Wat zijn mijn generatoren allemaal aan het doen? Dit is een vaak gehoorde vraag aan boord van moderne superjachten als logisch gevolg op de steeds complexere automatiseringssystemen. Machinisten besteden een groot deel van hun tijd aan de grote vraag of datgeen wat of er start of stopt een logische stap is in hun systeem of domweg een storing of foute parameter.
Door de steeds strengere emissieregels en hogere eisen van de klant, worden de generatorbesturingen steeds complexer, compacter en dus ook gevoeliger voor verstoringen. Vaak lijkt de slogan “Keep it simple” niet van toepassing, het tegendeel is meestal eerder het geval.
Er zijn verschillende mogelijkheden om een goed werkend systeem op te zetten, Piet Brouwer Elektrotechniek heeft hieronder 4 opties uitgewerkt.
1. Twee identieke generatoren, elk groot genoeg om de volledige maximale belasting te voeden, indien gewenst met een parallel overname
2. Twee identieke generatoren, samen groot genoeg om de volledige maximale belasting te voeden, eventueel met automatische start/stop-regeling
3. Twee verschillende generatoren, naar behoefte single of parallel te gebruiken
4. Twee kleine generatoren, zoals bij 2 of 3, gecombineerd met Non-Essential load functies, Heavy consumer requests, Priority settings, Priority shifts en modes voor dag en nacht
Al deze opties kunnen uiteraard ook worden uitgevoerd met drie of meer generatoren, en in combinatie met een noodgenerator en/ of een walaansluiting indien nodig. De vier opties en hun specifieke voor- en nadelen worden hieronder verder uitgewerkt.
Optie 1
De eenvoudigste oplossing is om twee grote generatoren te kiezen, elk groot genoeg om de maximale belasting van het schip te voeden. Deze maximale belasting is vrij eenvoudig uit te rekenen, echter de gemiddelde belasting is een verhaal apart. Met name aan boord van jachten moet rekening worden gehouden met een hele reeks aan scenario’s; zeilen of stilliggen, met of zonder gasten, warm of koud gebied, morgen, middag, avond of nacht. Iedere situatie is weer compleet anders qua gebruik dan de andere. Het gebruik van een grote generator is dan wel de makkelijkste weg, maar binnen afzienbare tijd zal het jacht onacceptabel veel rook en vervuiling gaan produceren door vaak te lage belasting.
Een goed alternatief is optie 2.
Optie 2
We maken het nu wat geavanceerder, na het bepalen van de maximale belasting nemen we twee generatoren die samen de maximale load kunnen leveren. We beginnen dan met één generator op het net. Zodra de belasting toeneemt, wordt de tweede gestart en gesynchroniseerd. Als vervolgens de belasting weer daalt, wordt er weer een generator afgeschakeld. Dit is nog relatief eenvoudig, maar de eerste vragen komen nu al. Want wat gebeurt er als de tweede generator niet wil starten ondanks een verhoogde belasting? De belasting voor die ene generator zal te veel worden, waardoor de generatorset in overload gaat met uiteindelijk een black-out tot gevolg. Om dat te voorkomen, is er een scheiding gemaakt tussen essentiële en non-essentiële groepen, kortweg NEL (Non-Essential Loads). In het geval van een stijgende belasting en het niet opstarten van een tweede generator zal de load boven het NEL setpoint stijgen en een signaal geven om een groep verbruikers af te schakelen. Meestal zijn dit de keukenapparatuur, boilers, airco-units, was- en droogmachines etc. Op deze manier blijven de essentiële verbruikers, zoals stuurmachine, verlichting, voorstuwing etc. in bedrijf. Het jacht kan veilig verder varen, weliswaar met een gestreste kok, zuchtende stewardessen en een zwetende eigenaar in zijn veel te warme hut.
Al met al een redelijke oplossing, maar wat als het jacht drie maanden in de winter aan de wal ligt met een heel lage belasting? De generator wordt onderbelast en we zitten weer met een rokende genset.
Om deze reden heeft men dan ook optie 3 bedacht.
Optie 3
Bij optie 3 gaat het om twee verschillende generatoren, bijvoorbeeld in een 70/30 of 60/40 configuratie. Dat werkt als volgt: eerst berekent het systeem de werkelijke belasting en activeert hiertoe de juiste generator. Als de tweede niet start, treedt de NEL-beveiliging in werking.
Evenals bij optie 2 is het afschakelen van NEL-groepen verre van ideaal, en na een aantal incidenten zal de bemanning zelf de belasting gaan managen. Er volgt dan overleg of je wel of niet kan wassen als de kok aan het koken is, of de nanny checkt welke generator er draait en weet dan of de jacuzzi wel of niet mag worden ingeschakeld. Uiteindelijk komt er dan een handige elektricien die een soort ‘kook-knop’ in de galley introduceert, waarbij de kok of stewardess met één druk op de knop beide generatoren parallel schakelt en er naar hartelust kan worden gekookt, gewassen, gestreken enzovoorts. Het gevolg is dat de knop meer IN dan UIT staat en we uiteindelijk weer met slecht belaste, rokende generatoren komen te zitten.
Tijd dus voor nog wat meer intelligentie in het systeem en optie 4 wordt geboren.
Optie 4
We laten in deze optie de load niet meer managen door de kok of de stewardess, maar door een volautomatisch intelligent systeem. We nemen twee of drie generatoren van ongelijke capaciteit. Afhankelijk van de belasting draait één van de generatoren en net als bij de vorige opties start er een extra generator bij een toename in belasting.
Echter voordat een zware belasting kan inschakelen (bijvoorbeeld de boiler), moet er eerst een vrijgave worden gegeven voor deze verbruiker. Dit geschiedt via een automatische HCR (Heavy Consumer Request). Het systeem kijkt of er genoeg vermogen beschikbaar is of start daartoe eerst een extra generator om beschikbaar vermogen te creëren. Zodra het gevraagde vermogen beschikbaar is, volgt een vrijgave van de HCL (Heavy Consumer Load). Iedere verbruiker wacht nu netjes op zijn beurt en generatoren worden al van te voren gestart, nog voordat de verbruiker wordt ingeschakeld. De kok en stewardesses kunnen gewoon doen wat ze moeten doen zonder ingewikkelde protocollen, want dat wordt allemaal piekfijn geregeld in ons Power Management Systeem.
Optie 5?
Toch nog een optie 5? Alles start en stopt nu toch zo mooi? Dat is zo, maar de eigenaar wordt een beetje moe van het steeds weer starten en stoppen van de generatoren ‘s nachts. De droger doet het soms wel en soms slaat hij na 5 minuten pas aan. De ene keer is de boiler heter dan de andere keer. Waarom wil de jacuzzi niet starten? Modes voor dag en nacht zouden uitkomst bieden. En op welk niveau moet de extra genset precies starten? Bij 80% of toch maar bij 85%, of iets eerder misschien en al bij 78%? Bij een korte snelle piek of een langzame langdurige piek? Het zijn allemaal vragen die ons als ontwerpers van systemen voorlopig nog wel een tijdje zullen bezig houden.
Bij Piet Brouwer Elektrotechniek proberen we de zaken graag eenvoudig te houden. Het is belangrijk om alles goed te visualiseren en te laten zien wat er gaande is.
Waarom is die extra generator gestart? Soms ziet niemand die korte piek en draait de extra generator wel al 15 minuten. Informatie voor de engineer en crew is dan ook essentieel. Het loggen en trending van gegevens is dan ook een must bij complexe systemen, zodat je achteraf exact kunt zien wat er gebeurd is. Alleen op deze manier weet men straks aan boord precies wat de generatoren allemaal aan het doen zijn.