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电力推进:新一代船舶动力的曙光?

作者:   发布时间:2021年02月01日    浏览量:693   字体大小:  A+   A- 

 2020年年中,美国海军接受了美国海军第一艘全电力推进水面战斗舰“祖姆沃尔特号”号的交付。该船的新电力推进装置提供了良好的效率,并降低了总成本。这种设计灵活高效,可以在需要的地方、需要的时候提供电力。它的采用象征着一个海洋的未来,也预示着内陆和公海的其他海船都将拥有这样的未来。
这种技术进步令人鼓舞,因为世界海运业提供了超过三分之二的全球贸易,但也被认为是造成不利碳排放的一个显著因素。电力推进及其多用途的动力能力使其在环境和经济上具有吸引力。

“数十年来,我们一直致力于应对零排放的挑战,并看到在海洋产业广泛采用这项技术的巨大前景,”海洋和港口解决方案的客户经理彼得·布鲁克斯说,在位于纽约州恩迪科特的BAE系统公司电力和推进解决方案公司的电子系统电力和推进解决方案业务领域,BAE公司帮助开发了几艘电力推进船舶。

作为早期采用者的内陆船

鲍尔斯补充说,发现更多的内陆船舶将电力推进作为一种推进手段。“近年来,我们看到更多的船舶运营商努力采用这项技术,并接近零排放。最值得注意的是,我们看到客运渡轮处于采用的前沿,但其他细分市场也开始出现,如内陆拖带等,”他说,“最近,拖轮和港口船舶市场的兴趣也激增,运营商希望在港口地区实现零排放。”

吉姆·沃尔夫是西雅图格洛斯顿的高级电气工程师。他还表示,在内陆和点对点运营的海运业中,混合动力和全电动船舶的出现应该进入“最快和最困难的阶段”。沃尔夫说:“与需要更灵活能力的船舶相比,确定的航线和确定的运营更容易规划和设计。短途航行很容易与电能储存技术的现状相适应。燃油成本和维护成本的降低可以抵消额外的资本成本和培训技能。”

戴夫·李是ABB海运和港口美洲内陆河、拖轮和近海部门的高级客户经理。他认为,内陆船舶市场开辟了电力推进的道路。他们是早期采用者。但越来越多的环保标准正在吸引更大的船舶引进电力推进。

“运营商现在面临着更昂贵的发动机以及更高的运营成本与四级和目前的利率市场日利率不允许任何额外的成本,可能是运营或资本,”李解释说,“随着市场的现状,它暂停了许多新的建造;然而,运营商从监管机构(EPA)和客户那里受到的压力将促使他们采用电动和混合动力技术。我想说,早期采用混合动力和电动拖轮的人正处于风口浪尖,因为他们面临着我们已经讨论过的问题。随着早期采用者向业界证明,混合动力和电动汽车是未来的发展方向,业界将紧随其后,就像世界上几乎所有其他海洋行业已经证明的那样。”

运营挑战

为了进一步采用电力推进,船东将面临运营上的挑战。他们将需要用环境和成本效益以及其他效益来平衡这些挑战。

德克萨斯州奥斯汀市Terradepth公司的首席执行官乔·沃尔夫说,任何可持续发展的平台都面临着运营挑战,因为它们代表了一种新的货物运输方式。替代燃料和传统高速、中速和低速柴油发动机以外的其他推进方式必须考虑支持新系统的后勤保障。

沃尔夫说:“在燃料的能量密度方面存在一些挑战,这些燃料可以安全地浸入水中,因此需要更大的平台,这就导致了成本的增加。安全的运输、储存和处理也是一项挑战,因为你要混合锂、氢或重燃料等挥发性物质。”

对于发电厂来说,在国内外港口,能源储存和基础设施的负担甚至更重,以支持任何所需的岸电连接或其他接口。

“我们了解造船商在采用新技术时所面临的挑战,以及如何使新技术获得运营认证,”BAE的彼得·布鲁克解释道,“电气化有很多因素,但要考虑的三个关键因素是电力需求、技术类型和基础设施。在设计阶段的早期,我们会与构建者一起仔细检查电源需求。没有两个船舶是一样的,所以我们的目标是与客户合作,概述一个船舶在运行时将消耗多少能量。一些运营商可能还没有准备好全电力化,因此我们认为提供满足特定需求的增量解决方案非常重要。与电动汽车不同,这不是一个通用的模型,相反,我们认为解决方案应该针对特定的船舶。同样重要的是要注意,你不需要昂贵的基础设施或高电网电力海岸基操作这项技术在海上船舶。今天有许多正在运行的船只使用自充电能力为船上的电池充电。”

虽然大型船舶不太关心为推进系统充电,但它们可能需要更多的电池储存和充电能力,以支持它们的控制系统。此外,电力推进对操作人员来说是一种较新的技术,可能需要额外的培训和知识来操作和维护主电力系统和辅助电力系统。

格洛斯顿的吉姆·沃尔夫说:“系统复杂性和专业技能是一个重要的障碍。大型储能电池和集成混合动力系统需要大量的自动控制才能运行。要有效地对这些系统进行故障排除和维护,需要对底层软件和硬件有很好的了解。这将成为一些行动的障碍。一些系统供应商拥有高度集成的标准解决方案,需要大量的售后支持,并且无法得到第三方的支持。对于一些习惯于内部管理维护或能够选择合格承包商的运营商来说,这是一个变化,可能会成为一些公共机构的障碍。”

布鲁斯·斯特鲁普是ABB在轮渡行业的海事和港口高级客户经理。斯特鲁普认为,虽然电力推进似乎有利于内陆和沿海地区的业务,仍然有潜力的海洋部门以及。

斯特鲁普说:“运营商倾向于在短距离航运应用中看到零排放和混合动力应用带来的更显著的好处,但对于深海和远洋船舶来说,仍有一些好处。我们看到一些远洋和深海船只安装了电池来捕获电力,这些电力可以以多种不同的方式使用,包括零排放港口停留、旋转电力储备、调峰、增强动力性能和战略装载,所有这些都可以产生积极的财务效益,对操作员的安全和环境影响。我们也看到了许多用于远洋和深海应用的燃料电池的发展,并相信对运营商的利益有着巨大的潜力。”

灵活的动力以及超越

“祖姆沃尔特号”号和“滨海”级军舰的要旨是在你需要的时候,在你需要的地方提供电力。商业运营商也是如此,这突出了电力和混合电力推进的显著优势。

ABB的戴维·李补充道:“最大的好处是只利用特定时间所需的电力,而不是让所有设备在线,不需要可用的电力。换言之,在电池混合动力系统中,当只有短时间的负载需求时,您可以利用电池不启动单独的发电机。在一个传统的系统中,你必须有所有的主引擎加上任何数量的发电机,如果你需要或不需要的权力。与今天的船只相比,这种对电力的正确利用降低了维护成本和燃料成本。”

这种灵活性将产生一系列的好处,不仅仅是严格的船舶操作和吸引人的特点,船东谁可能繁荣的灵活性。不过,除了这种灵活性之外,还需要使用一种比传统的化石燃料柴油机更清洁、更安静、更易于管理的系统。此外,还有一个最重要的环境效益。与“祖姆沃尔特号”号一样,电力和混合电力的总体优势将为船舶推进及其运行环境带来新的可能性。

BAE的彼得·布鲁克斯补充说:“我们的愿景是,这项技术不仅能帮助运营商满足排放要求,还能在我们生活、工作和游览的地方创造更清洁的港口和水道。该系统本身允许非常灵活的安装,使造船师有更大的自由,最大限度地利用船舶空间。除了减少排放外,运营商还受益于运营成本的降低,同时通过更安静、更平稳的船舶运营,提高乘客和船员的舒适度。”

来源:沃燊海事