近年來，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優(yōu)勢。

船舶混合電站的崛起

為了降低運(yùn)營成本，無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)動機(jī)作為冗余動力，從而提高燃油效率。

使用蓄電池時，運(yùn)營商必須同時應(yīng)對有限的能源儲量和動態(tài)的電力容量。始終使用蓄電池向推進(jìn)系統(tǒng)供電會耗盡蓄電池電量。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)長能夠通過感受船舶振動來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，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，必須做出設(shè)計(jì)決策。即使是最高效的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)，也無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，對于蓄電池來說，階躍負(fù)載幾乎毫無影響。一些操作，如動態(tài)定位（DP）、進(jìn)塢和受限引航，如果只簡單的運(yùn)行額外的發(fā)動機(jī)來處理負(fù)載波動或冗余，將會導(dǎo)致燃油效率不理想和運(yùn)行時間過長。蓄電池能夠承受快速的負(fù)載波動，而讓發(fā)動機(jī)提供電站上的基本負(fù)載，從而使發(fā)動機(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。

圖1：蓄電池承受快速負(fù)載波動，發(fā)動機(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，臨時需求會超出并網(wǎng)發(fā)動機(jī)的能力。在傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)中，要么會觸發(fā)對負(fù)載設(shè)備的功率限制，要么需要將額外的發(fā)動機(jī)連接到電網(wǎng)。

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

圖2：PEMS應(yīng)對突發(fā)負(fù)載示意圖

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

因?yàn)樾铍姵乜梢蕴峁┧矔r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)動機(jī)的數(shù)量，使得其余發(fā)動機(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)動機(jī)使用的電力，從而使電站可以同時發(fā)揮備用容量和發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢。

圖3 當(dāng)采用蓄電池作為備份能源時，相對燃料消耗率降低

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汽車類似。蓄電池可以通過岸電充電，然后作為整個運(yùn)輸過程中唯一動力源。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推進(jìn)系統(tǒng)以及岸電有助于降低運(yùn)營成本，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)營時，蓄電池還可用作主電源。郵輪正面臨越來越嚴(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力的情況下實(shí)現(xiàn)各種動力源的轉(zhuǎn)換。PEMS可以確定何時可以安全轉(zhuǎn)換到零排放操作，以及何時需要啟動發(fā)動機(jī)。

輕松控制復(fù)雜的電站

蓄電池能夠?yàn)榇半娬編砭薮蟮暮锰帲苍黾恿丝刂茝?fù)雜性。為了充分利用已安裝的蓄電池，必須對所有能源進(jìn)行協(xié)調(diào)有序的控制。

通過PEMS，運(yùn)營商可以只關(guān)注電站的運(yùn)行，而無需關(guān)注每個單獨(dú)的動力或能源，簡化了混合動力電站的運(yùn)營。

為確保運(yùn)營決策的正確，系統(tǒng)將為運(yùn)營商提供全面的當(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)測的控制原理相結(jié)合，使得PEMS成為一個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）