為什么未來船舶將采用電力驅動
?一艘郵輪靜靜地漂浮在深藍色的水面上,四周環繞著巨大的懸崖和瀑布。這是挪威的峽灣,在這里世界似乎是靜止不動的。但寧靜不過是一種幻覺而已:當柴油引擎啟動,郵輪開始移動,發出巨大的聲音。船舶產生的噪音破壞了田園詩般的寧靜,并且船舶還將產生同時排出大量廢氣被船舶排出。
接連數日,廢氣都會郁積在高山之間,影響著當地居民的身體健康。因此,挪威政府希望盡快將來自峽灣的排污船全部替換為環保型號,如使用電驅系統的型號等。很快,電動船舶將安靜且無排放地駛過白雪皚皚的群山。
除了挪威,更多地方開始反對使用傳統船舶驅動系統。據國際海事組織統計,海運產生的溫室氣體排放量占全球總量的近2.5%,達到每年10億噸二氧化碳排放。這將對在漢堡和鹿特丹等海港的居住者造成極大影響,配備電動或混合動力驅動系統的船舶或許可以解決這個問題。但這場革命真的能成功嗎?
為什么船舶將變為電力驅動?
據聯合國貿易和發展會議報道,世界上約80%的商品采用船舶運輸。到2022年,跨洋運輸將繼續以每年3.8%的速度增長。然而,船舶會產生大量廢氣,如硫氧化物、氮氧化物、煙塵顆粒和細塵,以及二氧化碳(CO2)等。IDTechEx One的市場調研員計算出,一艘大船的二氧化碳排放量相當于7萬輛汽車的排放量,氮氧化物排放量相當于200萬輛汽車的排放量,細塵和致癌顆粒物排放量相當于250萬輛汽車的排放量。船舶排放的氮氧化物占全球總排放量的15%。因此,船舶是海港最嚴重的污染源之一。
大多數貨柜船、郵輪、油輪和貨輪都以重柴油為燃料,并且消耗量巨大:全球9萬艘船舶每年總共消耗3.7億噸燃料,產生2000萬噸氧化硫。在內河航運中,則使用柴油燃料,其燃燒時產生的危害相比重油較小,排放的有害氮氧化物也較少。廢氣大量排放將對環境造成災難性后果。世界氣候正在發生變化,海洋正在酸化。此外,廢氣還引發許多健康風險,包括兒童哮喘、夭折等。
若我們像過去那樣繼續使用傳統能源,情況將繼續惡化。到2050年,空氣污染程度可能比現在嚴重至少50%,或更糟,達到250%。一項歐盟議會的研究假設顯示,到2050年,全球近五分之一的二氧化碳排放量將來自海上交通。這使“巴黎氣候協議”的目標搖搖欲墜,該協議規定將全球平均溫度的升高控制在遠低于工業化前水平2°C以下。
如何減少排放
2018年4月,國際海事組織決定大幅減少排放。聯合國組織的173個成員國希望能夠在2050年前將船舶的二氧化碳排放量至少降低至2008年的一半。自2018年3月起,所有船舶的燃料消耗量以及由此產生的尾氣排放都必須加以記錄。從2020年起,只能使用含硫量不超過0.5%的燃料,目前的限值是這個數字的7倍。
若想要實現這一遠大目標,就需要改變思維方式。那么究竟可以通過哪些方案來實現減排呢?當下存在許多解決方案:例如,船舶可以通過安裝催化轉化器將有害的氮氧化物分離成氮和氧,其原理類似于汽車尾氣的處理以及通過煙塵過濾器過濾顆粒物。或者,船只可以將污染嚴重的重油替換為船用柴油。船用柴油含硫量更少但價格高昂。而這兩種方案都存在同樣的缺點:它們都以消耗化石燃料的內燃機為基礎。但照目前的消耗速度,生產柴油的礦物油在50年內就會消耗殆盡。
所以使用液化天然氣( LNG)、氫氣或電能等其他能源是更高效、更清潔的選擇。在陸地和空中交通中,電力驅動系統可持續性更高。在許多情況下,可以將更加環保的石油替代品應用于內河航運以及未來的遠洋船舶。電池供電驅動相比石油,尤其是船用柴油而言更加經濟,尤其是。因此據IDTechEx預測,全電動和混合動力船舶的全球銷量未來將增長。到2027年,這一數字可能達到200億美元。
船舶已“半電動”驅動已實行多年
幾千年來,船舶是靠風力驅動,從19世紀初開始,逐漸被發動機驅動取代。到了20世紀,隨著蒸汽機和渦輪機的發明,各種形式的柴油機被投入使用開始消耗柴油、重油、瓦斯油等化石燃料。一般這種類型的驅動系統都是機械式的:柴油機驅動機軸,傳動到船舶的螺旋槳。發動機或發電機還要負責為船上的所有電氣系統供電。
實際上多年以來,許多船舶已經部分實現了電氣化:80%的遠洋船舶現在使用柴油電力傳動系統,依靠柴油發電機發電驅動電動發動機,同時帶動船舶的螺旋槳。這種模式的優勢在于:可節省5%到20%的燃料;電機由較少的部件組成,較不容易出現故障,磨損也更少。以此達到減少能源損失和提高效率的目的。但這不是完全的混合驅動系統,混合驅動系統是可供船舶在柴油發動機沒有運轉的情況下使用船載電池能源,并至少可航行一段時間的系統。在未來,電動發動機也可以通過其他方式供應能量,如通過可充電電池、液化天然氣(LNG)或太陽能等。