技术文件：推动混合动力电动解决方案

由Domenic Carlucci • 26 一月 2018

为了满足更清洁更有效的电力需求，业主们正在研究传统的能源生产和储存方法 - 如燃料电池，锂离子电池，超级电容器，飞轮，风能和太阳能 - 以推动其船舶。在工作船领域，通常情况下，从拖轮到近海支持船舶的高峰期负载情况下，通常需要快速供电，锂离子电池和超级电容器的组合正在获得市场的关注。事实上，混合伙伴关系正在成为一个大新闻。

电动混合动力推进系统对运输并不陌生，客船部门几十年来一直在应用柴电推进。但近来混合动力电力和储能技术的进步正在带来额外的好处。在研究这些好处时，首先要区分混合动力推进系统和混合动力系统 - 这两个概念往往是混淆的。

定义原则

混合动力推进通常利用内燃机和发电机向推进轴和推进器供电，如客船部门所提到的。混合动力表示至少两种不同类型的发电设备（即柴油发电机）或蓄电池（锂电池）为推进和酒店负载（包括车载气候控制，通信，娱乐，照明，制冷等）提供动力。需要。

混合动力推进系统已经广泛应用于海洋工业，例如船上近海支持船和港口拖船。迄今为止，在政府主导的环境任务和限制的推动下，北海地区一直是这一活动的焦点。为这个地区服务的许多OSV已经被改装或用混合系统建造。另一方面，混合动力正在开始影响船舶系统的设计，相关的能源储存和管理系统的技术正在快速发展。因此，这些新技术的行业标准尚未建立。

实现潜在的收益

混合动力的许多潜在好处仍然是理论上的，因为技术在工作船领域还很年轻，但是新的分配系统可以改善混合动力相对于传统动力系统的优势，包括更好的能源效率，减少排放，动态性能和消除噪音。

例如，当OSV正常运行时，混合动力系统可以减少需要不断运行的柴油发电机的最小数量。这是可能的，因为能量存储系统（[ESS]，即锂电池或超级电容器）可以提供增加的功率，用于偶然的高峰需求，这是由于电流或电流波动引起的。

当它们在更恶劣的环境或更苛刻的运行条件下运行时，多个发电机可以以恒定的速度运行，并且ESS支持具有额外功率的配电系统以减轻诸如动态定位之类的额外负载需求的压力。发动机维护，燃料消耗和与碳有关的排放量可以大大减少。快速反应的ESS可作为缓慢起动的发电机的能量缓冲器，以改善电力响应时间，并有助于提高船舶的安全性和可靠性。

由于混合动力背后的技术是行业的新兴技术，ABS最近发布了多个文件，以扩大行业对相关安全实践的理解，以及采用的好处和风险。这些包括：

最近出版的“超级电容器指南”正在帮助制定涉及生产或使用这些新技术的所有者，操作员，造船厂，设计者和制造商的安全指南。在高峰负载条件下需要快速输送能量时，例如OSV使用动力推进器进行动态定位而保持驻留时，海运业越来越感兴趣地使用超级电容器作为能量存储解决方案。

其他不同的例子说明他们和其他能源储存系统如何增强运营能力，包括：

当用于负载均衡或调峰时，超级电容器作为能量缓冲器来供应或吸收电力，使发电机在接近恒定的负载下运行。他们优化动力负载和减少运行时间的能力可以减少维护需求。通过优化负载，可以保持较高的平均负载，从而使原动机更加稳定和高效地运行。

当发电机停机时，超级电容器 - 电池伙伴关系可以用作额外的电源。在某些情况下，它们可以用于防止断电，故障穿越和协助停电恢复。它们也可以用作紧急服务的应急电源的一部分。

动态定位船。超级电容器可用于提供推进器，并作为动态定位模式下的旋转储备和/或作为在封闭式公交车上运行的DPS-2或-3船上的故障穿越的备用电力。

升沉补偿。在移动式海上钻井装置或OSV上，超级电容器可用作缓升补偿设备的缓冲器，并可从起重机收集再生电力。

可再生能源储存。超级电容器可用作船上的能量储存装置或具有循环可再生能源的海上设施，以稳定连接到船上配电系统的波动电力流。

它们也可以与电池组合安装，以潜在地保护电池免受极高的峰值负荷，延长电池寿命并实现高功率和高能量密度。

低温环境的使用。超级电容器可用于严重限制电池性能的低温环境。

显然，超级电容器具有很强的多功能性和潜力来增强运营。与电池应用的能力相比，它们也具有较低的内部电阻，使得更高的电流成为可能。电池的充电和放电涉及电极和电解质之间的温度相关的电化学反应。电双层电容器与电池的区别在于充电和放电过程不涉及化学反应，并且在很大程度上与温度无关。

展望未来

尽管混合动力系统的早期兴趣和应用来自于OSV和拖船业主，但技术上来说，可以由超级电容器组合电池ESS供电的船只的尺寸没有限制。河流，内陆和港口运营的混合发展机会相似。

例如，锂离子电池和超级电容器都是可扩展的，允许所有者从电池模块扩展到模块，以便根据需要迭代增加存储容量。许多并排电池可以由电源管理系统运行，电源管理系统具有用于电容器管理和电池管理的子集。

任何超级电容器或电池都将有自己的安全要求管理体系，并按照其设计运行。这将与船只的电力管理系统相互作用。系统的可扩展性可以使它们适合于钻探船，小型渡船和许多其他应用。这一切都取决于业主希望放在船上的ESS的大小。

由于ABS认为储能系统有能力改善各种船舶的电力和推进系统，我们一直在通过参加各种研讨会和会议来帮助工业界参与混合动力技术。除开发一系列混合动力推进和动力指南和咨询外，ABS还完成了多项以技术为重点的原则性审批项目，并且我们的型式认可计划已包括多家船用电池供应商。

目前，ABS所看到的大多数混合动力工作都涉及改造，以提高现有船舶的运行效率。但是，当这个行业开始设计和建造具有储能的新船舶和系统时，可能会发现船只需要更少的发电机，而不是改造效率低下。那么，较低的资本支出可能会降低运营支出的机会。

作者

Domenic Carlucci是机械，电气和控制技术的ABS经理。自2008年加入ABS以来，Carlucci先后在资产完整性管理，生命周期风险和可靠性，设计和计划审查以及产品和服务开发方面担任过多个高级职位。他曾在美国海军担任过水面战官员。他获得杜克大学机械工程学士学位和休斯敦大学工商管理硕士学位。

（如“ 海事新闻” 2018年1月号所刊载）