各大主流獨立設計咨詢機構聲稱，近來的研發(fā)工作為旅游船利用廢熱、蓄能和燃料電池提高能效開辟了途徑。
旅游航運業(yè)現(xiàn)在之所以愿意接受能夠改善船舶效率的多種能源，并不僅僅是因為燃油硫含量0.5%的最高限額將于2020年在全球生效，也因為蓄電池技術的迅速發(fā)展意味著旅游船行業(yè)在開發(fā)利用混合動力方面可以效仿汽車行業(yè)，盡管兩者動力的成套方式有可能不同。
今年早些時候，F(xiàn)oreship任命Jan-Erik Räsänen為其新技術部門的主管。Räsänen是船舶能源優(yōu)化方面公認的專家，此前供職于ABB。他在船載蓄電池動力和燃料電池開發(fā)方面的豐富經(jīng)驗可以說無出其右。
Foreship作為船舶設計和輪機工程咨詢機構，在針對能效優(yōu)化船舶結構和系統(tǒng)方面已經(jīng)成為可為全世界各大主流旅游船公司提供咨詢的專家。由于現(xiàn)在船載能源有諸多選項，新任技術主管Räsänen在提供客觀的技術咨詢方面，也會有新的發(fā)揮空間。
在Foreship全部資源的支持下，追求能源利用優(yōu)化的工程項目可以從新船或船舶改裝的設計層面開始。“起始點是確定船東想要什么以及他們希望用怎樣的方式達到目的，”Räsänen說，“然后我們對他們的愿望進行分析并作出推薦，告訴他們可以達到的目標以及哪些地方可能要使用替代方案。”
采用新的蓄能技術——蓄電或是蓄熱——可以提高能效，而提高現(xiàn)有系統(tǒng)的熱能回收效率也可以提高能效。最重要的是要考慮一艘船的整個能量流，他這樣說。
“要對能量產(chǎn)出和消耗之間的平衡有全面的理解，這樣才能對應該使用能量之處和能量經(jīng)常空耗之處提出切中要點的意見。我們需要確定一艘船采用/將要采用哪種能源，以及哪些地方可以提高能效。”
“例如，你可以將廢熱能量看作是一個可供利用的能源，讓它流經(jīng)吸收式制冷裝置、有機朗肯循環(huán)或蒸汽輪機來回收利用熱量，”Räsänen說。
以往，集裝箱航運公司一直在用蒸汽輪機來回收由60～70MW的二沖程發(fā)動機產(chǎn)生的大量廢熱。直到最近，平均產(chǎn)生9～16MW的旅游船發(fā)動機仍然不夠大，所以采用體積龐大的蒸汽輪機并不合理，考慮到旅游船的典型運營模式時更是如此。但是，“變化正在發(fā)生，因為如今在這類船上裝用小型蒸汽輪機的可能性正在增加。原因一部分是由于LNG燃料采用傳統(tǒng)蒸汽處理和淡水生產(chǎn)的熱能需求較低，另一部分是由于廢熱能量回收系統(tǒng)的改進。” Foreship正在進行幾項可行性研究，以便為旅游船船東們評估下一代廢熱回收系統(tǒng)。
“目標之一是要盡量減少燒油鍋爐的使用，將原來要燒掉的化石燃料省下來，況且廚房燒煮、燃油加熱、生產(chǎn)淡水的反滲透裝置和洗衣房等都需要燃油，”Räsänen說。
對旅游船來說，新的利用蓄電池動力的可能性也在快速出現(xiàn)，儲存在蓄電池里的能量可來自于多種能源。
有幾種船使用電池動力是再自然不過的，Räsänen解釋說，典型的是渡船和短航程船舶，它們只在短時間內(nèi)需要大功率；還有油氣開采領域的船舶，它們有很多時間是停泊不動的。對于其它船型而言，雖然采用蓄電池和常規(guī)發(fā)動機的混合動力方案可使燃油效率提高達15%，但不太容易實施。
客戶的興趣是“始終存在”的，但旅游船市場不愿意采用蓄電池技術的原因一直是由于空間和成本；現(xiàn)在這兩方面都有所改善，Räsänen說。Foreship已在為一家主流旅游船運營商進行可行性研究，對蓄電池動力的應用進行評估。
另外，船用蓄電池的各種選項都在快速發(fā)展。2016年后期，一家蓄電池制造商推出了尺寸約為36cm x 30cm x 30cm的6.5kWh蓄電池。6個月之后，同一家廠商又推出了相同尺寸的9.7kWh蓄電池。“電池的尺寸和重量都很大。為了縮小電池尺寸，通常將充放電率的高低作為電池的主要指標之一，”Räsänen說，“隨著電能密度的增加和每kWh價格的降低，現(xiàn)在這一點已經(jīng)不是看得很重了，因為在充放電率適中的情況下，我們還期望蓄電池的壽命更長。”
早期采用蓄電池技術的旅游船運營商是那些要停靠特別敏感區(qū)域的運營商，Räsänen承認，直接從案例研究推廣到普遍使用可能很難。但是，他引述了最近的動向—— Statoil公司簽訂了再建造7艘裝有混合蓄電池動力裝置的供應船的合同，并投資于一家鋰離子電池制造商，研發(fā)用于動力定位船舶的能量儲存器。他認為，這從一個方面表明，只要傳播的人多了，改變就可能發(fā)生。
“要讓大量船舶僅僅使用蓄電池運營是不太可能的，但我認為，40%～60%的船舶可能會因使用輔助蓄電池負載削減負荷峰值而受益，” Räsänen說，“少數(shù)船舶，比如說5%的船舶，還會將蓄電池用于特定的用途。例如，旅游船可在進出港過程中使用蓄電池動力，此時環(huán)保方面的收益會很大。”
近來，F(xiàn)oreship還發(fā)現(xiàn)有關方面對燃料電池與內(nèi)燃機并聯(lián)以提高燃料效率的興趣在增加。就目前而言，Räsänen認為，各種可用的技術中最有前途的是PEM（聚合物電解質(zhì)薄膜），其在汽車行業(yè)中應用所達到的每能量單位的價格要低于不太成熟的固體氧化物燃料電池（SOFC）。但是他補充道，SOFC的效率可提高到65%～70%，而PEM的效率較低，只有45%上下。
他補充道，盡管這兩種技術都是用氫作燃料，但是也可以用其它種類的燃料，例如LNG和甲醇。可是LNG和甲醇都會釋放出污染物而且都需要一個重整過程來生產(chǎn)氫。在重整過程之后，一氧化碳和氫也會留下來。Räsänen注意到， SOFC裝置可以將一氧化碳和氫一同作為燃料，而PEM則需要去除一氧化碳，這樣會降低總能效并使燃料處理過程復雜化。
目前，這兩種技術的單位能量輸出成本都相當高，Räsänen總結道。 |
