近年來(lái)，混合電力和全電力船舶數(shù)量不斷增加，蓄電池電力正發(fā)展成為一股真正實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)和節(jié)能運(yùn)營(yíng)的力量。然而，只有先進(jìn)的船載電力管理系統(tǒng)才能發(fā)揮蓄電池電力的全部?jī)?yōu)勢(shì)。

船舶混合電站的崛起

為了降低運(yùn)營(yíng)成本，無(wú)論是直接減少油耗還是間接規(guī)避排放罰款，人們安裝蓄電池的積極性都在不斷提高。這主要通過幾種方式實(shí)現(xiàn)。

某些地區(qū)對(duì)在港口和城市附近、以及環(huán)境敏感地區(qū)使用化石燃料有限制。這種情況可用岸電連接的可再生能源對(duì)大型蓄電池充電，以供中轉(zhuǎn)期間使用。

蓄電池組可提供瞬態(tài)負(fù)載或代替發(fā)動(dòng)機(jī)作為冗余動(dòng)力，從而提高燃油效率。

使用蓄電池時(shí)，運(yùn)營(yíng)商必須同時(shí)應(yīng)對(duì)有限的能源儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)的電力容量。始終使用蓄電池向推進(jìn)系統(tǒng)供電會(huì)耗盡蓄電池電量。因此在設(shè)計(jì)階段必須仔細(xì)考慮如何限制以及何時(shí)限制蓄電池的使用。

柴油機(jī)是業(yè)內(nèi)常用的機(jī)械裝置。輪機(jī)長(zhǎng)能夠通過感受船舶振動(dòng)來(lái)確定船舶的健康狀況。而蓄電池可以在沒有任何聲音或振動(dòng)的情況下循環(huán)使用兆瓦的功率。為了全面發(fā)揮船舶電站中的蓄電池優(yōu)勢(shì)，先進(jìn)的電力管理功能必不可少。

ABB集成電力和能源管理系統(tǒng)(PEMS)可確保任何船載能源都能夠以智能和可預(yù)測(cè)的方式協(xié)同工作，從而確保電站在任何條件下的最優(yōu)使用。

充分利用蓄電池容量

為特定船舶選擇輪機(jī)時(shí)，必須做出設(shè)計(jì)決策。即使是最高效的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，也無(wú)法有效地處理快速的負(fù)載變化，而蓄電池卻能夠。事實(shí)上，對(duì)于蓄電池來(lái)說(shuō)，階躍負(fù)載幾乎毫無(wú)影響。一些操作，如動(dòng)態(tài)定位（DP）、進(jìn)塢和受限引航，如果只簡(jiǎn)單的運(yùn)行額外的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)處理負(fù)載波動(dòng)或冗余，將會(huì)導(dǎo)致燃油效率不理想和運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)。蓄電池能夠承受快速的負(fù)載波動(dòng)，而讓發(fā)動(dòng)機(jī)提供電站上的基本負(fù)載，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)本身的加載更平順，如圖1所示。為保持一定的電荷狀態(tài)，平均蓄電池負(fù)載輕微上下移動(dòng)。

圖1：蓄電池承受快速負(fù)載波動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)提供基本負(fù)載

在具有高瞬態(tài)負(fù)載（如絞車、起重機(jī)或大型泵）的船舶上，臨時(shí)需求會(huì)超出并網(wǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。在傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)中，要么會(huì)觸發(fā)對(duì)負(fù)載設(shè)備的功率限制，要么需要將額外的發(fā)動(dòng)機(jī)連接到電網(wǎng)。

如果蓄電池能夠提供峰值負(fù)載，則不再需要啟動(dòng)額外的發(fā)動(dòng)機(jī)。其結(jié)果是更少或更小的發(fā)動(dòng)機(jī)在更高效的負(fù)載水平上運(yùn)行。PEMS將利用低負(fù)載周期對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

圖2：PEMS應(yīng)對(duì)突發(fā)負(fù)載示意圖

在動(dòng)態(tài)定位（DP）模式下運(yùn)行的船舶有嚴(yán)格的冗余要求，當(dāng)某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)不能影響船舶的操縱能力。這通常會(huì)導(dǎo)致多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)以低載運(yùn)行，以確保在其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障和停機(jī)時(shí)提供足夠的功率。以這種方式運(yùn)營(yíng)船用發(fā)動(dòng)機(jī)并非最佳選擇。燃油效率低，發(fā)動(dòng)機(jī)中積碳嚴(yán)重。

因?yàn)樾铍姵乜梢蕴峁┧矔r(shí)功率，故可以作為備用能源而不向電網(wǎng)供電，從而減少在DP運(yùn)行期間發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量，使得其余發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載更接近其最佳工作范圍。

PEMS可以區(qū)分冗余所需電力和發(fā)動(dòng)機(jī)使用的電力，從而使電站可以同時(shí)發(fā)揮備用容量和發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)。

圖3 當(dāng)采用蓄電池作為備份能源時(shí)，相對(duì)燃料消耗率降低

除了削峰和冗余之外，船載蓄電池最顯而易見的用途和陸上電動(dòng)汽車類似。蓄電池可以通過岸電充電，然后作為整個(gè)運(yùn)輸過程中唯一動(dòng)力源。但是，有限的容量使這種方案最適合渡輪和近海海運(yùn)。蓄電池的高效性搭載電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)以及岸電有助于降低運(yùn)營(yíng)成本，具體視連接點(diǎn)的能源成本而定。

而且，在配備混合電站的船舶需要進(jìn)行零排放運(yùn)營(yíng)時(shí)，蓄電池還可用作主電源。郵輪正面臨越來(lái)越嚴(yán)格的當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)，限制其在港口或其他敏感區(qū)域（如峽灣）內(nèi)或周圍使用化石燃料。最重要的是，電站必須在不中斷動(dòng)力的情況下實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)力源的轉(zhuǎn)換。PEMS可以確定何時(shí)可以安全轉(zhuǎn)換到零排放操作，以及何時(shí)需要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

輕松控制復(fù)雜的電站

蓄電池能夠?yàn)榇半娬編?lái)巨大的好處，但也增加了控制復(fù)雜性。為了充分利用已安裝的蓄電池，必須對(duì)所有能源進(jìn)行協(xié)調(diào)有序的控制。

通過PEMS，運(yùn)營(yíng)商可以只關(guān)注電站的運(yùn)行，而無(wú)需關(guān)注每個(gè)單獨(dú)的動(dòng)力或能源，簡(jiǎn)化了混合動(dòng)力電站的運(yùn)營(yíng)。

為確保運(yùn)營(yíng)決策的正確，系統(tǒng)將為運(yùn)營(yíng)商提供全面的當(dāng)前狀況信息視圖。最重要的信息一目了然，而運(yùn)營(yíng)商則可以輕松直觀地導(dǎo)航瀏覽到更詳細(xì)的信息。

直觀、高性能用戶界面與可預(yù)測(cè)的控制原理相結(jié)合，使得PEMS成為一個(gè)易于使用的電站管理系統(tǒng)。

圖4 PEMS“夜晚”模式用戶界面

圖5 PEMS“白晝”模式用戶界面

（ABB船舶與港）