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bob手机app下载:脱碳背景下船舶动力装置与系统的发展
时间:2022-11-29 11:27:56来源:bob靠谱吗 作者:bob手机版ios

  清洁燃料的发展与动力装置的发展相辅相成,面向船舶应用清洁燃料的发展需求,船舶动力装置与系统呈现出多元化的发展趋势,除内燃机外,燃料电池、锂电池、混合动力系统等新型动力装置与系统在船上的应用越来越多。在实际应用中,不同吨位、不同航程的船舶存在不同的加注和动力需求,应综合考虑清洁燃料的能量密度和动力装置的输出功率,为不同需求的船舶选择合适的清洁燃料及相应的动力装置。

  天然气发动机主要有高压和低压两种技术路线,高压机型在热效率、燃料品质适应性、甲烷逃逸控制、功率范围等方面具有一定优势,低压机型在NOx排放、供气系统复杂程度及成本等方面表现较好。总体而言,天然气发动机技术基本趋于成熟,规模化应用已成为可能,业界正在针对甲烷排放控制、动态特性优化等方面开展技术攻关。

  甲醇-柴油双燃料低速二冲程发动机已有成熟产品,并在甲醇运输船上投入应用,基于柴油机改造的甲醇燃料中速机在国外车客渡轮上有一定应用经验,但仍有待进一步发展,业界正针对满足Tier III要求的NOx排放控制方案,以及甲醇、甲醛等非常规排放控制开展技术研发。

  氢-柴油双燃料内燃机在小型客船上已开展试点应用,兆瓦级氢-柴油双燃料中速机目前处于研发阶段,业界正在针对氢燃料点火能量低、火焰传播速度快、燃烧温度高等问题,重点突破氢燃料燃烧控制、NOx排放控制等关键技术。

  氨燃料内燃机的研发正在进行中,重点针对氨燃料燃烧特性差(自燃温度高、火焰传播速度慢、可燃极限范围窄等)及排放问题(NOx、N 2 O)研发解决方案。

  从现阶段已有燃料电池船舶应用来看,主流的几种燃料电池类型为:1)低工作温度(100℃左右)的质子交换膜燃料电池(PEMFC);2)高工作温度(600-1000℃)的固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC);3)高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC,工作温度约200℃)。

  PEMFC对纯氢的依赖性较高,从近十余年燃料电池产业链的发展来看,大规模工业制氢已有数十年的历史,相当成熟,使得PEMFC有望在船舶领域形成一定规模应用,但高压氢气体积能量密度较低,因此主要局限在内河和近海应用,很难在长航程的远洋船舶上使用。而HT-PEMFC由于可以使用多种燃料,在一定程度上拓展了PEMFC的应用场景。但高温燃料电池可以直接采用LNG、甲醇、乙醇等易于储存的液态燃料,避免了对于氢气的依赖,大大减少了推广难度,且功率等级正在向兆瓦级突破,远期来看有望成为适用于远洋船舶的技术路线、

  锂电池的能量密度和安全性是重点关注的性能。从能量密度来看,磷酸铁锂电池和三元锂电池是船舶动力电池的首选。单体三元锂电池能量密度高于磷酸铁锂电池,且仍有开发空间,但三元锂电池系统需要钢制外壳和更复杂的冷却系统保护,因此组成系统后能量密度与磷酸铁锂相差不大。从安全性考虑,三元锂电池由于正极材料特性,在使用过程中易触发热失控,造成大量热量释放,且会产生可燃有毒气体和大量氧气,存在安全隐患。而磷酸铁锂电池中的正极材料磷酸铁锂高温稳定,较难分解,在实际使用中具有耐高温、安全稳定性强、循环性能更好的优势。对于船舶而言,安全性能的优先度高于续航里程,现阶段磷酸铁锂电池更符合船舶安全发展的需要。

  未来锂离子电池会以追求高系统能量比为目标,相比传统锂离子电池,固态锂电池的安全性更好,能量密度更高、循环寿命更长,有望成为电池船舶的新选择。

  随着储能技术的快速发展,基于锂电池、超级电容等储能装置与内燃机/燃料电池组成的混合动力系统应运而生。混合动力系统可根据不同工况的推进功率需求灵活选择运行模式,进而改善船舶能效和排放,对工况复杂多变的船舶有较好适应性。应用混合动力系统的船型目前以车客渡船、客船为主,少量内河货船、海工船舶及海洋科考船舶也有应用。相关实船应用案例表明,与燃油动力船舶相比,采用混合动力系统的船舶可实现节能减排约为15%。

  自上世纪50年代以来,基于压水堆技术的核动力系统在商船上开始应用,由于具有系统简单、结构紧凑、运行安全等特点,非常适合商船小空间和高货物载重量的设计要求,逐渐成为船用堆的主力堆型。

  核动力系统船舶在环保性方面具有巨大优势,基本上可实现所有船舶大气污染物和温室气体零排放。但经济性能差。此外,核动力船舶在安全性方面存在较大风险,港口或海上的意外事故(如操作、维护失误)和有意行为(如)引起的核泄漏事故是难以承受的安全隐患。随着核反应堆技术的安全性不断提高,以及港口监管措施逐步完善,核动力在功率要求较高的破冰船、挖泥船和超大型货船上将具有一定应用前景。

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