用于涉水设施的能量供给系统

技术领域

本发明涉及一种用于涉水设施的能量供给系统、尤其用于浮动设施的能量供给系统。浮动设施例如是船舶、潜水艇、石油平台和/或天然气平台。船舶的示例是游轮、护卫舰、集装箱船、航空母舰、破冰船等。浮动设施是涉水设施。立于海底的石油平台或天然气平台是涉水设施的示例。除了能量供给系统之外，本发明还涉及一种相对应的用于运行所述能量供给系统的方法。

背景技术

用于涉水设施或浮动设施的能量供给系统具有能量源。如果在下文中提到浮动设施，那么也借此指的是涉水设施，并且反之亦然。能量源的示例是柴油发电机、燃料电池、电池组/蓄电池、飞轮等。柴油发电机的柴油例如可借助于重油船柴油和/或LNG运行。能量供给系统例如设置用于，向浮动设施的驱动装置供给电能，或者也向辅助运行装置或其他消耗器供给电能，例如向空调设备、照明装置、自动化系统等供给电能。能量供给系统尤其可设计成，使得即使能量源失效对于浮动设施也可以实现至少一次紧急运行。浮动设施的能量供给尤其具有船载网络。船载网络(船载电网)用于为浮动设施进行电能供给。

如果浮动设施例如能够保持其位置，则所述浮动设施具有多个驱动装置。所述驱动装置尤其具有螺旋桨或喷水推进器(Borderjet)。用于在水中保持船舶的位置的驱动装置尤其应彼此无关地保持随时可用。例如，如果所述浮动设施在船尾区域中具有两个或更多个驱动系统、如例如两个POD驱动装置或由从船体伸出的轴构成的两个螺旋桨，所述轴由电动机和/或由具有轴式发电机的柴油机驱动，则有利的是，在驱动装置中发生故障的情况下，可以为所述驱动系统彼此无关地供给电能。

从EP 3 046 206 A1中公开船舶上的能量分配装置。所述能量分配装置具有第一中压母线和第二中压母线。第二中压母线与第一中压母线不具有直接连接。此外，能量分配装置具有带有低电压的第一AC母线、在第一中压母线与第一AC母线之间的第一换流器，以便可以实现从第一中压母线至第一AC母线的功率流。此外，能量分配装置也具有第二AC母线和在第二中压母线与第二AC母线之间的第二换流器，以便可以实现从第二中压母线至第二AC母线的功率流。

从WO 2016/116595 A1中公开了一种用于在船舶上分配所存储的电能的装置，所述装置也包括一个或多个交流电消耗器。在初级电能供给失效的情况下，设有具有多个电能储存元件的DC电网，以便可以实现向一个或多个AC消耗器供给所存储的电能。在直流电路中，设有多个用于关断一个或多个辅助电能的断路器系统。

从DE 10 2009 043 530 A1中公开了一种具有电驱动轴(电轴)的能量供给系统。电驱动轴具有用于产生具有可变幅值和可变频率的电压的至少一个转速可改变的发电机和被供给所述电压的至少一个转速可改变的驱动马达。发电机例如具有超导体绕组、尤其高温超导体(HTS)绕组。

从WO 2011/092330 A2中公开了一种船舶驱动系统，所述船舶驱动系统至少具有用于驱动各一个推进单元、尤其喷水推进器或例如螺旋桨的第一电驱动轴和第二电驱动轴(电轴)，其中电驱动轴中的每个电驱动轴具有至少一个由内燃机驱动的转速可改变的发电机，用于产生具有可变幅值和可变频率的马达电压，和至少一个转速可改变的驱动马达，驱动马达被供给所述马达电压并且与推进单元耦联，其中第一驱动轴和第二驱动轴可从第一运行状态切换到第二运行状态中，在所述第一运行状态中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴彼此电分离，在所述第二运行状态中，所述第一驱动轴和所述第二驱动轴彼此电耦联，使得可以进行从一个驱动轴的至少一个发电机至另一驱动轴的至少一个驱动马达的能量转移。

从EP 2 949 571 A1中公开了一种用于船舶的驱动系统，其中船舶具有带有固定船载电网频率的船载电网，其中驱动系统具有：用于驱动船舶的驱动电动机；变频器，经由所述变频器可以从船载电网向驱动电动机输送电能；驱动机；可由驱动机驱动的驱动发电机和用于将驱动电动机与驱动发电机连接的电轴，其中驱动电动机可选地可由变频器驱动或可由驱动发电机驱动。

在船载电网中，通常需要呈不同电压层级和/或呈不同电压形式(AC或DC)的电能。为此，例如提供来自一个或多个内燃机的初级能量，并且借助于一个或多个三相发电机(异步发电机或同步发电机)将初级能量转化成电能。所述电能尤其在船载电网中可供使用的最高电压层级(上层的电压层级的供电网)上产生。为了产生其他电压层级，例如使用变压器和/或DC/DC转换器。变压器通常具有高的重量和结构体积、大约1％数额的损耗，并且输入频率和输出频率始终相同。例如，所产生的全部发电机功率经由上层的电压层级馈入并且分配到主能量母线上。在许多设备或船载电网中，主能量母线是三相交流电母线(交流电＝AC)，由此铺展开AC电网。在此，电能的分配尤其经由一个或多个配电盘进行。在AC电网中，下层的电网的频率等于上层的电网的频率。在此，下层的电网与上层的电网区别在于电压，其中上层的电网具有比下层的电网更高的电压。如果频率在上层的电压层级中可变，则使用用于分配电能的具有AC能量母线的AC电网可能是不利的。可变的频率特别是转速可改变的内燃机的结果。为了从上层的AC能量母线供给下层的电压层级，通常需要多个变压器。能量经由上层的AC主能量母线、即经由上层的电压层级进行传输。在一个电压层级内，能量可以经由开关设备分配。为了分配AC，使用AC开关设备。能量母线的电压水平或电压层级决定性地与装机功率相关。向不同的消耗器馈电，并且向处于其下的电压层级供给能量。为了连接不同的电压层级，在AC电网中需要变压器，由此电压层级具有相同的频率。所使用的变压器的变压比确定电压的关系。

在一些船舶中，因为柴油机重，所以难以将柴油机用作内燃机，用于产生电能的发电机可通过所述内燃机驱动。柴油机也要求空间。挑战也可能通过如下方式得出：存在关于装机功率的限制，和/或应将所产生的电能的电压或频率在运行内保持在确定的带内。关于此，通过电轴可以实现一些优点。在电轴的情况下，在发电机与驱动马达之间得出直接的耦联。在此，驱动马达与发电机直接耦联，使得在发电机的频率与驱动马达(马达)的频率之间得出比例。比例与发电机或转子的极对数相关。

发明内容

因为在浮动设施上这些消耗器对能量供给系统提出不同的要求，并且根据浮动设施的运行状态，不同的消耗器也从能量供给系统中获取能量，所以所述能量供给系统应尽可能灵活地设计。因此，本发明的目的是提供一种灵活的能量供给系统或一种用于运行这种能量供给系统的灵活的方法。本发明的另一目的是提供一种能量供给系统，所述能量供给系统在对于能量供给系统所需的装置的重量方面被改进。

所述目的的解决根据权利要求1或11实现。本发明的其他设计方案根据权利要求2至10或12至13得出。

用于涉水设施的能量供给系统具有电轴，其中电轴可与用于第一直流电压的第一直流电压母线连接，并且所述电轴可与用于第二直流电压的第二直流电压母线连接，其中电轴具有至少一个由内燃机驱动的转速可改变的发电机，所述发电机用于产生具有可变的幅值和可变的频率的马达电压，并且所述电轴具有至少一个被供给所述马达电压并且与推进单元耦联的转速可改变的驱动马达。

在能量供给系统的一个设计方案中，可以实现或实施以下事实。替代具有固定频率的AC母线，可以使用基于DC母线系统的能量供给系统，其中设有用于驱动装置的电轴；例如，设有双向DC/DC调节器作为低压直流电压母线(LV-DC)与中压直流电压母线(MV-DC)之间的耦联装置。尤其具有大于5MW的高功率需求的涉水设施例如具有一个或两个螺旋桨或一个或两个喷水推进器。为了借助于发电机产生电能，例如可以设有一个至四个燃气轮机。因此，螺旋桨或喷水推进器可以借助于来自燃气轮机的能量来运行。因此，燃气轮机尤其与电轴的一部分或电轴相关联。在一个设计方案中，船舶具有两个至四个螺旋桨。在此，螺旋桨尤其具有4MW和12MW之间的功率、尤其至少5MW的功率。在此，住宿负载、尤其游轮中的住宿负载或涉水设施的剩余电功率明显小于驱动功率。在此，例如可以涉及一至十的比，或需要小于10MW的所需的功率。

涡轮发电机的典型的速度是每分钟3000转或更高。螺旋桨速度例如处于每分钟100转和300转之间。

在能量供给系统的一个设计方案中，所述能量供给系统可以在多个可行的模式中运行。例如，驱动功率可以来自直流电压母线。此外，驱动功率可以来自涡轮发电机。此外，驱动功率可以来自涡轮发电机和直流电压。此外，驱动功率可以来自涡轮发电机，其中从中产生的电能被馈送到直流电压母线中。在能量供给系统中，超导材料可以用于马达和/或发电机。这是特别的高温超导体(HTS)。高温超导尤其涉及至少一个部件、如电轴的马达或发电机。

可以针对电轴(在英文中也称为eShaft)实现不同的模式。为此，用于不同的模式的呈表格形式的示例：

·模式1：纯电模式

·模式2：借助于电轴

·模式3：借助于电轴

·模式4：借助于电轴

·模式5：借助于电轴

通过使用尤其双向地实施的DC/DC调节器，可以将低压DC系统(LV-DC)与电轴连接，其中不需要传统的变压器。可以有利地使用中频(MF)变压器或高频(HF)变压器，以便节省重量和/或空间。与50/60Hz的变压器相比，借助于1000Hz的变压器可以节省重量的大约90％。更高的开关频率和改进的变压器材料提供进一步减小重量和空间的潜能或提升效率的潜能。

例如，如果为电轴设有仅一个能量源，则使用电池、燃料电池、飞轮等是有利的，其中这不仅涉及LV DC侧，而且涉及MV DC侧。

通过将电轴与DC母线结合地使用，可以减少变压步骤(使用变压器)，并且也可以实现改进的能量流。电轴联接到MVDC母线和另一DC/DC调节器可以实现电轴与能量存储系统(ESS)、如电池的电分离，或可以实现所述电轴与LV DC母线的电分离。与这相比，使用作为电轴的能量源的燃气轮机引起重量的减小。借此可以改进稳心高度。

能量供给系统也可以具有带有低压绕组(LV)和中压(MV)的驱动马达。可以经由逆变器从LVDC母线向中压绕组进行供给。

在每个动力总成具有大于5.5MW的驱动功率的能量供给系统的设计方案中，例如也可以使用柴油机。电能的分配尤其经由中压配电盘来实现。驱动马达通过换流器来馈电。

因此，在一个设计方案中，用于涉水设施以及尤其用于浮动设施的能量供给系统具有用于第一直流电压的第一直流电压母线和用于第二直流电压的第二直流电压母线。这意味着，第一直流电压适合于或设置用于第一直流电压层级，并且第二直流电压母线适合于或设置用于第二直流电压层级。第一直流电压层级尤其高于第二直流电压层级。因此，第一直流电压层级对应于第一直流电压母线，并且第二直流电压层级对应于第二直流电压母线。例如，直流电压层级相差5和50之间的因数。对应的情况在具有所描述的设计方案中的一个设计方案中的能量供给系统的涉水设施或浮动设施、尤其船舶中得出。

在一个设计方案中，浮动设施或涉水设施和/或能量供给系统具有第一区域和第二区域。在此，如上面已经指出的那样，在进一步的进展中，浮动设施也应理解为涉水设施。浮动设施也可以具有多于两个的区域。区域的类型可以不同。因此，区域例如可以涉及防火区域。区域可以通过一个或多个舱壁彼此分离。该类型构成舱室，所述舱室例如可以用于防火和/或用于防止浮动设施或涉水设施沉没。一个舱壁或多个舱壁可以空气密封地和/或液体密封地和/或阻燃地设计或实施。在浮动设施中如例如在船舶中，例如可以至少存在有横向舱壁和/或纵向舱壁和/或水密的盖。然而形成区域或舱室。舱室可以是区域以及区域也可以是舱室。用于浮动设施或涉水设施的能量供给系统具有第一能量源和第二能量源，其中第一能量源设置在第一区域中以用于向至少两个直流电压母线中的至少一个直流电压母线馈电，以及其中第二能量源设置在第二区域中以用于向至少两个直流电压母线中的至少一个直流电压母线馈电。因此，第一能量源例如可以设置用于仅向第一直流电压母线馈电，或可以设置用于向第一直流电压母线和第二直流电压母线馈电。第二能量源处于相同的情况，所述第二能量源例如可以设置用于仅向第一直流电压母线馈电，或可以设置用于向第一直流电压母线和第二直流电压母线馈电。在此，相应的直流电压母线的馈电尤其涉及与直流电压母线的直接连接。直接连接应理解为其中不中间连接用于能量分配的另外的DC母线的电连接。然而，直接连接例如可以具有换流器、变压器、开关、DC/DC调节器。能量供给系统的能量源例如可以是以下类型：柴油发电机、燃气轮机发电机、电池、电容器、超级电容、飞轮存储装置、燃料电池。

在能量供给系统的一个设计方案中，所述能量供给系统至少部分与区域相关地划分。划分尤其局部地对应于用于至少两个区域的区域分配。涉水设施的区域尤其通过结构装置、如舱壁得出。能量供给系统的划分尤其通过可以分离或建立电连接的开关装置得出。通过这种开关装置可以构成能量供给系统中的部段。

在能量供给系统的一个设计方案中，在初级能量源与次级能量源之间进行区分。初级能量源与第一直流电压母线(DC母线)相关联，其中初级能量源尤其用于获取用于浮动设施或涉水设施的主驱动装置的电能。所述相关联意味着，在所述初级能量源与第一直流电压母线之间没有中间连接另外的直流电压母线。次级能量源与第二直流电压母线(DC母线)相关联，其中次级能量源尤其用于获取用于浮动设施或涉水设施的运行系统的电能，所述运行系统不用于浮动设施的主驱动装置。所述相关联也意味着，在所述次级能量源与第二直流电压母线之间没有中间连接另外的直流电压母线。浮动设施的运行系统例如是(船载供给装置、住宿运行装置、武器系统等)。在能量供给系统的一个设计方案中，次级能量源选择成，使得所述次级能量源可以对负载波动可能更快地作出反应。负载中例如是用于驱动浮动设施的至少一个驱动马达和/或浮动设施的其他电消耗器，例如用于泵、压缩机、空调设备、绞盘、船载电子装置等的消耗器。在游轮中，例如用于空调设备、洗衣房、照明装置等的电消耗器也称为住宿负载。

能量供给系统可以具有多个相同类型的能量源。在能量供给系统的一个设计方案中，不同类型的能量源可以在不同的区域中。由此，例如在紧急情况下和/或在故障情况下，可以提升浮动设施内的供给安全性。

通过在浮动设施中使用第一直流电压母线和第二直流电压母线，可以以简单的方式将电能从一个母线传输到另一母线中而没有不必要的损耗。这尤其在其中用于第一母线的一个或多个能量源失效的故障情况下是有利的。如果能量层级的联接经由AC连接实现，则这尤其在故障情况下可能引起较高的损耗。在DC电网中，首先对能量进行整流，以便将其分配在上层的DC电压(转换1)。随后必须借助于逆变器从DC电压中产生AC电压(转换2)。逆变器必须履行与发电机相同的功能(下层的电压层级中的选择性和频率控制)。为了调整电压，需要变压器(转换3)。所述三次转换关联有大约3％-3.5％数额的损耗。用于部件的成本和重量非常高。所使用的逆变器对下层的电压层级的谐波敏感。马达的接通和所使用的逆变器上的非线性的负载也是有问题的和受限的。借助于所提出的具有第一直流电压母线和第二直流电压母线的能量供给系统，可以减小损耗。

在能量供给系统的一个设计方案中，除了第一能量源和第二能量源之外，所述能量供给系统还具有第三能量源。例如，第一能量源和第二能量源是初级能量源，并且第三能量源是次级能量源。例如，第三能量源可以用于调峰。这意味着，浮动设施的能量消耗中的不能由初级能量源迅速满足的峰值可以通过次级能量源满足。

在能量供给系统的一个设计方案中，除了DC母线之外，三相交流电流母线(AC母线)也可以用作能量母线，尤其用作另外的主能量母线，或也用作对DC母线的替代。DC配电系统(DC母线)和/或AC配电系统(AC母线)也可以在低电压层级上使用。

因此，也可借助于用于第一直流电压的第一直流电压母线和用于第二直流电压的第二直流电压母线来实施用于涉水设施、尤其浮动设施的能量供给系统，其中能量供给系统具有第一能量源，其中第一能量源具有发电机系统，所述发电机系统具有用于向第一直流电压母线馈电的第一绕组系统，并且所述发电机系统具有用于向第二直流电压母线馈电的第二绕组系统。因此，借助于发电机系统可以进行不同的电压层级的馈电。如果能量供给系统具有其他能量源，则所述其他能量源也可以具有这种发电机系统。

在能量供给系统的一个设计方案中，其中在此以及至此和以下指所描述的所有能量供给系统，第一绕组系统设计用于第一电压，并且第二绕组系统设计用于第二电压，其中第一电压大于第二电压。发电机系统例如具有仅一个发电机，或例如具有两个发电机。发电机尤其是同步发电机。也可以使用同步发电机。如果同步发电机具有低压绕组系统和中压母线绕组系统，则所述同步发电机尤其具有大的Xd”。发电机的三相中压端子例如可以连接到二极管整流器或所调节的整流器处，并从而向中压直流电流母线馈电。这也以类似的方式适用于用于低压直流电流母线的三相低压端子。用于低压直流电流母线的换流器尤其也可以是有源前端(AFE)。所述有源前端尤其具有四象限区域。由此，例如可行的是，电能从电池馈电到低压直流电流母线中，从那里经由有源前端馈电到中压直流电流母线中。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一绕组系统与第一直流电压母线电连接，以用于其无变压器的馈电。通过取消变压器，可以节省重量。

在能量供给系统的一个设计方案中，第二绕组系统与第二直流电压母线电连接，以用于其无变压器的馈电。在此，也通过取消变压器来节省重量。

在能量供给系统的一个设计方案中，发电机系统具有带有第一绕组系统的第一发电机和带有第二绕组系统的第二发电机，其中第一发电机和第二发电机可借助于共同的轴系来驱动。第一发电机和第二发电机尤其刚性地耦联。通过将两个发电机用于两个绕组系统，可以保持发电机的结构简单。

在能量供给系统的一个设计方案中，发电机系统是多绕组系统发电机，其中多绕组系统发电机的定子具有第一绕组系统和第二绕组系统。如此可构成紧凑的发电机系统。

在能量供给系统的一个设计方案中，多绕组系统发电机具有第一绕组系统和第二绕组系统涉及的槽。由此可以实现紧凑的构造。

在能量供给系统的一个设计方案中，涉水设施、如尤其浮动设施具有第一区域、第二区域和第二能量源，其中第一能量源设置在第一区域中以用于向至少两个直流电压母线中的至少一个直流电压母线馈电，并且其中第二能量源设置在第二区域中以用于向至少两个直流电压母线中的至少一个直流电压母线馈电。因此，向直流电压母线供给电能的安全性得以改进。

用于涉水设施、尤其浮动设施的能量供给系统也可构成有用于第一直流电压的第一直流电压母线和用于第二直流电压的第二直流电压母线，其中第一能量源具有至直流电压母线的至少三个馈电电连接装置，其中直流电压母线中的至少一个直流电压母线具有部段。借此也可以改进能量供给系统的供给安全性。

在能量供给系统的一个设计方案中，至少三个馈电电连接装置中的第一馈电连接装置向第一部段馈电，并且至少三个馈电电连接装置中的第二馈电连接装置向相同直流电压母线的第二部段馈电，其中至少三个馈电电连接装置中的第三馈电连接装置向另外的直流电压母线的部段馈电。因此，馈送电能可以分配在不同的直流电压母线上。

在能量供给系统的一个设计方案中，所述能量供给系统具有第一能量源的第四馈电连接装置，其中至少四个馈电连接装置中的两个馈电连接装置设置在第一直流电压母线的不同的部段中以用于向第一直流电压母线馈电，并且其中至少四个馈电连接装置中的另外两个馈电连接装置设置在第二直流电压母线的不同的部段中以用于向第二直流电压母线馈电。这提升了涉水设施的运行安全性。

在能量供给系统的一个设计方案中，涉水设施具有第一区域和第二区域，其中第一直流电压母线和/或第二直流电压母线在第一区域和/或第二区域上延伸，其中第一能量源设置用于向第一直流电压母线和/或第二直流电压母线在不同区域中的部段馈电。由此可以提升向直流电压母线供给电能的冗余性。

在能量供给系统的一个设计方案中，所述能量供给系统具有第二能量源，其中第一能量源设置在第一区域中以用于向至少两个直流电压母线中的至少一个直流电压母线馈电，并且其中第二能量源设置在第二区域中以用于向至少两个直流电压母线中的至少一个直流电压母线馈电。因此，即使在仅一个能量源有效的情况下，也可以向两个直流电压母线供给电能。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一直流电压母线的部段不仅具有与第一能量源的馈电连接装置，而且具有与第二能量源的另外的馈电电连接装置。由此也可以改进系统的灵活性。

在能量供给系统的一个设计方案中，第二直流电压母线的部段不仅具有与第一能量源的馈电连接装置，而且具有与第二能量源的另外的馈电电连接装置。但是，馈电连接装置在此通常也可以具有开关，以便可以灵活地激活或禁用馈电连接装置(馈电电连接装置)。

在能量供给系统的一个设计方案中，直流电压母线中的至少一个直流电压母线构成为或可构成为环形母线。环形母线可通过开关分离。环形母线尤其可以划分成两个较小的环形母线。通过环形母线的分离的可行性，可以灵活地对故障作出反应。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一直流电压母线设置用于第一直流电压，并且第二直流电压母线设置用于第二直流电压，其中第一直流电压大于第二直流电压。尤其地，较小的电压是低压(LV)，而较高的电压是中压(MV)。低压尤其在400V和1000V之间。中压大于1000V、尤其在10kV和20kV之间。例如以下值适合作为中压的值：5kV、6kV、12kV和18kV。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一直流电压母线例如经由以下耦联装置中的至少一个耦联装置与第二直流电压母线连接：

οDC/DC转换器

ο逆变器-变压器-整流器

因此，在能量供给系统的一个设计方案中，第一直流电压大于第二直流电压。尤其地，第一直流电压是中压(MV：Medium Voltage-Mittelspannung)，并且第二直流电压是低压(LV：Low Voltage-Niederspannung)，其中从第一直流电压母线至第二直流电压母线的能量传输是可行的，以及从第二直流电压母线至第一直流电压母线的能量传输是可行的。这提升了能量供给系统的灵活性、可用性和故障容限。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一直流电压母线设置用于第一直流电压，并且第二直流电压母线设置用于第二直流电压，其中第一直流电压大于第二直流电压。因此，可以经由合适的电压层级向消耗器如马达、电子装置、供热装置等供给电能。

在能量供给系统的一个设计方案中，直流电压母线中的至少一个直流电压母线设置用于在至少两个区域上延伸。由此，例如可以向本身不具有能量源的区域供给电能。

在能量供给系统的一个设计方案中，区域可借助于旁路跨接。因此，例如可以将设立在水下或其中爆发火灾的区域与电供给装置分离，而不会损坏对应的母线到达到其中的另外的区域。

在能量供给系统的一个设计方案中，直流电压母线中的至少一个直流电压母线具有部段，其中部段是区域相关的。部段例如可借助于开关彼此分离。在此，开关可以是机械开关和/或机械和半导体开关。

在能量供给系统的一个设计方案中，两个区域可以具有两个部段。在另一设计方案中，区域可以具有相同的母线的两个部段。在另一设计方案中，具有部段的每个区域具有自身的能量源。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一能量源设置在第一区域中以用于向第一直流电压母线和第二直流电压母线馈电。因此，例如可以在区域中向两个电压层级供给能量。

在能量供给系统的一个设计方案中，第一直流电压母线设置用于向第二直流电压母线馈电。因此，通过连接在第一直流电压母线上的能量源，也可以向第二直流电压母线供给能量。

在能量供给系统的一个设计方案中，所述能量供给系统具有三相交流母线，其中第二直流电压母线设置用于向三相交流母线馈电。在此，三相交流母线可以在至少两个区域上延伸，或可以限制到一个区域上。在一个设计方案中，也可行的是，一个或多个区域通过三相交流母线跨接，即存在至少一个区域的旁路。三相交流母线(交流电流)设置用于由交流电流供给装置供给。例如，在游轮中，这也可以是可连接在插座上的厨房设备，如烤面包机、华夫饼铁模或咖啡机。

在能量供给系统的一个设计方案中，可行的是，尤其与船舶应用相关地，低电压层级上的AC配电网至少部分地集成至中压DC配电网，或者在区域内构成经由AC连接装置连接在区域之间的各个DC孤岛。在能量供给系统的一个设计方案中，各个DC孤岛经由DC/DC转换器彼此连接。

在能量供给系统的一个设计方案中，区域可自主地运行，其中所述自主的区域具有能量源中的至少一个能量源，其中可向第一直流电压母线和/或第二直流电压母线馈电，其中第一直流电压母线和第二直流电压母线用其相应的部段也保持在所述区域中。因此，部段不伸出于区域。因此，可以在浮动设施内设立自主的区域，即使在浮动设施的区域中的一个区域失效或损坏的情况下所述自主的区域本身也是有工作能力的。

在能量供给系统的一个设计方案中，浮动设施具有至少两个纵向区域和至少两个横向区域，其中至少一个直流电压母线的两个部段在相同的横向区域中，并且也在不同的纵向区域中。因此，例如，在船舶的一侧上出现的故障可以在对电能供给的影响方面予以限制。纵向区域例如通过纵向舱壁限界。横向区域例如通过横向舱壁限界。

在能量供给系统的一个设计方案中，直流电压母线中的至少一个直流电压母线具有开关装置(开关)。通过半导体机械地和/或电学地工作的开关装置用于分离或连接相应的母线的部段。用于分离或连接的开关装置的触发可以基于开关指令进行，所述开关指令基于电状态而生成，和/或用于分离或连接的开关装置的触发可以基于开关指令进行，所述开关指令基于区域中的事件(例如渗水、火灾等)而生成。

在能量供给系统的一个设计方案中，直流电压母线中的开关装置是短路开关。开关装置尤其将两个区域分离。开关装置例如是快速开关，所述快速开关可以实现与母线的部段的安全分离。因此，区域中的短路可以限制到所述区域上。其他区域最大程度上保持不受多个区域中的一个区域中的短路影响。借此可避免在短路的情况下的能量供给装置的关机和再次启动。借此可以减小整个浮动设施的断电的概率。

在能量供给系统的一个设计方案中，至少一个内燃机是燃气轮机。燃气轮机可以实现高转速和紧凑的构造方式。

在一种用于运行浮动设施的能量供给系统的方法中，其中浮动设施具有第一区域和第二区域，其中浮动设施具有用于第一直流电压的第一直流电压母线和用于第二直流电压的第二直流电压母线，其中浮动设施具有第一能量源和第二能量源，电能从第一区域传输到第二区域中或从第二区域传输到第一区域中。因此，例如可以与区域是否具有能量源无关地向所述区域供给电能。

在一种用于运行用于涉水设施的能量供给系统的方法中，所述涉水设施具有用于第一直流电压的第一直流电压母线和用于第二直流电压的第二直流电压母线，所述涉水设施具有第一能量源，其中第一能量源具有发电机系统，所述发电机系统具有用于向第一直流电压母线馈电的第一绕组系统，并且所述发电机系统具有用于向第二直流电压母线馈电的第二绕组系统，借助于第一绕组系统产生第一电压，并且借助于第二绕组系统产生第二电压，其中第二电压小于第一电压，其中柴油机或燃气轮机用于驱动发电机系统。可以通过其他设计方案来补充和/或组合所述方法以及其他方法。

在所述方法的一个设计方案中，禁止通过第一绕组系统的馈电或通过第二绕组系统的馈电。因此，例如在港口中的游轮中，所述游轮的住宿负载可以经由仅一个绕组系统来操作。

在一种用于运行用于涉水设施的能量供给系统的方法中，所述涉水设施具有用于第一直流电压的第一直流电压母线和用于第二直流电压的第二直流电压母线，所述涉水设施具有第一能量源，所述第一能量源具有至直流电压母线的至少三个馈电电连接装置，其中直流电压母线中的至少一个直流电压母线具有部段，直流电压母线被供给电能。馈电电连接装置例如具有开关，以便分离或闭合连接。因此，例如可以将能量供给系统的(例如通过短路引起的)有故障的区域与正确工作的区域分离。

在所述方法的一个设计方案中，在执行所述方法时使用在此描述的能量供给系统。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，在干扰的情况下关闭舱壁，并且与舱壁有关地分离直流电流母线中的至少一个直流电流母线。因此，尤其在干扰的情况下，可以将所述干扰限制到一个区域上。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，至少对于第一区域执行第一能量管理，并且至少对于第二区域执行第二能量管理。因此，例如具有能量源的每个区域可以具有通过能量管理系统的能量管理，其中不同的区域的能量管理系统可以以数据技术形式彼此连接。尤其地，可以限定主机能量管理系统，所述主机能量管理系统控制和/或调节由各个能量管理系统管理的区域之间的能量流。有线的或基于无线电的传输系统可以用于数据传输。通过基于无线电的传输系统可以更好地克服例如通过区域内的机械损坏而出现的干扰。

在所述方法中的至少一个方法的一个设计方案中，所述方法可以与能量供给系统的在此描述的设计方案中的每个设计方案以及组合一起使用。通过所述方法或能量供给系统的高灵活性，浮动设施的灵活运行是可行的。

借助于在此描述的能量供给系统，可以实现用于具有至少两个电压层级的功率强的船载电网的电网架构。在DC电网中，对电能进行整流，并且经由共同的DC母线进行分配。大型AC消耗器、如例如主驱动装置和辅助驱动装置经由逆变器从DC母线馈电。AC子电网需要逆变器和变压器。如在传统的AC主电网中那样，可以经由变压器的变压比来选择电压。可与发电机的转速无关地通过逆变器来设定频率。通过增加地使用直流电压母线，可以避免在AC电网中存在的关于变压器的高重量的问题和电网相对于发电机的不同频率。在使用具有至少两个DC电压层级(中压(MV)和低压(LV))的DC电网架构时，减小了使用变压器的必要性。电网架构的特征尤其在于至少两个DC母线系统(LV和MV)，所述DC母线系统可以形成为闭合的母线。

尤其可以通过使用用于LV和MV的非常快的半导体开关来实现所述DC环形母线，以便确保在故障情况下各个母线部段在区域中的完整性。由此避免有故障的母线部段引起其他母线部段失效。除了MV环形母线之外，LV DC环形母线的集成可以实现将分散式能量存储系统联接在LV DC环形母线上，并且可以通过闭合的母线来实现能量的使用和分配。在此，分散式能量存储系统尤其是次级能量源。使用多个闭合的DC环形母线尤其也可以实现在不同的电压层级的环形母线之间进行功率分配的更好的可行性。连接不同的电压层级的可行性存在于DC/DC转换器。另一可行性在于，在发电机的AC侧上经由变压器和整流器向另外的DC环形母线供给，而直接经由整流器向DC环形母线供给更高的功率/更高的电压。在能量存储器连接在低压DC环形母线上的情况下，低压环形母线的整流器也可以实施为有源逆变器，以便可以实现两个方向上的能量流。发电机经由整流器或受控的整流器的馈入也可以实现发电机输出电压的更高的频率，这减小了所需的变压器的重量和尺寸。

在能量供给系统的一个设计方案中，发电机具有至少两个电压层级。借此，可以进一步优化系统和避免重的变压器。通过使用具有至少两个电压层级的发电机，可以向第一电压层级和第二电压层级供给。这尤其同样涉及分别经由整流器与发电机连接的第一直流电压母线和第二直流电压母线。由此可以避免如在AC电网中的能量的多次转换。在此，覆盖上层的电压层级和第二电压层级的设置是有意义的，因为第二电压层级和其他下层的电压层级中的功率一直进一步地降低。

在能量供给系统的一个设计方案中，发电机频率可以在一定界限内自由地选择。在使用具有单独的绕组的发电机时，对于不同的电压，不同的频率也是可行的。频率和其他机器参数具有对相关联的DC电网的稳定性的影响。通过不同的发电机绕组或有源部件彼此无关地向两个电压电平馈电。在此不重要的是，有源部件在壳体中是安置在轴上还是以串联布置安置。在两个轴端部处的运行也是可行的。

在能量供给系统的一个设计方案中，发电机的有源部件长度被缩短。因此，发电机例如可以具有两个不同的有源部件长度。例如，这通过使用新的制造技术、如3D打印来实现。例如在绕组头的区域中得出可行的节省。借此，如下发电机也是有意义的：尽管有多个彼此前后安置的绕组，但是所述发电机不变得更长或仅不明显地变得更长。

通过用于具有大型船载电网功率的船舶(例如，游轮、海军(具有除了驱动功率之外的对电功率的提升的需求的新的分类，FPSO；FSRU；……))的新的电网架构，可以借助于不同的电压层级上的多个闭合的DC环形母线的集成来实现有效的能量供给。DC母线的增强的使用可以实现对于AC电网所需的配电变压器的减少。

基于所描述的能量供给系统的设计方案中的一个设计方案，可以在浮动设施中取消上层的电压层级中的转换AC/DC/AC，并且可以简化电压层级之间的转换DC/AC/DC。如果子电网、即具有较低的电压的电网是DC电网，则可以优化地选择所馈电的AC电压的频率。

通过快速切换的半导体开关，确保使用具有不同的电压层级的多个DC环形母线，并且可以在母线之间实现更优化的和安全的负载分配，并且可以在各个区域之间实现能量存储器的更优化的分配和使用。即使上层的电压层级借助于可变的频率运行，第二电压层级和处于其下的电压层级的消耗器也可以借助于固定的可自由分配的频率馈电，所述频率与柴油发电机的转速无关。

在传统的电网中，用于第二电压层级的配电变压器冗余地设计。例如，如果住宿功率为10MW，则配电变压器的装机总功率至少为20MW。由于附加的安全性，并且在考虑同时系数的情况下，所述值再次明显地提升到25MW和30MW之间的值。但是，用于第二电压层级的发电机必须在总体上仅针对20MW设计。同时，装机发电机功率减小了船载电网功率的份额。因此，在示例中，减小了10MW。因此，总体上，必须安装10MW更多的发电机功率，以便节省大约25MW-30MW的待装机的变压器功率。

所描述的不同能量供给系统或涉水设施以及所描述的方法可以在其特征上可变地组合。由此，对应的系统、对应的装置或方法例如可以适合于在游轮、起重船、石油平台等中使用。

附图说明

在下文中根据附图以示例的方式描述本发明。在此，相同的附图标记用于相同类型的单元。附图示出：

图1示出具有第一区域划分的船舶，

图2示出具有第二区域划分的船舶，

图3示出具有第三区域划分的船舶，

图4示出用于能量供给系统的第一电路图，

图5示出用于能量供给系统的第二电路图，

图6示出用于能量供给系统的第三电路图，

图7示出用于能量供给系统的第四电路图，

图8示出用于能量供给系统的第五电路图，

图9示出用于能量供给系统的第六电路图，

图10示出用于能量供给系统的第七电路图，

图11示出绕组系统，

图12示出等效电路，

图13示出用于能量供给系统的第八电路图，

图14示出用于能量供给系统的第九电路图，

图15A示出用于能量供给系统的第十电路图的部分A，

图15B示出用于能量供给系统的第十电路图的部分B，以及

图16至24示出能量供给系统的其他设计方案。

具体实施方式

根据图1的示图示出具有第一区域划分的船舶101。示出第一区域31、第二区域32、第三区域33和第四区域34。所述区域由舱壁71和水密的盖70限界。

根据图2的示图以俯视图的方式示出具有区域31至39的第二划分的船舶101。所述区域也可以划分成纵向区域102和横向区域103。能量供给系统100在这些区域上延伸。能量供给系统具有第一直流电压母线11和第二直流电压母线12。直流电压母线11和12在这些区域上不同地延伸。

根据图3的示图示出具有区域31至39的第三划分的船舶100，其中区域37、38和39是船舶内的中央区域，并且由其他区域左舷侧或右舷侧限界。能量供给系统100具有第一直流电压母线11和第二直流电压母线12，其中第一直流电压母线11例如是中压母线，并且第二直流电压母线12是低压母线。

根据图4的示图示出用于能量供给系统100的第一电路图。所述示图具有第一区域31、第二区域32和第三区域33。区域通过区域边界105标记。在第一区域31中存在有第一能量源21。第一能量源21具有柴油机1和发电机5。在第二区域32中存在有第二能量源22。第二能量源22具有柴油机2和发电机6。第一直流电压母线11不仅延伸到第一区域31中，而且延伸到第二区域32中，并且也延伸到第三区域33中，并且在此构成环形母线。第二直流电压母线12不仅延伸到第一区域31中，而且延伸到第二区域32中，并且也延伸到第三区域33中，并且在此也构成环形母线。第一直流电压母线11处于第一直流电压层级13中或提供所述第一直流电压层级。第二直流电压母线12处于第二直流电压层级14中或提供所述第二直流电压层级。第一直流电压母线11可划分成部段61至66。所述划分借助于MV开关装置81来实现。因此，第一直流电压母线11在中压上。第二直流电压母线12也可划分成部段61至66。所述划分借助于LV开关装置80来实现。因此，第二直流电压母线12在低压上。三相交流母线(AC母线)15可经由第二直流电压母线12馈电。在第二直流电压母线12处也连接有电池91。马达(异步马达)85被示出为用于第二直流电压母线12的消耗器，所述马达可经由逆变器93运行。为了向直流电压母线11和12馈电，分别设有第一馈电装置51、第二馈电装置52、第三馈电装置53和第四馈电装置54。这些馈电装置是用于直流电流母线的馈电电连接装置。发电机5经由第一馈电装置51向第一部段61馈电，其中第一馈电装置51具有整流器95和开关84。发电机5经由第二馈电装置52向第一直流电压母线11的第四部段64馈电。第一区域31中的第二馈电装置52同样具有整流器96和开关84。第三馈电装置53具有中压变压器105和整流器97。第三馈电装置53向第二直流电压母线12的第一部段61馈电。第四馈电装置54具有开关84和DC/DC调节器104。借此，第四馈电装置54将第一直流电流母线11的部段64与第二直流电流母线12的部段61连接。在第二区域32中，发电机6连接到直流电流母线11和12上如在第一区域31中所描述的那样以相同的方式经由馈电装置1至4来实现。

根据图5的示图示出用于能量供给系统100的第二电路图。在此，与图4相比，示出放大的局部。与图4相反，为了示出变型方案，在图5中示出发电机5，所述发电机仅具有至直流电流母线11和12的三个馈电电连接装置51、53和54。

根据图6的示图示出用于能量供给系统100的第三电路图。在此示出，船舶驱动马达106、107作为消耗器可以连接在第一直流电压母线11上，所述船舶驱动马达分别设置用于驱动螺旋桨108。马达106经由逆变器93和94双馈电。马达107是单馈电的。

根据图7的示图示出第四电路图，其中两个马达分别经由用于驱动的轴系43与螺旋桨108连接。在此，馈电也经由直流电压母线11实现，但是所述馈电经由所述母线的不同的部段61和64实现。

根据图8的示图示出第五电路图，其中除了具有柴油机的四个能量源21至24之外，也示出替选的能量源。风力涡轮机25可以是能量源。岸上连接装置26可以是能量源，但是光伏设备27也可以是能量源。

根据图9的示图示出具有两个发电机7和8的发电机系统10，所述发电机经由轴系43刚性地耦联。在此，发电机7具有低压绕组系统，并且发电机8具有中压绕组系统。低压直流电流母线12借助于发电机7被馈电，并且中压直流电流母线11借助于发电机8被馈电。

根据图10的示图示出多绕组系统发电机9，所述多绕组系统发电机具有至少两个绕组系统，用于中压的第一绕组系统和用于低压的第二绕组系统。借助于第一绕组系统，经由第一馈电电连接装置51实现第一直流电流母线11在中压层级(MV)上的馈电。借助于第二绕组系统，经由另一馈电电连接装置53实现第二直流电流母线12在低压层级(LV)上的馈电。

根据图11的示图示意性地示出多绕组系统发电机的定子中的绕组的可行的设置。在第一变型方案中，LV绕组可以分部段地在彼此并排的槽44中，并且MV绕组可以分部段地在彼此并排的槽45中。在第二变型方案中，MV绕组和LV绕组可以在共同的槽46中。在第三变型方案中，MV绕组和LV绕组可以交替地在槽24和48中。

根据图12的示图示出用于多绕组系统发电机的D轴的等效电路。根据图13的示图示出用于能量供给系统100的第八电路图，其中示出由发电机6可以如何经由两个不同的部段61和64向第一直流电压母线11馈电，并且示出由所述发电机6也可以如何经由也在那里的两个不同的部段向第二直流电压母线12馈电。

根据图14的示图示出，可通过区域中的发电机(区域31中的发电机5和区域32中的发电机6)如何分别向第一直流电压母线11在不同的区域31和32中的两个部段61和62馈电，以及这如何也适用于第二直流电压母线12。

根据图15的示图划分成两个子图15A和15B。两者组合成能量供给系统100，所述能量供给系统具有作为能量源21、22、23和24的一部分的四个柴油机1、2、3和4，并且表示能量供给系统几乎可满足对涉水设施的要求任意地进行扩展或改变。通过涉水设施例如处于船舶或钻井平台上的方式，所述涉水设施完全或主要作为孤岛型电网运行。

根据图16至23的示图示出用于尤其船舶上的能量供给系统的其他示例和变型方案。

根据图24的示图示出具有三个区域31、32和33的船舶。在第一区域31中，发电机5中的每个发电机由各一个内燃机1、例如柴油马达驱动。呈可调螺距螺旋桨108形式的推进单元与牵引马达106机械地耦联。附加地，在发电机5与驱动所述发电机的内燃机1之间或在可调螺距螺旋桨108与驱动所述可调螺距螺旋桨的牵引马达106之间还可以连接有机械的传动装置，然而其未示出。替选于可调螺距螺旋桨，也可以使用不可调节的螺旋桨。

在第三区域33中，发电机6中的每个发电机由各一个内燃机2、例如柴油马达驱动。呈可调螺距螺旋桨109形式的推进单元与牵引马达107机械地耦联。附加地，在发电机6与驱动所述发电机的内燃机2之间以及在可调螺距螺旋桨109与驱动所述可调螺距螺旋桨的牵引马达107之间还可以连接有机械的传动装置，然而其未示出。替选于可调螺距螺旋桨，也可以使用不可调节的螺旋桨。

牵引马达106和107是船舶驱动马达，其尤其实施为中压马达。

牵引马达106在无中间连接的变流器的情况下借助于由发电机5产生的具有可变的幅值和可变的频率的电压运行，这构成电轴。牵引马达106的旋转频率与其极对数相关。因此，间接地通过控制和/或调节用于驱动发电机5的内燃机1来实现牵引马达106和从而可调螺距螺旋桨108的转速的控制和/或调节。因此，内燃机1或发电机5的旋转运动引起牵引马达106的对应成比例的旋转运动。因此，借助于电机来模拟机械轴的功能。

牵引马达107在无中间连接的变流器的情况下借助于由发电机6产生的具有可变的幅值和可变的频率的电压运行，这构成电轴。牵引马达106的旋转频率与其极对数相关。因此，间接地通过控制和/或调节用于驱动发电机6的内燃机2来实现牵引马达107和从而可调螺距螺旋桨109的转速的控制和/或调节。因此，内燃机2或发电机6的旋转运动引起牵引马达107的对应成比例的旋转运动。因此，借助于电机来模拟机械轴的功能。

借助于由电驱动轴的发电机产生的、可变的幅值和可变的频率的电压，分别附加地运行船载电网变流器115、116，所述船载电网变流器将所述可变的电压变成用于船载电网的LV DC母线117的DC电压。对于船载电网，存在另一内燃机3和与所述另一内燃机相关联的发电机7，所述发电机的输出交流电压可以经由整流器118转换成LV直流电压。