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是到2050年減少50％的二氧化碳排放量，航運業已經將目光從液化天然氣逐漸轉移到電力推進，混合電能動力將成為推進動力的未來。

就現在的過渡期而言，總部位于漢堡的PT-Shipmanagement總經理帕特里克托爾認為：“現實情況是柴油發動機無論采用何種配置，都仍將是目前船舶推進的主動力。簡而言之，就目前的技術而言，從燃料到電力的轉換效率不是很高。”

盡管如此我們仍然相信液化天然氣動力時代將會到來，但在基礎設施建設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系統以滿足特定船只的需求，”Toll補充道。 “我們將看到使用電池的混合動力發動機和可能會使用生物燃料柴油發動機”。

混合應用

設備制造商已經擴展其產品系列以適應混合應用。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動機系列，同月還推出了新型吊艙推進系統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一步提高船體效率。它還允許調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·羅伊斯公司正在進一步推出一種基于鋰離子的船舶儲能系統，稱為SAVeEnergy，這是一種液冷式模塊化蓄電池系統，符合國際零排放推進系統法規。開發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展的合作伙伴，預計適用于各種船舶應用，包括渡輪，游輪和多用途船舶。

羅爾斯·羅伊斯執行副總裁，電氣、自動化與控制- 商業海事部門的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總共約為15MWh。然而，現在僅在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合LNG或柴油動力發動機，Seth說SAVeEnergy將提高效率并減少排放并且可以耦合與大多數類型的推進裝置。

Becker Marine Systems也在追求電池技術。該公司繼續開發其COBRA海事電池系統，據稱，該系統是市場上最緊湊的系統。COBRA目前正在獲得BV國際檢驗集團和DNV GL的型式認可。原則上，它可以在任何船舶上使用，并且根據類型和應用，作為混合/電動驅動，調峰緩沖器或能量存儲系統的一部分�？赡艿膽�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，獨特的設計為過去困擾鋰離子電池系統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。Becker Marine Systems USA總監。 “COBRA是一種先進的概念，采用久經考驗的18650鋰離子電池技術，并考慮到海上作業和分類的特殊要求。任何規模的電力存儲都可以通過在高達1,000VDC的標準化機柜中自由配置模塊化單元，包括集成和單獨控制的冷卻設備。

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前和計劃的IMO環境法規，并使用兩個冗余的混合動力柴油推進系統，兩個螺旋槳，兩個Becker舵和兩個50kWh的電池系統。

向電池技術的轉變是BeckerMarine Systems不斷努力提高效率和減少排放的延續。該公司發明了HighLift Flap Rudder，并且方向舵一直是其核心業務。除了最初的FlapRudder之外，Becker還發明了TwistedLeading和TrailingEdge Rudder技術。它擁有SchillingRudder專利，是KingSupport Full Spade Rudder，Heracles封閉連桿Flap Rudder和舵燈技術的設計者。該公司還提供標準的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17節，通過每艘船的測試結果證實平均節省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MewisDuct Twisted隨后于2012年推出了集裝箱船和渡輪等高速船。“對于環境，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。”

推進器技術

Schottel推出了一系列新的方位推進器，它表現出無限的靈活性，滿足了發動機功率等級變化，新的冰級規則以及電動或混合驅動船舶趨勢的要求。所謂的M系列包括三個方位推進器尺寸，功率范圍為500至1,000kW。模塊化系統確保任何船舶設計的靈活性，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的副首席執行官兼總裁Hans Laheij表示，Schottel認為新的混合動力概念是船東降低運營成本和排放的絕佳機會：“在應用這些新概念時，船員必須接受過混合動力推進系統的培訓。船舶設計需要進行調整以適應混合部件的集成。與此同時，節省燃料和減少排放可以在船舶運營期間進一步節省成本。“

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正在為挪威船舶運營商Fjord1和由TorghattenNord運營的燃氣- 電動混合LNG渡輪提供高效率的RudderEcoPeller®，一種方位推進器，用于零排放電池輪渡。

與此同時，CaterpillarMarine發布了最新一代方位推進器MTAv3。通過引入混合接口，新技術實現了機械和電力之間的切換能力。該公司注意到混合動力系統的諸多優勢，包括更高的平均發動機負荷，更少的主發動機運行時間，最大的正常運行時間和更高的冗余。

新前沿

開發工作仍在繼續，利比里亞注冊局首席執行官斯科特·伯格龍指出，該行業已經在設計新技術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可以獲得和監管的一種選擇，但正在進行的項目包括其他推進類型，如全電動，柴油可再生能源，核能，燃料電池，混合動力和燃氣輪機。”

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

燃料電池開發和相關的燃料來源正在多個方面取得進展。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）周圍運營，這些島嶼正在利用可再生能源生產大量氫氣。該船將于2020年交付，明年10月左右將進行鋼材切割。

10月，瑞典PowerCell公司開設了“世界上最完整，最強大的”燃料電池實驗室之一，配備兩個試驗臺，每個試驗臺的燃料電池測試能力高達150kW。 8月，該公司與西門子簽署了一份諒解備忘錄，共同開發用于商業航運的基于燃料電池的驅動和發電系統。

改變游戲規則？

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