning på brændstofomkostningerne ved at producere 1 Kwh. Beskrivelsen af fremgangsmåden for udregninger, er gældende for alle 5 driftssituationer S P Q ,6KVA Generatorens belastnings % af nominel ydelse S G,% Sact 54, % S 575 n Generatorens virkningsgrad findes til: 91 % = 0,91 Tavle Gen. Dieselmotorens afgivne effekt: P b PTavle 50 55Kw 0,91 tavle Dieselmotorens belastnings % P P % b, act b,% Pn 485 C b findes ved tilnærmelse til 465 gr/kwh 51

52 Det øgede forbrug for at producere 1 KWh i forhold til nominel drift. 214 ØgetForbrug 100 ( 100) 54% 465 Forbrug pr. produceret KW, ud fra målinger på tavle og fuelforbrug. C m 0, olie b, målt b, act. Ptavle gr / KWh Ved denne belastning koster det 425 gr. fuel at producere 1 KWh el. Standby uden fremdrivning, indkoblet konverter Anlæg HJM. 1 HJM. 2 HJM. 3 HJM. 4 HJM. 5 THR. 1 THR. 2 P el Q el 56 S el 117 CosΦ 0,88 η el.m η gen 0,91 η Tavle 0,91 C b gr/kwh Forbr. l/h 36 Load % Diesel/Gen Total THD v 1,5 % 3. Uharm. 5. Uharm. 7. Uharm. 9. Uharm. 0,1 % 0,4 % 0,1 % 0,1 % Total effekt 103 Genset. 305 Nominel VFD 1430 KW effekt Aktuel VFD 0 effekt % Belastning 0 12 % Nominel Total 77 KW THD i Køletab VFD 3. Uharm. 2 % Aktuel køletab 5 KW VFD anslået 5. Uharm. 7,6 % Grundbelastning 50 KW på Skib 7. 6,7 % Andre El Tab 48 KW Uharm. 9. Uharm. 0,5 % Andre El tab i % af belastning 47 % 52

53 Kommentar Driftsprofilen for Standby uden fremdrift er taget med gennemsnitlig grundbelastning på skibet og VFD ér indkoblet, uden omdrejninger på skruerne Denne belastningstype vil være typisk for godt vejr, hvor skibet kan ligge og drive i en stor del af tiden. Belastningen er ikke den samme som belastningen i havn, idet VFD ér er indkoblet. Det forventes at den ubelastede VFD vil skabe uharmoniske forstyrrelser. 103 KW er måske i den høje ende, og grundbelastningen ligger her nok over 50 KW, men det ændrer ikke det overordnede billede af stort tab, ved lav belastning. Andre El tab = P el VFD effekt Grundbelast. Aktuelt køletab Andre El tab = 103 ( ) = 48 KW Samme fremgangsmåde for udregning af Andre el tab benyttes ved efterfølgende test S P Q KVA Generatorens belastnings % af nominel ydelse S G,% Sact % S 575 n Generatorens virkningsgrad findes til: 91 % = 0,91 Tavle Gen. Dieselmotorens afgivne effekt: P b PTavle Kw 0,91 tavle Dieselmotorens belastnings % P P % b, act b,% Pn

54 C b findes ved tilnærmelse til 305 gr/kwh Det øgede forbrug for at producere 1 KWh i forhold til nominel drift. 214 ØgetForbrug 100 ( 100) 30% 305 Forbrug pr. produceret KW, ud fra målinger på tavle og fuelforbrug. C m 0, olie b, målt b, el Ptavle gr / KWh Ved denne belastning koster det 305 gr. fuel at producere 1 KWh el. Det ses at C b er den samme som C b, el, dette kan skyldes måleunøjagtigheder. Langsom Standby Anlæg HJM. 1 HJM. 2 HJM. 3 HJM. 4 HJM. 5 THR. 1 THR. 2 P el Q el 52 S el 176 CosΦ 0,95 η el.m η gen 0,94 η Tavle 0,94 Total effekt 168 KW Genset. C b gr/kwh 245 Nominel VFD 1430 KW gr/kwh effekt Forbr. l/h 51 Aktuel VFD effekt 72 KW 37/31 % Belastning 5 % Load % 16,6 Nominel Diesel/Gen Total THD v 1,1 Total 77 KW THD i Køletab VFD 3. Uharm. 0,1 3. 2,1 Aktuel køletab 4 KW Uharm. VFD 5. Uharm. 0,5 5. 4,0 Grundbelastning 50 KW Uharm. på Skib 7. Uharm. 0, ,7 Andre El Tab 42 KW Uharm. 9. Uharm. 0,1 9. 0,8 Andre El tab i % 25 % Uharm. af belastning 54

55 Kommentar Langsom Standby er en driftssituation ved godt vejr, hvor skibet bruger en lille smule fremdrivningskraft til manøvre og til at holde en bestemt position. Ved denne driftssituation kan fremdrivningen klares af 1 generator set. Det bør fremhæves at der er lavet forsøg med langsom fremdrift på 1 VFD, med den anden VFD indkoblet, men ubelastet. Ved denne situation er THD omkring 50 %[Bilag Billed] S P Q KVA Generatorens belastnings % af nominel ydelse S G,% Sact % S 575 n Generatorens virkningsgrad findes til: 94 = 94 % Tavle Gen. Dieselmotorens afgivne effekt: P b PTavle KW 0,94 tavle Dieselmotorens belastnings % Pb, act 179 Pb,% % P 485 n C b findes ved tilnærmelse til 245 gr/kwh Det øgede forbrug for at producere 1 KWh i forhold til nominel drift. 214 ØgetForbrug 100 ( 100) 12, 7% 245 Forbrug pr. produceret KW, ud fra målinger på tavle og fuelforbrug. 55

56 C m 0, olie b, målt b, act. Ptavle gr / KWh Ved denne belastning koster det 258 gr. fuel at producere 1 KWh el. Standby i dårligt vejr Anlæg HJM. 1 HJM. 2 HJM. 3 HJM. 4 HJM. 5 THR. 1 THR. 2 P el Q el S el CosΦ η el.m η gen η Tavle Total effekt 645 Genset. C b gr/kwh Nominel VFD effekt Forbr. l/h 175 Aktuel VFD effekt Load % 70/56 70/56 % Belastning Diesel/Gen På VFD Total THD v 1,3 Total THD i 6,1 Nominel Køletab VFD 3. Uharm. 0,1 3. Uharm. 0,7 Aktuel køletab 5. Uharm. 0,8 5. Uharm. 5,2 Grundbelastning VFD på Skib 1430 KW 545 KW 37,9 % 77 KW 29 KW 50 KW 7. Uharm. 0,6 7. Uharm. 2,4 Andre El Tab 21 KW 9. Uharm. 0,1 9. Uharm. 0,2 Andre El tab i % af belastning 3,3 % Kommentar Standby i dårligt vejr er taget ved en erfaringsmæssig gennemsnitsbelastning som skibet udsættes for i vejrtyper omkring sekundmeter vind. Dette er en fremherskende vejrtype på Nordsøen og Norskehavet en stor del af året og som sådan er det en driftssituation skibet er udsat for i en stor del af tiden. Erfaringsmæssigt har det vist sig at den driftssituation der her ses, med en motorbelastning omkring % pr generatorset er normalt, ved denne vejrsituation. Tit ville skibet kunne klare fremdriften med 1 motor på fuld belastning, men det er ikke sikkerhedsmæssigt forsvarligt, idet der så ikke er kraftoverskud til at rette skibet op hvis den falder af. 56

57 Dette bevirker at skibet er tvunget til at køre med 2 generatorset ved der hver er belastet med 70 % som i situationen her. Det skal siges at for driftssituationen med 2 genset, er det ikke unormalt at de er en smule lavere belastet end i forsøget her, hvilket giver stører tab S P Q KVa Generatorens belastnings % af nominel ydelse S G,% Sact % S 575 n Generatorens virkningsgrad findes til: 95,5 % Tavle Gen. 0,955 Dieselmotorens afgivne effekt: P b PTavle KW 2 2 0,955 tavle Dieselmotorens belastnings % P P % b, act b,% Pn 485 C b findes med tilnærmelse til 228 gr/kwh Det øgede forbrug for at producere 1 KWh i forhold til nominel drift 214 ØgetForbrug 100 ( 100) 6,1% 228 Forbrug pr. produceret KW, ud fra målinger på tavle og fuelforbrug. C b, act. olie mbmålt 0, gr / KWh P 645 tavle 57

58 Fuld kraft frem Anlæg HJM. 1 HJM. 2 HJM. 3 HJM. 4 HJM. 5 THR. 1 THR. 2 P el Q el S el 1626 CosΦ η el.m η gen 96 % 96 % 96 % 96 % η Tavle 96 % Total effekt 3,3 % Nominel 1622 Genset. KW C b gr/kwh Nominel VFD effekt 1430 KW Forbr. l/h 412 Aktuel VFD 1470 effekt KW Load % % Belastning 103 % Diesel/Gen Total THD v 2,5 % Total 77 KW THD i Køletab VFD 3. Uharm. 0,3 % 3. 0,5 % Aktuel køletab 79 KW Uharm. VFD 5. Uharm. 1,9 % 5. 2,7 % Grundbelastning 50 KW Uharm. på Skib 7. Uharm. 1,1 % 7. Uharm. 0,6 % Andre El Tab 23 KW 1,4 % 9. Uharm. 0,1 % 9. Uharm. 0,1 % Andre El tab i % af belastning Kommentar Fuld kraft frem er situationen med sejlads mellem olieinstallationer og mellem arbejdssted og havn. Dette kan klares af 4 generator set S P Q KVa Generatorens belastnings % S G,% Sact % S 575 n 58

59 Tavle Gen. 0,96 Dieselmotorens afgivne effekt: P b PTavle KW 4 4 0,96 tavle Dieselmotorens belastnings % P P % b, act b,% Pn 485 C b findes med tilnærmelse til 215 gr/kwh Motorens øgede forbrug for at producere 1 KWh i forhold til nominel drift ( ) 100 1% 216 Det ses at dieselmotoren er tæt på optimalt driftspunkt Forbrug pr. produceret KW, ud fra målinger på tavle og fuelforbrug. C b, act. olie mbmålt 0, gr / KWh P 1622 tavle Ved fuld kraft ses det at det koster 216 gr. fuel at producere 1 KWh el. Diesel motorerne er tæt på mest økonomiske driftspunkt, men en belastnings % på 87, gør at de ikke er helt oppe på mest økonomiske driftspunkt, men det er dog meget tæt på. 59

60 Nøgletal Driftssituationer Nedenstående nøgletalstabel er opstillet efter de opnåede resultater fra driftsanalysen, hvor nøgletallene fra de 5 forskellige testforsøg er stillet op mod hinanden. Driftssituationer Diesel motorens belastnings % C b Diesel motor Øget forbrug på diesel i forhold til nominelt forbrug Diesel forbrug til produktion af 1. Kwh el El tab, % af tavle effekt Havnedrift 11 % 465 gr/kwh 54 % 425 gr/kwh NA St. By uden fremdrift 23 % 305 gr/kwh 31 % 305 gr/kwh 47 % Langsom St.by 37 % 245 gr/kwh 13 % 258 gr/kwh 25 % St. By Dårligt vejr (2. 70 % 228 gr/kwh 6 % 231 gr/kwh 3,3 % dieselmotorer) Fuld kraft Frem (4 dieselmotorer) 87 % 215 gr/kwh 1 % 216 gr/kwh 1,4 % Tabsanalyse, Esvagt Cassiopeia Med udgangspunkt i de tilgængelige målemetoder på Esvagt Cassiopeia, kan det være svært at lave en korrekt tabsanalyse, ud fra de opnåede testresultater. Det kan fastligges med rimelig nøjagtighed hvad tabet er frem til tavlen, og der kan laves en gennemsnits betragtning af størrelsen på udenomsforbruget som her er valgt til 50 KW, der er fundet repræsentativt, efter forsøg ved havneophold. Ved måling af THD ved hjælp af en Fluke 434/435 Power Quality Analyzer, er det fastlagt at der er betydelige problemer med THD i, ved lave belastninger på VFD. THD er analyseret for de valgte driftssituationer [29]. De målinger der er taget af THD, er i forbindelse med forudbestemte driftssituationer der er valgt som repræsentative til at forme en driftsprofil, efterfølgende målinger af THD i ved lavt belastet VFD, har vist at en THD i på % ikke er unormalt, og i specielle tilfælde kan den nå op på over 50 %. [30] Ud fra målinger, og udregninger, ses det at de elektriske tab der ikke kan defineres præcist, stiger kraftigt i forhold til den producerede effekt, ved faldende belastning på VFD, dette forhold må indikere at der ligger et problem i driven, der gør at den ikke kan håndtere lav belastning, eller måske er den ikke konstrueret til at arbejde ved lav belastning en stor del af driftstiden. 60

61 Det ses at når VFD indkobles, uden belastning, så er THD i på over 12 %, målt på hovedtavlen og når propellerne indkobles så stiger THD i til %, hvorefter den falder med stigende belastning. Dette indikerer at der er filterproblemer i denne VFD i hvert fald når der er tale om ingen eller lav belastning på VFD. Men det ses også at THD falder kraftig ved fuld belastning og her opfylder driven til fulde de krav der er til max THD, her er tabene også minimale. Ved de 4 test, hvor de uharmoniske svingninger måles, er tallene for: 3, 5, 7 og 9 ordens uharmoniske svingninger opgivet. Generelt har kontinuerlige målinger på nettet vist at der er betydelige uharmoniske svingninger af: 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 og 25 ordenssvingninger. Det er + sekvens svingninger der giver varmetab. 7, 13, 25 og 31 uharmoniske er + sekvens Det er sekvens svingninger der giver modmoment og deraf øgede tab 5, 11, 17, og 23 uharmoniske er sekvens Målingerne viser at det er 5, 11 og 17 uharmoniske der ligger højt på forsyningssiden, så det må forventes at der er problemer med modmoment i el motorer koblet på nettet. Målingerne viser også at specielt 7 og 25 ordens svingninger ligger relativt højt, og da hysteresetabet stiger ekspotentielt med ordenstallet, må det forventes at der er relativt store varmetab i forbindelse med disse uharmoniske svingninger. Kontinuerlige målinger på nettet, under manøvre situationer, hvor der er belastningsændringer, viser THD i helt op til 82,7 %. [31] Denne situation, med store udsving i THD og store værdier ved belastningsændringer, er et generel karakteristik af anlægget og indikerer at AFE én har svært ved at klare belastningsændringer. Dette faktum gør at skibets driftsøkonomi er yderligere forringet pga. el tab i manøvre situationer og situationer med hyppige belastningsændringer. Under afsnittet om uharmoniske svingninger blev det klarlagt at man har fundet ud af at uharmoniske svingninger over 67 orden er et stort problem i AFE drives. Hvis man kikker på de kurver som analyseværktøjet kunne frembringer, vil man kunne se at spændingskurven er meget hakket, dette betyder at forfatteren vil komme med den påstand, 61

62 at der kan ligge harmoniske problemer af højere orden på denne drive, som ikke kan analyseres med det værktøj der er til rådighed, dette underbygges af det faktum at specielt svingninger af 5, 7, 11, 17 og 25 ordens svingninger ikke håndteres specielt godt, så kan man vel med en vis rimelighed formode, at højere ordens svingninger ikke klares bedre. Ved de højere belastninger, skal det dog nævnes, at de uharmoniske svingninger er indenfor de tolerance grænser der er opstillet. Men skibets driftspunkter harmonerer sjældent med den optimale situation. Hvis fokus rettes på motorens driftspunkter, ses det at, skibets dieselmotorer, og generatorer kører meget lavt belastet en stor del af tiden. Dette gør, at det bliver dyrt at producere en KWh el, idet motor og generator er mest økonomisk ved nominel drift. Ved havnedrift er en KWh el, dobbelt så dyr at producere som ved nominel drift, og her forholder rapporten sig slet ikke til vedligeholdsspørgsmål, kun de rent driftsøkonomiske. Driftsprofil På grundlag af ovenstående udregninger, kan nedenstående driftsprofil fastlægges. Dette gøres skønsmæssigt, på basis af de indhøstede erfaringer både forfatteren af rapporten, samt skibets kaptajn har gjort over en årrække. De 4 driftstyper, er sat i et størrelsesmæssigt forhold, der bygger på ovennævnte skøn og dette må regnes som stærkt vejledende. Det bør også nævnes at tallene i udregningerne tilhørende de respektive belastningstyper kan ændre sig, inden for det ret grove område de repræsenterer, men rapporten skønner, at tallene giver et godt billede af udviklingen i forbrug, fra lav belastning, frem til fuld kraft. 1. Havne ophold. (5 %) 2. Standby uden fremdrift. (13%) 3. Langsom Standby. (27%) 4. Standby i dårligt vejr. (45%) 5. Fuldkraft frem. (10%) 62

63 Driftsprofil 1 5% 5 10% 2 13% 4 45% 3 27% Delkonklusion driftsprofiler og tab Ved at se på ovenstående illustration, kan man hurtig konkludere at Esvagt Cassiopeia er i den mest optimale drift ca. 10 % af tiden, hvor skibet sejler fuld kraft frem. Her findes den mest økonomiske udnyttelse af fuelolien nemlig på 217 gr/kwh el. Dog kan man sige, at selv den bedste situation ikke er optimal, idet motorens driftspunkt ligger på 86 % af nominel ydelse og generatoren ligger på en ydelse på 70 % af nominel. Men da skibet ikke formodes, at sejle med max hastighed en ret stor del af tiden, kan man leve med denne lille afvigelse fra det nominelle driftspunkt, hvis det er et kompromis der er lavet for at forbedre økonomien ved mere fremherskende driftsformer. De Elektriske tab ved fuldkraft frem er minimale, dette tolkes på den måde at AFE driven har en god virkningsgrad ved denne belastning Det ses at økonomien er relativt dårlig når skibet ligger stille uden fremdrift, her koster det 305 gr fuel at producere 1 KWh el. De elektriske tab der ikke kan gøres rede for, er oppe på 47 KW hvilket er 48 % af den producerede effekt, forudsætningen her er at køleeffekten på driven er sat til 5 KW, ved ubelastet tilstand, denne kan godt være lidt højere, så falder tabs % for andre el tab. Dette ændrer dog ikke så meget ved konklusionen, nemlig at den indkoblede VFD i ubelastet tilstand, skaber nogle meget store elektriske tab i systemet. Det burde overvejes at udkoble driven, på tidspunkter hvor der ikke er brug for fremdrift, idet belastningen på systemet vil falde, til det der svarer til belastningen ved havnedrift. Dette vil så klarlægge en anden svaghed ved systemet, idet 1 KWh el koster 425 gr fuel at producere, dette skyldes den lavt belastede dieselmotor, og generator. 63

64 I denne situation ville det være meget bedre hvis skibet havde mulighed for at skifte over på et mindre generatorset der var tættere på sit optimale driftspunkt, ved denne belastning. Økonomien ved langsom standby, er lidt forbedret i forhold til situationen uden fremdrift. De elektriske tab der skyldes VFD éns lave driftspunkt, er reduceret til 42 KW, hvilket er 25 % af den leverede effekt fra genset. Dette er stadigvæk høje tab, og det bemærkes også at THD i ligger en del over de max 10 % der anbefales, dette tolkes derhen at drivens virkningsgrad stadig er dårlig, men dog på vej til at forbedres med belastningen. Også her må det konkluderes at det valgte maskin set-up ikke passer til skibets driftsprofil, idet både motor, generator og VFD er lavt belastet, ved en driftsform der er forekommende en stor del af skibets arbejdstid. Ved standby i dårligt vejr, er driftsøkonomien markant forbedret i forhold til situation 1 og 2, dog matcher maskineriets størrelse ikke de effektkrav der er for fremdrivningskraft hvilket bevirker at dieselmotorerne må køre % belastet, en stor del af driftstiden, her ville det have været optimalt med en mindre generatorset der samkørte med en stor, således at optimalt driftspunkt kunne opnås. Disse fakta gør at den totale anlægsøkonomi er dårlig, og at skibet kun er i bedste driftsøkonomiske situation, i en meget lille del af tiden. Der fremgår en tydelig tendens fra de tal der er taget ved de 4 forskellige test, nemlig at økonomien forbedres betydeligt, jo højere belastet anlægget er, og dermed jo tættere de forskellige komponenter ligger på deres nominelle driftspunkt. Det må være ud fra denne erfaring at et diesel elektrisk set-up skal laves, og det ses her at det må anses for uhensigtsmæssigt, at lave et D.E. anlæg på en ERRV med ens generatorset, samt ens fremdrivnings motorer, det optimale må være et differentieret anlæg der er tilpasset driftsprofilen. Måleresultaterne er forelagt Siemens marine og her finder man, at størrelsen på THD i er alarmerende stor og konklusionen herfra er at anlægget må være fejl dimensioneret, eller der må være fejl på nogle komponenter i driven.[telefon samtale] Siemens er også af den opfattelse at det diesel elektriske fremdrivningssystem er fejl dimensioneret, i forhold til den driftsprofil der er på skibet, idet diesel motorer og generatorer er udenfor optimalt driftspunkt, i de fleste driftssituationer. Denne forkerte sammensætning af komponenter er en stor tabskilde. 64

65 Krav til diesel elektrisk fremdrivnings system, på Esvagt Cassiopeia Esvagt Cassiopeia har et bredt brugsområde, derfor skal den fremherskende egenskab for et dieselelektrisk anlæg, være stor fleksibilitet. Dog har skibet lave fremdrivningsbehov en stor del af tiden, derfor skal et krav være god driftsøkonomi, ved de lavt belastede områder. For at have mulighed for forskellige kombinationer af dieselmotorer, ved de forskellige belastningssituationer der er en del af skibets driftsmønster, skal anlægget udstyres med generatorset af forskelig størrelse, gerne 3 forskelige. Diesel elektriske løsninger fra Siemens I meget af den tilgængelige teori og salgsmateriale vedr. diesel elektrisk fremdrivning til skibe, fremhæves en konverter med AFE som den bedste løsning, bl.a. til reducering af THD, og AFE er blevet fremhævet som en bedre løsning en 6, 12 og 18 pulse DFE konvertere. Siemens er ikke ubetinget enige i dette synspunkt, idet firmaet påpeger en række forhold ved en AFE, der ikke nødvendigvis er fordelagtige til marinebrug. [32] En AFE har den fordel at den kan regenerer retureffekt hvilket kan være en fordel i en vindmølle, eller et diesel elektrisk lokomotiv, men ikke har den store fordel, i et marine basseret fremdrivningssystem. Andre ulemper ved AFE er. 1. En AFE har ca. dobbelt så store elektriske tab som en DFE Pga. PWM filtre og Induktorer. 2. En højere fejlrate på IGBT elementer end på dioder, hvilket medfører kortere levetid på AFE, derfor skal IGBT elementerne udskiftes oftere, for at sikre fejlfri drift. Det nævnes også i [8, p. 5] at AFE med IGBT elementer er meget mere følsomt end standard konfiguration med eksempelvis 12 pulse ensretter 3. En AFE er betydeligt længere end en DFE, ide der skal være plads til de ekstra IGBT elementer på front siden, samt L-C-L filtre. 4. Da der ikke bruges transformer, er der ikke galvanisk adskillelse mellem inverter og forsyningsskinne og der skal monteres udstyr der kan reducere Common Mode Effekt (Støj). 65

66 På grundlag af ovenstående kendsgerninger, så er Siemens af den opfattelse at konventionelle DFE konvertere med diode ensrettere med 6, 12 eller 18 pulse system, er at foretrække til marinebrug. Den anvendte transformer er medvirkende til reduktion af THD og ydermere kan der indsættes harmoniske filtre til at reducere THD. [32] Bilag. [33, p. 56] Dette bakkes op af Siemens egen teori på området, hvor der er indsat THD filtre efter PCC (point of common coupling) Kilde: [33, p. 57] Her ses det at i et system med en lav relativ kortslutningseffekt(stor induktans i forsyningssystemet), kan Siemens komme ned på en THD i på 5 % med en VFD der har en 6 pulse ensretter. Den laveste THD i der blev målt på Esvagt Cassiopeias Hovedtavle, var 3,3 %, så denne AFE præsterer ikke betydeligt bedre end et Siemens system med 6 pulse DFE med diode ensretter, ville gøre. I bilag 9 fra IEEE, nævnes der også specifikke AFE problemer i forbindelse med marinedrift og der rettes især fokus på det faktum at uharmoniske svingninger af lavere orden reduceres i en AFE, men uharmoniske svingninger af højere orden øges, dette støtter godt op om de indsigelser der kommer fra Siemens på området. 66

67 Siemens Blue Drive C Det nyudviklede koncept Blue Drive C, fra Siemens, benytter sig af en DC hovedskinne, der forsynes fra en AC generator. Fordelen ved dette, er at dieselmotoren ikke er låst fast på et bestemt omdrejningstal, men motoren kan omdrejningstilpasses, således at det optimale driftspunkt flyttes til at lavere belastningsområde for den pågældende motor. Siemens regner med at omdrejningerne kan reduceres til 70 % af det nominelle omdrejningstal, og det nominelle specifikke olieforbrug kan derved bibeholdes, ved en langt lavere belastning på dieselmotoren. En diodekobling forsyner så en DC hovedskinne med en stabil jævnspænding, der er uafhængig af dieselmotorens omdrejninger. DC skinnen kan yderligere forsynes fra en batteribank, således at perioder med meget lav fremdrivnings behov, vil kunne klares fra batteribanken. Dette sikrer yderligere en god driftsøkonomi, idet dieselmotoren kan oplade batteribanken på det optimale driftspunkt og kan stoppes af efter opladningen, hvorefter hele skibets drift forsynes fra batterier. Fremdrivningsmotorerne forsynes gennem vekselrettere, der er koblet på DC nettet. Kilde: [34] 67

68 På ovenstående skitse ses at skibets øvrige AC forbrugere, forsynes gennem en separat inverter, således at skibe med Blue Drive C har en normal AC tavle. AC forbrugere der kræver variable omdrejninger, som pumper, ventilation osv. Kan forsynes fra separat inverter, således at omdrejningsreguleringen ikke sender støj som EMC og THD ind på hovedtavlen. Nedenunder vises et eksempel fra en ERRV, der har fået leveret Blue Drive C fremdrivningssystem. Det ses at der er 3 forskellige dieselmotorer størrelser der muliggør den helt optimale drift af skibet. Konklusion Siemens Kilde: [35] Med udviklingen af Blue Drive C har Siemens fundet en løsning på en af diesel motorens svagheder, der er et højere specifikt brændolieforbrug ved lav belastning. 68

69 Dette resulterer i en betydelig fleksibilitet på anlægget, idet et Blue Drive C anlæg forsynet med dieselmotorer i forskellig størrelse, næsten altid vil kunne drives på optimalt driftspunkt på dieselmotor siden. Dette kan illustreres på nedenstående skitse der er hentet fra Wärtsiläs produkt guide, for deres 46 motor. Wärtsilä påpeger at illustrationen er en generel vejledning, og kan variere i forskellige situationer, men den giver en god ide om den effekt der opnås ved at reducere omdrejningerne ved lav belastning. Som det ses nedenunder, så vil SFOC være 4 % over bedste situation, ved 100 % omdrejninger og en belastning på 60 %. Reduceres omdrejningerne til ca. 84 % af nominelle omdrejninger, så reduceres SFOC således at den er 2 % over bedste situation, for motoren. Det er disse forbedringer af SFOC, ved reduceret belastning, der er en af styrkerne ved Blue Drive C. Bilag: [36, p. 236] Brugen af DC grid, reducerer også EMC og THD betydeligt, og der vil kun være Up-Stream THD på generatorerne, der forårsages af generatorens ensretter. Inverteren der forsyner skibets AC net, vil kunne styres meget præcis, da opgaven vil være at lave jævnspændingen fra DC griden om til en stabil vekselspænding, ved skibets nominelle frekvens. 69

70 Da det ikke er nødvendigt at have en VFD opkoblet på AC nettet, vil THD på dette net være minimal, og AC nettet vil kun være påvirket af den EMC der frembringes af inverteren der forsyner AC nettet. Da der er tale om en stabil vekselspænding der skal frembringes, er der mulighed for effektiv filtrering af forstyrrelser på AC nettet, således at sikkerhedsudstyr ikke påvirkes i væsentlig grad. Siemens kan også levere konventionelle pulse konvertere i 6, 12, 18 eller 24 pulse udførelse, ligesom at der kan leveres AFE konvertere. Key Account manager i Siemens marine, Kim Strate Kiegstad, er ikke helt enige i denne rapports udlægning af at AFE ubetinget, er den bedste løsning til at reducere THD [Mail bilag] Som udgangspunkt er Siemens af den opfattelse at en konverter med AFE ikke skal vælges alene ud fra kravet om THD reduktion, idet Siemens kan levere både 6 og 12 pulse anlæg der kan tilfredsstille klassifikationsselskabernes krav, på dette område. Vurderingen fra Siemens vedr. endeligt Engineering af anlæg, er at beslutningen skal tages på grundlag af en vurdering af alle parametre, dette betyder at der ikke kan opstilles et generelt regelsæt for hvordan valget skal være. Diesel Elektriske løsninger fra Stadt Diesel elektriske løsninger fra Stadt, bygger på et andet princip end både Siemens og andre fabrikanter vælger. Et D.E. anlæg fra Stadt bruger kun frekvensomformning ved Slow Steaming, hvor en lille AFE anvendes. [10] Ved højere belastninger bruges pitch propeller, sammen med el motorer der har 2 adskilte viklinger og derved 2 hastigheder. [27, p. 10] Kilde: [27, p. 7] 70

71 Ovenstående skitse viser princippet som Stadt Stascho er opbygget efter. En lille VFD (FC) bruges op til 1/6 af max effekt. [10, p. 5] Her kan vælges at bruge en separat el motor, som på skitsen, men systemet kan også dimensioneres således at motoren med adskilte viklinger bruges, her vil man typisk vælge at bruge viklingerne for lave omdrejninger. Når der er behov for yderligere effekt, sættes manøvre håndtaget på broen over på mellem høje omdrejninger. Ved mellem høje omdrejninger udkobles VFD én, og motorens viklinger for lave omdrejninger er koblet direkte på nettet. For at synkronisere omdrejningerne, bruges en tyristorkobling der kører elmotoren op, på det mellem høje omdrejningstal. [10, p. 5] Kilde: [10, p. 8] For at skifte til det høje omdrejnings område, flyttes manøvrehåndtaget op på HIGH, og tyristor koblingen vil sørge for synkroniseringen, således at omdrejningerne tilpasses nettets frekvens i forhold til el motorens viklinger for det høje omdrejnings område. Stadt har påvist at der kan spares omkring 50 % på de elektriske tab, når anlægget kører i By-pass mode, ide der ikke bruges nogen frekvensomformer. [27, p. 6] [37] Det må dog påpeges at der skal bruges effekt til at drive den hydrauliske powerpack, der driver pitch propelleren, dette forbrug findes ikke på anlæg med fast propeller. Fordele ved Stadt Stascho Stadt angiver selv en række fordele ved Stascho systemet. [10, p. 8] 71

72 1. Brændstofbesparende 2. Driftsikker løsning da der er langt færre elektriske komponenter end i traditionelle PWM drives 3. Stascho eliminerer problemet med EMC, THD. 4. Billigere total driftsøkonomi 5. Pladsbesparende i forhold til traditionelle anlæg Konklusion Stadt Stascho Det er rapportskriverens mening at Stadts teknologi er nytænkende på det D.E. område og er et rigtigt godt eksempel på de fordele der kan være ved at kombinere forskellige teknologier. Stadt Stascho har reduceret de elektriske tab, der er i en normal VFD, idet der kun benyttes en IGBT basseret frekvensomformer op til 1/6 af max load, hvorefter et BY-pass kobling, frakobler frekvensomformeren og indkobler en 2 speed elektromotor direkte på nettet, således at propelleren herefter kører enten mellem eller høje omdrejninger. Det unikke i Stadts diesel elektrisk anlæg, er at de elektriske tab kan elimineres en stor del af tiden, dog tager Stadt teknologien ikke højde for de fuel besparelser der kan opnås ved omdrejningstilpasning i forhold til dieselmotorens belastning, således at SFOC ikke stiger ved lave belastninger på motoren. Stadt eliminerer THD og EMC, ved ikke at bruge VFD ved et effektbehov over ca. 16 % af nominel effekt, dette er en god løsning, idet THD tab der forårsages af konverteren er væk. Som det ses fra målinger på Esvagt Cassiopeia, så har konverteren høje tab og høj THD ved lav belastning, her vil fordelen ved Stascho være, at den VFD der benyttes ved lave belastninger, vil have en meget højere relativ belastning og dermed vil den ligge tættere på nominel driftsområde, hvis dette system blev brugt i Esvagt Cassiopeia. Endelig Konklusion Det har vist sig at det er nødvendigt med grundige forundersøgelser, hvad angår den driftsprofil et skib med diesel elektrisk fremdrift skal operere under. De analyser der er lavet på Esvagt Cassiopeia, viser at det installerede fremdrivnings maskineri ikke passer så godt til det faktiske brug, set ud fra et driftsøkonomisk synspunkt. Test resultaterne, og systemopbygningen har været forelagt Siemens Marine, her udtrykkes der forundring over opbygningen af det D.E. anlæg, [telefonsamtale] idet anlægget er meget ufleksibelt med 5 ens motorer, og derved kører det kun optimalt i en lille del af brugstiden. 72

73 For at lave et overskueligt eksempel, på hvordan dimensioneringen kan foregå, laves en dimensioneringstabel der passer til skibets brugsprofil. Stand by mode Dim. betingelser Havneophold η gen: 0,92 Load 85 % Standby uden η gen: 0,93 fremdrift Load 85 % Langsomt η gen: 0,95 standby load 85 % Standby η Gen: 0,97 dårligt vejr Load 85 % Standby Kombinerings dårligt vejr eksempel Standby Kombinerings dårligt vejr eksempel Standby Kombinerings dårligt vejr eksempel Fuld kraft frem η Gen: 0,97 Load 85 % KW effekt på tavlen Dim. Effekt behov motor Motor størrelse KW Antal motorer Motor belastning % % % % % NA % NA % % Tabellen giver følgende Motorstørrelser: 2.stk. på KW 1. stk. på. 765 KW 2.stk. på. 200 KW Ved fuldkraft frem, er der målt et forbrug på 1622 KW. Derfor vil det være rimeligt at antage at det skal være muligt at levere 1700 KW, når skibet sejler fuld kraft frem. Hvis der vælges at installere 2 motorer, der kan levere power til fuldkraft frem, ville det betyde at der skulle bruges 2 motortyper med en effekt på 1008 KW, ved denne størrelse er der taget højde for generatorens virkningsgrad samt et driftspunkt på 85 % af nominel ydelse. Ved at vælge denne motor størrelse, sammen med en korrekt dimensioneret generator, vil disse 2 motorer også kunne anvendes ved manøvrer under borerig, idet kraftreserven ville være rigelig. Ved standby uden fremdrift, og langsom standby ligger effektforbruget mellem KW. Ved standby, i dårligt vejr ligger effektforbruget på 645 KW For at dække disse områder skal der laves et kvalificeret kompromis, idet skibets driftsprofil skal anvendes. [se side 59] 73

74 Ud af dimensioneringstabelen, ses det at muligheden for et driftspunkt på motorerne mellem % af nominel effekt, er muligt i 82 % af skibets totale driftsperiode, dette tal kommer frem, ved at kombinere forskellige situationer, fra driftsprofilen og ud fra tabelen ses det også at det vil være muligt at kombinere motorerne, således at der kun køres med 1 stor motor, i situationer med meget dårligt vej. Der kan argumenteres for at den ovenfor valgte motor installation kombineres med en 6 pulse DFE konverter [32], i stedet for en AFE, Siemens Blue Drive C, eller Stadt Stascho. Siemens er af den opfattelse at deres filtrer til 6 pulse DFE anlæg kan klarer de uharmoniske, således at de ligger under de krav klassifikationsselskaberne opstiller. Det må konkluderes at fastlæggelsen af en driftsprofil, og endelig Engineering hvor både Generatorset og VFD tilpasses denne profil, har stor betydning for skibets totale driftsøkonomi. De realistiske optimeringsmuligheder på Esvagt Cassiopeia, skal findes i skibets VFD, idet udskiftning af motorer eller thrusterer, vil være for omkostningstungt. Under samtaler med Kim Strate Kiegstad fra Siemens, er det blevet berørt om det vil kunne betale sig at bygge en batteribank på skibet, således at et generatorset altid kørte fuldt belastet i situationer med lav fremdrivningsbehov, og efter opladning af batteribanken skiftes der så over på batteridrift, som så forsyner skibet indtil opladning igen er påkrævet. Men det vurderes at ombygning af anlægget, så det gøres klar til en batteribank vil være for omfattende, og kræve for store investeringer. Ses der isoleret på VFD en, er der nogle forudsætninger der skal være opfyldt for at denne fungerer, og lavt THD niveau holdes I en mail fra N.E.S. [17] henvises der også til at det er en forudsætning at L-C-L filtrene virker optimalt, for at holde lave THD værdier. Den praktiske erfaring med skibstypen betyder at der er en vis mistanke om at L-C-L filtrene ikke virker optimalt, idet der har været kondensator fejl på typen, samt det faktum at N.E.S. har udsendt vedligeholdsprocedurer for kondensatorerne. Der kan dog argumenteres for at dette ikke er hele problematikken, idet THD værdierne er ok ved fuldt belastet VFD, dette kan lede hen mod en mistanke om forkert størrelse på L-C-L filtrene, jævnfør [8, p. 5] der nævner at der kan være behov for tilpasning af kondensatorer i en AFE. Derfor, er en opgradering, eller tilpasning af L-C-L filter systemet, en oplagt mulighed for optimering af det eksisterende anlæg på Esvagt Cassiopeia En yderligere mulighed, udover filteroptimeringer, kunne være at eftermontere en mindre dieselmotor på det eksisterende anlæg, dette vil kræve en udbygning af hovedtavle og PMS. 74

75 Denne løsning vil selvfølgelig begrænse fuel forbruget relateret til den høje SFOC ved lav belastning, på det nuværende anlæg. Efter en samtale med Kim Strate Kiegstad, blev det nævnt at linefiltre som i Siemens 6 og 12 pulse anlæg, måske kunne være en løsning på de høje THD værdier. Men det har efterfølgende ikke været muligt at fastlægge om disse filtre kan bygges ind på et AFE anlæg. Hvis der er ønsker om mere omfattende optimeringer, kan Stadt tilbyde ombygning af det diesel elektrisk set-up hvor en del af de eksisterende komponenter, kan genbruges. Stadt nævner at Genset, styring Osv. Kan genbruges hvis det ønskes at lave anlægget om til et Stadt Stascho system, men fremdrivnings thrusterer skal skiftes. [38] Med denne ombygning, vil man stadig stå med det problem at diesel motorernes størrelse ikke passer godt til de forskellige fremdrivningsbehov, hvilket vil reducere besparelserne. Optimeringsmuligheder på Esvagt Cassiopeia syntes derfor at ende i en blindgyde, Pga. anlæggets kompleksitet, og det faktum at en ombygning er meget omkostningstung. Alle komponenter er forbundet til hinanden, og en ændring et sted i systemet kræver næsten altid komplekse, og omfattende ændringer andre steder. Den endelige konklusion på dette må være at der sættes en mindre Generatorset på anlægget, samt at Drivens filtre efterses grundigt og forsøges tilpasset de belastningsforhold der er gældende for skibet. Ved en projektering, og efterfølgende konstruktion af en ERRV i dag, ville det være naturligt at se på udviklingen og benytte sig af de fremskridt der er gjort på området. Der er flere relevante firmaer der har gjort store fremskridt de senere år, men det været naturlig at vælge de 2 firmaer der har bistået med udarbejdelsen af rapporten. Dette valg giver også en mulighed for at vælge mellem 2 løsninger der anvender forskellige teknologier, for at opnå en god driftsøkonomi, og lave tab. De undersøgelser rapporten har gjort på området, har inkluderet en kommunikation med både Siemens og Stadt hvor disse 2 firmaet har udleveret tekniske detaljer for deres forskellige anlægstyper. Siemens, og Stadt har forskellige opfattelser af hvilken vej udviklingen skal gå, eksempelvis begrænser Stadt den periode hvor der skal benyttes VFD, ved at bruge elmotor med adskilte viklinger i kombination med pitch propeller, og derved elimineres de elektriske tab der opstår i konverteren. Siemens bruger en DC grid i sit nye Blue Drive C,derved elimineres problemet med THD i forsyningsnettet, yderligere anvendes muligheden for omdrejningstilpasning på dieselmotoren hvilket giver en forbedring af SFOC, i et bredere belastningsområde. 75

76 Det må konkluderes at et valg mellem eksempelvis Blue Drive C eller Stadt Stascho, må komme til at bero på et skøn der tager udgangspunkt i formulerede anlægskrav, og skibets driftsprofil. Grunden til dette er at det ikke har været muligt at sammenholde 2 lignende anlæg mod hinanden, eller trække på en erfarings database med sammenlignelige test. Begge anlæg viser meget lave tab, og lave tal for THD og EMC, og kan vise fine tal for brændstof økonomien. Det udleverede materiale viser at begge anlæg har lave tab, i det let belastede område, man kan dog argumentere for at Siemens Blue Drive C har en lille fordel fremfor Stadt Stascho, idet Siemens anlægget kan belastningstilpasse omdrejningerne på dieselmotoren, således at SFOC kan holdes på et højere niveau i et bredere område. Da Stadt benytter sig af en VFD i det lave belastningsområde, kan der argumenteres for at Stadt ikke har de anlægsfordele der er karakteristisk for anlægget, i dette område. Dette betyder at Stadts anlæg skal sammenlignes med at andet anlæg med IGBT ensretter, når skibet slow-steamer, hvilket vil være et plus mere til Siemens Blue Drive C systemet, på en ERRV. Stadt Stascho virker til at have en fordel ved højere belastninger, idet de elektriske tab der frembringes af en VFD er elimineret, og samtidig er Stascho systemet mere ukompliceret. Der kan skimtes nuance forskelle i den opfattelse der eksisterer i de 2 firmaer, idet samtaler med Siemens har vist at dette firmas opfattelse af THD som et problem, ikke er Hysterisk, idet opfattelsen er at THD ikke skaber væsentlige tabsproblemer, hvis de kan holdes på et relativt lavt niveau. [32] Siemens er af den opfattelse at den høje THD i på Esvagt Cassiopeia, ikke udgør et stort tabsproblem, idet de store uharmoniske svingninger ligger i det lavt belastede område, de små belastningsstrømme, i driftsområdet, gør at tabet ikke er stort. [39] Rapporten vil dog opponere mod dette synspunkt, idet målinger klart viser at der er store tab i de lavt belastede områder, og tabene udgør en stor % del af den samlede belastning, dette betyder at reduktionen af disse tab vil betyde en stor driftsbesparelse. Stadt derimod slår meget på at deres anlæg eliminerer THD og EMC, idet der er fundet en løsning der ikke gør brug af en VFD, en stor del af tiden, denne løsning gør at der kan bruges standard komponenter, og det er ikke nødvendigt med dyre skærmede kabler OSV, ved installeringen af anlægget. Stadt er af den opfattelse at brugen af deres teknologi, vil resultere i et af de mest økonomiske anlæg på markedet i dag. [37] 76

77 Disse nuanceforskelle i problem opfattelsen, understreger sværhedsgraden i beslutningsprocessen, frem mod et endelig system valg. Derfor må det understreges at et egentlig valg mellem de 2 systemer, ikke er muligt på grundlag af de data der er fremkommet, blot kan det fastlægges at et korrekt dimensioneret Siemens eller Stadt anlæg, vil give en langt bedre driftsøkonomi end det eksisterende anlæg, på Esvagt Cassiopeia. Efterskrift Målsætningen med rapporten har været at stille klare konklusioner, på de problemformuleringer der er rejst som rapportens arbejdsgrundlag. Det har ikke vist sig at være muligt at komme med disse klare konklusioner på flere af problemstillingerne hvilket først og fremmest er en konsekvens af de tilbagemeldinger der er kommet fra Siemens og Stadt, på THD problematikken. Der er som sådan ikke rejst tvivl om rapportens tolkning af teorien på området, men der har været forskellige meninger om effekten af THD i det lave belastningsområde, specielt vedr. de målinger der er taget på Esvagt Cassiopeia. Ydermere kan det være svært at komme med begrundede klare konklusioner, ved valg af det diesel elektrisk anlæg der skal benyttes, ved brug af ny teknologi. Dette grunder, i det materiale der er udleveret af Siemens marine, og Stadt, materialet viser fine tal for THD niveau, tab, og brugsfleksibilitet, men det har ikke været muligt at få udleveret materielle der beskriver udstyrets grundlæggende virkemåde, eller test af de 2 systemer i varierende driftssituationer. Derfor bliver konklusionen, og kildekritikken nødt til at basere sig på den teori der er tilgængelig, her har det været vanskeligst at vurdere Stadt Stascho anlægget, idet det er en helt ny komponentsammensætning der benyttes. Stadt har et spændende koncept, men beskrivelse af tab i dieselmotor, generator, og elektriske fremdrivningsmotorer, som resultat af reduceret fremdrift, har ikke været muligt at finde i Stads materielle hvorfor det må vurderes, ud fra den tilgængelige generelle teori. Situationen med detaljemangel, er også et problem ved vurdering, og kritik på Siemens Blue Drive C, men det har været nemmere at finde sammenligneligt materiale fra andre fabrikanter, da Blue Drive C er mere traditionelt opbygget, bortset fra brugen af DC skinne, og omdrejningsregulering af generatorset. 77

78 Pga. disse detalje mangler kommer Siemens Blue Drive C til at fremstå med et lille forspring, i konklusionen, men der er ikke sikkerhed for at dette er fair overfor Stadt. Hvad angår Siemens anvendelse af DC grid, bliver det spændende at følge udviklingen på dette område. Under en samtale med Kim Strate Kiegstad fra Siemens, blev det nævnt at Siemens bruger AC generatorer til at forsyne DC griden af den grund at DC maskiner er for dyre at indkøbe og vedligeholde. Men det kunne være interessant hvis DC maskinen kunne udvikles med elektronisk kommutering, og en efterfølgende prisreduktion, denne udvikling ville betyde at ensretteren kunne fjernes i systemet, og der kun behøves vekslerettere på steder hvor der er behov for AC. Denne udvikling ville forbedre det område hvor dieselmotoren kan køre mest økonomisk, idet spændingen på DC griden vil kunne holdes konstant ved hjælp af magnetiseringen på generatoren, selv ved lave omdrejninger. Udviklingen ender måske endda ved udgangspunktet for rapporten, og DC vil blive brugt, i fremtidens diesel elektriske skibe, fra generator til fremdrivningsmotor. Anvendt udstyr til test på Esvagt Cassiopeia THD målinger Fluke 434/435 Power Quality Analyzer Fuel forbrug Simtech automatic fuelmeter Effekt, spænding, tavlemålinger Lyngsø marine Universal alarm and monitoring System MOS 2200 Bilagsliste udskrevet i Rapport [12] C. INC.,»Marine Performance Curves,«CUMMINS INC., 5-Oct

79 [13] C. Marine,»Mærkeskilt på Generator,«Cummins Marine. [14] Cummins,»Mærkeskilt Dieselmotor,«Cummins, [15] M. Motori,»Mærkeskilt Fremdrivning,«Marelli Motori. [16] S. Generators,»Three Phase Efficiency Kurves,«Stamford Generators. [17] O.-I. Guleng, Interviewee, AFE Drive. [Interview]. 2 August [20] B. R. N. Test forsøg, Lav Belastning 1, Brian Riis Nekola, [21] B. R. N. Test forsøg, Manøvre lav belastning, Brian Riis Nekola, [22] T. f. B. R. Nekola, Tomgang aflæsning AFE, Brian Riis Nekola, [28] K. S. Kiegstad, Interviewee, Blue drive C, fra Siemens. [Interview] [29] B. R. N. Billed,»Testopstilling THD forsøg,«brian Riis Nekola, [30] B. R. N. Billed,»Meget lav belastning VFD,«Brian Riis Nekola, [31] B. R. N. Billed,»Manøvre, lav belastning,«brian Riis Nekola, [32] K. S. Kiegstad,»Siemens forklaring AFE,«Kim Strate Kiegstad, [37] S. Hallward Slettevold,»Projekt svar udgave 3 STADT,«Hallward Slettevold, [38] H. Slettevoll, Interviewee, Optimeringer på Cassiopeia, STADT. [Interview]. 3 September [39] K. S. Kiegstad, Interviewee, Siemens kommentarer TAB. [Interview]. 12 september [40] B. R. N. Billed,»Standbu uden fremdrift 1.1,«Brian Riis Nekola, [41] B. R. N. Billed,»Langsom Standby 1.1,«Brian Riis Nekola, Bilagsliste på CD-ROM [1] N. S. o. C. Engineers, [Online]. Available: content/uploads/2011/05/1998-norwegian-society-of-chartered-engineers-95- years-of-diesel-electric-propulsion-form-a-mekeshift-solution-to-a-modern-propulsionsystem.pdf. [Senest hentet eller vist den 12 September 2012]. [2] P. E. Petersen,»Elektroteknik 3,«i Elektriske maskiner, Bogfondens forlag, 4. udgave 2005, pp [3] R. R. M. L. R Borrás,»Starting of the Naval Diesel Electric propulsion, The Vandal,«Journal of Maritime Research (JMR), [4] N. M. Directorate,»Regulation of 16 October 1991 No. 853 concerning Standby Vessels,«Norwegian Maritime Directorate,

80 [5] B. Viig, Interviewee, Technical Manager Esvagt A/S. [Interview]. 12 Juni [6] A. K. Ådnanes,»Maritime Electrical Installations And Diesel Electric Propulsion,«ABB AS, [7] N. E. Systems,»QUADRO DRIVE,«Norwegian Electric Systems, [8] A. H. H. P. M. I. I. C. Evans,»Meeting Harmonic Limits on Marine Vessels,«IEEE, 6 marts, [9] Danfoss,»Værd at vide om frekvensomformere,«danfoss, 1. udgave, 3. oplag [10] S. Norway,»STADT Sustainable Electric Propulsion,«Stadt. [11] S. Balashov,»Design of marine generators for alternative diesel-electric power systems,«lappeenranta UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, [18] B. Veritas,»Article 2, Quality of power Suply,«Bureau Veritas, [19] A. O. Drives,»Power quality onboard,«abb. [23] M. Motori,»Motors for Hazardous Areas,«Marelli Motori. [24] ABB,»Power Quality,«ABB. [25] ABB,»Technical guide No. 6, Guide to harmonics with AC drives,«abb, [26] P. Høgh,»Overharmoniske strømme,«århus Maskinmesterskole, [27] S. Norway,»Stadt Stascho No-Loss AC Propulsion technology, comaprison AC - DC Grid,«Stadt. [33] S. Marine,»SINAMICS Drives,«Siemens, April, [34] Siemens,»Siemens Blue Drive C,«Siemens. [35] Siemens,»ERRV Set-up Blue-Drive C,«Siemens, [36] W. S. Power,»Wartsila-O-E-W-46-PG,«Wärtsilä Ship Power, Bilags liste oversigt [1] N. S. o. C. Engineers, [Online]. Available: content/uploads/2011/05/1998-norwegian-society-of-chartered-engineers-95- years-of-diesel-electric-propulsion-form-a-mekeshift-solution-to-a-modern-propulsionsystem.pdf. [Senest hentet eller vist den 12 September 2012]. [2] P. E. Petersen,»Elektroteknik 3,«i Elektriske maskiner, Bogfondens forlag, 4. udgave 2005, pp [3] R. R. M. L. R Borrás,»Starting of the Naval Diesel Electric propulsion, The Vandal,«Journal of Maritime Research (JMR),

81 [4] N. M. Directorate,»Regulation of 16 October 1991 No. 853 concerning Standby Vessels,«Norwegian Maritime Directorate, [5] B. Viig, Interviewee, Technical Manager Esvagt A/S. [Interview]. 12 Juni [6] A. K. Ådnanes,»Maritime Electrical Installations And Diesel Electric Propulsion,«ABB AS, [7] N. E. Systems,»QUADRO DRIVE,«Norwegian Electric Systems, [8] A. H. H. P. M. I. I. C. Evans,»Meeting Harmonic Limits on Marine Vessels,«IEEE, 6 marts, [9] Danfoss,»Værd at vide om frekvensomformere,«danfoss, 1. udgave, 3. oplag [10] S. Norway,»STADT Sustainable Electric Propulsion,«Stadt. [11] S. Balashov,»Design of marine generators for alternative diesel-electric power systems,«lappeenranta UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, [12] C. INC.,»Marine Performance Curves,«CUMMINS INC., 5-Oct-09. [13] C. Marine,»Mærkeskilt på Generator,«Cummins Marine. [14] Cummins,»Mærkeskilt Dieselmotor,«Cummins, [15] M. Motori,»Mærkeskilt Fremdrivning,«Marelli Motori. [16] S. Generators,»Three Phase Efficiency Kurves,«Stamford Generators. [17] O.-I. Guleng, Interviewee, AFE Drive. [Interview]. 2 August [18] B. Veritas,»Article 2, Quality of power Suply,«Bureau Veritas, [19] A. O. Drives,»Power quality onboard,«abb. [20] B. R. N. Test forsøg, Lav Belastning 1, Brian Riis Nekola, [21] B. R. N. Test forsøg, Manøvre lav belastning, Brian Riis Nekola, [22] T. f. B. R. Nekola, Tomgang aflæsning AFE, Brian Riis Nekola, [23] M. Motori,»Motors for Hazardous Areas,«Marelli Motori. [24] ABB,»Power Quality,«ABB. [25] ABB,»Technical guide No. 6, Guide to harmonics with AC drives,«abb, [26] P. Høgh,»Overharmoniske strømme,«århus Maskinmesterskole, [27] S. Norway,»Stadt Stascho No-Loss AC Propulsion technology, comaprison AC - DC Grid,«Stadt. [28] K. S. Kiegstad, Interviewee, Blue drive C, fra Siemens. [Interview] [29] B. R. N. Billed,»Testopstilling THD forsøg,«brian Riis Nekola, [30] B. R. N. Billed,»Meget lav belastning VFD,«Brian Riis Nekola,

82 [31] B. R. N. Billed,»Manøvre, lav belastning,«brian Riis Nekola, [32] K. S. Kiegstad,»Siemens forklaring AFE,«Kim Strate Kiegstad, [33] S. Marine,»SINAMICS Drives,«Siemens, April, [34] Siemens,»Siemens Blue Drive C,«Siemens. [35] Siemens,»ERRV Set-up Blue-Drive C,«Siemens, [36] W. S. Power,»Wartsila-O-E-W-46-PG,«Wärtsilä Ship Power, [37] S. Hallward Slettevold,»Projekt svar udgave 3 STADT,«Hallward Slettevold, [38] H. Slettevoll, Interviewee, Optimeringer på Cassiopeia, STADT. [Interview]. 3 September [39] K. S. Kiegstad, Interviewee, Siemens kommentarer TAB. [Interview]. 12 september [40] B. R. N. Billed,»Standbu uden fremdrift 1.1,«Brian Riis Nekola, [41] B. R. N. Billed,»Langsom Standby 1.1,«Brian Riis Nekola, Udskrevne Bilag 82