Laivojen sähköjärjestelmät jäänmurtajakäytössä

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan laivojen sähköjärjestelmien rakennetta ja toimintaa sekä niiden erityispiirteitä jäänmurtajakäytössä. Työn tavoitteena on muodostaa kokonaiskuva laivojen sähköntuotannosta, sähkönjakelusta ja sähköisestä propulsiosta sekä vertailla jäänmurtajien sähköjärjestelmien ratkaisuja muihin laivatyyppeihin. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jossa hyödynnettiin alan tutkimuksia, tieteellisiä artikkeleita ja kirjallisuutta.

Laivojen sähköntuotanto perustuu useisiin polttomoottoreihin ja generaattoreihin, joiden avulla saavutetaan riittävä kokonaisteho ja korkea toimintavarmuus. Jäänmurtajien tehontarve ja kuormitusvaihtelut ovat huomattavia, mikä korostaa moottoreiden nopeaa reagointikykyä ja polttoainetaloudellisia ratkaisuja. Sähkökoneista erityisesti tahtikoneet ovat keskeisessä roolissa suurten teholuokkien laivoissa, sillä niillä toteutetaan laivan sähköntuotanto ja propulsio.

Taajuusmuuttajat ovat oleellinen osa sähköistä propulsiota, ja ne aiheuttavat harmonisia yliaaltoja, joiden hallinta on tärkeää sähköverkon laadun ja laitteiden toimivuuden kannalta. Sähköinen propulsio tarjoaa jäänmurtajille suuren vääntömomentin alhaisilla nopeuksilla, tarkan ohjailtavuuden ja joustavan tehojaon. Sähköiset ruoripotkurit ovat parantaneet laivojen ohjailukykyä ja monitoimisuutta. Lisäksi työssä tarkastellaan satamien maasähköjärjestelmiä, jotka vähentävät satamissa syntyviä päästöjä ja melua.

This bachelor’s thesis examines the structure and operation of ship electrical systems, with a particular focus on their characteristics in icebreaker applications. The aim of this thesis is to provide an overall understanding of shipboard power generation, power distribution and electric propulsion, and to compare the electrical system solutions used in icebreakers with those of other vessel types. The study was conducted as a literature review based on technical publications and literature.

Ship power generation relies on multiple combustion engines and generators, which together provide sufficient total power and high operational reliability. Icebreakers are subject to significant power demand and fast load variations, which highlight the importance of fast engine response and fuel-efficient solutions. Among electrical machines, synchronous machines play a central role in large-power vessels, as they are used for both onboard power generation and propulsion.

Frequency converters are an essential part of electric propulsion, and they generate harmonic distortions that must be controlled to ensure power quality and reliable equipment operation. Electric propulsion provides icebreakers with high torque at low speeds, precise maneuverability and flexible power distribution. Electrically driven azimuth thrusters have further improved vessel handling and multifunctionality. This thesis also examines shore power systems in ports, which reduce emissions and noise during berthing.