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، ألا وهو نظام توزيع تيار مستمر (DC) شامل صممته وورّدته شركة ABB. يمثل هذا التعاون، الذي أُعلن عنه في 19 سبتمبر 2026، أحد أكثر الأمثلة وضوحاً على إمكانات تكنولوجيا التيار المستمر في البيئات البحرية عالية الأداء، حيث تحدد كثافة الطاقة، وتقليل الوزن، وكفاءة النظام النتائج التنافسية في المياه بشكل مباشر.

نشأ هذا التعاون من التطوير المستمر الذي يقوم به قسم البحار والموانئ في شركة ABB لحلول توزيع التيار المستمر للتطبيقات التجارية والبحرية. وفي حين هيمن التيار المتردد (AC) على الأنظمة الكهربائية البحرية لأكثر من قرن من الزمان، 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 أتاح مشروع "فيراري هايبرسيل" فرصة للتحقق من هذه التقنيات في ظل ظروف تشغيل قاسية لا مجال فيها للفشل، حيث تُقاس هوامش الأداء بأجزاء من الثانية.

الصورة: عرض رسمي لـ "فيراري هايبرسيل"، مقدم من المكتب الصحفي لشركة ABB (بيان صحفي من موقع new.abb.com، 14 سبتمبر 2026).

تعمل يخوت السباق من فئة "كأس أمريكا" بأحمال كهربائية قد تكون كبيرة بالنسبة للسفن التجارية ذات الإزاحة المماثلة. تتطلب أنظمة التحكم في الهيدروفويل (الأجنحة المغمورة) تعديلاً مستمراً للمشغلات الهيدروليكية استجابة لمدخلات أجهزة الاستشعار على فترات زمنية بالميلي ثانية. وتستخدم آليات ضبط الأشرعة روافع كهربائية تتطلب تحكماً دقيقاً في العزم. كما تتطلب أنظمة الملاحة والاتصالات والقياس عن بُعد جودة طاقة غير منقطعة. يجب أن تفرغ بنوك البطاريات التي تخزن الطاقة من التوليد المائي أثناء الإبحار مع اتجاه الريح حمولتها بكفاءة أثناء الإبحار عكس الريح عندما تصل أحمال الأجنحة والأشرعة إلى ذروتها. وتؤدي إدارة هذه الأحمال المتنوعة من خلال ناقل تيار مستمر موحد إلى إلغاء مراحل تحويل متعددة من تيار متردد إلى مستمر ومن مستمر إلى متردد، والتي كانت ستضيف وزناً وحجماً وخسائر في الكفاءة.

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

امتدت التحديات التقنية إلى ما هو أبعد من اعتبارات التصميم الكهربائي البحري العادية. تتعرض يخوت السباق لقوى تسارع تتجاوز 3g أثناء المناورات، مع تعرض المعدات للاهتزاز، وأحمال الصدمات، ورذاذ المياه المالحة بكميات تتجاوز بكثير ما تشهده السفن التجارية. تطلبت محركات التردد المتغير ومعدات تحويل الطاقة من الدرجة البحرية الخاصة بـ ABB طلاءً واقياً إضافياً، وتأميناً ميكانيكياً، وعزلاً بيئياً يتجاوز المواصفات القياسية. تم تكييف منصة محرك ABB من نوع ACS880، والتي تُستخدم عادةً في دفع السفن التجارية وأنظمة الدفع الموجه، لتناسب محركات مضخة التحكم في أجنحة اليخت، والتي تتطلب خصائص استجابة ديناميكية أقرب لتطبيقات المؤازرة (السيرفو) الصناعية منها إلى الدفع البحري.

أثبت تقليل الوزن أنه أمر بالغ الأهمية لنجاح المشروع. فكل كيلوغرام يتم توفيره في مكونات النظام الكهربائي يترجم مباشرة إلى تسارع أفضل، وسرعات قصوى أعلى، وتقليل أحمال الأجنحة المغمورة. قضت بنية التيار المستمر من ABB على أعمال النواقل النحاسية الثقيلة، ومرشحات التوافقيات، ومعدات تعويض الطاقة التفاعلية المطلوبة في أنظمة التيار المتردد المماثلة. وحققت إلكترونيات الطاقة نفسها كثافة طاقة أعلى من خلال تصميمات تبريد متطورة مستعارة من محفظة محركات ABB الصناعية، باستخدام حلقات تبريد سائلة تخدم أيضاً نظام الإدارة الحرارية العام لليخت. جاء الوزن الإجمالي للنظام الكهربائي أقل بنسبة 18 بالمئة من هدف التصميم الأصلي للفريق القائم على التيار المتردد.

تختلف اعتبارات السلامة في أنظمة التيار المستمر البحرية اختلافاً جوهرياً عن مثيلاتها في التيار المتردد. فالأقواس الكهربائية للتيار المستمر، بمجرد نشوئها، لا تنطفئ ذاتياً عند تقاطعات الصفر الحالية كما تفعل أقواس التيار المتردد، مما يتطلب قواطع دائرة متخصصة ذات آليات إخماد قوس نشطة. ورّدت ABB عائلة قواطع دائرة التيار المستمر SACE، التي طُوِّرت أصلاً لتطبيقات الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة، والمصنفة لأقصى تيارات خطأ محتملة للنظام. تطلبت دراسة تنسيق الحماية تحليلاً دقيقاً لمساهمات تيار الخطأ من البطاريات والمولدات والقوة الدافعة الكهربائية العكسية للمحركات التي تغذي مواقع الخطأ في وقت واحد عبر مسارات تيار مستمر ذات مقاومة منخفضة.

كما أظهر المشروع مزايا نظام التيار المستمر لـ الأتمتة البحرية وتكامل التحكم. يقوم نظام إدارة الطاقة في اليخت، المبني على منصة ABB من نوع 800xA والمكيفة للتطبيقات البحرية، بمراقبة أكثر من 400 نقطة قياس عبر نظام التوزيع الكهربائي. وتعدل خوارزميات التحسين في الوقت الفعلي تدفق الطاقة بين البطاريات والمولدات والأحمال بناءً على ظروف الإبحار، واستراتيجية السباق، وحدود درجة حرارة المعدات. وتوفر بنية الاتصال الحتمية للنظام، باستخدام بروتوكول إيثرنت الصناعي EtherCAT، أوقات استجابة أقل من ميلي ثانية المطلوبة للتحكم في الأجنحة مع الحفاظ على التوافق مع بروتوكولات الأتمتة البحرية القياسية المستخدمة للملاحة ومراقبة الآلات.

وأشار المدير التقني لـ "فيراري هايبرسيل" إلى أن فوائد بنية التيار المستمر امتدت إلى ما هو أبعد من الكفاءة الكهربائية البحتة. فقد بسّطت نمطية النظام عمليات الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، مع عزل محولات التيار المستمر الفردية عن بعضها البعض عبر الناقل المشترك. إذا 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 أثبتت هذه القدرة على تحمل الأخطاء أهميتها أثناء الاختبار عندما كانت الفترة الزمنية بين السباقات تسمح بحد أدنى من نوافذ الصيانة.

تمتد رؤية هذه الشراكة إلى ما هو أبعد من حلبة السباق. ترى ABB في مشروع "فيراري هايبرسيل" إثباتاً للمفهوم لتوزيع التيار المستمر في التطبيقات البحرية ذات الأداء الحرج، حيث يسعى عملاؤها في القطاع التجاري البحري بشكل متزايد إلى تحسين الكفاءة وتقليل الانبعاثات. وقد أشارت الشركة إلى أن الدروس المستفادة من برنامج السباق ستوجه تطوير حزم توزيع التيار المستمر الموحدة للعبارات عالية السرعة، وسفن عمليات طاقة الرياح البحرية، والتطبيقات العسكرية حيث توجد متطلبات مماثلة لكثافة الطاقة والكفاءة.

يوفر سباق "كأس أمريكا" بحد ذاته عملية تحقق صعبة لهذه التكنولوجيا. فاليخوت أحادية الهيكل التي تبحر بسرعة تزيد عن 50 عقدة تفرض متطلبات قصوى على الأنظمة الكهربائية التي تتحكم في زاوية الأجنحة المغمورة، وارتفاع الركوب، واستقرار التدحرج. يجب أن تستجيب أنظمة التحكم لمواجهة الأمواج وهبات الرياح بحركات مشغل تُقاس بالميلي ثانية، مما يتطلب أنظمة طاقة قادرة على قبول الأحمال السريعة دون تجاوزات في الجهد قد تعطل عمل معالج التحكم. إن الاستقرار المتأصل لبنية ناقل التيار المستمر في ظل ظروف الأحمال المتغيرة بسرعة، جنباً إلى جنب مع تخزين البطارية الذي يوفر تخزيناً مؤقتاً لحظياً للطاقة، قد مكن من تحقيق أداء لنظام التحكم يعتبره فريق التصميم مستحيلاً تحقيقه مع بنية تيار متردد مماثلة.

وبعيداً 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 تيار مستمر غير مجربة، جنباً إلى جنب مع قدرة ABB على تكييف المنتجات البحرية التجارية لمتطلبات السباق، خلق بيئة تطوير تجاوزت فيها كلتا المنظمتين معايير التشغيل العادية الخاصة بهما. يوضح النظام الناتج أن توزيع التيار المستمر، الذي لطالما اعتبر مناسباً فقط لتطبيقات متخصصة، قد نضج لدرجة أنه يمكن أن ينافس ممارسات الكهرباء البحرية بالتيار 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 التيار المستمر الكهربائية. 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 المعرفة ببنية الكهرباء البحرية، مما يفيد التطبيقات التجارية والعسكرية التي تواجه تحديات مماثلة لدمج مصادر طاقة متنوعة مع تقليل الوزن وتعظيم 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 العسكرية، مع التركيز على تحسين كفاءة الطاقة، وتكامل نظام الطاقة الهجين، وتصميم نظام الأتمتة للعمليات البحرية الحساسة.