船用动力技术大变革——船舶“零排放”之路还有多远？
作者： 发布时间：2020年06月23日 浏览量：595 字体大小： A+ A-
随着一声嘹亮的汽笛声,近日,国内首艘油气电混合动力内河船“新长江26007”轮从重庆东风船厂码头缓缓驶出,开启前往上海的新航程。
船舶驶过,烟囱再不见“黑尾巴”,也闻不到柴油味。据了解,零排放船舶是一个循序渐进的发展概念,就如同自主船舶,将经历从部分到完全的演进。针对零排放技术,业界正关注和讨论一系列动力技术和方案。
“零排放”在技术上是可行的
从船舶低碳排放实现手段来看,目前造船界还没有成熟的解决方案;从主要减排措施来看,主要包括改善物流(贡献率约14.6%)、提高能源使用效率(贡献率约26.9%)、降低航速(贡献率约21.9%)和能源变革(贡献率约36.6%)4个方面;从技术角度来看,航运脱碳重点聚焦在提高能源使用效率和能源变革两个方面,潜在的技术措施包括液化天然气(LNG)燃料、碳中性燃料、电池动力等。
近日,劳氏船级社和英国UMAS海事咨询服务公司发布了他们对当前和将来可用于航运业的燃料的最新评估。建立在LR和UMAS已经对零排放船舶(ZEV)进行了开创性研究以及脱碳的潜在过渡途径的基础上,该研究表明,从经济角度来看,无论哪种零碳燃料成为首选燃料,从船用技术角度而言,零排放船舶在未来几年内技术上是可行的。
风能为全球船队提供动力已有数百年历史,电力推进已经在海上存在了很多年,全球也正研究氨充当燃料的潜力。
去年底,中国船舶工业集团下属事业单位上海船舶研究设计院18万吨氨燃料散货船,取得了英国劳式船级社的原则性认可(AIP),该船型全程采用氨燃料推进,满足主机零碳排放要求。
今年初,马来西亚国际船运有限公司、韩国三星重工、英国劳埃德船级社和德国船机制造商曼恩能源解决方案达成合作意向,将在未来3—4年进行内氨燃料油轮联合开发项目,助力航运业迈向低碳化未来。
曼恩能源解决方案发言人Peter Kirkeby指出,尽管充满挑战,但氨的确可以成为零碳船舶的很好选择,“氨的价格与液化石油气、LNG或甲醇等其它替代燃料的价格相当。”国际清洁运输委员会(ICCT)高级研究员Bryan Comer也表示:“我们正在寻找未来的燃料,零碳燃料氨是个不错的选择。氨可以很容易地液化,比液态氢具有更高的体积能量密度,并且可以在内燃机中燃烧。”
渡轮可扛起“先手旗”
总体而言,船舶依据船型大小和用途将逐步形成差异化的零排放技术方法。
有研究认为,渡轮、游船、中小型探险邮轮、近海及内河运输货船、海工支持船、渔场作业船等有望先行通过电池技术快速实现尾气大幅减排或零排放,远洋运输船舶或其他大型船舶则需依赖其他替代燃料技术实现零排放。
“渡轮率先采用零排放技术是有充分理由的。”专家表示,短途航线和定期的挂靠港为船载储能技术提供了机会,而轮渡市场正是将潮流转向零排放的商业案例。在岸电基础设施的支持下,一个充满电的电池组可以用来推动船舶沿着一条可预测的航线行驶。船舶只需静静地在码头重新充电,使运营成本和损耗相对降低。
即将在美国建造的首批“全电力”船舶是两艘新的“雾中少女”型旅游渡轮。该渡轮采用了ABB集团的推进系统。这些尼亚加拉大瀑布游轮将由一对总容量为316千瓦时的电池组供电,并创建了两个完全冗余的独立电力系统。乘客上下船时,船舶充电。岸电充电只需要7分钟,电池组就可以重新为电推马达提供动力,而这些马达本身也能输出400千瓦(563马力)的电能。这一切将由ABB集团的综合电力和能源管理系统(PEMS)控制,该系统将优化船上的能源使用。
尽管“不太可能大小通吃”,ABB集团相信,未来的船舶肯定是电气化、数字化和互联的。无论能源是燃料电池、电池、氨燃料发电机,还是波能收集系统,电力系统都能将它们整合在一起。
这意味着,随着新能源的开发,基于电力的船用动力是经得起未来考验的。
相关研究表明,2030年以前,蓄电池动力技术将更为成熟,市场空间相对广阔。随着燃料动力电池技术逐步成熟及配套设施逐渐完善,未来海运行业将呈现燃料动力电池和蓄电池动力船舶并存的局面。
电动船舶驶向蓝海
近日,日本航运公司Asahi Tanker、商船三井、三菱商事、日本船舶经纪公司Exeno-Yamamizu Corporation、东京电力公司、日本第二大石油公司出光兴产以及东京海上日动火灾保险公司共同组建了“e5联盟(e5 Consortium)”,携手开发零排放电动船并实现商业化,建立新的海运基础设施服务。
去年,商船三井、Asahi Tanker、三菱商事、Exeno-Yamamizu Corporation已经合作成立了新公司e5 Lab Inc,旨在共同开发和推广零排放纯电动船。e5 Lab包含了五个核心要素——电气化(electrification)、环保(environment)、演变(evolution)、效率(efficiency)和经济(economics)。
今年早些时候,Asahi Tanker宣布将在日本国内船企建造全球首制两艘零排放电力推进油船,采用e5 Lab Inc公司所开发设计的“e5油船”设计,将在2022年3月至2023年3月陆续完工交付。这些油船将由大容量锂离子电池供电,是纯电池动力油船,将作为供油船在东京湾内运营。
“e5联盟”称,将使用e5 Lab Inc作为“e5联盟”的行政办公室。其合作伙伴表示,联盟将促进日本沿海航运的可持续发展,并通过发展和引进先进船舶为沿海航运业提供附加价值,助力日本的社会和经济发展。
反观国内,目前,我国已经有电动船舶项目的初步尝试。如广船国际有限公司建造的2000吨级电动自卸船,整船电池容量约为2.4MWh,满载情况下可续航80公里;上海瑞华集团改造的500吨级纯电动货船,充满1次可航行50个小时,航程可达500公里;长江船舶设计院接获的纯电池动力客船设计项目,该船总长100m,主要用于旅游航线;上海复兴船务和711所共同打造了国内首制柴电混合动力拖轮。
专家建议,发展船用电池动力技术要发挥标准化作用,针对船舶电池系统和充电设施,一方面形成船舶动力蓄电池安全、性能方面的标准,规范动力蓄电池在船舶上的应用;另一方面形成岸基充电设施、船舶充电设施、靠泊设施等配套标准,解决动力蓄电池在水运领域的应用问题。同时,建议逐步推动政策衔接,将电池动力船舶作为新能源项目融入京津冀、长江经济带、粤港澳大湾区、海南、白洋淀等区域政策、规划以及有关行动计划等文件,谋划试点项目,推动相关补贴政策制定和落地,形成规模效应。
来源：中国水运报
