如今航运业已经进入了一个新的时代——脱碳和严监管时代,全电动船舶和混合动力船舶是重要的解决方案。船舶必须经得住时间的考验:足够灵活,能够适应未来不断变化的需求。随着监管的发展和针对排放的限制愈加严格,保持竞争力的最佳方式是依赖现有最佳技术。电动船舶或船舶电气化是海运脱碳的关键解决方案之一。
船运未来的展现:通过下列有趣的电气解决方案了解如何减少不同船型的排放。
电气解决方案用于船舶改造能减少排放,用于新造船时能提供竞争优势。
多年来,电气解决方案一直是船舶设计的一部分,例如柴油-电力推进或轴带发电机。而风力、水力、太阳能等可再生绿色能源在陆基电网中所占的比例正在增加。
船舶利用岸基绿色能源是有意义的。例如,连接岸电可以明显减少船舶在泊港时的排放。根据船型及其运营模式,减排措施也有所不同。关键是优化设计:针对每艘船的实际情况去找到最合适的解决方案。
减速航行曾经是许多船舶减排的首选解决方案,而对营运灵活性则不加考虑。这意味着一些船舶无法做到完全优化。船载电气系统使推进系统更为智能:聪明,弹性、更加灵活——从而更容易适应未来对航运不断变化的需求。
远洋船舶将不得不采用绿色燃料发动机技术来实现碳中和目标,包括轴带发电机和岸电连接的电气系统将是这种解决方案不可分割的一部分。全电豪华邮轮和全电远洋货船都是属于未来概念,但当前它们都可以采用混合动力系统,以及利用太阳能来提高效率。
拖轮作业区通常靠近岸-陆基电力基础设施,因此它们可以采用于混合动力系统甚至全电动解决方案。由于作业负荷变化大,待机时间长,混合动力电气解决方案将显著减少温室气体排放。
渡轮通常是当地交通运输网络的一部分,因而可以方便地使用陆基充电设施。如果航线足够短,渡轮甚至可以采用全电系统。当然为了最大程度上降低风险,许多渡轮仍采用混合动力推进方案。
任何短距离或沿海船舶都可以采用混合动力推进。这些船舶可以用港口绿色能源为电池充电。在全电动模式,这些船舶可以在机动运行、动力定位和进出港航行时实现零排放。
哪种解决方案最适合于您的船舶?下面是实际解决方案的示例。
混合动力解决方案可满足滚装船的需求。轴带发电机、变频器和变压器解决方案,包括一个5000kWh的储能系统,可以实现在港内的零排放运行。这一配置满足意大利船级社(RINA)Green Plus 船级符号,还可节省燃料。
灵活的混合动力解决方案能够运行在削峰填谷模式,使发动机稳定运行在最佳负荷,还可以作为功率储备。这可以降低燃油消耗和排放,延长发动机维护间隔,以及在需要时降低噪音。
基于船载电池和到达港岸基充电的解决方案可实现全电力推进。这是一种零排放解决方案。推进器的动态特性更好,意味着渡轮的操纵性更好,运行效率更高效。
邮轮上的燃料电池可以为生活电网提供2.5MW的电力,为推进系统提供1.5MW的电力。此外,燃料电池还能提供2MW的峰值功率用于机动运行。当船舶在狭窄航道中航行或使用承载能力一般的液化天然气发动机时,这尤其实用。这种配置在船舶低速运行和停泊时噪音极低。另外,全电动运行意味着零排放。
这种完全集成的瓦锡兰混合动力解决方案可以在船舶进出港和装卸货时实现零排放。在船舶航行时,波动的负荷由电池承受,而主机则在稳定负荷下工作。这种配置能够满足港口减排的规定。
在这种配置下,瓦锡兰混合动力解决方案可节省燃料高达15%,将二氧化碳排放总量减少高达20%。
为动力定位(DP)船舶设计的混合动力解决方案的电池可提供峰值储备功率,从而使发动机在最佳负荷下运行。由于电池的额外功率也可对动态负荷进行削峰填谷,因此可以减少发动机的总装机功率。
灵活的柴油-电动解决方案适用于需要动态定位(DP)的穿梭油轮。不同的动态定位工况所需的推进功率各不相同,但柴油-电动解决方案允许根据实际需求来调整发动机负荷,可以使包括低速航行和动力定位的所有运行工况下发动机都运行在合适的负荷。这也意味着可以降低总装机功率。这套混合动力系统可运行在削峰填谷模式,交变负荷由电池来应对,而发动机负荷则可保持稳定。另外,电池还可用作功率储备。这种配置可节省燃料,减少排放,延长发动机维护间隔,以及在需要时降低噪音水平。
由于拖轮作业时的推进负荷变化很大,因此混合动力配置是拖轮的理想解决方案。这种配置可实现削峰填谷和负荷平衡,这意味着发动机可以工作在最佳负荷。混合动力系统允许拖船在低负荷条件下使用电池运行——在进出港口和等待时。当拖船需要更多动力时,发动机可随时投入运行,增加动力。混合动力解决方案也可以实现无烟起动。
渔船的推进负荷变化较大,采用混合动力解决方案可使主机工作在最佳负荷。该解决方案也可以降低总装机功率——换言之,主机的外形尺寸可以更小。电池和发电机组将为恶劣天气条件下的推进提供额外动力,还可在削峰填谷模式下运行。
新一代混合电力推进液化天然气运输船的设计是行业广泛合作的成果。这种运输船具有令人印象深刻的185kcbm货物容量,但不超出174kcbm船舶设计的标准尺寸和排水量范围。其五台瓦锡兰31纯燃气(Spark Gas)和双燃料发电机组可实现在该行业中的最佳效率和最低排放。
瓦锡兰31发动机平台具有灵活性——旨在未来使用碳中和和零碳燃料。配电系统采用瓦锡兰690VAC低损耗混合概念,可最大限度地减少电力损耗,具有卓越的冗余性能和操作安全性。混合系统还包括双1MWh、3C电池和直流汇流排,和瓦锡兰的能源管理软件。
模块化推进系统可确保在所有操作条件下均具有最佳效率。这也是整合如下脱碳新技术的灵活基础:
澳大利亚造船商Incat Tasmania正在为其客户Buquebús建造一艘全球最大的零排放轻型电动双体船。该船由电池推进系统和喷水推进装置提供动力。喷水推进装置设计轻型紧凑,由8台高效永磁电机驱动。
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观看视频,您还将了解到考虑船舶电气化作为海运脱碳解决方案的三个原因。