O VFD GD880 da INVT Aplicado em Sistemas de Carregamento de Baterias Marítimas

1. Contexto do Projeto

O transporte global enfrenta uma necessidade urgente de reduzir as emissões de carbono, e a pressão para lidar com a poluição em portos e vias navegáveis está crescendo. Regulamentações rigorosas de emissões da Organização Marítima Internacional (IMO) e as metas de “duplo carbono” estão impulsionando a transformação verde dos navios. Graças a avanços na tecnologia de baterias de íon-lítio, à redução de custos e ao amadurecimento dos sistemas de potência, embarcações 100% elétricas são cada vez mais vantajosas para rotas fixas (como balsas e embarcações fluviais/portuárias): operam com zero emissões, baixos níveis de ruído e baixo custos operacionais. Desenvolver novas embarcações elétricas movidas 100% a eletricidade é uma escolha estratégica para superar gargalos ambientais e aproveitar a iniciativa no transporte marítimo verde.

2. Requisitos do cliente

Uma empresa em Wuhan está envolvida no projeto, pesquisa e desenvolvimento de produtos e sistemas de propulsão marinha, e os sistemas de controle e de carregamento marítimo fazem parte do seu equipamento elétrico. Anteriormente, os sistemas de propulsão de navios dependiam principalmente de geradores, com conjuntos de geradores a diesel fornecendo toda a energia elétrica para a embarcação. No entanto, os conjuntos tradicionais de geradores sofrem com baixa eficiência (a eficiência em plena carga normalmente fica abaixo de 85%), forte poluição harmônica (THDi > 30%) e baixo fator de potência (aproximadamente 0,7). Esses problemas não apenas resultam em desperdício de energia, como também interferem nos equipamentos eletrônicos de precisão da embarcação e contrariem as metas de proteção ambiental. Atualmente, existem os seguintes desafios principais:

• Capacidade limitada da rede: As usinas de energia do navio têm capacidade de potência limitada, portanto o equipamento de carregamento deve ser eficiente e causar baixa interferência.

• Flutuações frequentes de tensão: As mudanças na carga do gerador causam flutuações significativas na tensão da barra de barramento.

• Espaço e confiabilidade: O equipamento deve ser compacto na estrutura, adaptável ao ambiente marítimo úmido e vibratório e fácil de manter.

3. Solução INVT

Para atender aos requisitos de verde, baixo carbono, baixa emissão de ruído e baixo custo operacional para embarcações, o projeto de energia do casco adota acionamento totalmente elétrico, ou seja, uma bateria de alta capacidade é usada como fonte de energia. Depois que a bateria se esgota, um carregador é utilizado para recarregar a bateria para reciclagem, conservação de energia e proteção ambiental, melhorando assim a eficiência geral de utilização do equipamento. O sistema de carregamento é composto por equipamentos principais como PLC, tela sensível ao toque e carregador. O carregador adota o VFD GD880 da INVT. Este produto foi projetado de forma modular com base no conceito DFX, utiliza algoritmos de controle avançados, tem excelente desempenho de controle de velocidade e torque, alta confiabilidade, alta densidade de energia, instalação e comissionamento convenientes e proteções abrangentes, etc. As características do produto de todo o sistema de carregamento são as seguintes:

1. O gabinete de retificação ativa da série GD880-96 é usado como unidade central do carregador, empregando tecnologia avançada de retificação PWM e um design de front-end ativo (AFE). Isso resulta em alto fator de potência na entrada e baixa distorção harmônica.

2. O sistema é equipado com um CLP, com lógica de carregamento integrada e algoritmos avançados para permitir a comutação automática entre vários modos, como corrente constante, tensão constante e potência constante, correspondendo com precisão à curva de carregamento de baterias de íon de lítio; ele também inclui diversas lógicas de proteção contra carregamento para alinhar com as condições de carregamento do BMS, maximizando a segurança do equipamento.

3. Ele é equipado com uma tela sensível ao toque de interface homem-máquina (IHM) para interação homem-máquina, que pode exibir o status do BMS e vários parâmetros operacionais da máquina de carregamento em tempo real.

4. A máquina de carregamento pode definir a potência de carregamento de acordo com a capacidade da rede para atender aos requisitos de carregamento sob diferentes condições de operação.

5. A máquina de carregamento adota seleção de componentes de longa vida útil e design de rápida recuperação de falhas para garantir uma operação eficiente de controle de processo.

6. A máquina de carregamento apresenta design ergonômico para instalação e manutenção convenientes e rápidas.

7. Certificado pela CCS.

4. Valor para o cliente

O INVT VFD capacita as máquinas de carregamento marítimas com vantagens centrais de economia de energia verde:

1. Eficiência ultrarrialta, enfrentando diretamente as dores de consumo de energia:

• A tecnologia de retificação por PWM aumenta a eficiência do sistema em carga total para mais de 95%, economizando 10%-20% de energia em comparação com soluções tradicionais.

• Reduz significativamente o consumo de combustível e as emissões de carbono dos conjuntos geradores a diesel, economizando dezenas de milhares de iuanes em custos de combustível por navio por ano.

2. Qualidade de energia excelente, purificação das redes de energia do navio:

• Fator de potência de entrada ultrabaixa (>0.98): elimina praticamente as perdas de potência reativa durante o carregamento, aumentando a capacidade efetiva da rede de energia.

• Distorção harmônica extremamente baixa da corrente de entrada (THDi < 5%): supera muito os requisitos de normas como a IEEE 519, eliminando o risco de interferência harmônica com equipamentos sensíveis, como sistemas de navegação e comunicação, e melhorando a estabilidade e confiabilidade dos sistemas elétricos do navio.

3. Estável e confiável, destemido em condições de trabalho complexas:

• Design de ampla faixa de entrada de tensão (-15% a +10%) para lidar com flutuações na rede elétrica do navio.

• Proteção de nível industrial (IP20) e design reforçado à prova de abalos sísmicos para se adaptar a diversos ambientes adversos em rios.

• Controle inteligente de carregamento e mecanismos abrangentes de proteção (sobretensão, subtensão, sobrecorrente, superaquecimento, etc.) garantem uma operação estável e de longo prazo do sistema.

4. Controle inteligente, prático e eficiente:

• Suporta comunicação MODBUS, conecta-se facilmente ao sistema de gerenciamento de energia do navio (EMS) e permite monitoramento remoto, configuração de parâmetros e diagnóstico de falhas.

• Interface homem-máquina (HMI) amigável ao usuário simplifica a operação local e a manutenção.

5. Resultados da Aplicação no Local

Alcançar benefícios econômicos e ambientais

1. Economias significativas de energia: O consumo energético abrangente do sistema de carregamento é reduzido, diminuindo significativamente os custos operacionais de navios 100% elétricos.

2. Purificação da rede: Durante o carregamento, a entrada de THDi é reduzida para abaixo de 3%, melhorando significativamente a qualidade da rede do navio e reduzindo as taxas de falha dos equipamentos.

3. Redução de emissões e melhoria de eficiência: A redução do consumo de diesel diminui diretamente CO2, NOx e outras emissões, ajudando os portos a alcançarem suas metas ambientais.

4. Estável e Confiável: O sistema opera de forma suave com menor necessidade de manutenção, garantindo operações contínuas da embarcação.

6. Conclusão

Com sua tecnologia eficiente de retificação PWM, excelentes capacidades de gerenciamento da qualidade de energia e confiabilidade industrial excepcional, o sistema de carregamento da INVT foi aplicado com sucesso no setor de carregadores marítimos, fornecendo aos navios soluções de carregamento eficientes, limpas e inteligentes.

A aplicação de carregadores INVT neste navio totalmente elétrico verifica completamente que a tecnologia INVT é a escolha ideal para alcançar o “carregamento verde” para embarcações, reduzindo os custos operacionais e melhorando a confiabilidade do sistema, fornecendo forte suporte técnico para a transformação de baixo carbono da indústria de navegação. O sistema de carregamento da INVT está impulsionando a evolução da propulsão naval rumo a um futuro mais verde e sustentável.