2020年年中，美國海軍接受了美國海軍第一艘全電力推進(jìn)水面戰(zhàn)斗艦“祖姆沃爾特號”號的交付。該船的新電力推進(jìn)裝置提供了良好的效率，并降低了總成本。這種設(shè)計(jì)靈活高效，可以在需要的地方、需要的時(shí)候提供電力。它的采用象征著一個(gè)海洋的未來，也預(yù)示著內(nèi)陸和公海的其他海船都將擁有這樣的未來。

這種技術(shù)進(jìn)步令人鼓舞，因?yàn)槭澜绾＿\(yùn)業(yè)提供了超過三分之二的全球貿(mào)易，但也被認(rèn)為是造成不利碳排放的一個(gè)顯著因素。電力推進(jìn)及其多用途的動力能力使其在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上具有吸引力。

“數(shù)十年來，我們一直致力于應(yīng)對零排放的挑戰(zhàn)，并看到在海洋產(chǎn)業(yè)廣泛采用這項(xiàng)技術(shù)的巨大前景，”海洋和港口解決方案的客戶經(jīng)理彼得·布魯克斯說，在位于紐約州恩迪科特的BAE系統(tǒng)公司電力和推進(jìn)解決方案公司的電子系統(tǒng)電力和推進(jìn)解決方案業(yè)務(wù)領(lǐng)域，BAE公司幫助開發(fā)了幾艘電力推進(jìn)船舶。

作為早期采用者的內(nèi)陸船

鮑爾斯補(bǔ)充說，發(fā)現(xiàn)更多的內(nèi)陸船舶將電力推進(jìn)作為一種推進(jìn)手段。“近年來，我們看到更多的船舶運(yùn)營商努力采用這項(xiàng)技術(shù)，并接近零排放。最值得注意的是，我們看到客運(yùn)渡輪處于采用的前沿，但其他細(xì)分市場也開始出現(xiàn)，如內(nèi)陸拖帶等，”他說，“最近，拖輪和港口船舶市場的興趣也激增，運(yùn)營商希望在港口地區(qū)實(shí)現(xiàn)零排放。”

吉姆·沃爾夫是西雅圖格洛斯頓的高級電氣工程師。他還表示，在內(nèi)陸和點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)營的海運(yùn)業(yè)中，混合動力和全電動船舶的出現(xiàn)應(yīng)該進(jìn)入“最快和最困難的階段”。沃爾夫說：“與需要更靈活能力的船舶相比，確定的航線和確定的運(yùn)營更容易規(guī)劃和設(shè)計(jì)。短途航行很容易與電能儲存技術(shù)的現(xiàn)狀相適應(yīng)。燃油成本和維護(hù)成本的降低可以抵消額外的資本成本和培訓(xùn)技能。”

戴夫·李是ABB海運(yùn)和港口美洲內(nèi)陸河、拖輪和近海部門的高級客戶經(jīng)理。他認(rèn)為，內(nèi)陸船舶市場開辟了電力推進(jìn)的道路。他們是早期采用者。但越來越多的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)正在吸引更大的船舶引進(jìn)電力推進(jìn)。

“運(yùn)營商現(xiàn)在面臨著更昂貴的發(fā)動機(jī)以及更高的運(yùn)營成本與四級和目前的利率市場日利率不允許任何額外的成本，可能是運(yùn)營或資本，”李解釋說，“隨著市場的現(xiàn)狀，它暫停了許多新的建造；然而，運(yùn)營商從監(jiān)管機(jī)構(gòu)（EPA）和客戶那里受到的壓力將促使他們采用電動和混合動力技術(shù)。我想說，早期采用混合動力和電動拖輪的人正處于風(fēng)口浪尖，因?yàn)樗麄兠媾R著我們已經(jīng)討論過的問題。隨著早期采用者向業(yè)界證明，混合動力和電動汽車是未來的發(fā)展方向，業(yè)界將緊隨其后，就像世界上幾乎所有其他海洋行業(yè)已經(jīng)證明的那樣。”

運(yùn)營挑戰(zhàn)

為了進(jìn)一步采用電力推進(jìn)，船東將面臨運(yùn)營上的挑戰(zhàn)。他們將需要用環(huán)境和成本效益以及其他效益來平衡這些挑戰(zhàn)。

德克薩斯州奧斯汀市Terradepth公司的首席執(zhí)行官喬·沃爾夫說，任何可持續(xù)發(fā)展的平臺都面臨著運(yùn)營挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兇�表了一種新的貨物運(yùn)輸方式。替代燃料和傳統(tǒng)高速、中速和低速柴油發(fā)動機(jī)以外的其他推進(jìn)方式必須考慮支持新系統(tǒng)的后勤保障。

沃爾夫說：“在燃料的能量密度方面存在一些挑戰(zhàn)，這些燃料可以安全地浸入水中，因此需要更大的平臺，這就導(dǎo)致了成本的增加。安全的運(yùn)輸、儲存和處理也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)槟阋�混合鋰、氫或重燃料等揮發(fā)性物質(zhì)。”

對于發(fā)電廠來說，在國內(nèi)外港口，能源儲存和基礎(chǔ)設(shè)施的負(fù)擔(dān)甚至更重，以支持任何所需的岸電連接或其他接口。

“我們了解造船商在采用新技術(shù)時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)，以及如何使新技術(shù)獲得運(yùn)營認(rèn)證，”BAE的彼得·布魯克解釋道，“電氣化有很多因素，但要考慮的三個(gè)關(guān)鍵因素是電力需求、技術(shù)類型和基礎(chǔ)設(shè)施。在設(shè)計(jì)階段的早期，我們會與構(gòu)建者一起仔細(xì)檢查電源需求。沒有兩個(gè)船舶是一樣的，所以我們的目標(biāo)是與客戶合作，概述一個(gè)船舶在運(yùn)行時(shí)將消耗多少能量。一些運(yùn)營商可能還沒有準(zhǔn)備好全電力化，因此我們認(rèn)為提供滿足特定需求的增量解決方案非常重要。與電動汽車不同，這不是一個(gè)通用的模型，相反，我們認(rèn)為解決方案應(yīng)該針對特定的船舶。同樣重要的是要注意，你不需要昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施或高電網(wǎng)電力海岸基操作這項(xiàng)技術(shù)在海上船舶。今天有許多正在運(yùn)行的船只使用自充電能力為船上的電池充電。”

雖然大型船舶不太關(guān)心為推進(jìn)系統(tǒng)充電，但它們可能需要更多的電池儲存和充電能力，以支持它們的控制系統(tǒng)。此外，電力推進(jìn)對操作人員來說是一種較新的技術(shù)，可能需要額外的培訓(xùn)和知識來操作和維護(hù)主電力系統(tǒng)和輔助電力系統(tǒng)。

格洛斯頓的吉姆·沃爾夫說：“系統(tǒng)復(fù)雜性和專業(yè)技能是一個(gè)重要的障礙。大型儲能電池和集成混合動力系統(tǒng)需要大量的自動控制才能運(yùn)行。要有效地對這些系統(tǒng)進(jìn)行故障排除和維護(hù)，需要對底層軟件和硬件有很好的了解。這將成為一些行動的障礙。一些系統(tǒng)供應(yīng)商擁有高度集成的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，需要大量的售后支持，并且無法得到第三方的支持。對于一些習(xí)慣于內(nèi)部管理維護(hù)或能夠選擇合格承包商的運(yùn)營商來說，這是一個(gè)變化，可能會成為一些公共機(jī)構(gòu)的障礙。”

布魯斯·斯特魯普是ABB在輪渡行業(yè)的海事和港口高級客戶經(jīng)理。斯特魯普認(rèn)為，雖然電力推進(jìn)似乎有利于內(nèi)陸和沿海地區(qū)的業(yè)務(wù)，仍然有潛力的海洋部門以及。

斯特魯普說：“運(yùn)營商傾向于在短距離航運(yùn)應(yīng)用中看到零排放和混合動力應(yīng)用帶來的更顯著的好處，但對于深海和遠(yuǎn)洋船舶來說，仍有一些好處。我們看到一些遠(yuǎn)洋和深海船只安裝了電池來捕獲電力，這些電力可以以多種不同的方式使用，包括零排放港口停留、旋轉(zhuǎn)電力儲備、調(diào)峰、增強(qiáng)動力性能和戰(zhàn)略裝載，所有這些都可以產(chǎn)生積極的財(cái)務(wù)效益，對操作員的安全和環(huán)境影響。我們也看到了許多用于遠(yuǎn)洋和深海應(yīng)用的燃料電池的發(fā)展，并相信對運(yùn)營商的利益有著巨大的潛力。”

靈活的動力以及超越

“祖姆沃爾特號”號和“濱海”級軍艦的要旨是在你需要的時(shí)候，在你需要的地方提供電力。商業(yè)運(yùn)營商也是如此，這突出了電力和混合電力推進(jìn)的顯著優(yōu)勢。

ABB的戴維·李補(bǔ)充道：“最大的好處是只利用特定時(shí)間所需的電力，而不是讓所有設(shè)備在線，不需要可用的電力。換言之，在電池混合動力系統(tǒng)中，當(dāng)只有短時(shí)間的負(fù)載需求時(shí)，您可以利用電池不啟動單獨(dú)的發(fā)電機(jī)。在一個(gè)傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，你必須有所有的主引擎加上任何數(shù)量的發(fā)電機(jī)，如果你需要或不需要的權(quán)力。與今天的船只相比，這種對電力的正確利用降低了維護(hù)成本和燃料成本。”

這種靈活性將產(chǎn)生一系列的好處，不僅僅是嚴(yán)格的船舶操作和吸引人的特點(diǎn)，船東誰可能繁榮的靈活性。不過，除了這種靈活性之外，還需要使用一種比傳統(tǒng)的化石燃料柴油機(jī)更清潔、更安靜、更易于管理的系統(tǒng)。此外，還有一個(gè)最重要的環(huán)境效益。與“祖姆沃爾特號”號一樣，電力和混合電力的總體優(yōu)勢將為船舶推進(jìn)及其運(yùn)行環(huán)境帶來新的可能性。

BAE的彼得·布魯克斯補(bǔ)充說：“我們的愿景是，這項(xiàng)技術(shù)不僅能幫助運(yùn)營商滿足排放要求，還能在我們生活、工作和游覽的地方創(chuàng)造更清潔的港口和水道。該系統(tǒng)本身允許非常靈活的安裝，使造船師有更大的自由，最大限度地利用船舶空間。除了減少排放外，運(yùn)營商還受益于運(yùn)營成本的降低，同時(shí)通過更安靜、更平穩(wěn)的船舶運(yùn)營，提高乘客和船員的舒適度。”