科技集團瓦錫蘭在不久前舉行的Posidonia 2022海事展期間展示了一種用于LNG運輸船的混合電力推進解決方案。
瓦錫蘭集成系統與方案總裁Grant Gassner介紹稱，瓦錫蘭為LNG船推出的這種新的混合電力設計概念已經于2022年年初獲得了美國船級社(ABS)頒發的原則批復，該設計于2021年9月開始啟動，由瓦錫蘭、美國船級社和滬東中華造船聯合開發，目前已有多家歐洲船東參與了該項目。
據悉，該設計率先為LNG運輸市場的客戶推出Propulsion-as-a-Service (PaaS)型合同，瓦錫蘭公司和Accelleron(ABB渦輪增壓推出的全新品牌)都將能提供港口或海上維護合同。
這種高度重要的設計也可能是最先開發的旨在提供全生命周期的數字孿生(Digital Twin)，項目合作伙伴美國船級社也參與了該項目，計劃提供在設計階段開發的數字孿生，用于船舶的建造期間和運營期間。
該設計集成了瓦錫蘭最高效的現代化發動機和一套非常先進的混合電氣系統，包括瓦錫蘭的低損耗概念(Low Loss Concept)配電系統，無需發電機和驅動器之間的變壓器，從而減少了轉換損耗。
該方案還配有高效的超高扭矩永磁電機，使船舶可以取消齒輪箱，也有助于比早期的電力推進概念提高系統效率。該設計的一個特點就是能源存儲和能源管理軟件，能為電力系統提供旋轉儲備，使發電機組能在非常高且穩定的負荷(通常為85-95%)下持續運行，效率非常高，但排放卻非常低。
船舶能源存儲系統將處理發動機功率需求的波動，能提供即時的能源并提供調峰功能。雖然ESS混合系統與四沖程電力推進相結合的優勢在許多領域廣為人知，但直到現在都還沒有在氣體運輸船市場廣泛使用。
這種創新設計的另一個值得注意的特點是，推進系統和能源存儲系統之間的緊密集成，推進系統將充當能源存儲系統的一個輔助設備。
能源管理系統能在惡劣天氣下將螺旋槳轉速設置為恒定，電池將提供即時能量，以響應動態負荷。螺旋槳能保持恒定的轉速，不會因海浪產生的動態加載事件而造成動態損失，該功能同樣也適用于輔助動力系統的突然和高負荷波動。
該設計擁有一臺非常大的固定螺距螺旋槳，可以在低轉速下運行，因為使用電力推進沒有需要遵循的發動機功率限制曲線，并且永磁電機在所有速度下都能提供足夠的扭矩，以實現螺旋槳的完全優化。
項目合作伙伴們正在進行研究，以改善螺旋槳在低速下的運行，同時結合整體的船體優化和替代設計航速，這也有望提高設計的水動力效率，因此可能會節省更多的效率。
Gassner將該配置與瓦錫蘭的雙燃料柴油電力(DFDE)概念進行比較，后者在本世紀前幾年是氣體運輸船市場十年來的行業標準，新設計將指定的燃料油消耗(SFOC)減少了16%以上，溫室氣體排放減少了21%，彰顯了發動機性能的階躍變化，包括在減少甲烷逃逸方面的改善。然而，能源存儲和能源管理系統的增加也確保了發電機組在接近最佳負荷的情況下運行，大大提高了效率、降低了排放并縮短了發動機運行時間與維護。
由于船舶在航行期間通常需要2臺或3臺發動機在運行，因此總會有至少一臺發動機可進行維護。因此可以在船舶運營期間進行維護，這將確保船舶的可用性非常高。通過推出在航行期間服務發動機的能力，客戶將能在船舶運營期間進行維護，包括大修，這可能相當于在5年期間內增加了高達30天的運營時間或者增加了一次貨物運輸航行。
除了提高可用性和降低運營成本之外，該設計還有其它好處，因為小型發動機運行成本低。Gassner指出，雖然現有的二沖程解決方案在高航速下具有出色的性能，但混合電力解決方案能在更廣泛的航速范圍內保持高水平的推進系統效率，特別是在中低速的功率條件下。
基于對主發動機和輔助發動機功率需求的比較，混合電力設計的推進效率在航速低于18節時將超過現有的低壓二沖程奧托循環解決方案，這一點尤其重要，因為目前LNG運輸船的平均運行航速大約為14-15節，遠低于低壓二沖程奧托循環解決方案的最佳MCR。
來源：中國泵閥網
