هل الكراكات الكهربائية أكثر فعالية من حيث التكلفة حقًا؟ مزايا وقيود الطاقة الكهربائية والهجينة في المشاريع الحقيقية
لم تعد الطاقة الجديدة مجرد مفهوم في صناعة التجريف.
في السنوات الأخيرة، دخلت جرافات الشفط الكهربائية بالكامل، وزوارق العمل الكهربائية بالكامل، والجرافات الهجينة المدمجة مشاريع حقيقية في أوروبا، والصين، والشرق الأوسط، وأسواق أخرى. وقد تم بالفعل تشغيل بعضها، بينما يتجه البعض الآخر نحو مستويات طاقة أعلى.
وهذا يثير سؤالا مهما:
هل الكراكات الكهربائية أكثر فعالية من حيث التكلفة من الكراكات التي تعمل بالديزل؟
الجواب ليس بهذه البساطة.
يمكن للدفع الكهربائي أن يقلل من استهلاك الديزل والانبعاثات والضوضاء. ومع ذلك، فإن الحفارة تختلف كثيرًا عن السفينة الكهربائية العادية. يمكن أن تتطلب مضخة التجريف والقاطع والنظام الهيدروليكي والمعدات المساعدة طاقة مستمرة كبيرة. ولجعل النظام الكهربائي عمليًا لأعمال التجريف الحقيقية، قد تحتاج السفينة أيضًا إلى محركات متغيرة التردد، وأنظمة التحكم في المحركات، وإدارة البطارية، ومعدات توزيع الطاقة، وبنية تحتية موثوقة للشحن.
وبعبارة أخرى، فإن التغيير لا يقتصر فقط على محرك الديزل إلى المحرك الكهربائي. يجب إعادة تصميم نظام الطاقة بأكمله.
ECSD650 الكهربائية في مصر: Shore Power تجعل التشغيل الكهربائي الكامل أمرًا عمليًا
تعد ECSD650 من Damen مثالًا جيدًا للكراكة الشفط الكهربائية بالكامل.
تم تسليم الحفارة إلى مصر ويمكن أن تعمل مباشرة من الشبكة الكهربائية المحلية. يعتبر هذا المفهوم مناسبًا بشكل خاص للمواقع القريبة من البنية التحتية الموثوقة للطاقة، حيث لا تحتاج الحفارة إلى حمل نظام طاقة ديزل كبير على متنها.
المزايا واضحة ومباشرة.
لا تحتاج السفينة إلى حمل كميات كبيرة من وقود الديزل، كما أن التشغيل الكهربائي يزيل انبعاثات العادم من محرك الديزل. يمكن أيضًا تقليل الضوضاء. يمكن أن تكون هذه الخصائص ذات قيمة لمشاريع التجريف القريبة من المدن أو في المناطق ذات المتطلبات البيئية الأكثر صرامة.
ومع ذلك، يوضح هذا المشروع أيضًا أحد الشروط الأساسية للتجريف الكهربائي:
يجب أن يكون هناك مصدر طاقة مناسب متاح.
قم بنقل نفس الحفارة إلى نهر بعيد أو منطقة تعدين دون اتصال شبكة مستقر، ويصبح تحقيق مزايا النظام الكهربائي الكامل أكثر صعوبة.
شركة De Klop Electric CSD الهولندية: التجريف بالقطع الكهربائي قيد التشغيل بالفعل
في عام 2026، حصلت شركة Dekker Group الهولندية المشغلة على جرافة شفط كهربائية بالكامل من صنع شركة De Klop.
تم تصميم السفينة لعمليات الممرات المائية الداخلية وتستخدم نظام الطاقة الكهربائية بالكامل. كما أنها تتميز بمفهوم البناء المعياري وهي مجهزة بمضخة مغمورة ونظام سباد.
يعد هذا المشروع مهمًا لأنه يوضح أن الدفع الكهربائي لا يقتصر على القوارب البيئية الصغيرة. ويجري بالفعل تطوير وحدات CSD الكهربائية لعمليات التجريف الاحترافية.
وفي الوقت نفسه، فإن بيئة التشغيل مهمة. تمتلك هولندا شبكة ممرات مائية داخلية ناضجة وبنية تحتية كهربائية متطورة، وهي ظروف تجعل تنفيذ التجريف الكهربائي أسهل بكثير.
فولتا: بطارية بقدرة 2.2 ميجاوات في الساعة للبناء المائي
يمثل مشروع فولتا الهولندي اتجاها آخر في المعدات البحرية الكهربائية.
تم تجهيز وعاء العمل الكهربائي بالكامل بـنظام بطارية 2.2 ميجاوات في الساعةوحافلة DC ونظام توزيع الطاقة الذكي.
تم تصميم السفينة ليس فقط لتزويد المعدات الخاصة بها ولكن أيضًا لتوفير الطاقة الكهربائية للمعدات مثل الحفارات الموجودة على الطوافات أو على الشاطئ.
يوضح هذا كيف يمكن للسفن الكهربائية أن تصبح أكثر من مجرد منصات نقل. يمكن أن تصبح السفينة نفسها جزءًا من البنية التحتية للطاقة في موقع البناء.
ومع ذلك، فإن سعة البطارية البالغة 2.2 ميجاوات في الساعة توضح أيضًا حقيقة أخرى: مع زيادة الطلب على الطاقة لمعدات البناء المعتمدة على المياه، تصبح سعة تخزين الطاقة والبنية التحتية الكهربائية المطلوبة أكبر أيضًا.
جي بي شيلدر: محرك كهربائي بقدرة 187 كيلووات وبطارية بقدرة 130 كيلووات في الساعة
تستخدم الحفارة الكهربائية الهولندية JP Schilder محركًا كهربائيًا بقدرة 187 كيلووات ونظام بطارية بقدرة 130 كيلووات في الساعة، مع شحن CCS2 DC.
اعتبر المشروع البطارية والكابلات ونظام التبريد والبنية التحتية للشحن جزءًا من تصميم السفينة منذ البداية بدلاً من التعامل مع الكهرباء كوظيفة إضافية.
يسلط هذا النهج الضوء على نقطة مهمة تتعلق بالجرافات الكهربائية.
النظام ليس ببساطة:
محرك كهربائي + بطارية.
إنها:
محرك كهربائي + بطارية + شحن + تبريد + تحكم + تكامل الوعاء.
يجب أن تعمل كل هذه العناصر معًا إذا كان من المتوقع أن تعمل السفينة بشكل موثوق أثناء عمليات التجريف المنتظمة.
DB Avalon: الطاقة الهجينة لا تعني أن كل شيء يجب أن يعمل بالبطاريات
تمثل الحفارة الأمريكية DB Avalon نهجًا مختلفًا.
وهي عبارة عن كراكة صدفية هجينة مجهزة بنظام بطارية ليثيوم أيون وقدرة على توفير الطاقة الشاطئية. عندما تتوفر الطاقة الشاطئية المناسبة، يمكن للسفينة أن تعمل كهربائيًا.
ميزة أخرى مثيرة للاهتمام هي قدرتها على استعادة الطاقة خلال دورات تشغيل معينة. يمكن تخزين الطاقة المتولدة أثناء عملية الخفض والكبح في البطارية واستخدامها لاحقًا أثناء عمليات الرفع.
يسمح النظام الهجين أيضًا للسفينة باستخدام مجموعات مولدات أصغر من التكوين التقليدي.
هذا هو المكان الذي تصبح فيه القوة الهجينة مثيرة للاهتمام بشكل خاص.
والغرض ليس مجرد تركيب محرك ديزل وبطارية على نفس السفينة. وبدلاً من ذلك، يتم استخدام مصادر طاقة مختلفة وفقًا لحالة التشغيل.
بالنسبة للسفن الهندسية الكبيرة، قد يكون هذا في بعض الأحيان أكثر عملية من الاعتماد كليًا على البطاريات.
جان دي نول: الجرافات الكبيرة تتجه نحو الأنظمة الهجينة الإضافية
يتجه جان دي نول أيضًا نحو الدفع الهجين.
تتمتع أول كراكة ذات قادوس شفط هجين مدمج بقدرة 2000 متر مكعب وتجمع بين البطاريات والمولدات والمحركات الكهربائية ومحركات الأقراص ذات التردد المتغير.
والأهم من ذلك، أن النظام يستخدم بنية كهربائية للتيار المستمر جنبًا إلى جنب مع وظائف إدارة الطاقة مثل حلاقة الذروة، واحتياطي الدوران، والتحكم في معدل المنحدر.
يمكن شحن البطاريات إما عن طريق مولدات السفينة أو من خلال الطاقة الشاطئية.
وهذا بالفعل أكثر بكثير من مجرد "استخدام الكهرباء".
إنها إدارة الطاقة.
عندما تحتاج السفينة فجأة إلى طاقة إضافية، يمكن أن تساعد البطارية في تغطية الحمل الأقصى. عندما ينخفض الحمل، يمكن للمولدات أو طاقة الشاطئ إعادة شحن البطارية.
وهذا يسمح للمحركات بتجنب العمل بشكل مستمر في ظروف الحمل المنخفض غير الفعالة.
لماذا تعد المحركات ذات التردد المتغير مهمة جدًا للجرافات الكهربائية؟
هذه واحدة من أكثر المشكلات التي يتم التغاضي عنها بسهولة في التجريف الكهربائي.
بالنسبة للسفينة الكهربائية الأساسية، قد يبدو أن كل شيء قد تم حله طالما أن المحرك يمكن أن يبدأ ويعمل.
الحفارة مختلفة.
يتغير الحمل على مضخة التجريف وفقًا للملاط الذي يتم نقله. يتغير حمل القاطع مع ظروف التربة. يمكن أن تختلف مقاومة خطوط الأنابيب أيضًا باختلاف تركيز المواد ومسافة التفريغ.
إذا كان المحرك الكهربائي يحتوي فقط على تحكم بسيط في التشغيل والإيقاف، أو تعديل محدود للسرعة، فقد يصبح من الصعب إدارة استجابة الطاقة.
بالنسبة لمشغلي التجريف، هذا مهم.
قد يحتاج المشغل إلى ضبط القاطع، والمضخة، والمعدات الأخرى وفقًا لظروف التربة وتركيز الملاط. إذا كانت استجابة المحرك مفاجئة جدًا، فقد تشعر السفينة بأنها أقل سلاسة في التشغيل، ويصبح التحكم الدقيق أكثر صعوبة.
هذا هو السبب في أن الحفارة الكهربائية المصممة بشكل صحيح تتطلب عادةً تحكمًا فعالاً في المحرك ونظام قيادة متغير التردد.
توجد بالفعل أمثلة تجريف واسعة النطاق باستخدام هذه التكنولوجيا.
في أحد تطبيقات التجريف التي نشرتها شركة Danfoss، تم تشغيل مضخة التجريف بقدرة 1.6 ميجاوات ومضخة معززة بقدرة 3.2 ميجاوات بواسطة محركات تيار متردد متغيرة التردد. سمحت المحركات ذات التردد المتغير بتعديل سرعة المضخة وفقًا للحمل الفعلي وساعدت في تقليل السرعة بسرعة في ظروف الحمل غير الطبيعية.
المبدأ مهم:
الحفارة الكهربائية لا تحتاج إلى الكهرباء فحسب. إنها تحتاج إلى كهرباء يمكن التحكم فيها بسلاسة ودقة.
لكن المحركات ذات التردد المتغير وأجهزة التحكم الكهربائية تزيد التكلفة أيضًا
هذا هو المكان الذي يصبح فيه الاقتصاد أكثر تعقيدًا.
إذا قارنت فقط سعر محرك الديزل بسعر المحرك الكهربائي، فقد يبدو أن الدفع الكهربائي يجب أن يكون أرخص.
ولا يمكن حساب الحفارة الهندسية بهذه الطريقة.
قد يشمل نظام الطاقة الكهربائية الكامل ما يلي:
المحركات الكهربائية، البطاريات، محركات التردد المتغير، المحولات، لوحات المفاتيح، أنظمة التحكم، أنظمة التبريد، أنظمة إدارة البطاريات، معدات الشحن، وأنظمة السلامة الكهربائية.
كل هذه المكونات تزيد من الاستثمار الأولي.
يصبح الفرق أكثر وضوحًا في الجرافات الأكبر حجمًا.
مع زيادة مستويات الطاقة، تزداد أيضًا متطلبات المحركات ومحركات الأقراص والتوزيع الكهربائي والتبريد وأنظمة الحماية.
لذلك، لا ينبغي أن تقتصر المقارنة الاقتصادية على أسعار الكهرباء مقابل أسعار الديزل.
المقارنة الأكثر فائدة هي إجمالي تكلفة النظام ودورة الحياة.
البطاريات هي قيد رئيسي آخر
تحدد سعة البطارية المدة التي يمكن أن تعمل فيها الحفارة الكهربائية بالكامل قبل إعادة الشحن.
إن الحفارة التي تعمل عدة ساعات في اليوم لها متطلبات طاقة مختلفة تمامًا عن تلك التي تعمل بشكل مستمر لمدة عشر أو اثنتي عشرة ساعة.
يمكن أن تكون مضخات التجريف والقواطع مستهلكين للطاقة العالية. ولذلك يتطلب التشغيل طويل الأمد نظام بطارية أكبر بكثير.
تؤدي زيادة سعة البطارية أيضًا إلى زيادة الوزن وتشغل مساحة كبيرة على متن السفينة.
ثم يصبح وقت الشحن جزءًا من جدول الإنتاج.
يمكن لجرافة الديزل التزود بالوقود والعودة إلى العمل بسرعة نسبية. يجب أن تتمتع الحفارة الكهربائية بقدرة شحن كافية ووقت كافٍ لإعادة الشحن.
لهذا السبب،تعد البنية التحتية للشحن جزءًا فعالاً من نظام التجريف الكهربائي.
ماذا لو لم تكن هناك كهرباء يمكن الاعتماد عليها في الموقع؟
قد يكون هذا أحد القيود الأكثر عملية عند النظر في الجرافات الكهربائية للمشاريع العالمية.
تقع بعض مشاريع التجريف في الموانئ أو المدن أو المناطق الصناعية مع سهولة الوصول إلى البنية التحتية الكهربائية.
ويوجد البعض الآخر على الأنهار أو البحيرات أو مواقع التعدين أو مناطق استخراج الرمال النائية.
قد لا تتمتع هذه المواقع بقدرة كافية على الشبكة.
إذا كان المشروع يحتاج إلى بناء محطة محولات، ومنشأة شحن، ونظام تخزين الطاقة خصيصًا للكراكة، فيجب تضمين تكاليف البنية التحتية هذه في حساب المشروع.
في مثل هذه الحالات، لا يزال الدفع بالديزل يتمتع بميزة عملية كبيرة.
قم بإحضار الوقود إلى الموقع، ويمكن للسفينة مواصلة العمل.
كهربائية أم هجينة؟ المشروع يحدد الجواب
تُظهر المشاريع الواقعية قيد التشغيل بالفعل أنه لا يوجد حل واحد لكل كراكة.
يوضح جهاز ECSD650 الكهربائي بالكامل في مصر كيف يمكن لطاقة الشاطئ أن تجعل جهاز CSD الكهربائي عمليًا.
تُظهر شركة De Klop الكهربائية CSD في هولندا أن التجريف بالشفط الكهربائي بالكامل يدخل بالفعل في تطبيقات الممرات المائية الداخلية الاحترافية.
يوضح مشروع فولتا كيف يمكن لنظام بطارية كبير أن يحول سفينة كهربائية إلى منصة طاقة متنقلة.
تُظهر الحفارة JP Schilder طريقة أخرى، باستخدام محرك كهربائي بقدرة 187 كيلووات ونظام بطارية بقدرة 130 كيلووات في الساعة لعمليات التجريف المنتظمة.
يوضح DB Avalon كيف يمكن للبطاريات والمولدات والطاقة الشاطئية والطاقة المتجددة أن تعمل معًا في نظام التجريف الهجين.
توضح الحفارة الهجينة ذات القادوس الكهربائي التي تبلغ سعتها 2000 متر مكعب من Jan De Nul كيف تتجه السفن الأكبر حجمًا نحو بنيات كهربائية وأنظمة إدارة طاقة أكثر تطورًا.
وتظهر هذه المشاريع مجتمعة اتجاها واضحا:
تعتبر أنظمة التجريف الكهربائية والهجينة عملية بالفعل، لكن قيمتها الاقتصادية تعتمد بشكل كبير على ظروف المشروع.
قد يكون النظام الكهربائي بالكامل جذابًا عندما تتوفر طاقة شاطئية موثوقة، ويمكن التنبؤ بساعات العمل، وتكون الانبعاثات والضوضاء من الاعتبارات المهمة.
قد توفر الطاقة الهجينة مرونة أكبر لمشاريع التجريف الكبيرة عالية الطاقة التي تتطلب فترات تشغيل طويلة.
بالنسبة للمشاريع النائية التي لا تتوفر فيها كهرباء يمكن الاعتماد عليها، قد يكون الدفع التقليدي بالديزل أكثر عملية.
ولذلك فإن القرار النهائي يجب أن يستند إلى المشروع الفعلي وليس إلى كلمة "الطاقة الجديدة".
إلى أي مدى ستعمل الحفارة؟
كم ساعة في اليوم سوف تعمل؟
ما هي قوة المضخة المطلوبة؟
إلى أي مدى يجب تفريغ المادة؟
هل الطاقة الشاطئية متوفرة؟
ما مقدار قوة الشحن المتوفرة؟
ما هي سعة البطارية المطلوبة؟
هل محرك التردد المتغير ضروري؟
ما مقدار الاستثمار الإضافي الذي سيتطلبه النظام الكهربائي الكامل؟
يجب الإجابة على هذه الأسئلة قبل اختيار نظام الطاقة.
بالنسبة لمشاريع التجريفنظام الطاقة الأكثر ملاءمة ليس بالضرورة هو الأحدث. فهو الذي يوفر التوازن الصحيح بين تكلفة الطاقة، واستثمار المعدات، والتحكم التشغيلي، وظروف الموقع الفعلية.
