1 juli 2020
Varen met parallel geschakelde generatorsets in een gesloten bus powerplant is efficiënter en duurzamer, maar verhoogt het risico bij storingen. Dankzij het generator beveiligingssysteem (CDG Protection) dat Bakker Sliedrecht heeft ontwikkeld kunnen schepen met een gesloten bus systeem op een betrouwbare en veilige manier opereren.
Dat is vooral belangrijk voor diesel-elektrische schepen in de offshore met een dynamische positioneringssysteem (DP) die zich geen black-outs kunnen veroorloven. Maar ook voor dual-fuel schepen, waar varen op zowel gas als diesel soms eens tot storingen in de brandstofvoorziening leidt.
Veel DP-schepen hebben de generatorsets en schakelborden van hun powerplant in verschillende onafhankelijke eilanden opgedeeld. Het voordeel van zo’n open bus systeem is dat elk eiland zijn eigen beveiliging heeft en dat bij storingen een ‘ziek’ eiland geen andere eilanden beïnvloedt. Dus als een dieselgenerator niet goed functioneert, bijvoorbeeld door een elektrisch-, mechanisch-, regeltechnisch- of brandstofprobleem, blijven de ‘gezonde’ generatoren gewoon doordraaien. Dit voorkomt dat de hele powerplant instabiel wordt en er een black-out optreedt, waardoor de elektriciteitsvoorziening op het schip wegvalt. Ook communicatieproblemen tussen diesel-generatorsets onderling kunnen leiden tot een black-out.
Het nadeel van een open bus systeem is echter dat het niet duurzaam en minder efficiënt is. Het brandstofverbruik is relatief hoog, wat vanuit kostenoogpunt onwenselijk is. Daardoor is ook de uitstoot hoger, wat vanuit milieuoogpunt onwenselijk is.
Daarom draaien schepen tegenwoordig liever met generatoren in parallel bedrijf in een gesloten bus of ringsysteem. Dan kunnen generatoren af- of bijgeschakeld worden wanneer nodig. Dat leidt tot een efficiënter gebruik van dieselgeneratoren, brandstofbesparing en minder milieubelasting. De veiligheid en betrouwbaarheid zijn bij een gesloten bus systeem echter essentieel omdat anders een ‘zieke’ generatorset de ‘gezonde’ componenten van de powerplant beïnvloedt. Om die veiligheid en betrouwbaarheid te kunnen garanderen heeft Bakker Sliedrecht Common Diesel Generator Protection systeem ontwikkeld. ,,Het is eigenlijk een toevoeging aan de beveiliging die al in de generatoren en schakelborden zit. Bij parallel geschakelde dieselgeneratoren weet je vaak niet meteen welke component de oorzaak van de storing is. Dit systeem detecteert met behulp van software razendsnel welke ‘zieke’ component de veroorzaker is en schakelt die onmiddellijk af om te voorkomen dat de hele powerplant wordt geraakt”, legt Paul Bracké* uit, die jarenlang aan de ontwikkeling van CDG Protection heeft gewerkt. Het systeem detecteert zowel elektrische problemen met de generatoren als problemen met de dieselmotor of de brandstofvoorziening.
Een betrouwbare powerplant beveliging is erg belangrijk, met name voor werkschepen in de offshore, die olieplatforms en windmolenparken bouwen, ontmantelen of onderhouden, is generatorbeveiliging van essentieel belang. Deze schepen gebruiken een dynamische positioneringssysteem (DP2 of 3) om te allen tijde hun positie te behouden. Daarom mag een storing nooit tot een black-out van de powerplant leiden, want dan vallen de thrusters uit en raakt het schip uit positie. Dat kan tot grote schade of andere problemen leiden. Een open bus-systeem is in die situaties het veiligst, maar zoals eerder aangehaald niet zuinig en duurzaam.
,,Werken vlakbij de poten van een booreiland, olieplatform of windturbine kan gevaarlijk zijn dus mag de powerplant niet uitvallen”, vertelt Bracké.
Daarin is Bakker Sliedrecht ruimschoots geslaagd. Het afgelopen jaar werd het systeem uitvoerig getest op een groot kraanschip met vier generatoren van elk 10 megawatt, dat ingezet wordt bij de bouw van windparken. Omdat de powerplant van het schip is uitgerust met dual-fuel generatoren, was de uitdaging extra complex. Bracké: ,,CDG Protection is bedoeld voor alle schepen met een gesloten bus powerplant, maar bij dual-fuel schepen komt er nog een belangrijk facet bij. Het dynamisch gedrag van een dieselmotor is anders als die op gas draait. Dat zorgt voor een hogere dynamische belasting op de powerplant en er zijn in potentie meer brandstofproblemen als gevolg van de veel complexere installatie.”
Zonder CDG Protection zou het kraanschip geen certificaat krijgen om in DP2 gesloten ring modus te kunnen opereren. Na diverse computersimulaties werd de generatorbeveiliging met succes getest in een proefopstelling van vier generatoren. Vervolgens is het systeem goedgekeurd door DNV-GL voor plaatsing aan boord. Inmiddels is het kraanschip het eerste dual-fuel DP2 schip met een generator protectiesysteem dat onder klasse is gebracht.
Bakker Sliedrecht besloot al in 2011 om de benodigde kennis voor een eigen Common Diesel Protection systeem te ontwikkelen. Eerst voor een haalbaarheidsonderzoek, wat later uitgroeide tot een volwaardig ontwikkelingstraject. ,,Grote leveranciers hebben ook dit soort systemen, maar leveren die alleen als optie bij een volledige powerplant. Het voordeel van de CDG Protection van Bakker Sliedrecht is de hoge detectie- en reactiesnelheid. Ons systeem heeft bewezen snel genoeg te zijn om dynamische verschijnselen in vermogensverdeling door brandstofverschillen of brandstofomschakelingen goed te interpreteren”, stelt Bracké. CDG Protection zal ook worden toegepast in een lightversie op enkele multipurpose schepen.
,,Bij DP-schepen die met een gesloten bus varen is deze beveiliging een vereiste. Bij andere schepen moet de bemanning bepalen wat er in geval van storing of afwijkend gedrag moet gebeuren. Dan hangt het af van hoe alert die is”, zegt Bracké. ,,In principe is ons systeem ontwikkeld voor alle schepen waarbij je niet wilt dat er een black-out optreedt. CDG Protection kan bemanningen helpen om problemen en storingen in de powerplant sneller en beter op te sporen. Als schepen in de toekomst autonoom op afstand bestuurd gaan varen, wordt naast de navigatie ook de veiligheid en betrouwbaarheid van de powerplant belangrijker. Dan kan het systeem een rol spelen in de zogeheten ‘remote diagnostics’.”
* Paul Bracké is werkzaam geweest bij Bakker Sliedrecht tot zijn pensionering in 2019. Bracké heeft vanaf het begin een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van CDG Protection.
