科技集團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運輸船的混合電力推進解決方案。
瓦錫蘭集成系統(tǒng)與方案總裁Grant Gassner介紹稱，瓦錫蘭為LNG船推出的這種新的混合電力設(shè)計概念已經(jīng)于2022年年初獲得了美國船級社(ABS)頒發(fā)的原則批復(fù)，該設(shè)計于2021年9月開始啟動，由瓦錫蘭、美國船級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目。
據(jù)悉，該設(shè)計率先為LNG運輸市場的客戶推出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合同。
這種高度重要的設(shè)計也可能是最先開發(fā)的旨在提供全生命周期的數(shù)字孿生(Digital Twin)，項目合作伙伴美國船級社也參與了該項目，計劃提供在設(shè)計階段開發(fā)的數(shù)字孿生，用于船舶的建造期間和運營期間。
該設(shè)計集成了瓦錫蘭最高效的現(xiàn)代化發(fā)動機和一套非常先進的混合電氣系統(tǒng)，包括瓦錫蘭的低損耗概念(Low Loss Concept)配電系統(tǒng)，無需發(fā)電機和驅(qū)動器之間的變壓器，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，使船舶可以取消齒輪箱，也有助于比早期的電力推進概念提高系統(tǒng)效率。該設(shè)計的一個特點就是能源存儲和能源管理軟件，能為電力系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)儲備，使發(fā)電機組能在非常高且穩(wěn)定的負荷(通常為85-95%)下持續(xù)運行，效率非常高，但排放卻非常低。
船舶能源存儲系統(tǒng)將處理發(fā)動機功率需求的波動，能提供即時的能源并提供調(diào)峰功能。雖然ESS混合系統(tǒng)與四沖程電力推進相結(jié)合的優(yōu)勢在許多領(lǐng)域廣為人知，但直到現(xiàn)在都還沒有在氣體運輸船市場廣泛使用。
這種創(chuàng)新設(shè)計的另一個值得注意的特點是，推進系統(tǒng)和能源存儲系統(tǒng)之間的緊密集成，推進系統(tǒng)將充當(dāng)能源存儲系統(tǒng)的一個輔助設(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，電池將提供即時能量，以響應(yīng)動態(tài)負荷。螺旋槳能保持恒定的轉(zhuǎn)速，不會因海浪產(chǎn)生的動態(tài)加載事件而造成動態(tài)損失，該功能同樣也適用于輔助動力系統(tǒng)的突然和高負荷波動。
該設(shè)計擁有一臺非常大的固定螺距螺旋槳，可以在低轉(zhuǎn)速下運行，因為使用電力推進沒有需要遵循的發(fā)動機功率限制曲線，并且永磁電機在所有速度下都能提供足夠的扭矩，以實現(xiàn)螺旋槳的完全優(yōu)化。
項目合作伙伴們正在進行研究，以改善螺旋槳在低速下的運行，同時結(jié)合整體的船體優(yōu)化和替代設(shè)計航速，這也有望提高設(shè)計的水動力效率，因此可能會節(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)概念進行比較，后者在本世紀前幾年是氣體運輸船市場十年來的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，新設(shè)計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)動機性能的階躍變化，包括在減少甲烷逃逸方面的改善。然而，能源存儲和能源管理系統(tǒng)的增加也確保了發(fā)電機組在接近最佳負荷的情況下運行，大大提高了效率、降低了排放并縮短了發(fā)動機運行時間與維護。
由于船舶在航行期間通常需要2臺或3臺發(fā)動機在運行，因此總會有至少一臺發(fā)動機可進行維護。因此可以在船舶運營期間進行維護，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)動機的能力，客戶將能在船舶運營期間進行維護，包括大修，這可能相當(dāng)于在5年期間內(nèi)增加了高達30天的運營時間或者增加了一次貨物運輸航行。
除了提高可用性和降低運營成本之外，該設(shè)計還有其它好處，因為小型發(fā)動機運行成本低。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)保持高水平的推進系統(tǒng)效率，特別是在中低速的功率條件下。
基于對主發(fā)動機和輔助發(fā)動機功率需求的比較，混合電力設(shè)計的推進效率在航速低于18節(jié)時將超過現(xiàn)有的低壓二沖程奧托循環(huán)解決方案，這一點尤其重要，因為目前LNG運輸船的平均運行航速大約為14-15節(jié)，遠低于低壓二沖程奧托循環(huán)解決方案的最佳MCR。
來源：中國泵閥網(wǎng)
