根據(jù)A.P.穆勒-馬士基集團(tuán)官網(wǎng)公布的消息，馬士基航運(yùn)已于今年初將一套600千瓦時(shí)(kWh)的集裝箱式船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在其旗下運(yùn)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(shí)，提高船舶性能和航行可靠性。時(shí)任A.P.穆勒-馬士基集團(tuán)首席運(yùn)營官索倫·托夫特(Søren Toft)曾表示：“這項(xiàng)試驗(yàn)有助于加深業(yè)界對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的了解，支持集團(tuán)旗下集裝箱船隊(duì)和港口碼頭進(jìn)一步電氣化的進(jìn)程。A.P.穆勒-馬士基集團(tuán)致力于到2050年實(shí)現(xiàn)‘碳中和’，因此正在不斷地促進(jìn)、測試和開發(fā)航運(yùn)低碳解決方案。”

馬士基進(jìn)行全新嘗試

雖然僅靠電池供電推動(dòng)船舶航行在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)方面還遠(yuǎn)不可行，但馬士基航運(yùn)的創(chuàng)新和開拓，可以幫助船東和航運(yùn)企業(yè)權(quán)衡改造成本和運(yùn)營效益。馬士基集團(tuán)副總裁、船隊(duì)技術(shù)主管Ole Graa Jakobson就此強(qiáng)調(diào)：“這是業(yè)內(nèi)首例測試電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的試驗(yàn)，非常激動(dòng)人心。它將展示電池技術(shù)不斷改善船舶性能的同時(shí)，還可以減少非動(dòng)力推進(jìn)電氣系統(tǒng)的油耗。”簡單來說，這套集裝箱式船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在電力負(fù)荷快速變化期間(如船舶推進(jìn)器運(yùn)行)，支持高達(dá)1800千伏安(kVA)的發(fā)電機(jī)輸出功率，從而減少發(fā)電機(jī)的維護(hù)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(shí)，將提高船上電氣系統(tǒng)(如船舶發(fā)電機(jī))效率，將船舶輔助發(fā)電機(jī)維持在最佳負(fù)荷狀態(tài)，避免其在不需要時(shí)運(yùn)行，進(jìn)而降低總體燃料油消耗。在馬士基航運(yùn)看來，對(duì)電池技術(shù)的應(yīng)用和從該試驗(yàn)獲得的認(rèn)知能夠促進(jìn)航運(yùn)業(yè)的進(jìn)一步創(chuàng)新，隨著這項(xiàng)技術(shù)日趨成熟，未來，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)還可能被應(yīng)用于包括港口運(yùn)營在內(nèi)的其他領(lǐng)域。

Ole Graa Jakobson進(jìn)一步解釋道：“不論是照明系統(tǒng)，還是船上機(jī)器、電子設(shè)備和冷藏箱的運(yùn)轉(zhuǎn)，都需要電力的支持，而電力是由柴油發(fā)電機(jī)提供，它并不總是有效運(yùn)行，發(fā)電機(jī)在高負(fù)荷時(shí)的效率較高，但通常在低負(fù)荷時(shí)所體現(xiàn)的效率就變得較低。而船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以幫助優(yōu)化發(fā)電機(jī)的負(fù)載配置，更好地管理附加發(fā)電機(jī)的切換和使用。這次馬士基航運(yùn)在‘馬士基·開普敦’輪上進(jìn)行的電池試驗(yàn)，旨在測試這項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值，并幫助業(yè)界建立對(duì)如何最大限度地利用這項(xiàng)技術(shù)的理解。”

有一個(gè)問題或許是讀者希望了解的：為什么馬士基集團(tuán)選擇將這套集裝箱式船舶電池儲(chǔ)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(jìn)行試驗(yàn)？通過與馬士基航運(yùn)相關(guān)人士的對(duì)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(yùn)輸業(yè)務(wù)。“這艘船所在航線屬于長途航線，長時(shí)間航行可以初步判斷這套船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值，而該船還有一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)，就是其余熱回收系統(tǒng)允許電池通過捕獲船舶主推進(jìn)裝置的熱損失為電池充電。與此同時(shí)，考慮到船員和系統(tǒng)操作在內(nèi)的各種因素，該輪是同類型運(yùn)力中性能最好的船舶，馬士基航運(yùn)旗下運(yùn)營的科納克里型船還有21艘，因此，船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在未來可以有更廣的部署范圍。”

馬士基航運(yùn)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(dòng)力裝置廢氣排放系統(tǒng)中的熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并給電池充電，從而提高馬士基航運(yùn)旗下船隊(duì)的整體收益。Ole Graa Jakobson也提到，該系統(tǒng)預(yù)計(jì)將大大減少輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，而更有效的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，或?qū)?shí)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(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)還強(qiáng)調(diào)了船舶噪音污染的降低。

集裝箱化的另一種模式

據(jù)介紹，安裝在“馬士基·開普敦”輪上的集裝箱式船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由專業(yè)的系統(tǒng)集成服務(wù)商Trident Maritime Systems公司設(shè)計(jì)制造。該公司能源管理和海上轉(zhuǎn)換主管Magnus Hansson表示：“這對(duì)Trident Maritime Systems和馬士基航運(yùn)來說，是一個(gè)關(guān)鍵的項(xiàng)目。”那么，為什么馬士基航運(yùn)會(huì)選擇Trident Maritime Systems為其提供儲(chǔ)能系統(tǒng)？或者換句話說，Trident Maritime Systems的哪些優(yōu)勢吸引了航運(yùn)巨擘的目光？

對(duì)于這個(gè)問題，Magnus Hansson描述道：“馬士基航運(yùn)首先提供了一套解決方案，包括組件設(shè)計(jì)在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)制造都在其中，這套方案很科學(xué)，以滿足相關(guān)組織對(duì)大氣和海洋環(huán)境的嚴(yán)格要求。隨后在整個(gè)過程中，我們都與馬士基航運(yùn)的生產(chǎn)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(yùn)行模式和整體功耗情況。因?yàn)榱私獯暗倪\(yùn)行狀況是實(shí)現(xiàn)已安裝設(shè)備最大運(yùn)行效率的關(guān)鍵，我們稱之真實(shí)需求。另一個(gè)非常重要的方面，是要考慮運(yùn)輸和船員安全，以及考慮所有相關(guān)法律法規(guī)的要求。鑒于此，我們與船東、船級(jí)社和相關(guān)法規(guī)制定當(dāng)局一起參加專門的危險(xiǎn)識(shí)別研討會(huì)，以確保這套集裝箱式船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在設(shè)計(jì)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(wù)商都在出售類似的船舶電池儲(chǔ)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(wù)。

在交談中，Magnus Hansson對(duì)試驗(yàn)于“馬士基·開普敦”輪的集裝箱式船舶電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)細(xì)節(jié)做了更多闡述，他說：“雖然完整的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成模塊化，很大程度上獨(dú)立于現(xiàn)有的船舶基礎(chǔ)設(shè)備，但它仍然需要與船舶系統(tǒng)進(jìn)行集成，這就要對(duì)船舶電力和控制電纜、主配電盤等進(jìn)行改造，與火災(zāi)探測裝置相連接，以及對(duì)船舶控制和自動(dòng)化系統(tǒng)軟件進(jìn)行更新。就此次試驗(yàn)項(xiàng)目而言，我們選定了一個(gè)40英尺集裝箱存放大部分設(shè)備，其中包括6支電池架(包含108個(gè)電池模塊)、功率轉(zhuǎn)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(gè)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(shí)，內(nèi)置的溫控和通風(fēng)系統(tǒng)可以使所有部件保持在恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟确秶畠?nèi)。這個(gè)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(chǔ)能系統(tǒng)的周圍或上方?？紤]到航行安全，這個(gè)集裝箱必須保證防火。如果說將如此多的部件安裝在一個(gè)40英尺集裝箱內(nèi)是一個(gè)挑戰(zhàn)的話，如何防火則是另一個(gè)挑戰(zhàn)。為此，箱子隔間采用了經(jīng)過船級(jí)社認(rèn)可的A60級(jí)防火材料建造。”

目前，這套集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)開始在“馬士基·開普敦”輪上試運(yùn)行，馬士基航運(yùn)和Trident Maritime Systems對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，以評(píng)估該系統(tǒng)的性能是否符合試驗(yàn)的目標(biāo)。而業(yè)界，也對(duì)這次試驗(yàn)高度關(guān)注。在Magnus Hansson看來，集裝箱化已經(jīng)深入海路運(yùn)輸領(lǐng)域六十余年，而現(xiàn)在我們看到的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，則是集裝箱化解決方案的另一種應(yīng)用，因?yàn)樗试S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(guān)方對(duì)不同的集裝箱船型進(jìn)行一種標(biāo)準(zhǔn)化改造。

期待被用于其它領(lǐng)域

目前，以純電力作為船舶動(dòng)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Søby港和Fynshav港之間執(zhí)行短途客運(yùn)業(yè)務(wù)的全電動(dòng)客輪“Ellen”號(hào)，以及即將交付使用的全球首艘全電動(dòng)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(dòng)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(gè)現(xiàn)象，一些服務(wù)商確實(shí)可以提供類似的船舶電池儲(chǔ)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(yīng)商也沒有為越來越嚴(yán)苛的環(huán)保法規(guī)做好充足準(zhǔn)備，不論是從技術(shù)、制造還是相關(guān)海事認(rèn)證環(huán)節(jié)。而且從客觀的角度來講，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)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?jiǎng)?chuàng)新，這項(xiàng)技術(shù)也需要被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航運(yùn)業(yè)。第一步，應(yīng)讓更多的供應(yīng)商進(jìn)入這個(gè)嶄新的領(lǐng)域，以擴(kuò)大電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的市場知名度，隨著時(shí)間的推移和商品成熟度的增加，其質(zhì)量和價(jià)格也會(huì)有所降低。這正如我們?cè)陉懮蟽?chǔ)能領(lǐng)域看到的那樣。”

可以認(rèn)為，隨著船用電池甚至集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)的成熟，商業(yè)案例可能在更多類型的船舶上變得可行。“因?yàn)樵谝恍╊愋偷拇吧?，電池?chǔ)能帶來的成本效益將比傳統(tǒng)控制電力更大，同時(shí)，這也可能為海事界各領(lǐng)域節(jié)能減排開辟一條新的道路。”Magnus Hansson說，“當(dāng)試驗(yàn)系統(tǒng)評(píng)估成功后，船東將在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)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(duì)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?yàn)樵谛略齑?，我們可以在第一天就讓船舶適應(yīng)這套電池系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)之初就實(shí)現(xiàn)真正的匹配。”

馬士基航運(yùn)也表示，隨著技術(shù)的日趨成熟，馬士基航運(yùn)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(chǔ)能系統(tǒng)可以被用在除船隊(duì)之外的馬士基集團(tuán)旗下運(yùn)營的其它相關(guān)資產(chǎn)，比如碼頭領(lǐng)域。”的確，碼頭運(yùn)營和船舶運(yùn)營非常相像，電力發(fā)揮至關(guān)重要的作用，其照明、岸吊、集疏運(yùn)、軟件系統(tǒng)、冷藏箱堆場運(yùn)轉(zhuǎn)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(dāng)前可以通過切換燃料油、調(diào)整航速等多種即時(shí)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(shù)，且碼頭自動(dòng)化的建設(shè)投資非常大，成本回收周期長，因此將船用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的試驗(yàn)成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到碼頭運(yùn)營，或是業(yè)界期待。“相信在未來，電池儲(chǔ)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(chǔ)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。”Ole Graa Jakobson如是說。

在對(duì)話中，Magnus Hansson雖然對(duì)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于船舶和其它領(lǐng)域的前景表示樂觀，但他也透露，某些試驗(yàn)場景確實(shí)距離我們所處的現(xiàn)實(shí)非常遠(yuǎn)。但正因?yàn)檫h(yuǎn)，業(yè)界才需要?jiǎng)?chuàng)新精神。Trident Maritime Systems和馬士基集團(tuán)正是這樣的先行者。