أخبار

عندما أطلقت "فيراري هايبرسيل" (Ferrari Hypersail) يخت السباق الخاص بها لكأس أمريكا في سبتمبر 2026، مثلت البنية الكهربائية للسفينة شيئاً غير مألوف في التطبيقات البحرية: نظام توزيع شامل للتيار المستمر (DC) صممته ووفرته شركة ABB. يمثل هذا التعاون، الذي أُعلن عنه في 19 سبتمبر 2026، أحد أكثر العروض وضوحاً لإمكانات تكنولوجيا التيار المستمر في البيئات البحرية عالية الأداء، حيث تحدد كثافة الطاقة، وخفض الوزن، وكفاءة النظام بشكل مباشر النتائج التنافسية على الماء.

نشأ هذا التعاون من التطوير المستمر الذي يقوم به قسم الملاحة والموانئ في شركة ABB لحلول توزيع التيار المستمر للتطبيقات التجارية والبحرية. وفي حين هيمن التيار المتردد (AC) على الأنظمة الكهربائية البحرية لأكثر من قرن، فإن انتشار تخزين البطاريات، ومحركات السرعة المتغيرة، ومصادر التوليد المتجددة قد جدد الاهتمام ببنى التيار المستمر التي تلغي خسائر التحويل المتأصلة في أنظمة التيار المتردد ذات مصادر الطاقة المختلطة. وقد وفر مشروع "فيراري هايبرسيل" فرصة للتحقق من هذه التقنيات في ظل ظروف تشغيل قاسية لا مجال فيها للفشل، حيث تُقاس هوامش الأداء بأجزاء من الثانية.

تعمل يخوت سباق كأس أمريكا بأحمال كهربائية قد تكون كبيرة بالنسبة للسفن التجارية ذات الإزاحة المماثلة. وتتطلب أنظمة التحكم في الأجنحة المائية (Hydrofoil) تعديلاً مستمراً للمشغلات الهيدروليكية استجابة لمدخلات المستشعرات على فترات زمنية بالميللي ثانية. وتستخدم آليات ضبط الأشرعة روافع كهربائية تتطلب تحكماً دقيقاً في عزم الدوران. كما تتطلب أنظمة الملاحة والاتصالات والقياس عن بعد جودة طاقة دون انقطاع. ويجب أن تفرغ مجموعات البطاريات التي تخزن الطاقة الناتجة عن التوليد المائي أثناء الإبحار مع الرياح، طاقتها بكفاءة خلال المراحل التي يتم فيها الإبحار عكس الرياح عندما تبلغ أحمال الأجنحة والأشرعة ذروتها. إن إدارة هذه الأحمال المتنوعة من خلال ناقل تيار مستمر موحد يلغي مراحل تحويل متعددة من التيار المتردد إلى المستمر ومن المستمر إلى المتردد، والتي كانت ستضيف وزناً وحجماً وخسائر في الكفاءة.

تعمل بنية توزيع التيار المستمر من ABB الخاصة بيخت "فيراري هايبرسيل" بجهد اسمي يبلغ 700 فولت، وهو جهد تم اختياره للموازنة بين حجم الموصلات ومتطلبات العزل وتوافر المكونات. يدمج النظام مجموعات بطاريات ليثيوم أيون، ومحولات التوليد المائي، ووحدات تحكم في الأحمال من خلال محولات تيار مستمر إلى تيار مستمر ثنائية الاتجاه تحافظ على جهد الناقل ضمن تفاوتات دقيقة بغض النظر عن اتجاه تدفق الطاقة. عندما يبحر اليخت بسرعات تتجاوز 50 عقدة، تغذي مولدات الأجنحة المائية الطاقة مرة أخرى إلى نظام البطاريات من خلال وظيفة الكبح التجديدي المماثلة لأنظمة المركبات الكهربائية. كان استرداد الطاقة هذا سيتطلب مزامنة معقدة لو تم تنفيذه من خلال بنية تيار متردد، لكنه يحدث بشكل طبيعي في تكوين ناقل التيار المستمر.

تجاوزت التحديات التقنية اعتبارات التصميم الكهربائي البحري العادي. تتعرض يخوت السباق لقوى تسارع تتجاوز 3g أثناء المناورات، مع تعرض المعدات للاهتزاز وأحمال الصدمات ورذاذ الماء المالح بكميات تتجاوز بكثير ما تشهده السفن التجارية. تطلبت محركات التردد المتغير ذات الدرجة البحرية من ABB ومعدات تحويل الطاقة طلاءً واقياً إضافياً، وتثبيتاً ميكانيكياً، وإغلاقاً بيئياً يتجاوز المواصفات القياسية. وقد تم تكييف منصة محركات ACS880 البحرية التابعة للشركة، والتي تُستخدم عادةً في أنظمة الدفع ومحركات المناورة للسفن التجارية، لتناسب محركات مضخة التحكم في الأجنحة الخاصة باليخت، والتي تتطلب خصائص استجابة ديناميكية أكثر شيوعاً في تطبيقات المؤازرة الصناعية منها في الدفع البحري.

أثبت خفض الوزن أنه أمر بالغ الأهمية لنجاح المشروع. فكل كيلوغرام يتم توفيره في مكونات النظام الكهربائي يترجم مباشرة إلى تحسين التسارع، وسرعات قصوى أعلى، وتقليل أحمال الأجنحة المائية. ألغت بنية التيار المستمر من ABB قضبان التوصيل النحاسية الثقيلة، والمرشحات التوافقية، ومعدات تعويض القدرة غير الفعالة المطلوبة في أنظمة التيار المتردد المماثلة. وحققت إلكترونيات الطاقة نفسها كثافة طاقة أعلى من خلال تصميمات تبريد متقدمة مستعارة من محفظة محركات ABB الصناعية، باستخدام حلقات تبريد سائل تخدم أيضاً نظام الإدارة الحرارية العام لليخت. وجاء الوزن الإجمالي للنظام الكهربائي أقل بنسبة 18 بالمائة من هدف التصميم الأصلي للفريق القائم على التيار المتردد.

تختلف اعتبارات السلامة في أنظمة التيار المستمر البحرية اختلافاً جوهرياً عن نظيراتها في التيار المتردد. فالأقواس الكهربائية في التيار المستمر، بمجرد نشوئها، لا تنطفئ ذاتياً عند تقاطعات الصفر للتيار كما هو الحال في أقواس التيار المتردد، مما يتطلب قواطع دوائر متخصصة ذات آليات نشطة لإخماد القوس. قدمت ABB عائلة قواطع دوائر التيار المستمر SACE الخاصة بها، والتي طُورت في الأصل لتطبيقات الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة، والمصنفة لتحمل أقصى تيارات أعطال محتملة للنظام. تطلبت دراسة تنسيق الحماية تحليلاً دقيقاً لمساهمات تيار العطل من البطاريات والمولدات والمحركات التي تغذي مواقع العطل في وقت واحد عبر مسارات تيار مستمر منخفضة المعاوقة.

أثبت المشروع أيضاً مزايا نظام التيار المستمر لـ الأتمتة البحرية وتكامل التحكم. يقوم نظام إدارة الطاقة في اليخت، المبني على منصة 800xA من ABB والمكيف للتطبيقات البحرية، بمراقبة أكثر من 400 نقطة قياس عبر نظام توزيع الكهرباء. وتقوم خوارزميات التحسين في الوقت الفعلي بضبط تدفق الطاقة بين البطاريات والمولدات والأحمال بناءً على ظروف الإبحار، واستراتيجية السباق، وحدود درجة حرارة المعدات. توفر بنية الاتصالات الحتمية للنظام، باستخدام بروتوكول الإيثرنت الصناعي EtherCAT، أوقات استجابة بأقل من ميللي ثانية المطلوبة للتحكم في الأجنحة مع الحفاظ على التوافق مع بروتوكولات الأتمتة البحرية القياسية المستخدمة للملاحة ومراقبة الآلات.

أشار المدير الفني لـ "فيراري هايبرسيل" إلى أن فوائد بنية التيار المستمر امتدت إلى ما هو أبعد من الكفاءة الكهربائية البحتة. فقد بسطت نمطية النظام عمليات الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، مع عزل محولات التيار المستمر الفردية عن بعضها البعض عبر الناقل المشترك. وإذا تعطل محول، تستمر الوحدات المتبقية في العمل دون حدوث أعطال متسلسلة ممكنة في أنظمة التيار المتردد المترابطة بإحكام مع مرشحات توافقية مشتركة وتصحيح معامل القدرة. وقد أثبت هذا التسامح مع الأعطال أنه ضروري أثناء الاختبار عندما كانت الفترة الفاصلة بين السباقات تسمح بحد أدنى من نوافذ الصيانة.

تمتد رؤية هذه الشراكة إلى ما هو أبعد من حلبة السباق. تنظر ABB إلى مشروع "فيراري هايبرسيل" كإثبات للمفهوم الخاص بتوزيع التيار المستمر في التطبيقات البحرية الحساسة للأداء، حيث يسعى عملاؤها في القطاع البحري التجاري بشكل متزايد إلى تحسينات الكفاءة وخفض الانبعاثات. وقد أشارت الشركة إلى أن الدروس المستفادة من برنامج السباق ستوجه تطوير حزم توزيع التيار المستمر الموحدة للعبارات عالية السرعة، وسفن عمليات صيانة الرياح البحرية، والتطبيقات البحرية العسكرية حيث توجد متطلبات مماثلة لكثافة الطاقة والكفاءة.

توفر سباقات كأس أمريكا بحد ذاتها التحقق الصارم لهذه التكنولوجيا. فالسفن أحادية الهيدروفويل التي تبحر بسرعة تزيد عن 50 عقدة تفرض متطلبات قصوى على الأنظمة الكهربائية التي تتحكم في زاوية الأجنحة المائية، وارتفاع الركوب، واستقرار التدحرج. يجب أن تستجيب أنظمة التحكم لمواجهة الأمواج وهبات الرياح بحركات مشغلات تُقاس بالميللي ثانية، مما يتطلب أنظمة طاقة قادرة على قبول الأحمال السريع دون انحرافات في الجهد قد تعطل تشغيل معالج التحكم. إن الاستقرار المتأصل لبنية ناقل التيار المستمر في ظل ظروف الحمل المتغيرة بسرعة، إلى جانب تخزين البطارية الذي يوفر تخزيناً مؤقتاً لحظياً للطاقة، قد مكّن من تحقيق أداء لنظام التحكم يعتبره فريق التصميم مستحيلاً تحقيقه مع بنية تيار متردد مماثلة.

بعيداً عن الإنجازات التقنية، تمثل الشراكة تحولاً أوسع في كيفية دفع تطبيقات الأداء المتطرف للابتكار في تكنولوجيا الأتمتة الصناعية. إن استعداد "فيراري هايبرسيل" لتبني تكنولوجيا توزيع التيار المستمر غير المثبتة، إلى جانب قدرة ABB على تكييف المنتجات البحرية التجارية مع متطلبات السباق، خلق بيئة تطوير دفعت كلاً من المنظمتين إلى ما هو أبعد من معايير التشغيل العادية الخاصة بهما. يوضح النظام الناتج أن توزيع التيار المستمر، الذي كان يُعتبر طويلاً مناسباً فقط للتطبيقات المتخصصة، قد نضج إلى درجة يمكنه فيها التنافس مع ممارسات الكهرباء البحرية للتيار المتردد التي تعود لقرن من الزمان حتى في أكثر الظروف تطلباً.

مع استمرار منافسات كأس أمريكا حتى أواخر عام 2026، لن يراقب المراقبون أداء الإبحار فحسب، بل سيراقبون أيضاً بيانات الموثوقية من أنظمة الكهرباء التي تعمل بالتيار المستمر. سيؤدي النجاح في مضمار السباق إلى التحقق من صحة التكنولوجيا للتطبيقات البحرية الأوسع، بينما ستوفر أي إخفاقات دروساً قيمة بنفس القدر حول هوامش تصميم نظام التيار المستمر وأنماط الفشل في البيئات القاسية. كلتا النتيجتين تعززان حالة المعرفة ببنية الكهرباء البحرية، مما يفيد التطبيقات التجارية والبحرية التي تواجه تحديات مماثلة لدمج مصادر طاقة متنوعة مع تقليل الوزن وزيادة الكفاءة.

كتبه: ماكسويل، أخصائي أتمتة بحرية بخبرة تزيد عن 14 عاماً في الأنظمة الكهربائية على متن السفن، وبنية توزيع الطاقة، ومنصات التحكم المتكاملة. دعم ماكسويل مشاريع كهربة السفن عبر الشحن التجاري، والدعم البحري، والتطبيقات البحرية العسكرية، مع التركيز على تحسين كفاءة الطاقة، وتكامل أنظمة الطاقة الهجينة، وتصميم أنظمة الأتمتة للعمليات البحرية الحساسة.