船舶混合动力系统将储能系统—船载电池,与传统发动机相结合。其最大优点是可以让发动机在最佳负荷下运行,因为电池能够作为扭矩储备,吸收负荷波动。这可节省燃料,减少温室气体排放。总体上船舶性能更优,发动机将保持更佳状态,从而减少检修需求。
瓦锡兰混合动力/电池系统适用于各种各样领域的应用,包括近海船舶、拖轮、渡轮和商船,以及现有设施的改造。
瓦锡兰混合动力/电池系统适用于各个领域,包括近海工程船、拖轮、渡轮、沿海运输船、建筑物以及现有设施的改造。
瓦锡兰HY是市场领先的混合动力船舶解决方案,可用于新造船和现有船舶改造。改造方案引入HY模块,优化发电机组的运行模式,通过缩短其运行时间来节省燃料。
该混合动力系统可作为“自由动力源”装置的组成部分,例如使用太阳能电池或风力辅助推进。使用混合动力技术和建造更多的混合动力船舶是实现更清洁、更安全、更高效和效益更高的未来的核心。
瓦锡兰HY由专门设计的部件组成——发动机、动力传动和储能系统,也可选配燃料电池。它的“大脑”是能源管理系统EMS,控制着不同能源之间的能量传递。
在瓦锡兰HY中,所有混合动力推进部件都能以最佳方式协同工作。这就是为什么相对于只在推进系统中添加储能装置的解决方案,瓦锡兰HY能提供卓越的集成和控制水平。
配备瓦锡兰HY的混合动力船舶可在不同模式下运行,从而以最佳方式应对不断变化的外界条件,凭借其灵活性,可以节省燃料,让整体性能更为出色。
瓦锡兰HY适用于柴油-机械推进和柴电-电动推进。
各种类型的船舶都能从此混合动力解决方案中受益,包括
瓦锡兰将根据每艘船的运行情况来配备和设置混合动力推进系统。
能源管理系统EMS整合并控制船舶上的混合动力推进部件。它是瓦锡兰HY的“大脑”和智能核心。EMS确保动力系统以最佳方式运行。而且它不会对电池进行超过允许范围的充电或放电,从而保障电池的使用寿命。
下面是EMS在混合动力船的最佳运行中发挥关键作用的示例:
即时功率储备。出于安全原因,可能有必要额外运行一台发电机组,例如在动态定位模式下、在机动运行过程或狭窄水域中航行。电池可作为即时功率储备来取代额外的发电机组,因为这台发电机组通常运行负荷很低。
零废气排放的绿色模式。当船舶操作人员选择该模式时,EMS确保所有动力来自储能系统(船载电池)。这将持续到电池电量达到预先设定的最低值。
启动和停止。当发动机以低负荷运转时,EMS确保用于推进的所有动力来自于储能系统。这将持续到电池电量达到预先设定的最低值。然后EMS会自动重启发动机。发动机为船舶提供推进动力,同时也为船载电池充电。
瞬时突加负荷吸收。有可能发生这种情况——船舶需要发动机提供瞬时高扭矩,但发动机不能足够快速地反应,或者这种瞬时负载会使发动机不堪重负,意味着以后维保成本增加。EMS能让电池来帮助承受这种突加负荷,而让发动机在正常承载能力范围内运行。由于电池始终处于连接状态,所以能在以毫秒计的瞬间输出全功率。
系统冷启动。船舶将利用储存在船载电池中的能量来启动,由于不必等待发动机预热,所以收到指令后能马上出航。
削峰填谷。在负荷波动时,储能系统将吸收这种波动,而使发动机能在稳定负荷下运行。
动力提升。当发动机和电池同时供电时,推进系统将获得动力提升。
自动电力后备。EMS中的紧急后备算法模块控制系统中的备用电源。EMS会在需要时自动将其投入使用。这使得在特殊情况下船舶也更加安全地运行。
充电控制。EMS控制电池以其允许的C倍率进行充电。这保障了电池的使用寿命。
配备瓦锡兰HY的混合动力船舶可在不同模式下运行,从而以最佳方式应对不断变化的外界条件,凭借其灵活性,可以节省燃料,让整体性能出色。
主机驱动螺旋桨,辅助发电机组为船上用电设备提供所需电力。
船舶在机械模式下像传统船舶一样航行。这是任何一种运行模式的系统后备操作模式。
主机为螺旋桨提供所需动力,并驱动PTO为船上用电设备提供电力。电池系统增加了CPP的灵活性,削峰填谷、承受突变负荷、优化发动机负荷,并可提供备用电源。
这种系统运行模式在航行过程中最常用,也可在机动运行过程中采用。
辅助发电机组为PTI提供电力,形成一个小型电力推进系统。电池系统工作在削峰填谷模式。
电动运行模式完全适用于慢速航行和机动运行,小型原动机和电池系统的组合确保了燃料消耗和排放的大幅减少。此外,该运行模式提供一个冗余的“安全返港”装置。
船上用电设备所需电力和推进动力完全由电池系统提供。
由于全部电力负荷由电池提供,该运行模式在慢速航行或机动运行模式下只能保持相对较短时间;在高电力负荷需求情况下,这种运行模式可能会变得不可行。
在此运行模式下,船舶能在零排放、噪音和振动最小的环保模式下进行机动和慢速航行。
主机和PTI向螺旋桨提供所需动力。辅助发电机组与电池一起提供船上用电设备和PTI所需电力。
此系统运行模式允许船舶达到通常仅在特殊条件下才能偶尔达到的最大设计航速,同时装机功率保持在最低水平。
主机为螺旋桨提供所需动力并驱动PTO,PTO为船上用电设备和机动运行推进器提供所需电力,并与电池系统结合实现削峰填谷、备用电源和应对瞬时功率需求的目的。
对于机动运行模式,门舵起着决定性作用,允许实现较小的转弯半径,并具有横移功能,可以更快停止。
虽然在靠泊时,岸电是首选电源,但当船舶在锚地或在没有岸电设施的港口时也应可独立运行。在该模式下,辅助发电机组为船上用电设备提供电力,包括在需要时的对电池充电。
辅助发电机组的容量可根据船上用电设备平均负荷来确定,因为电池系统能够吸收负荷的波动,例如在装卸过程中来自起重机或泵的功率波动。从而辅助发电机组能在优化的负荷下运行,减少燃料消耗。
在这种备用模式下,发动机与螺旋桨分离,而驱动PTO作为发电机组运行,对船上用电设备供电,并在需要时为电池充电。
该运行模式在岸电和辅助发电机组都无法使用的情况下提供了进一步的冗余。
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瓦锡兰HY包括许多内置冗余,让发动机运行得以更接近其最佳设计点,远胜过传统解决方案。发动机运行在最佳状态,从而减少减排。
即使发动机负荷发生变化,EMS也能优化其供能,从而节省燃料,提高船舶整体性能。
事实证明,瓦锡兰HY每年可节省25%的燃料。*
* 实际数字取决于船舶类型及其运行状况。
下面是小型商船混合动力解决方案的两个示例。
混动机械式可调桨与储能系统以及岸电连接搭配。动力由替代燃料产生。这种设置将推进系统和电气系统加以整合。
混合电驱动定距桨与储能系统以及岸电连接搭配。动力由替代燃料所产生。这种设置适用于带有大型永磁电机的直驱式FPP。
用于汽车和能源市场的三类电池适合船舶:
这三种电池各有其优缺点。瓦锡兰专家将为每种船舶应用选择最合适的电池类型——就像选择动力传动、发电机、电机和变压器等其他电气元件一样。
现在有一种适合船用的燃料电池类型:质子交换膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池对于使用氢燃料的船舶而言很实用。将PEM燃料电池与其他替代燃料组合使用时需搭配一个重整器,这将使效率下降至普通内燃机水平,不会带来任何益处。
固体氧化物燃料电池(SOFC)技术正针对船舶应用进行开发,将能使用如甲醇和氨等替代燃料,因此富有前景。
将瓦锡兰HY与瓦锡兰推进方案组合中的最佳选择相结合并加以优化,您可获得理想的渡轮解决方案。该解决方案安静且减排,能满足渡口附近社区的要求。乘客会喜欢更安静的渡轮发动机和更少的振动和烟雾。
事实上,混合动力解决方案允许在港口附近或短途航线上关闭发动机。渡轮将安静运行,没有烟雾,同时保持出色的操纵性能。此外还将大大节省燃料,减少检修需求。
零排放运行——绿色模式,包括
根据燃料和岸电的价格水平,这种配置的估计投资回报时间仅四年左右。
用于散货船的HY模块是紧凑的集装箱式解决方案,内含一个储能系统。其EMS将优化船上的发电和耗电。例如,可将额外的能源,如太阳能电池板整合到EMS中。然后这些额外能量可馈入电网作为辅助动力。
将外箱置于甲板能为您节省空间,安装还能在不进干船坞的情况下完成。
此混合动力船舶解决方案可使您的船舶将排放量减少达4%。选择用于散货船的HY模块有助于符合法规要求,并确保您的业务拥有更有利可图的未来。
观看此视频,您将了解混合动力船舶解决方案的核心技术要点。
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