如果執(zhí)行得當(dāng)，船舶混合動(dòng)力可以提高效率，節(jié)省燃料和維修費(fèi)用，同時(shí)還能在設(shè)計(jì)中增添一個(gè)備受追捧的“低排放/低噪音/生態(tài)友好”標(biāo)簽。但是別忘了前面仍然有一個(gè)大大的“如果”。

從積極的方面來看，儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)“可以暫時(shí)支持負(fù)荷，避免不必要地啟動(dòng)和待機(jī)，還可以將各種不同的能源連接在一起，儲(chǔ)存收集到的能量，形成真正意義上的‘綠色’船舶。一般來說，LNG發(fā)動(dòng)機(jī)所需的響應(yīng)時(shí)間比柴油機(jī)要多，所以利用電池來調(diào)峰負(fù)荷可以使電力系統(tǒng)更加動(dòng)態(tài)。” Ulstein改造業(yè)務(wù)部銷售經(jīng)理Rolf Rovde這樣說道。

然而，電池動(dòng)力船舶的歷史中曾經(jīng)發(fā)生過一些失敗案例。博納多的Lagoon 420混合動(dòng)力游艇就是一個(gè)悲傷的故事，由于性能表現(xiàn)未能達(dá)到預(yù)期效果，這個(gè)系列中的很多船舶最終都被改裝成了傳統(tǒng)的柴油機(jī)。

混合動(dòng)力的問題也延伸到了渡輪和工作艇上。Hybrid Marine總經(jīng)理Graeme Hawksley解釋稱：“有時(shí)候是工作人員的操作問題，他們?cè)谕砩蠜]有把系統(tǒng)接通電源，導(dǎo)致電池的電量耗干了”。Hawksley還指出，許多混合動(dòng)力有關(guān)的問題——尤其是大型船舶上遇到的麻煩——都是由于那些追逐投資的人“太過執(zhí)著于回報(bào)預(yù)期”造成的。

反復(fù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致能量損失

REAP Systems首席技術(shù)官Dennis Doerffel稱，更棘手的問題還是物理性的。“眾所周知，在轉(zhuǎn)速很低的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)往往表現(xiàn)不佳，因此，典型的并行混合解決方案要求只在中等或更高轉(zhuǎn)速下使用，并且同時(shí)為電池充電。其理念是，存儲(chǔ)的能量能夠以非常低的速度推動(dòng)船舶，從而大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)利用效率。”

他表示，這種方法的問題在于“能量的來源仍然是普通燃料，必須通過逆變器將其轉(zhuǎn)換為電能，然后再轉(zhuǎn)換為電化學(xué)能，這又是另一種轉(zhuǎn)換。當(dāng)我們想再次使用這種能量時(shí)，又得利用電動(dòng)機(jī)甚至是附加變速箱再次將其轉(zhuǎn)換回去。”其結(jié)果是節(jié)省燃油獲得的收益難以彌補(bǔ)能量轉(zhuǎn)換的損失。他補(bǔ)充說：“根據(jù)系統(tǒng)的不同，并行混合動(dòng)力造成的損失可能達(dá)到22%，所以必須得確保收益能超過這個(gè)數(shù)額。”

此外，船舶必須在非常低的負(fù)荷條件下花費(fèi)大量時(shí)間才能發(fā)揮作用。Doerffel解釋說：“舉個(gè)例子，乘威尼斯出租船只需25分鐘即可到達(dá)機(jī)場，而慢速運(yùn)行大約需要5個(gè)小時(shí)。”不過Doerffel又補(bǔ)充說，電池也許能節(jié)省柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的費(fèi)用。

即便如此，高效的安裝和配置對(duì)所有相關(guān)人員仍然有著很高的要求。Ulstein Design and Solutions創(chuàng)新和開發(fā)經(jīng)理Frode Sollid指出，船舶外部操作對(duì)準(zhǔn)確性的需求比內(nèi)部設(shè)計(jì)更高。Rovde補(bǔ)充說，這不僅關(guān)乎船舶執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)花費(fèi)時(shí)間的百分比，還包括船舶可能遇到的天氣條件及其持續(xù)時(shí)間。Rovde表示：“這取決于外部條件如何影響預(yù)期的操作”。兩人都認(rèn)為，在創(chuàng)建一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，很容易失去對(duì)整體有效性的跟蹤。

不幸的是，如果規(guī)格或操作模式發(fā)生重大變化，你還需要準(zhǔn)備好推翻那些經(jīng)過深思熟慮的計(jì)算。一旦進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的修改，所有的設(shè)計(jì)都要回歸原點(diǎn)。總而言之，不要指望對(duì)現(xiàn)有藍(lán)圖做些小的調(diào)整就可以擺脫困境。這些系統(tǒng)的交互點(diǎn)太多了。

一不小心就會(huì)增加船舶阻力

對(duì)于某些船型，這種交互作用還會(huì)對(duì)船舶本身造成挑戰(zhàn)。英國海軍建筑師Andy Page解釋稱，對(duì)于40m以下的快速船，“一切都與重量有關(guān)，一不小心就會(huì)增加船舶阻力”。最終結(jié)果可能會(huì)形成一種惡性循環(huán)：需要更多動(dòng)力推動(dòng)船舶，又需要更多船舶來輸送動(dòng)力。

解決方案再次落到了船舶運(yùn)營模式上。Page表示：“我們對(duì)混合動(dòng)力船舶概念的設(shè)計(jì)很感興趣，但我們意識(shí)到從來沒有真正研究過航速在8節(jié)以下的船體阻力。這正是當(dāng)你想要發(fā)揮船舶電動(dòng)運(yùn)行潛力時(shí)會(huì)遇到的問題。所以我們立刻拆掉了所有設(shè)備，從頭開始。”

這個(gè)過程需要?jiǎng)?chuàng)建一系列預(yù)期的船形，篩選掉可能性較小的種類，然后對(duì)剩余的形式進(jìn)行嚴(yán)格的CFD分析。Page解釋說：“最后，我們發(fā)現(xiàn)了如何對(duì)船舶尾部進(jìn)行修改能夠降低船舶在低速航行時(shí)的動(dòng)力需求。”由此得來的并行混合動(dòng)力巡邏和引航船保留了軸設(shè)計(jì)，但可以通過最小化阻力來提高效率。

使用期限面臨難題

據(jù)Rovde稱，混合動(dòng)力船舶的使用期限可能是潛在的絆腳石。他表示：“鋰離子電池的預(yù)期使用壽命通常是10年。某些操作，例如渡輪航行，需要在岸上進(jìn)行大量充電，然后大幅放電，然后又要快速充電……日復(fù)一日的重復(fù)進(jìn)行。”

“這種挑戰(zhàn)可以通過增加電池容量來應(yīng)對(duì)。我們使用的電池越大，充電率也就越溫和。此外，為了使用期限能達(dá)到10年，我們還可以保持船舶電池操作的初始功能。”

然而，說到這個(gè)問題就不得不提及高昂的初始投資成本。Rovde解釋稱：“我們從供應(yīng)商和船東那里了解到，以平臺(tái)供應(yīng)船(PSV)為例，燃料成本節(jié)省10％至20％(這就是當(dāng)前的能效改善現(xiàn)狀)并不足以使投資資本支出(CAPEX)和運(yùn)營支出(OPEX)線早早形成交叉。”因此，許多混合動(dòng)力船項(xiàng)目需要激勵(lì)與懲罰并行才能順利起步。就目前來看，大概有必要給予監(jiān)管支持。

使用頻率不容忽視

這一點(diǎn)是PBES首席執(zhí)行官Brent Perry提出來的。他指出，PBES的CellSwap電池系統(tǒng)概念允許船東保留電纜、電子設(shè)備、冷卻設(shè)備以及機(jī)架和結(jié)構(gòu)組件，同時(shí)通過投資一堆使用壽命較短的電池來最大限度地降低成本。他們的想法是，在未來大約五年的時(shí)間里，可用技術(shù)將取得相當(dāng)大的進(jìn)步，具備類似或更優(yōu)屬性的電池價(jià)格也將隨之下降，同時(shí)也避免了第二輪調(diào)試和重組成本。

盡管如此，Perry的計(jì)算結(jié)果使他相信，影響商業(yè)可行性的最大因素并不是電池容量的大小，而是其使用頻率。他指出，使用儲(chǔ)能系統(tǒng)代替旋轉(zhuǎn)備用通常需要深度放電——“但要記住，這是一種安全備份”，他解釋道。

當(dāng)然了，它的使用頻率要比用于支持發(fā)動(dòng)機(jī)的加速或最高負(fù)荷的調(diào)峰電池要少得多：相比之下，此時(shí)所需的電池可能要小一些。Perry表示，這些不同因素的要求差異很大，因此需要首先進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估，然后再一起評(píng)估，以確保不會(huì)出現(xiàn)需求沖突。

事實(shí)上，Rovde強(qiáng)調(diào)必須要注意一種元素不會(huì)破壞另一種元素。“如果你想讓電池調(diào)峰，則需將其保持在正確的充電水平，以便在發(fā)生故障時(shí)保有旋轉(zhuǎn)備用能力。”Perry總結(jié)稱：“為了使價(jià)值最大化，電池解決方案需要盡可能融合多種功能。”

還有一點(diǎn)也需注意，安裝電池不是“一勞永逸”的工作。Rovde指出，即使給出了準(zhǔn)確的配置文件，電池的生命周期預(yù)測也需要進(jìn)行反復(fù)審核評(píng)估。