Veneen sähköpropulsion suorituskyvyn mittaaminen

Abstract

Työssä on mitattu ja dokumentoitu erääseen uppoumarunkoiseen huviveneeseen asennettavan sähköpropulsiojärjestelmän suorituskyky. Lisäksi työhön liittyen on tehty teknologiakatsaus saatavilla olevista kaupallisista ratkaisuista uppoumarunkoisen veneen työntövoimaa tuottavan järjestelmän, eli propulsion sähköistämiseksi. Sähkökonversiot ovat varteenotettava vaihtoehto erittäin hitaasti uudistuvan venekaluston propulsiojärjestelmien sähköistämiseksi. Hidaskulkuiset uppoumarunkoiset veneet taas ovat venetyyppinä helpoiten ja halvimmalla sähköistettävissä.

Valmiita ratkaisuja huviveneiden sähköistämiseksi on tarjolla runsaasti. Sähköteknisestä näkökulmasta toteutusvaihtoehtoja on useita ja voimalinjapaketteja löytyy hyvin laajalla käyttöjännitealueella. Myös voimalinjaratkaisuissa käytettäviä sähkökonetyyppejä on useita ja esimerkiksi sähkökoneen jäähdytyksen toteutustapa vaihtelee. Todennäköisesti useimmat erilaiset ratkaisuvaihtoehdot täyttävät loppukäyttäjän näkökulmasta samat perustarpeet hiljaisesta ja energiatehokkaasta voimalinjasta.

Varsinaiset mittaukset suoritettiin testipenkissä laboratorio-olosuhteissa, missä voimalinjan kuormitusta mallinnettiin taajuusmuuttajaohjatulla kuormakoneella. Mittauksen kohteen oli Vetus E-Line 075 -sähkövoimalinjapaketti, joka taajuusmuuttajaohjatulla nestejäähdytetyllä pienoisjännitteisellä oikosulkukoneella varustettuna edustaa melko perinteistä lähestymistapaa. Mittaustulokset osoittivat voimalinjan toimivan pääasiassa valmistajan ilmoituksen mukaisesti. Sähkövoimalinjan hyötysuhde oli odotetusti korkea ja toiminta myös erilaisissa ääritilanteissa pääosin odotettua. Tässä työssä on tarkasteltu sähkövoimalinjan suorituskyvyn lisäksi myös aluksen kokonaissuorituskykyä, mikä riippuu huomattavasti käytetystä energiavarastosta, veneen rakenteesta ja potkurin mitoituksesta.

The performance of an electric propulsion for a certain low-speed leisure craft has been measured and documented for this bachelor’s thesis. Additionally, there is a technical lookout for different electric propulsion systems for low-speed crafts available on the market today. Electric conversions are especially interesting in the boating sector where the asset lifetimes are typically very long. Especially here in Finland, it isn’t uncommon to see leisure boats over forty years old to be still used. Low-speed displacement hulls are the easiest application for electric conversions due to comparably low power and energy needs.

There are many readymade solutions for electrifying slow-speed boats. From the electrical engineering point of view, there are several different technical options that vary for example by the supply voltage level or the basic electrical machine design. There are also different cooling methods being used. Different designs should all be capable of meeting the basic requirements of a quiet and efficient driveline.

The measurements were made on a test bench in a laboratory environment where the loadwas simulated using a frequency converter-controlled loading machine. The driveline being measured was Vetus E-Line 075 which consists of an extra-low voltage induction machine, a frequency converter, an electronic control lever, an indicator panel, and a liquid water cooling. The combination is somewhat classic without any extremely new and fancy technology. The product has already been on the market for several years.

The results were mostly as expected. The driveline fulfilled the promises given by the manufacturer. Energy efficiency was as good as expected and the behavior on special operating points like low voltage or high load was unsurprising. Also, the overall vessel performance was studied, which in real-world usage scenarios, depends a lot on the boat’s properties, like structural design and propeller design.