لتحديد قدرة مولد بحري، أدرج كل حمل تيار متردد يمكن تشغيله في الوقت نفسه، وأضف اندفاع بدء التشغيل لأكبر محرك كهربائي أو ضاغط، واختر مجموعة تجعل قدرتها الأساسية حمل التشغيل المعتاد عند نحو 50–80 بالمئة من سعتها. في القوارب، يعني ذلك عادةً بضع kW لقارب رحلات صغير، وعشرات إلى مئات kW لقوارب العمل والسفن، حيث تُركَّب عادةً مجموعتا توليد مساعدتان على الأقل.
أهم النقاط
- مجموعة التوليد البحرية هي محرك ثابت السرعة مقترن بمولد تيار متردد، مع نظام تبريد بحري وعادم رطب أو مبرد بالماء ووحدات تحكم وإطار قاعدة مشترك.
- تعمل المولدات بسرعة ثابتة تتناسب مع ترددها: مع مولد تيار متردد رباعي الأقطاب، تعطي سرعة 1500 rpm تردداً قدره 50 Hz، وتعطي سرعة 1800 rpm تردداً قدره 60 Hz.
- يُصنَّف خرج مجموعة التوليد بوحدة kW عند معامل قدرة محدد، عادةً 0.8، لذا تساوي kVA قيمة kW مقسومة على 0.8؛ ويحدد ISO 8528-1 تصنيفات القدرة المستمرة والأساسية والاحتياطية.
- تسحب المحركات الكهربائية التي تبدأ بالتوصيل المباشر على الخط عادةً نحو ستة أضعاف تيار تشغيلها للحظة، وهو ما يحدد غالباً قدرة المولد المطلوبة.
- الديزل هو الوقود القياسي لمولدات القوارب؛ وتحتاج مجموعات البنزين إلى مكونات محمية من إشعال الأبخرة، وتنطوي على خطر أعلى من أول أكسيد الكربون.
- تحتاج السفن الخاضعة لـ SOLAS إلى مجموعتي توليد رئيسيتين على الأقل، بقدرات تسمح باستمرار الخدمات الأساسية إذا توقفت إحداهما.
ما المولد البحري؟
المولد البحري، الذي يُشار إليه غالباً اختصاراً بالمولد أو مجموعة التوليد البحرية، هو حزمة من محرك ومولد تيار متردد مصممة لإنتاج قدرة كهربائية بتيار متردد على متن السفينة. ويختلف عن المولد البري في التبريد والعادم والتثبيت وخصائص السلامة.
يتضمن مولد الديزل البحري النموذجي:
- محرك ديزل ثابت السرعة مزود بمنظم سرعة يحافظ على ثبات التردد مع تغير الحمل.
- مولد تيار متردد، عادةً دون فُرش، مزود بمنظم جهد تلقائي.
- تبريد بالمبادل الحراري أو عبر العارضة، مع مضخة ماء خام في المجموعات المبردة بالمبادل الحراري.
- مجمع عادم مبرد بالماء وكوع عادم رطب يحافظان على درجات حرارة آمنة للأسطح في حيز مغلق.
- إطار قاعدة مشترك على قواعد مضادة للاهتزاز، وأحياناً مع غطاء عازل للصوت.
- وحدات تحكم وحماية، تشمل الإيقاف عند انخفاض ضغط الزيت وارتفاع درجة الحرارة.
على السفن، يُسمى المحرك الذي يدير المولد بالمحرك المساعد، تمييزاً له عن محرك الدفع الرئيسي. وغالباً ما تخدم عائلات المحركات نفسها الدورين: يُصنَّع محرك من نوع 6BT لمجموعات التوليد والاستخدام البحري بإصدارات للدفع وأخرى لمجموعات التوليد ثابتة السرعة، وهو ما تشرحه مقارنتنا بين 6BT و6CTA8.3 بالتفصيل.
كيف أحدد قدرة المولد البحري؟
حدد قدرة المولد وفق أكبر مجموعة أحمال ستعمل معاً بصورة واقعية، مع اندفاعات بدء التشغيل، ثم اترك هامش قدرة. اتبع الخطوات التالية:
- أدرج كل حمل تيار متردد مع قدرة تشغيله بالواط أو kW: تكييف الهواء، وسخان الماء، والطهي، وشواحن البطاريات، والمضخات، والروافع، والتبريد، والإلكترونيات.
- حدد الأحمال التي تعمل معاً. قد لا يُستخدم سخان الماء وموقد الحث مطلقاً بالتزامن مع تشغيل تكييف الهواء بكامل حمله؛ ويمكن لنظام إدارة الأحمال فرض ذلك.
- أضف أكبر اندفاع لبدء التشغيل. تسحب الضواغط والمضخات عدة أضعاف تيار تشغيلها لمدة ثانية أو ثانيتين عند البدء بالتوصيل المباشر على الخط.
- استهدف حملاً بين 50–80 بالمئة. اجعل حمل التشغيل المعتاد نحو نصف إلى ثلاثة أرباع القدرة الأساسية المقننة للمجموعة.
- تجنب التشغيل المستمر بأحمال خفيفة. قد يعاني مولد الديزل الذي يعمل لفترات طويلة بحمل أقل من نحو 30 بالمئة من تراكم الوقود غير المحترق والكربون في العادم والزيت.
- تحقق من جهد التغذية وترددها للمعدات: 230 V/50 Hz أو 120/240 V/60 Hz في المراكب الصغيرة، و400 V/50 Hz أو 440–480 V/60 Hz ثلاثي الطور في السفن الأكبر.
يعرض الجدول أدناه قائمة أحمال توضيحية ليخت بمحرك أو قارب نقل أطقم بطول 15–20 m. تختلف القيم الفعلية باختلاف المعدات، لذا استخدم القيم المدونة على لوحات البيانات.
| الحمل | قدرة التشغيل المعتادة | سلوك بدء التشغيل |
|---|---|---|
| تكييف هواء بحري، وحدة بسعة 12000 BTU/h | نحو 1.0–1.3 kW | اندفاع بدء الضاغط يعادل عدة أضعاف تيار التشغيل |
| سخان الماء | 1.2–1.5 kW | حمل مقاومي، دون اندفاع بدء |
| موقد حث بمنطقتي طهي | 2–3.5 kW | حمل مقاومي إلكتروني، دون اندفاع بدء كبير |
| شاحن بطارية | 0.5–2 kW | تيار اندفاع صغير |
| ثلاجة ومجمد | 0.2–0.5 kW لكل منهما | اندفاع بدء الضاغط في كل دورة |
| مضخة الضغط العالي لجهاز تحلية المياه | 1–3 kW | اندفاع بدء المحرك الكهربائي |
في هذا المثال، يبلغ مجموع قدرة وحدتي تكييف الهواء وسخان الماء والشواحن وأجهزة التبريد عند تشغيلها معاً نحو 6–8 kW، وتشير إضافة اندفاع بدء تشغيل ضاغط إلى الحاجة لمجموعة بقدرة تقارب 10–12 kW. يتناول دليل تحديد قدرة مولد الديزل حسابات kW وkVA بمزيد من التفصيل.
ما الفرق بين kW وkVA وتصنيفي القدرة الأساسية والاحتياطية؟
kW هي القدرة الفعلية التي يوفرها المولد؛ وkVA هي القدرة الظاهرية التي يجب أن يتحملها مولد التيار المتردد، بما في ذلك التيار غير الفعال الذي تسحبه المحركات الكهربائية. عند معامل القدرة القياسي للتصنيف البالغ 0.8، تعادل مجموعة توليد بقدرة 100 kW مجموعة بقدرة 125 kVA.
يحدد ISO 8528-1 تصنيفات القدرة المستخدمة لمجموعات التوليد:
| تصنيف القدرة وفقا لـ ISO 8528-1 | المعنى | الاستخدام البحري المعتاد |
|---|---|---|
| القدرة المستمرة (COP) | حمل ثابت، ساعات غير محدودة | مولدات خدمات السفينة التي تغذي حملاً أساسياً ثابتاً |
| القدرة الأساسية (PRP) | حمل متغير، وساعات غير محدودة، ومتوسط حمل خلال 24 h لا يتجاوز 70 بالمئة من PRP | معظم مولدات السفن، حيث يتغير الحمل على مدار اليوم |
| قدرة التشغيل لمدة محدودة (LTP) | حتى 500 ساعة سنوياً | نادراً ما يُستخدم على متن السفن |
| القدرة الاحتياطية للطوارئ (ESP) | حمل متغير، حتى 200 ساعة سنوياً، أثناء انقطاع الكهرباء أو الاختبارات | مولدات الطوارئ |
تُذكر قدرة محرك مجموعة التوليد عادةً بشكل منفصل، وغالباً وفق ISO 3046-1. ولأن كفاءة مولد التيار المتردد تكون عادةً نحو 88–95 بالمئة، يجب أن تكون قدرة المحرك الإجمالية بوحدة kW أعلى من الخرج الكهربائي للمجموعة بوحدة kW.
هل أختار مولداً بحرياً يعمل بالديزل أم بالبنزين؟
اختر الديزل لجميع السفن التجارية تقريباً ولأي قارب يحمل الديزل بالفعل لمحركاته الرئيسية. تستهلك مولدات الديزل وقوداً أقل لكل kWh، وتدوم مدة أطول عند الأحمال العالية، وتجنب تخزين البنزين على متن القارب.
قد يكون المولد البحري العامل بالبنزين مناسباً للقوارب الأصغر التي تعمل بالبنزين ولا ترغب في استخدام وقود ثانٍ. لكنه يفرض متطلبين إضافيين. أولاً، يجب أن يستخدم التركيب مكونات كهربائية محمية من إشعال الأبخرة في حيز المحرك؛ وهذا مطلوب للقوارب الترفيهية في الولايات المتحدة بموجب 33 CFR 183، وتنص عليه أيضاً معايير ABYC. ثانياً، تنتج محركات البنزين أول أكسيد الكربون بكميات أكبر بكثير من محركات الديزل، لذا تُعد كواشف CO في الأماكن المخصصة للإقامة (ABYC A-24، وكواشف مختبرة وفق UL 2034) والفحص المنتظم للعادم أموراً أساسية.
كيف تُرتَّب المحركات المساعدة على السفن؟
في السفن الخاضعة للفصل II-1 من SOLAS، يجب أن يتكون المصدر الرئيسي للطاقة الكهربائية من مجموعتي توليد على الأقل، بقدرات تسمح للمجموعات المتبقية بتغذية الخدمات اللازمة للدفع والسلامة إذا توقفت أي مجموعة. ويدعمها مصدر طوارئ مستقل، عادةً ما يكون مولد طوارئ يقع فوق أعلى سطح مستمر وخارج حيز الآلات الرئيسي.
تشمل الترتيبات العملية في قوارب العمل والسفن الصغيرة:
- مجموعتان أو ثلاث مجموعات متماثلة، بحيث تعمل إحداها وتبقى أخرى احتياطية ويمكن أن تخضع ثالثة للصيانة.
- مجموعة أصغر للاستخدام في الميناء للأحمال الليلية المنخفضة، مما يتجنب تشغيل مولد كبير بحمل خفيف.
- مولدات تُدار بالعمود من المحرك الرئيسي أو علبة التروس في السفن ذات الرحلات الطويلة المنتظمة.
- التشغيل على التوازي مع تقاسم الحمل، بحيث يمكن تشغيل المجموعات وإيقافها مع تغير الطلب.
بالنسبة للسفن المصنفة، يحتاج المحرك المساعد ومولد التيار المتردد ولوحة التوزيع عادةً إلى اعتماد هيئة التصنيف، وتحتاج المحركات التي تتجاوز قدرتها 130 kW على السفن الخاضعة للملحق VI من MARPOL إلى شهادة EIAPP. يبسّط توحيد عائلة المحركات المستخدمة للدفع ومجموعات التوليد إدارة قطع الغيار، وهو نهج استُخدم في مشروع توريد محركات لمجمّع مجموعات توليد.
ماذا عن مولدات القوارب الصغيرة والقوارب الشراعية؟
تتراوح قدرة المولدات البحرية الصغيرة للقوارب التي يقل طولها عن نحو 12 m عادةً بين نحو 2 و8 kW. وأصغر مولدات الديزل البحرية وحدات مدمجة من أسطوانة واحدة إلى ثلاث أسطوانات، تلائم المساحة أسفل أرضية قمرة القيادة أو داخل حجرة التخزين الخلفية.
قبل تركيب مولد لقارب صغير، فكّر فيما إذا كانت الأحمال تبرر ذلك. يُستخدم مولد القارب الشراعي غالباً لشحن البطاريات، وقد يلبي مولد كهربائي عالي الخرج يديره المحرك، مع ألواح شمسية ومجموعة بطاريات ليثيوم وعاكس، الحاجة نفسها بوزن أقل ومتطلبات صيانة أقل. تكييف الهواء والطهي الكهربائي وأجهزة تحلية المياه هي الأحمال التي تجعل تركيب المولد مجدياً عادةً.
للقوارب الأكبر وقوارب العمل، توضح محركات الديزل البحرية المدمجة من فئة 40–75 kW، مثل المحرك البحري TD226B-3C بقدرة 40 kW، حجم المحرك المعني؛ تحقق في ورقة البيانات مما إذا كان الطراز المحدد يُورَّد بإصدار للدفع أو بإصدار لمولد ثابت السرعة.
ما تكلفة المولد البحري؟
يعتمد سعر المولد البحري أساساً على القدرة ونوع التبريد وما إذا كان الغطاء العازل للصوت مشمولاً وميزات التحكم والتشغيل على التوازي واعتماد هيئة التصنيف ومستوى الانبعاثات. قد تضيف أعمال التركيب والعادم وخطوط الوقود ولوحة التوزيع مبالغ كبيرة إلى تكلفة المعدات، لذا قارن عروض الأسعار على أساس نطاق توريد وأعمال متماثل.
تورّد MARS محركات ديزل لمصنّعي مجموعات التوليد وللاستخدامات البحرية المساعدة، وتُجري اختبارات تشغيل للمحركات مع تقرير مكتوب وفيديو قبل الإرسال، وتشحن بشروط FOB أو CIF شنغهاي. لتحديد قدرة مجموعة وتقديم عرض سعر لها، أرسل قائمة الأحمال وتفاصيل السفينة.
الأسئلة الشائعة
ما قدرة المولد البحري التي أحتاج إليها؟
اجمع قدرة التشغيل لجميع الأحمال التي تعمل معًا، وأضف أكبر زيادة لحظية في القدرة عند بدء تشغيل محرك كهربائي، ثم اختر مجموعة تجعل قدرتها المقننة للتشغيل الأساسي الحمل المعتاد عند نحو 50–80 بالمئة. غالبًا ما تحتاج قوارب النزهة الصغيرة إلى 4–8 kW؛ أما القوارب التي تضم عدة وحدات تكييف فتحتاج عادةً إلى 10–25 kW.
ما الفرق بين المولد البحري والمولد العادي؟
تستخدم مجموعة التوليد البحرية التبريد بمبادل حراري أو عبر العارضة، وعادمًا مبردًا بالماء، ومواد مقاومة للتآكل، ووظائف إيقاف وقائية مناسبة لغرفة محركات مغلقة. أما المولد البري فعادةً ما يستخدم التبريد بمشعّ وعادمًا جافًا وساخنًا لا يكون آمنًا تحت السطح.
ما المحرك المساعد على السفينة؟
المحرك المساعد هو أي محرك على متن السفينة بخلاف محرك الدفع الرئيسي، وغالبًا ما يكون محرك الديزل الذي يدير مولدًا. تحمل السفن الخاضعة لاتفاقية SOLAS عادةً مجموعتي توليد مساعدتين على الأقل.
هل يمكنني تشغيل مولد بحمل منخفض طوال الوقت؟
قد يؤدي تشغيل مولد ديزل لفترات طويلة عند حمل يقل عن نحو 30 بالمئة إلى تراكم الوقود غير المحترق في العادم، وتراكم الكربون، وتخفيف الزيت بالوقود. اختر مجموعة أصغر أو أضف مجموعة مخصصة للعمل في الميناء إذا كان حملك الأساسي منخفضًا.
هل تُستخدم kW أم kVA لتحديد قدرة مولد القارب؟
حدّد الحمل بوحدة kW، ثم تحقق من أن القدرة المقننة للمولد الكهربائي بوحدة kVA تغطي أحمال المحركات الكهربائية؛ فعند معامل قدرة 0.8، تساوي kVA قيمة kW مقسومة على 0.8. قد تكون الأحمال التي تشكل المحركات الكهربائية معظمها مقيدة بقيمة kVA وتيار البدء أكثر من قيمة kW.
