船載蓄電池：如何發揮最大優勢

近年來，混合電力和全電力船舶數量不斷增加，蓄電池電力正發展成為一股真正實現更可持續和節能運營的力量。然而，只有先進的船載電力管理系統才能發揮蓄電池電力的全部優勢。

船舶混合電站的崛起

為了降低運營成本，無論是直接減少油耗還是間接規避排放罰款，人們安裝蓄電池的積極性都在不斷提高。這主要通過幾種方式實現。

某些地區對在港口和城市附近、以及環境敏感地區使用化石燃料有限制。這種情況可用岸電連接的可再生能源對大型蓄電池充電，以供中轉期間使用。

蓄電池組可提供瞬態負載或代替發動機作為冗余動力，從而提高燃油效率。

使用蓄電池時，運營商必須同時應對有限的能源儲量和動態的電力容量。始終使用蓄電池向推進系統供電會耗盡蓄電池電量。因此在設計階段必須仔細考慮如何限制以及何時限制蓄電池的使用。

柴油機是業內常用的機械裝置。輪機長能夠通過感受船舶振動來確定船舶的健康狀況。而蓄電池可以在沒有任何聲音或振動的情況下循環使用兆瓦的功率。為了全面發揮船舶電站中的蓄電池優勢，先進的電力管理功能必不可少。

ABB集成電力和能源管理系統(PEMS)可確保任何船載能源都能夠以智能和可預測的方式協同工作，從而確保電站在任何條件下的最優使用。

充分利用蓄電池容量

為特定船舶選擇輪機時，必須做出設計決策。即使是最高效的燃氣發動機，也無法有效地處理快速的負載變化，而蓄電池卻能夠。事實上，對于蓄電池來說，階躍負載幾乎毫無影響。一些操作，如動態定位（DP）、進塢和受限引航，如果只簡單的運行額外的發動機來處理負載波動或冗余，將會導致燃油效率不理想和運行時間過長。蓄電池能夠承受快速的負載波動，而讓發動機提供電站上的基本負載，從而使發動機本身的加載更平順，如圖1所示。為保持一定的電荷狀態，平均蓄電池負載輕微上下移動。

圖1：蓄電池承受快速負載波動，發動機提供基本負載

在具有高瞬態負載（如絞車、起重機或大型泵）的船舶上，臨時需求會超出并網發動機的能力。在傳統的動力系統中，要么會觸發對負載設備的功率限制，要么需要將額外的發動機連接到電網。

如果蓄電池能夠提供峰值負載，則不再需要啟動額外的發動機。其結果是更少或更小的發動機在更高效的負載水平上運行。PEMS將利用低負載周期對蓄電池進行充電。

圖2：PEMS應對突發負載示意圖

在動態定位（DP）模式下運行的船舶有嚴格的冗余要求，當某臺發動機發生故障時不能影響船舶的操縱能力。這通常會導致多臺發動機以低載運行，以確保在其中一臺發動機發生故障和停機時提供足夠的功率。以這種方式運營船用發動機并非最佳選擇。燃油效率低，發動機中積碳嚴重。

因為蓄電池可以提供瞬時功率，故可以作為備用能源而不向電網供電，從而減少在DP運行期間發動機的數量，使得其余發動機的負載更接近其最佳工作范圍。

PEMS可以區分冗余所需電力和發動機使用的電力，從而使電站可以同時發揮備用容量和發動機的優勢。

圖3 當采用蓄電池作為備份能源時，相對燃料消耗率降低

除了削峰和冗余之外，船載蓄電池最顯而易見的用途和陸上電動汽車類似。蓄電池可以通過岸電充電，然后作為整個運輸過程中唯一動力源。但是，有限的容量使這種方案最適合渡輪和近海海運。蓄電池的高效性搭載電動推進系統以及岸電有助于降低運營成本，具體視連接點的能源成本而定。

而且，在配備混合電站的船舶需要進行零排放運營時，蓄電池還可用作主電源。郵輪正面臨越來越嚴格的當地法規，限制其在港口或其他敏感區域（如峽灣）內或周圍使用化石燃料。最重要的是，電站必須在不中斷動力的情況下實現各種動力源的轉換。PEMS可以確定何時可以安全轉換到零排放操作，以及何時需要啟動發動機。

輕松控制復雜的電站

蓄電池能夠為船舶電站帶來巨大的好處，但也增加了控制復雜性。為了充分利用已安裝的蓄電池，必須對所有能源進行協調有序的控制。

通過PEMS，運營商可以只關注電站的運行，而無需關注每個單獨的動力或能源，簡化了混合動力電站的運營。

為確保運營決策的正確，系統將為運營商提供全面的當前狀況信息視圖。最重要的信息一目了然，而運營商則可以輕松直觀地導航瀏覽到更詳細的信息。

直觀、高性能用戶界面與可預測的控制原理相結合，使得PEMS成為一個易于使用的電站管理系統。

圖4 PEMS“夜晚”模式用戶界面

圖5 PEMS“白晝”模式用戶界面