混合電能和燃料電池將成為船舶動力未來

我們知道，國際海事組織的目標(biāo)是到2050年減少50％的二氧化碳排放量，航運(yùn)業(yè)已經(jīng)將目光從液化天然氣逐漸轉(zhuǎn)移到電力推進(jìn)，混合電能動力將成為推進(jìn)動力的未來。

就現(xiàn)在的過渡期而言，總部位于漢堡的PT-Shipmanagement總經(jīng)理帕特里克托爾認(rèn)為：“現(xiàn)實(shí)情況是柴油發(fā)動機(jī)無論采用何種配置，都仍將是目前船舶推進(jìn)的主動力。簡而言之，就目前的技術(shù)而言，從燃料到電力的轉(zhuǎn)換效率不是很高。”

盡管如此我們?nèi)匀幌嘈乓夯烊粴鈩恿r代將會到來，但在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善之前它將會有一段過渡期。“將有一種更智能的方法來安排推進(jìn)系統(tǒng)以滿足特定船只的需求，”Toll補(bǔ)充道。“我們將看到使用電池的混合動力發(fā)動機(jī)和可能會使用生物燃料柴油發(fā)動機(jī)”。

混合應(yīng)用

設(shè)備制造商已經(jīng)擴(kuò)展其產(chǎn)品系列以適應(yīng)混合應(yīng)用。羅爾斯·羅伊斯公司于今年9月推出了最新的液化天然氣燃料船用發(fā)動機(jī)系列，同月還推出了新型吊艙推進(jìn)系統(tǒng)ELegance。

ELegance吊艙-一個帶有開放式螺旋槳，另一個帶有管道-具有“雙尾”概念，可提高效率，同時可顯著減少氣蝕引起的噪音和振動。全新的集成式船體配件接口可以使用緊湊的頭箱，最大限度地減少阻力并進(jìn)一步提高船體效率。它還允許調(diào)整吊艙的高度和傾斜度，使船員能夠為船舶選擇最佳的螺旋槳尺寸。

羅爾斯·羅伊斯公司正在進(jìn)一步推出一種基于鋰離子的船舶儲能系統(tǒng)，稱為SAVeEnergy，這是一種液冷式模塊化蓄電池系統(tǒng)，符合國際零排放推進(jìn)系統(tǒng)法規(guī)。開發(fā)工作部分由挪威研究理事會的ENERGIX計劃資助。ColorLine，Norled和挪威沿海行政管理公司一直是其發(fā)展的合作伙伴，預(yù)計適用于各種船舶應(yīng)用，包括渡輪，游輪和多用途船舶。

羅爾斯·羅伊斯執(zhí)行副總裁，電氣、自動化與控制-商業(yè)海事部門的AndreasSeth說：“船舶的電氣化正嶄露頭角。從2010年開始，我們交付的電池系統(tǒng)總共約為15MWh。然而，現(xiàn)在僅在2019年我們正在申請專利的SAVeEnergy的潛在部署為10-18MWh。“在混合解決方案中結(jié)合LNG或柴油動力發(fā)動機(jī)，Seth說SAVeEnergy將提高效率并減少排放并且可以耦合與大多數(shù)類型的推進(jìn)裝置。

BeckerMarineSystems也在追求電池技術(shù)。該公司繼續(xù)開發(fā)其COBRA海事電池系統(tǒng)，據(jù)稱，該系統(tǒng)是市場上最緊湊的系統(tǒng)。COBRA目前正在獲得BV國際檢驗集團(tuán)和DNVGL的型式認(rèn)可。原則上，它可以在任何船舶上使用，并且根據(jù)類型和應(yīng)用，作為混合/電動驅(qū)動，調(diào)峰緩沖器或能量存儲系統(tǒng)的一部分?？赡艿膽?yīng)用包括近海船只，港口和工作船，巡邏和消防隊船，客船和汽車渡輪。

“目前作為小型渡輪的主要能源安裝，獨(dú)特的設(shè)計為過去困擾鋰離子電池系統(tǒng)的許多問題提供了解決方案，如空間，重量和直接水冷，”銷售人員MikePevey說。BeckerMarineSystemsUSA總監(jiān)。“COBRA是一種先進(jìn)的概念，采用久經(jīng)考驗的18650鋰離子電池技術(shù)，并考慮到海上作業(yè)和分類的特殊要求。任何規(guī)模的電力存儲都可以通過在高達(dá)1,000VDC的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)柜中自由配置模塊化單元，包括集成和單獨(dú)控制的冷卻設(shè)備。

渡輪裝置適用于WattenFährlinienGmbH旗下的水上出租車Liinsand。該船目前超過了所有當(dāng)前和計劃的IMO環(huán)境法規(guī)，并使用兩個冗余的混合動力柴油推進(jìn)系統(tǒng)，兩個螺旋槳，兩個Becker舵和兩個50kWh的電池系統(tǒng)。

向電池技術(shù)的轉(zhuǎn)變是BeckerMarineSystems不斷努力提高效率和減少排放的延續(xù)。該公司發(fā)明了HighLiftFlapRudder，并且方向舵一直是其核心業(yè)務(wù)。除了最初的FlapRudder之外，Becker還發(fā)明了TwistedLeading和TrailingEdgeRudder技術(shù)。它擁有SchillingRudder專利，是KingSupportFullSpadeRudder，Heracles封閉連桿FlapRudder和舵燈技術(shù)的設(shè)計者。該公司還提供標(biāo)準(zhǔn)的NACA和空心型舵。

MewisDuct®于2008年推出，主要針對油輪和散貨船市場，最高可達(dá)17節(jié)，通過每艘船的測試結(jié)果證實(shí)平均節(jié)省6.5％的燃油。“到目前為止，我們已售出超過1,000臺，”Pevey說。該公司的MewisDuctTwisted隨后于2012年推出了集裝箱船和渡輪等高速船。“對于環(huán)境，我們很高興地報告說，MewisDuct每年減少二氧化碳排放量約600萬噸或更多。”

推進(jìn)器技術(shù)

Schottel推出了一系列新的方位推進(jìn)器，它表現(xiàn)出無限的靈活性，滿足了發(fā)動機(jī)功率等級變化，新的冰級規(guī)則以及電動或混合驅(qū)動船舶趨勢的要求。所謂的M系列包括三個方位推進(jìn)器尺寸，功率范圍為500至1,000kW。模塊化系統(tǒng)確保任何船舶設(shè)計的靈活性，提供三個水下齒輪模塊，不同的安裝類型和各種電源選項。

Marine的副首席執(zhí)行官兼總裁HansLaheij表示，Schottel認(rèn)為新的混合動力概念是船東降低運(yùn)營成本和排放的絕佳機(jī)會：“在應(yīng)用這些新概念時，船員必須接受過混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的培訓(xùn)。船舶設(shè)計需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)混合部件的集成。與此同時，節(jié)省燃料和減少排放可以在船舶運(yùn)營期間進(jìn)一步節(jié)省成本。“

因此，Laheij看到了更多基于替代燃料和電池操作的新概念。例如，Schottel正在為挪威船舶運(yùn)營商Fjord1和由TorghattenNord運(yùn)營的燃?xì)?電動混合LNG渡輪提供高效率的RudderEcoPeller®，一種方位推進(jìn)器，用于零排放電池輪渡。

與此同時，CaterpillarMarine發(fā)布了最新一代方位推進(jìn)器MTAv3。通過引入混合接口，新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械和電力之間的切換能力。該公司注意到混合動力系統(tǒng)的諸多優(yōu)勢，包括更高的平均發(fā)動機(jī)負(fù)荷，更少的主發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間，最大的正常運(yùn)行時間和更高的冗余。

新前沿

開發(fā)工作仍在繼續(xù)，利比里亞注冊局首席執(zhí)行官斯科特·伯格龍指出，該行業(yè)已經(jīng)在設(shè)計新技術(shù)以減少二氧化碳以及氮氧化物和硫氧化物含量方面超越了2020年的硫含量。“雖然液化天然氣作為燃料是已經(jīng)可以獲得和監(jiān)管的一種選擇，但正在進(jìn)行的項目包括其他推進(jìn)類型，如全電動，柴油可再生能源，核能，燃料電池，混合動力和燃?xì)廨啓C(jī)。”

例如，Bergeron指出，“在9月舉行的國際海事組織貨物和集裝箱運(yùn)輸會議上，同意優(yōu)先考慮起草使用甲基/乙醇燃料的船舶技術(shù)規(guī)定的工作，因此明確表明-由于工業(yè)需求-甲基/乙醇燃料現(xiàn)在被列入IGF（國際天然氣燃料）規(guī)范的最高優(yōu)先級，迄今為止，該規(guī)范僅包括液化天然氣。甲基/乙醇燃料之后，將開發(fā)使用燃料電池的船舶的技術(shù)規(guī)定，因為它是它們的關(guān)鍵潛在燃料來源。已經(jīng)有一些船只使用甲醇作為燃料，這是一個正在增長的領(lǐng)域。“

燃料電池開發(fā)和相關(guān)的燃料來源正在多個方面取得進(jìn)展。弗格森海洋工程公司正在建造世界上第一個使用完全來自可再生資源的氫氣的燃料電池輪渡。這條渡輪將被稱為HyseasIII，將在蘇格蘭的奧克尼群島（OrkneyIslands）周圍運(yùn)營，這些島嶼正在利用可再生能源生產(chǎn)大量氫氣。該船將于2020年交付，明年10月左右將進(jìn)行鋼材切割。

10月，瑞典PowerCell公司開設(shè)了“世界上最完整，最強(qiáng)大的”燃料電池實(shí)驗室之一，配備兩個試驗臺，每個試驗臺的燃料電池測試能力高達(dá)150kW。8月，該公司與西門子簽署了一份諒解備忘錄，共同開發(fā)用于商業(yè)航運(yùn)的基于燃料電池的驅(qū)動和發(fā)電系統(tǒng)。

改變游戲規(guī)則？

燃料電池技術(shù)的支持者將其視為改變IMO2050年目標(biāo)及其他目標(biāo)的改變者，并且一系列潛在燃料可能提供靈活性和可持續(xù)性。國際海事組織已經(jīng)開始收緊其能源效率設(shè)計指數(shù)要求，以減少未來十年的航運(yùn)排放，而2050年并不遙遠(yuǎn)。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。