“马士基·开普敦”上试用集装箱式船舶电池储能系统
发布日期：2020-07-15 来源：中国船检 作者：赵博 浏览次数：239
根据A.P.穆勒-马士基集团官网公布的消息，马士基航运已于今年初将一套600千瓦时(kWh)的集装箱式船舶电池储能系统在其旗下运营的“马士基·开普敦”轮(Maersk Cape Town)上试用，旨在减少船舶二氧化碳排放的同时，提高船舶性能和航行可靠性。时任A.P.穆勒-马士基集团首席运营官索伦·托夫特(Søren Toft)曾表示：“这项试验有助于加深业界对储能系统的了解，支持集团旗下集装箱船队和港口码头进一步电气化的进程。A.P.穆勒-马士基集团致力于到2050年实现‘碳中和’，因此正在不断地促进、测试和开发航运低碳解决方案。”
马士基进行全新尝试
虽然仅靠电池供电推动船舶航行在技术上和经济方面还远不可行，但马士基航运的创新和开拓，可以帮助船东和航运企业权衡改造成本和运营效益。马士基集团副总裁、船队技术主管Ole Graa Jakobson就此强调：“这是业内首例测试电池储能系统的试验，非常激动人心。它将展示电池技术不断改善船舶性能的同时，还可以减少非动力推进电气系统的油耗。”简单来说，这套集装箱式船舶电池储能系统可以在电力负荷快速变化期间(如船舶推进器运行)，支持高达1800千伏安(kVA)的发电机输出功率，从而减少发电机的维护要求，并能够提供冗余电源，确保连续供电，提高船舶在海上航行的可靠性。与此同时，将提高船上电气系统(如船舶发电机)效率，将船舶辅助发电机维持在最佳负荷状态，避免其在不需要时运行，进而降低总体燃料油消耗。在马士基航运看来，对电池技术的应用和从该试验获得的认知能够促进航运业的进一步创新，随着这项技术日趋成熟，未来，项目经验还可能被应用于包括港口运营在内的其他领域。
Ole Graa Jakobson进一步解释道：“不论是照明系统，还是船上机器、电子设备和冷藏箱的运转，都需要电力的支持，而电力是由柴油发电机提供，它并不总是有效运行，发电机在高负荷时的效率较高，但通常在低负荷时所体现的效率就变得较低。而船舶电池储能系统可以帮助优化发电机的负载配置，更好地管理附加发电机的切换和使用。这次马士基航运在‘马士基·开普敦’轮上进行的电池试验，旨在测试这项技术的价值，并帮助业界建立对如何最大限度地利用这项技术的理解。”
有一个问题或许是读者希望了解的：为什么马士基集团选择将这套集装箱式船舶电池储能系统安装在“马士基·开普敦”轮上试用，而不是在更新型的超大型船舶上进行试验？通过与马士基航运相关人士的对话，本刊记者了解到这一选择背后的部分原因。载箱量为4500TEU的“马士基·开普敦”轮建于2011年，属于科纳克里型船(Conakry-class)，在亚洲-西非航行执行集装箱运输业务。“这艘船所在航线属于长途航线，长时间航行可以初步判断这套船舶电池储能系统的价值，而该船还有一个关键特点，就是其余热回收系统允许电池通过捕获船舶主推进装置的热损失为电池充电。与此同时，考虑到船员和系统操作在内的各种因素，该轮是同类型运力中性能最好的船舶，马士基航运旗下运营的科纳克里型船还有21艘，因此，船舶电池储能系统在未来可以有更广的部署范围。”
马士基航运在一份声明中也提到，“马士基·开普敦”轮上使用的废热回收系统是其旗下很多集装箱船特有的系统，可将动力装置废气排放系统中的热能进行转化，并给电池充电，从而提高马士基航运旗下船队的整体收益。Ole Graa Jakobson也提到，该系统预计将大大减少辅助发动机的运转时间，而更有效的发动机负载，或将实现260吨燃料油/年的节省效果(以“马士基·开普敦”轮为例)，更重要的是，对于现役的3E型集装箱船而言，也将有相同比例的燃料油节约。除了减少燃料油的消耗和温室气体排放，这套集装箱式船舶电池储能系统还强调了船舶噪音污染的降低。
集装箱化的另一种模式
据介绍，安装在“马士基·开普敦”轮上的集装箱式船舶电池储能系统由专业的系统集成服务商Trident Maritime Systems公司设计制造。该公司能源管理和海上转换主管Magnus Hansson表示：“这对Trident Maritime Systems和马士基航运来说，是一个关键的项目。”那么，为什么马士基航运会选择Trident Maritime Systems为其提供储能系统？或者换句话说，Trident Maritime Systems的哪些优势吸引了航运巨擘的目光？
对于这个问题，Magnus Hansson描述道：“马士基航运首先提供了一套解决方案，包括组件设计在内的整个系统制造都在其中，这套方案很科学，以满足相关组织对大气和海洋环境的严格要求。随后在整个过程中，我们都与马士基航运的生产线密切合作，比如先从什么样的电池更适合安装及搭载开始，然后再观察船舶的运行模式和整体功耗情况。因为了解船舶的运行状况是实现已安装设备最大运行效率的关键，我们称之真实需求。另一个非常重要的方面，是要考虑运输和船员安全，以及考虑所有相关法律法规的要求。鉴于此，我们与船东、船级社和相关法规制定当局一起参加专门的危险识别研讨会，以确保这套集装箱式船舶电池储能系统在设计制造过程中，提前考虑所有可能出现的安全问题。”用Magnus Hansson的话说，很多服务商都在出售类似的船舶电池储能系统，但他们出售的可能只是电池系统，而Trident Maritime Systems为客户所做的，是一种“从A到Z”的全方位服务。
在交谈中，Magnus Hansson对试验于“马士基·开普敦”轮的集装箱式船舶电池储能系统的相关细节做了更多阐述，他说：“虽然完整的电池储能系统被设计成模块化，很大程度上独立于现有的船舶基础设备，但它仍然需要与船舶系统进行集成，这就要对船舶电力和控制电缆、主配电盘等进行改造，与火灾探测装置相连接，以及对船舶控制和自动化系统软件进行更新。就此次试验项目而言，我们选定了一个40英尺集装箱存放大部分设备，其中包括6支电池架(包含108个电池模块)、功率转换装置和变压器(用以改变船上使用的交流电和电池所需的直流电之间的电压)、逻辑控制器，以及一个用来管理电池箱和电池系统之间的连接和电流的断路器。与此同时，内置的温控和通风系统可以使所有部件保持在恰当的工作温度范围之内。这个40英尺集装箱被安置于‘马士基·开普敦’轮艉部的系泊甲板上方，而其它货物可以放在这套集装箱式船舶电池储能系统的周围或上方。考虑到航行安全，这个集装箱必须保证防火。如果说将如此多的部件安装在一个40英尺集装箱内是一个挑战的话，如何防火则是另一个挑战。为此，箱子隔间采用了经过船级社认可的A60级防火材料建造。”
目前，这套集装箱式电池储能系统已经开始在“马士基·开普敦”轮上试运行，马士基航运和Trident Maritime Systems对其运行情况进行严密监控，以评估该系统的性能是否符合试验的目标。而业界，也对这次试验高度关注。在Magnus Hansson看来，集装箱化已经深入海路运输领域六十余年，而现在我们看到的电池储能系统，则是集装箱化解决方案的另一种应用，因为它允许在不寻找额外空间的情况下灵活安置，将来，甚至可允许相关方对不同的集装箱船型进行一种标准化改造。
期待被用于其它领域
目前，以纯电力作为船舶动力的创新案例已有不少，但多为小型客船和小型集装箱船，比如在丹麦南部岛屿Søby港和Fynshav港之间执行短途客运业务的全电动客轮“Ellen”号，以及即将交付使用的全球首艘全电动无人驾驶集装箱船“Yara Birkeland”轮(载箱量为120TEU)。“集装箱船使用电池作为动力是存在不小挑战的。”Magnus Hansson表示，“在另一封邮件中我提到了一个现象，一些服务商确实可以提供类似的船舶电池储能系统，但提供完整的解决方案则是另外一回事，这不是一朝一夕就能解决的。另外，许多电池供应商也没有为越来越严苛的环保法规做好充足准备，不论是从技术、制造还是相关海事认证环节。而且从客观的角度来讲，这项技术应用于中大型集装箱船还不算很成熟，这也在一定程度上抑制了开发。但我们需要创新，这项技术也需要被广泛应用于现代航运业。第一步，应让更多的供应商进入这个崭新的领域，以扩大电池储能系统的市场知名度，随着时间的推移和商品成熟度的增加，其质量和价格也会有所降低。这正如我们在陆上储能领域看到的那样。”
可以认为，随着船用电池甚至集装箱式电池储能系统技术的成熟，商业案例可能在更多类型的船舶上变得可行。“因为在一些类型的船舶上，电池储能带来的成本效益将比传统控制电力更大，同时，这也可能为海事界各领域节能减排开辟一条新的道路。”Magnus Hansson说，“当试验系统评估成功后，船东将在现实环境中实现规模受益，而我们完全可以将其装配成本与纳克里型船或其他船型所获得的效益相比较。对此，我非常乐观。更重要的是，这一商业案例可能在新造船中更有巨大的意义。因为在新造船中，我们可以在第一天就让船舶适应这套电池系统，从设计之初就实现真正的匹配。”
马士基航运也表示，随着技术的日趋成熟，马士基航运有兴趣与Trident Maritime Systems合作探索更多节能减排的可能性。Ole Graa Jakobson就此表示：“未来，电池储能系统可以被用在除船队之外的马士基集团旗下运营的其它相关资产，比如码头领域。”的确，码头运营和船舶运营非常相像，电力发挥至关重要的作用，其照明、岸吊、集疏运、软件系统、冷藏箱堆场运转均需要电力支持，而且相较于船舶减排，港口减排的方式较少，例如船舶在当前可以通过切换燃料油、调整航速等多种即时可行的方式减排、增益，而港口减排的方法多被聚焦于岸电技术，且码头自动化的建设投资非常大，成本回收周期长，因此将船用电池储能系统的试验成果和实践经验复制到码头运营，或是业界期待。“相信在未来，电池储能也将成为一种成本可行的港口解决方案。而其他类型船舶(如拖轮和打捞船)也可以了解并使用这种电池储能系统，从而最大限度地在其发挥的效益中获得更多收益。”Ole Graa Jakobson如是说。
在对话中，Magnus Hansson虽然对集装箱式电池储能系统应用于船舶和其它领域的前景表示乐观，但他也透露，某些试验场景确实距离我们所处的现实非常远。但正因为远，业界才需要创新精神。Trident Maritime Systems和马士基集团正是这样的先行者。