科技集團(tuán)瓦錫蘭在不久前舉行的Posidonia 2022海事展期間展示了一種用于LNG運(yùn)輸船的混合電力推進(jìn)解決方案。
瓦錫蘭集成系統(tǒng)與方案總裁Grant Gassner介紹稱，瓦錫蘭為L(zhǎng)NG船推出的這種新的混合電力設(shè)計(jì)概念已經(jīng)于2022年年初獲得了美國(guó)船級(jí)社(ABS)頒發(fā)的原則批復(fù)，該設(shè)計(jì)于2021年9月開始啟動(dòng)，由瓦錫蘭、美國(guó)船級(jí)社和滬東中華造船聯(lián)合開發(fā)，目前已有多家歐洲船東參與了該項(xiàng)目。
據(jù)悉，該設(shè)計(jì)率先為L(zhǎng)NG運(yùn)輸市場(chǎng)的客戶推出Propulsion-as-a-Service (PaaS)型合同，瓦錫蘭公司和Accelleron(ABB渦輪增壓推出的全新品牌)都將能提供港口或海上維護(hù)合同。
這種高度重要的設(shè)計(jì)也可能是最先開發(fā)的旨在提供全生命周期的數(shù)字孿生(Digital Twin)，項(xiàng)目合作伙伴美國(guó)船級(jí)社也參與了該項(xiàng)目，計(jì)劃提供在設(shè)計(jì)階段開發(fā)的數(shù)字孿生，用于船舶的建造期間和運(yùn)營(yíng)期間。
該設(shè)計(jì)集成了瓦錫蘭最高效的現(xiàn)代化發(fā)動(dòng)機(jī)和一套非常先進(jìn)的混合電氣系統(tǒng)，包括瓦錫蘭的低損耗概念(Low Loss Concept)配電系統(tǒng)，無(wú)需發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的變壓器，從而減少了轉(zhuǎn)換損耗。
該方案還配有高效的超高扭矩永磁電機(jī)，使船舶可以取消齒輪箱，也有助于比早期的電力推進(jìn)概念提高系統(tǒng)效率。該設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)就是能源存儲(chǔ)和能源管理軟件，能為電力系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)備，使發(fā)電機(jī)組能在非常高且穩(wěn)定的負(fù)荷(通常為85-95%)下持續(xù)運(yùn)行，效率非常高，但排放卻非常低。
船舶能源存儲(chǔ)系統(tǒng)將處理發(fā)動(dòng)機(jī)功率需求的波動(dòng)，能提供即時(shí)的能源并提供調(diào)峰功能。雖然ESS混合系統(tǒng)與四沖程電力推進(jìn)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)在許多領(lǐng)域廣為人知，但直到現(xiàn)在都還沒有在氣體運(yùn)輸船市場(chǎng)廣泛使用。
這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)的另一個(gè)值得注意的特點(diǎn)是，推進(jìn)系統(tǒng)和能源存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的緊密集成，推進(jìn)系統(tǒng)將充當(dāng)能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)輔助設(shè)備。
能源管理系統(tǒng)能在惡劣天氣下將螺旋槳轉(zhuǎn)速設(shè)置為恒定，電池將提供即時(shí)能量，以響應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷。螺旋槳能保持恒定的轉(zhuǎn)速，不會(huì)因海浪產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)加載事件而造成動(dòng)態(tài)損失，該功能同樣也適用于輔助動(dòng)力系統(tǒng)的突然和高負(fù)荷波動(dòng)。
該設(shè)計(jì)擁有一臺(tái)非常大的固定螺距螺旋槳，可以在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，因?yàn)槭褂秒娏ν七M(jìn)沒有需要遵循的發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制曲線，并且永磁電機(jī)在所有速度下都能提供足夠的扭矩，以實(shí)現(xiàn)螺旋槳的完全優(yōu)化。
項(xiàng)目合作伙伴們正在進(jìn)行研究，以改善螺旋槳在低速下的運(yùn)行，同時(shí)結(jié)合整體的船體優(yōu)化和替代設(shè)計(jì)航速，這也有望提高設(shè)計(jì)的水動(dòng)力效率，因此可能會(huì)節(jié)省更多的效率。
Gassner將該配置與瓦錫蘭的雙燃料柴油電力(DFDE)概念進(jìn)行比較，后者在本世紀(jì)前幾年是氣體運(yùn)輸船市場(chǎng)十年來(lái)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，新設(shè)計(jì)將指定的燃料油消耗(SFOC)減少了16%以上，溫室氣體排放減少了21%，彰顯了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的階躍變化，包括在減少甲烷逃逸方面的改善。然而，能源存儲(chǔ)和能源管理系統(tǒng)的增加也確保了發(fā)電機(jī)組在接近最佳負(fù)荷的情況下運(yùn)行，大大提高了效率、降低了排放并縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間與維護(hù)。
由于船舶在航行期間通常需要2臺(tái)或3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，因此總會(huì)有至少一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可進(jìn)行維護(hù)。因此可以在船舶運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行維護(hù)，這將確保船舶的可用性非常高。通過推出在航行期間服務(wù)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力，客戶將能在船舶運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行維護(hù)，包括大修，這可能相當(dāng)于在5年期間內(nèi)增加了高達(dá)30天的運(yùn)營(yíng)時(shí)間或者增加了一次貨物運(yùn)輸航行。
除了提高可用性和降低運(yùn)營(yíng)成本之外，該設(shè)計(jì)還有其它好處，因?yàn)樾⌒桶l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成本低。Gassner指出，雖然現(xiàn)有的二沖程解決方案在高航速下具有出色的性能，但混合電力解決方案能在更廣泛的航速范圍內(nèi)保持高水平的推進(jìn)系統(tǒng)效率，特別是在中低速的功率條件下。
基于對(duì)主發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)功率需求的比較，混合電力設(shè)計(jì)的推進(jìn)效率在航速低于18節(jié)時(shí)將超過現(xiàn)有的低壓二沖程奧托循環(huán)解決方案，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)槟壳癓NG運(yùn)輸船的平均運(yùn)行航速大約為14-15節(jié)，遠(yuǎn)低于低壓二沖程奧托循環(huán)解決方案的最佳MCR。
來(lái)源：中國(guó)泵閥網(wǎng)
