这是一种配备推进系统的船只,该系统结合了两种或多种能源:内燃机、电动机和电池,用于存储产生的电能。
其目的是减少消耗和排放,同时最大限度地提高舒适度,并有效管理不同动力源的灵活性。
到目前为止,这种方法与混合动力汽车的运行方式类似。
船舶推进领域虽然使用类似的技术解决方案,而且通常源自汽车领域,但基于不同的物理现象:船舶通过螺旋桨推进在水面上移动,克服船体运动阻力,使船只在海浪中前行。汽车使用内燃机动力克服车轮滚动摩擦,在陆地上前行。
除此之外,环境(波浪运动、水流、帆船运动中的下坡和上坡)也使得这两种应用截然不同。陆上牵引和航海世界之间的最大区别显而易见:标准化需求与定制化需求。
汽车是一种产品,尽管制造商和车型之间存在差异,但即使在混合动力解决方案领域,汽车也具有极高的标准化程度,因此性能表现趋于平缓。
整个船舶领域,尤其是游艇领域,应用变化极大:5米长的开放式游艇配备舷外发动机,而80米长的游艇配备方位推进器,两者的技术解决方案、动力、几何结构和操作模式截然不同。
这种变化意味着,针对每种应用和操作模式,都需要设计专门的推进解决方案,同时还要保持
船舶混合动力系统因此分为两大类:并联混合动力和串联混合动力。
电池通过包含一个或多个储存能量并向外部传输能量的电池单元,将化学能转化为电能。电池有各种类型,每种类型都有其独特特性,能够满足尺寸、设计、工作温度和化学成分等方面的特定要求。
与传统的铅酸电池相比,锂电池目前正迅速崛起。此外,新型盐电池可在较低温度下工作,无毒、可回收且无火灾隐患。
铅酸电池经济实惠,尺寸多样,但维护成本较高。
锂电池,尤其是 NMC(镍锰钴)、LFP(磷酸铁锂)和 LTO(钛酸锂),由于电动汽车的兴起和高能量密度,正在实现指数级增长。这些电池用于辅助负载供电,并常作为动力电池使用。尽管性能优异,但它们仍存在一些安全问题(尤其是从热学角度来看)需要解决。未来的发展空间巨大,有望实现进一步改进。
固态电池可能解决锂电池目前面临的许多问题,因为它们具有更高的能量密度,且不易燃。它们具有更紧凑和灵活的结构,这为重型运输和航运业带来了显著优势。
锂空气电池具有革命性潜力,因为它们提供了更高的能量密度。
串联式混合动力推进系统的第一个优势是显著提高了推进系统的灵活性,优化了柴油发动机的性能,提高了其效率。这种灵活性得益于能源与用户之间的完全分离,从而实现更高效的能源管理。柴油发动机与推进系统机械分离,使主要动力源更加独立,也有助于提高船上的舒适度,显著降低噪音和振动。
然而,采用这种推进方式对船舶的整体成本影响巨大:系统越复杂,设计水平越高,才能使其尽可能完整、高效,并符合船舶的需求和要求。
因此,与传统推进方式相比,初始投资更高。
当讨论在现有船舶上实施串行混合动力推进时,我们VULKAN混合动力和电力驱动解决方案团队面临的挑战就更大了。
在这种情况下,VULKAN专家必须仔细考虑现有的布局、机械的相对重量和尺寸、可用空间以及已经使用的技术。
想象一下,在一艘有限时间内频繁加速和减速的可变操作轮廓的船上航行:大型游船(60米以上的超级游艇)、客运船(游轮)或工作船是串行混合动力推进系统最佳适用解决方案的完美示例。
当涉及中小型单位时,情况会发生变化(且变化显著),因为可用空间有限,年运行时间很少达到很高的数值(5000小时),舒适性和放松是用户的首要考虑因素。
在并联混合动力系统(电动机与柴油发动机位于同一轴上)中,直列和并联配置(电动机轴是推进轴的“次级”轴)表现出不同的特点和含义。直列配置具有明显的优势:
另一方面,并联配置(带有“次级轴”)的特点是,在管理电动机和螺旋桨轴之间的减速比时具有更大的灵活性,从而优化推进系统的效率。
对于低速运行时需要电动模式、且配备小型电动机和电池组的装置而言,并联混合动力系统是完美的解决方案。电动机通过一个名为PTO/PTI(动力输出/动力输入)的系统,以某种方式连接到内燃机的同轴线上。
由于使用了额外的机械传动装置和电动机,这种配置的重量会因此增加。这会影响船舶的油耗,并需要更多的安装空间。