התעשייה הימית העולמית מתמודדת עם לחץ גובר על מנת לפסולת.חשבונות המשלוח הבינלאומי כמעט 3% מפליטת הפחמן הדו-חמצני העולמית, וללא התערבות, שיתוף זה יכול לעלות בחדות, בעוד דלקים חלופיים כגון LNG, מלנול ומימן מושכים כותרות, המסלול המיידי והמעשי ביותר ל- Zero-emission Propulsion נמצא בטכנולוגיות סוללות מתקדמות.

המקרה של הדחף החשמלי ב- Marine Vessels

הנעה חשמלית אינה חדשה למגזר הימי - סובמורים ופריצים השתמשו בדחפים חשמליים במשך עשרות שנים.מה השתנה הוא השיפור הדרמטי בדחיסות האנרגיה של סוללות, חיי מחזור, ועלות.במקום שבו מתקנים ימיים מוקדמים של ליתיום-יון דרשו חדרי סוללות מפוארים ומציע טווח מוגבל, מערכות היום יכולות לכפות מעבורות חוף עבור 50-100 מיילים ימיים על מטען יחיד, עם פסגות מסוגלות תמיכה של כלי בקרה ימיים, ומהירות תפעוליים, מעבר לקווי בקרה מיידית, וקצבי חשמל, וקצבה, מעבר לאמצעי בקרה תפעוליים תפעוליים, וקצבים, לצמצום, לצמצום, לצמצום של כלי בקרה חשמליים, לצמצום של כלי בקרה מעגליים, לצמצום של כלי בקרה, לצמצום, לצמצום של כלי שיט תפעוליים, ומהירות תפעוליים, וקצבות, לצמצום של כלי שיט תפעוליים, ומהירות תפעוליים, ומהירות תפעוליים, ומהירות תפעוליים, ומהירות תפעוליים, מעבר לצמצום של כלי שיט מיידיות, לצמצום של כלי שיט מיידיות, לצמצום של כלי שיט תפעוליים, בטווח תפעוליים, מעבר לצמצום של כלי שיט תפעוליים תפעוליים, בטווח של כלי שיט תפעוליים, בטווח של כלי שיט מיידיות, ומהירות

יתר על כן, תקנות מחמירות של ארגון הימי הבינלאומי (IMO) וגופים אזוריים כגון האיחוד האירופי מאיצים אימוץ.האסטרטגיה הראשונית של IMO מכוונת לירידה של 50% בפליטת גזי החממה עד שנת 2050 בהשוואה ל-2008, ועמים רבים של החוף דורשים כעת אפס פליטה או הנעה היברידית היברידית של כלי שיט חדשים הפועלים באזורי בקרת פליטה.

סוללות סוללות סוללות כוח אספקת חשמל ימיים

לא כל הסוללות בנויות באותה הדרך, והסביבה הימית מטילה דרישות ייחודיות: חיי מחזור גבוהים, סובלנות לטטראט ולמלח מים, יכולת טעינה מהירה, ויכולת לספק כוח גבוה מתמשך במשך שעות.

ליתיום-יון: סוס העבודה של Electrification של חיל הנחתים המודרני

Lithium-ion (Li-ion) הפכה לבחירה ברירת המחדל של סוללות ימיות, אך בתוך המשפחה הזאת, כימאים קטוודה נפרדים מציעים עצירות סחר בין צפיפות אנרגיה, בטיחות, ועלויות.הגרסאות הנפוצות ביותר ביישומים ימיים הן:

  • (FLT:0) ליתיום ניקל מנגנזה קובלט Oxide (NMC): דחיסות האנרגיה הגבוהה (200-250 Wh / kg) הופכת את NMC אידיאלי עבור כלי שבו משקל ומרחב נמצאים בקרן - כגון צפרדעים נוסעים וספינות עבודה. עם זאת, לתאי NMC יש סיכון גבוה יותר של מרחק תרמי אם ניזוק או טעון יתר, התוכן שלהם cot מעלה חששות אספקתיים ושרשרת האספקה האתית שלהם.
  • (FLT:0) ליתיום ברזל פוספט (LFP03): FLT:1 צפיפות אנרגיה נמוכה יותר (- 150-180 Wh / kg) אבל יציבות תרמית יוצאת דופן וחיי מחזור (5,000-10,000 מחזורים) LFP הוא מעדיף יותר ויותר עבור אוניות גדולות יותר שבו בטיחות ואריכות ימים עולים על משקל.
  • (FLT:0) ליתיום טיטניט (LTO): ראט'ל 1 (הטעינה מהירה מאוד (80% מתחת ל-15 דקות) וחיי מחזור ארוכים (20,000+ מחזורים) הופכים את LTO אטרקטיבי עבור מעבורות קצרות טווח כי צריך לטעון בכל דוכן.המסחר הוא צפיפות אנרגיה נמוכה יותר (~70–100 Wh / kg), כך LTO משמש לעתים רחוקות עבור כלי ארוכים לטווח ארוך.

מערכות Li-ion מודרניות משלבות גם מערכות ניהול סוללות מתוחכמות (BMS) המנטרות את מתח התא, הטמפרטורה והמדינה-של טעינה עם דיוק של מילימטרי השניות.מתקנים רבים משתמשים בניהול תרמי מקוטב מים כדי לשמור על טמפרטורות הפעלה אופטימליות, במיוחד במהלך פריקה בעוצמה גבוהה עבור סיוע דחף או טעינה מהירה. קורנינג ולקלנצ'ה הם שני ספקים אשר פרוסים מערכות ליון בקנה מידה גדול על מסחר, כולל 110,000 שעות פעילות גופנית, כולל אירוע תפעוליבית, כולל 11.

סולידריות-מדינה בטיטריות: הגבול הבא

סוללות מוצקות-מדינה להחליף את אלקטרוליט נוזלי שנמצא בתאים קונבנציונליים של Li-ion עם קרמיקה מוצקה, פולימר או מוליך מבוסס sulfide. עיצוב זה מציע כמה יתרונות תיאורטיים: נחיתות אנרגיה מעל 400 Wh / ק"ג, ללא אלקטרוליט נוזלי נוזלי (הפחתת הסיכון הגדול של דלק), ואת היכולת להשתמש לית מתכת עבור יכולת גבוהה יותר.

עם זאת, טכנולוגיה מוצקה היא עדיין בשלב ייצור הטייסים.היצרנים העיקריים כמו טויוטה ו- קוונטין הוכיחו תאים אבטיפוס עם חיי מחזור מבטיחים, אבל קנה מידה של ערכות מרובות-מגוואט-שעה הדרושות עבור מיכל גדול נשאר שנים משם.תאים במצב מוצק הנוכחי גם נוטים להיות יקר יותר מאשר לי-ים וצריכים ייצור מורכב תחת אווירת מפרקים משותפת, כולל שיתוף פעולה סובלנות מוקדם בין LTVal, הם גם כן, ל-R.

Flow Batteries: Scalable Energy for Large Vessels

סוללות Flow מאחסנות אנרגיה באלקטרוליטים נוזליים הכלולים בטנקים חיצוניים, אשר ניתן בקנה מידה עצמאי: טנקים גדולים יותר להגדיל את יכולת האנרגיה, בעוד פלט הכוח תלוי בגודל הערימה.כימיה של סוללה הבשלה ביותר לשימוש ימי היא Vanadium Redox, המציעה מחזור חיים בלתי מוגבל (Vanadium אינו מחית) ואין סיכון של ריצה תרמית כי אלקטרוליטים הם לא מסוכנים במיוחד עבור סוללות ארוכות טווח מים.

הסגירה העיקרית היא צפיפות אנרגיה נמוכה - באופן חד-משמעי 20-35 Wh / L - כלומר מערכות סוללות זרימה תופסות שטח משמעותי ומשקל בהשוואה ל- Li-ion.עבור כלי כמו נושאת רובה פנמה, סוללה זרימה תצטרך בערך שלוש עד ארבע פעמים נפח של חבילת לי-יון עבור אותה אנרגיה, עם זאת, התקדמות ב אלקטרוליטים גבוהים יותר ועיצובים יעילים יותר הם סגירה כמו יציאות קבועות: בונקרים של היום-Fte-Fte-Fte-Fte-upre-upre-upre-Fte-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-in-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-upre-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-in-in-in-in-ל-

Beyond Chemistry: הנדסת מערכות עבור ערכות סוללות ימיות

סוללה ימית היא הרבה יותר מאשר אוסף של תאים. לעמוד בסביבה הימית הקשה, ערכות סוללות יש לתכנן עם מחסנים חזקים, לעתים קרובות באמצעות IP67 או יותר הגנה על תוקפנות, וכולל קירור פעיל או חימום כדי לנהל קיצוניות טמפרטורה.השילוב המבני של סוללות לתוך הבקתה של הספינה הוא אתגר נוסף: סוללות יש להציב נמוך כדי לשמור על יציבות תוך שמירה על תחזוקה מסוימת של כלי שיט עכשיו להשתמש "חדרים גמישים" עם 12 מ" מ"ר מים נקיים, לעתים קרובות, כמו תכונות אבטחה מ טמפרטורות פשוטות - 30 דקות על סודיות - 30.

תצורה היברידית, שבה סוללות לעבוד לצד גנרטור דיזל קטן יותר או תא דלק, הם גם צוברים מערכתיות.בהגדרות כאלה, הסוללה מטפלת בעומסי שיא ומאפשרת המנוע לרוץ בשלב התפעולי היעיל ביותר שלה, צמצום צריכת הדלק הכוללת עד 15-30%.הנתיב FLT:0E-ferryFLT:1 בכיתה בדנמרק משתמש בגישה זו עם 4.3MW NRG ו-R עבור מנוע מתקדם של סוללות כמו מנוע אוויר מתקדם:0E-FR.

יתרונות תפעוליים וכלכליים

מעבר של דיזל-mechanical או דיזל-חשמלי הדחף מערכות סוללות-חשמליות מניב יתרונות מוחשיים מעבר להפחתת פליטות.

  • (FLT:0) חיסכון בעלויות: 1FLT (חשמל) הוא בדרך כלל זול יותר ליחידת אנרגיה מאשר דיזל ימי, במיוחד כאשר הוא מואשם מכוח החוף במחירים נוחים.מעבורת בלטית טיפוסית יכולה לחסוך 200 אלף דולר בשנה בעלויות דלק בלבד.
  • (FLT:0) הפחתה של ההנעה: 1FLT:1 מנועים חשמליים יש הרבה פחות חלקים נעים מאשר מנועי דיזל.אין שינויים שמן, החלפת דלק, או תיקונים במערכת exhaust.
  • (FLT:0) Noise and רטט: FLT:1 חשמל הנטומנטציה פועל בלחש בהשוואה דיזל, אשר אינו יקר עבור פעולות ניאואר מדעיות, גרוטאות ימיות, ונחמת נוסעים.
  • (ב) ציות לרישום:0) , ציות לתקנות: 1FLT:1, כלי שיט ב- Zero-emission יכולים להיכנס לאזורי בקרת פליטה ללא הגבלות, וכמה נמלים מציעים דמי נמל מופחתים לספינות ירוקות.

נקודה: ה- 0 (Mcle FréalLT:1), ספינת טוג חשמלית מלאה שפועלת בנמל קאוסיונג, טייוואן, מייצרת אפס פליטות במהלך הפעילות הרגילה שלה ויכולה להזיז עד 50,000 DWT. שלה 2.5 מגה-וואטה LFP חבילות נמשך יומיים מלאים של עבודה לפני צורך מטען בן לילה.

אתגרים לקראת אימוץ נרחב

למרות ההתקדמות, מכשולים משמעותיים נשארים לפני ההנעה חשמלית סוללות הופך לנורמה עבור משלוח גלובלי.

הכחשת אנרגיה והגבלות טווח

צפיפות האנרגיה של אפילו סוללות Li-ion הטובות ביותר (250 Wh / ק"ג ברמת החבילה) היא כ 40-50 פעמים נמוך יותר מאשר דיזל ימי ( ⁇ 12,000 Wh / ק"ג כולל יעילות מנועים) עבור מיכל חוצה את האוקיינוס השקט, משקל הסוללה הנדרשת יהיה אלפי טון, אשר הוא דחיסות אווירית חשמל מסיבית מלאה מוגבלת כיום למשלוח קצר, ferries, ובתוך 100 ק"מ פחות מ"מ, אבל בטווח של חשמל היברידית, פחות או יותר מאשר קיבולת כפולה של פחות.

צריכת תשתיות ואפקטים גריידיים

טעינה של חבילת סוללות ימית גדולה בזמן סיבוב קצר דורש כוח עצום.מעבורת צריכה לטעון מחדש חבילת 5MWh ב -30 דקות דורש שיעור טעינה של 10MW - יותר מאשר רוב הנמלים קטנים יכולים לספק ללא שדרוגים רשת. כמה נמלים משקיעים בסוללות ייעודיות או מערכות גלגל זבוב כדי לטבול את הרשת, אבל רטרוfiting חוף מטען נשאר מאמץ רב-מחדש של יצרני התקנים עדיין.

חיי סוללה ומחזור

סוללות מארינס עוברות מחזורי עומק גדולים של עומס ושיעורים גבוהים, אשר מאיצים את ההשפלה. בעוד תאי LFP יכולים לעלות על 5,000 מחזורים, תאי NMC בשירות ימי זקוקים לעתים קרובות להחלפה לאחר 2,000-3,000 מחזורים - שווה ערך ל-6-10 שנים למעבורת יומית.העלויות של החלפת סוללות יכול למחוק את החיסכון בדלק.בנוסף, מחזורי סוללות בקנה מידה ימי עדיין לא בוגר; בטוח ופרק התאוששות חומרית חייב לשפר את זרימת החיים הבינלאומית לייעל את תקן מחזור החיים.

בטיחות והסמכת

שריפות סוללות על אוניות הן מסוכנות במיוחד משום שהצוות אינו יכול לפנות בקלות ומשאבים של כיבוי אש מוגבל.האש 2020 על ספינת רול-on/roll-off-off:0Höegh Xiamenig XiamenrovalFLT:1, המיוחסת למטענים סוללות, מדגישה את הסיכונים.מערכת סוללות מארינס חייבת לעבור הסמכה קפדנית מחברות כגון: 2Lloyds RegisterFLT3: 3 חודשים של LT או Rlig, כולל פריסה, עדיין, 000, 000, עדיין, 000, 000, 000, 000, עדיין, 000 סגסוגת החלים, עדיין, 000 .

תחזית לעתיד: מ-Freies to Deep-Sea Vessels

העתיד של הנעה ימית חשמלית של סוללות יהיה כנראה מפלט אחד. ים משלוח (פרצות, צמיגים, ברגלים יבשתיים) יעבור חשמל מלא עד 2030, על ידי נקודה מוצק סוללות או חבילות Li-ion מתקדמות ידחוף טווח עד 300-500 מיילים ימיים.עבור כלי שיט בינוניים (כלי מיכל, מיכל), מערכות היברידיות עם תאים היברידיים וסוללות נמוכות של דלק, אבל יכולות להמשיך לייצבות דלקים בטווח הקצר, אבל הם ימשיכו להתקין סוללות דליקות.

טכנולוגיות מתפתחות כגון סוללות נתרן (שפחות ובטוחות יותר מלייון, אם כי צפיפות נמוכה יותר) ותאים ליתיום-סולפור (בדרך כלל עד 600 Wh / ק"ג) נחקרות גם עבור יישומים ימיים. יתר על כן, אינטגרציה של כלי שיט-ל-גריד יכולה להפוך צי גדול של ספינות מוכות לאחסון אנרגיה, עוזר ייצוב חופים ויוצרת רשתות חדשות עבור צי חשמלי של צינורות 1F:

בסופו של דבר, הצלחתה של הנעה חשמלית של סוללות תלויה בהתקדמות מתואמת בין כימיה, הנדסה, תשתיות ומדיניות.התעשייה הימית שמרנית לשמצה, אבל השילוב של לחץ רגולטורי, שוויון בעלויות, והאמינות המבצעית המוכחת היא תנועה בלתי הפיכת.כפי שאדריכל ימי אחד שם אותה: "למנוע ההבעירה הפנימי היה פועל מאה שנים טוב, אבל הזמן שלו הוא לסיים את הכסף, לא כדור הארץ, אבל כרגע יש לנו את הצעד המעשי ביותר".