馬士基試驗電池儲能系統(tǒng)

本刊記者 趙 博

不久前，馬士基航運在其旗下運營的一艘集裝箱船上試用集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)，以先行者的姿態(tài)嘗試另一種集裝箱化應用。而在其背后，則是專業(yè)的系統(tǒng)集成服務商Trident Maritime Systems公司提供的創(chuàng)新技術支持。

根據A.P.穆勒-馬士基集團官網公布的消息，馬士基航運已于今年初將一套600千瓦時（kWh）的集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)在其旗下運營的“馬士基·開普敦”輪（Maersk Cape Town）上試用，旨在減少船舶二氧化碳排放的同時，提高船舶性能和航行可靠性。時任A.P.穆勒-馬士基集團首席運營官索倫·托夫特（S?ren Toft）曾表示：“這項試驗有助于加深業(yè)界對儲能系統(tǒng)的了解，支持集團旗下集裝箱船隊和港口碼頭進一步電氣化的進程。A.P.穆勒-馬士基集團致力于到2050年實現(xiàn)‘碳中和’，因此正在不斷地促進、測試和開發(fā)航運低碳解決方案。”

馬士基進行全新嘗試

雖然僅靠電池供電推動船舶航行在技術上和經濟方面還遠不可行，但馬士基航運的創(chuàng)新和開拓，可以幫助船東和航運企業(yè)權衡改造成本和運營效益。馬士基集團副總裁、船隊技術主管Ole Graa Jakobson就此強調：“這是業(yè)內首例測試電池儲能系統(tǒng)的試驗，非常激動人心。它在展示電池技術不斷改善船舶性能的同時，還可以減少非動力推進電氣系統(tǒng)的油耗。”簡單來說，這套集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)可以在電力負荷快速變化期間（如船舶推進器運行），支持高達1800千伏安（kVA）的發(fā)電機輸出功率，從而減少發(fā)電機的維護要求，并能夠提供冗余電源，確保連續(xù)供電，提高船舶在海上航行的可靠性。與此同時，將提高船上電氣系統(tǒng)（如船舶發(fā)電機）效率，將船舶輔助發(fā)電機維持在最佳負荷狀態(tài)，避免其在不需要時運行，進而降低總體燃料油消耗。在馬士基航運看來，對電池技術的應用和從該試驗獲得的認知能夠促進航運業(yè)的進一步創(chuàng)新，隨著這項技術日趨成熟，未來，項目經驗還可能被應用于包括港口運營在內的其他領域。

Ole Graa Jakobson進一步解釋道：“不論是照明系統(tǒng)，還是船上機器、電子設備和冷藏箱的運轉，都需要電力的支持，而電力是由柴油發(fā)電機提供，它并不總是有效運行，發(fā)電機在高負荷時的效率較高，但通常在低負荷時所體現(xiàn)的效率就變得較低。而船舶電池儲能系統(tǒng)可以幫助優(yōu)化發(fā)電機的負載配置，更好地管理附加發(fā)電機的切換和使用。這次馬士基航運在‘馬士基·開普敦’輪上進行的電池試驗，旨在測試這項技術的價值，并幫助業(yè)界建立對如何最大限度地利用這項技術的理解。”

“馬士基·開普敦”輪（Maersk Cape Town）

有一個問題或許是讀者希望了解的：為什么馬士基集團選擇將這套集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)安裝在“馬士基·開普敦”輪上試用，而不是在更新型的超大型船舶上進行試驗？通過與馬士基航運相關人士的對話，本刊記者了解到這一選擇背后的部分原因。載箱量為4500TEU的“馬士基·開普敦”輪建于2011年，屬于科納克里型船（Conakry-class），在亞洲-西非航行執(zhí)行集裝箱運輸業(yè)務。“這艘船所在航線屬于長途航線，長時間航行可以初步判斷這套船舶電池儲能系統(tǒng)的價值，而該船還有一個關鍵特點，就是其余熱回收系統(tǒng)允許電池通過捕獲船舶主推進裝置的熱損失為電池充電。與此同時，考慮到船員和系統(tǒng)操作在內的各種因素，該輪是同類型運力中性能最好的船舶，馬士基航運旗下運營的科納克里型船還有21艘，因此，船舶電池儲能系統(tǒng)在未來可以有更廣的部署范圍。”

馬士基航運在一份聲明中也提到，“馬士基·開普敦”輪上使用的廢熱回收系統(tǒng)是其旗下很多集裝箱船特有的系統(tǒng)，可將動力裝置廢氣排放系統(tǒng)中的熱能進行轉化，并給電池充電，從而提高馬士基航運旗下船隊的整體收益。Ole Graa Jakobson也提到，該系統(tǒng)預計將大大減少輔助發(fā)動機的運轉時間，而更有效的發(fā)動機負載，或將實現(xiàn)260噸燃料油/年的節(jié)省效果（以“馬士基·開普敦”輪為例），更重要的是，對于現(xiàn)役的3E型集裝箱船而言，也將有相同比例的燃料油節(jié)約。除了減少燃料油的消耗和溫室氣體排放，這套集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)還強調了船舶噪音污染的降低。

集裝箱化的另一種模式

據介紹，安裝在“馬士基·開普敦”輪上的集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)由專業(yè)的系統(tǒng)集成服務商Trident Maritime Systems公司設計制造。該公司能源管理和海上轉換主管Magnus Hansson表示：“這對Trident Maritime Systems和馬士基航運來說，是一個關鍵的項目。”那么，為什么馬士基航運會選擇Trident Maritime Systems為其提供儲能系統(tǒng)？或者換句話說，Trident Maritime Systems的哪些優(yōu)勢吸引了航運巨擘的目光？

對于這個問題，Magnus Hansson描述道：“馬士基航運首先提供了一套解決方案，包括組件設計在內的整個系統(tǒng)制造都在其中，這套方案很科學，以滿足相關組織對大氣和海洋環(huán)境的嚴格要求。隨后在整個過程中，我們都與馬士基航運的生產線密切合作，比如先從什么樣的電池更適合安裝及搭載開始，然后再觀察船舶的運行模式和整體功耗情況。因為了解船舶的運行狀況是實現(xiàn)已安裝設備最大運行效率的關鍵，我們稱之真實需求。另一個非常重要的方面，是要考慮運輸和船員安全，以及考慮所有相關法律法規(guī)的要求。鑒于此，我們與船東、船級社和相關法規(guī)制定當局一起參加專門的危險識別研討會，以確保這套集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)在設計制造過程中，提前考慮所有可能出現(xiàn)的安全問題。”用Magnus Hansson的話說，很多服務商都在出售類似的船舶電池儲能系統(tǒng)，但他們出售的可能只是電池系統(tǒng)，而Trident Maritime Systems為客戶所做的，是一種“從A到Z”的全方位服務。

在交談中，Magnus Hansson對試驗于“馬士基·開普敦”輪的集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)的相關細節(jié)做了更多闡述，他說：“雖然完整的電池儲能系統(tǒng)被設計成模塊化，很大程度上獨立于現(xiàn)有的船舶基礎設備，但它仍然需要與船舶系統(tǒng)進行集成，這就要對船舶電力和控制電纜、主配電盤等進行改造，與火災探測裝置相連接，以及對船舶控制和自動化系統(tǒng)軟件進行更新。就此次試驗項目而言，我們選定了一個40英尺集裝箱存放大部分設備，其中包括6支電池架（包含108個電池模塊）、功率轉換裝置和變壓器（用以改變船上使用的交流電和電池所需的直流電之間的電壓）、邏輯控制器，以及一個用來管理電池箱和電池系統(tǒng)之間的連接和電流的斷路器。與此同時，內置的溫控和通風系統(tǒng)可以使所有部件保持在恰當的工作溫度范圍之內。這個40英尺集裝箱被安置于‘馬士基·開普敦’輪艉部的系泊甲板上方，而其它貨物可以放在這套集裝箱式船舶電池儲能系統(tǒng)的周圍或上方。考慮到航行安全，這個集裝箱必須保證防火。如果說將如此多的部件安裝在一個40英尺集裝箱內是一個挑戰(zhàn)的話，如何防火則是另一個挑戰(zhàn)。為此，箱子隔間采用了經過船級社認可的A60級防火材料建造。”

目前，這套集裝箱式電池儲能系統(tǒng)已經開始在“馬士基·開普敦”輪上試運行，馬士基航運和Trident Maritime Systems對其運行情況進行嚴密監(jiān)控，以評估該系統(tǒng)的性能是否符合試驗的目標。而業(yè)界，也對這次試驗高度關注。在Magnus Hansson看來，集裝箱化已經深入海路運輸領域六十余年，而現(xiàn)在我們看到的電池儲能系統(tǒng)，則是集裝箱化解決方案的另一種應用，因為它允許在不尋找額外空間的情況下靈活安置，將來，甚至可允許相關方對不同的集裝箱船型進行一種標準化改造。

期待被用于其它領域

目前，以純電力作為船舶動力的創(chuàng)新案例已有不少，但多為小型客船和小型集裝箱船，比如在丹麥南部島嶼S?by港和Fynshav港之間執(zhí)行短途客運業(yè)務的全電動客輪“Ellen”號，以及即將交付使用的全球首艘全電動無人駕駛集裝箱船“Yara Birkeland”輪（載箱量為120TEU）。“集裝箱船使用電池作為動力是存在不小挑戰(zhàn)的。”Magnus Hansson表示，“在另一封郵件中我提到了一個現(xiàn)象，一些服務商確實可以提供類似的船舶電池儲能系統(tǒng)，但提供完整的解決方案則是另外一回事，這不是一朝一夕就能解決的。另外，許多電池供應商也沒有為越來越嚴苛的環(huán)保法規(guī)做好充足準備，不論是從技術、制造還是相關海事認證環(huán)節(jié)。而且從客觀的角度來講，這項技術應用于中大型集裝箱船還不算很成熟，這也在一定程度上抑制了開發(fā)。但我們需要創(chuàng)新，這項技術也需要被廣泛應用于現(xiàn)代航運業(yè)。第一步，應讓更多的供應商進入這個嶄新的領域，以擴大電池儲能系統(tǒng)的市場知名度，隨著時間的推移和商品成熟度的增加，其質量和價格也會有所降低。這正如我們在陸上能源存儲領域看到的那樣。”

可以認為，隨著船用電池甚至集裝箱式電池儲能系統(tǒng)技術的成熟，商業(yè)案例可能在更多類型的船舶上變得可行。“因為在一些類型的船舶上，電池儲能帶來的成本效益將比傳統(tǒng)控制電力更大，同時，這也可能為海事界各領域節(jié)能減排開辟一條新的道路。”Magnus Hansson說，“當試驗系統(tǒng)評估成功后，船東將在現(xiàn)實環(huán)境中實現(xiàn)規(guī)模受益，而我們完全可以將其裝配成本與納克里型船或其他船型所獲得的效益相比較。對此，我非常樂觀。更重要的是，這一商業(yè)案例可能在新造船中更有巨大的意義。因為在新造船中，我們可以在第一天就讓船舶適應這套電池系統(tǒng)，從設計之初就實現(xiàn)真正的匹配。”

馬士基航運也表示，隨著技術的日趨成熟，馬士基航運有興趣與Trident Maritime Systems合作探索更多節(jié)能減排的可能性。Ole Graa Jakobson就此表示：“未來，電池儲能系統(tǒng)可以被用在除船隊之外的馬士基集團旗下運營的其它相關資產，比如碼頭領域。”的確，碼頭運營和船舶運營非常相像，電力發(fā)揮至關重要的作用，其照明、岸吊、集疏運、軟件系統(tǒng)、冷藏箱堆場運轉均需要電力支持，而且相較于船舶減排，港口減排的方式較少，例如船舶在當前可以通過切換燃料油、調整航速等多種即時可行的方式減排、增益，而港口減排的方法多被聚焦于岸電技術，且碼頭自動化的建設投資非常大，成本回收周期長，因此將船用電池儲能系統(tǒng)的試驗成果和實踐經驗復制到碼頭運營，或是業(yè)界期待。“相信在未來，電池儲能也將成為一種成本可行的港口解決方案。而其他類型船舶（如拖輪和打撈船）也可以了解并使用這種電池儲能系統(tǒng)，從而最大限度地在其發(fā)揮的效益中獲得更多收益。”O(jiān)le Graa Jakobson如是說。

在對話中，Magnus Hansson雖然對集裝箱式電池儲能系統(tǒng)應用于船舶和其它領域的前景表示樂觀，但他也透露，某些試驗場景確實距離我們所處的現(xiàn)實非常遠。但正因為遠，業(yè)界才需要創(chuàng)新精神。Trident Maritime Systems和馬士基集團正是這樣的先行者。

俄建造首艘LNG動力阿芙拉型油船將開始海試

由俄羅斯紅星造船廠建造的俄羅斯首艘LNG動力阿芙拉型油船“Vladimir Monomakh”號準備開始海試。

據悉，該船船長250米、寬44米，載重量為114000噸，航速14.6節(jié)，具備冰級1A符號，可以使用LNG雙燃料動力運營，適合于無限航區(qū)航行，設計符合高環(huán)境安全標準。該船在今年5月初下水時，俄羅斯總統(tǒng)普京為此表示祝賀稱“這是個真正的成就”。