תפקיד הדחף החשמלי בהישגת מטרות הנסיעה ללא פליטות

התעשייה הימית העולמית עומדת על צומת קריטי של אחריות על כ-2.5% מפליטת גזי החממה ברחבי העולם - ונתח גדול בהרבה של תחמוצות sulfur, תחמוצות חנקן, וחומר חלקי - על ידי כך הגיעה תחת פיקוח על פליטות גזים, משקיעים, ותומכים סביבתיים. בתגובה, בעלי אוניות, רשויות נמל, וטכנולוגיה הם מאיצים את מאמציה של אנרגיה מתחדשת, כאשר הם יכולים למנוע את ההשפעה של מערכות חשמלאיות לחלוטין.

תגית: Zero-Emission

האסטרטגיה הראשונית של IMO, שהתקבלה בשנת 2018 שואפת להפחית את פליטות גזי החממה הכוללות ממשלוח בינלאומי לפחות 50% מרמות 2008 עד שנת 2050, במטרה הסופית של phasing אותם לחלוטין. לאחרונה, אסטרטגיה מתוקנת (MEPC 80) מעלה 80): פליטת אפס GHG נטו עד סביב או סביב 2050, עם מחסומים משפטיים עבור 2030 ו -2040 מטרות אלה אינן רק שאיפה - הם ⁇ דרישות המדינה, הם מתקנות שליטה גדולות, ומימון המדינה.

מעבר לפחמן דו חמצני, מנועי ימי קונבנציונלי פולטים פחמן שחור, דו תחמוצת חנקן, ו תחמוצות חנקן שפוגעות בקהילות החוף ומערכות אקולוגיות.חשמל מונע, לעומת זאת, מייצרת אפס פליטות בשלב השימוש.עבור משלוח קצר-ים, צ'יפס, ויותר עבור כלי שיט החוף ונמל התעופה המקומי הזה הוא משכנע כמו הטיעון האקלימי באירופה, צפון אמריקה, מזרח אסיה הם מתחילים להניע את מפעילי האוויר שלהם.

המקרה הכלכלי גם מחזק.בעוד שעלויות ההון העליונות נותרו גבוהות, העלות הכוללת של בעלות (TCO) עבור כלי חשמל יכולה להיות נמוכה יותר ממחזור חיים של 20 שנה, הודות לחשבונות דלק מופחתים, פשטות תחזוקה ופטור מתכניות תמחור פחמן כגון מערכת המסחר של האיחוד האירופי Emissions (EU ETS), אשר מכסה כיום פליטות ימיות מ 2024.

כיצד מערכות הנעה חשמלית עובדות

בבסיסו, מערכת הנעה חשמלית מחליפה את הקישור המכאני הישיר בין עובר ראשוני (בדרך כלל מנוע דיזל) לבין המדחף עם מנוע חשמלי.המנוע שואב את הכוח ממערכת אחסון אנרגיה על גבי לוח (עוצר, תא דלק או supercapacitor) או מחיבור בצד החוף במהלך העגינה.הפרדה זו מעדפתת את מקור הכוח מהיחידה, המציע גמישות, מיקום אדום, שליטה, אדום וחשמל.

מערכות מודרניות משתמשות בדחפים משתנים- ⁇ כדי לשלוט בדיוק מהירות המנוע ו- torque, שיפור יכולת התמרון ויעילות בהשוואה לדוחנים קבועים המונעים על ידי דיזל חד-מהירות יחיד.אדריכלות החשמלית יכולה להיות נוכחית ישירה (DC) או שינוי נוכחי (AC), עם DC הופך נפוץ יותר עבור מערכות מכוונות סוללות כי היא מדגימה אינטגרציה עם מתחדשים ומפחיתה הפסדים המרה.

הובלת סוללות-חשמל

אוניות סוללות-אלקטריות מסתמכות לחלוטין על חבילות סוללות ליתיום-יון טעינה, הן אידיאליות לפעולות צפויות, קצרות טווח כגון ferries, כלי נוסעים, טינגס, ובריונים יבשתיים.The FLT:0MF AmpereFLT:1, הושק בשנת 2015 בנורווגיה, היה הראשון בעולם כולו חשמלי; מאז הציל יותר ממיליון ליטרים של מכוניות דומות, לעתים קרובות, החל מ 10MWh פועל ב- 10 משאיות אוטומטיות, 000 יחידות דיזל, 000 מקנדה, 000 יחידות דיזל, 000 לשעבר, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מנפחות, 000, 000 מקנדה, 000, 000, 000, 000, 000 מעבורת, 000 מנפחות, 000 מ קיבולת דיזל, 000 גדול יותר מדי שנה, 000, 000, 000, 000 מעבורת, 000 מעבורתיקים, 000 מוקדם יותר מדי שנה, 000, 000, 000 מעבורתיקים, 000 פעמים בשנה, 000 מוקדם יותר מדי שנה, 000 מעבורת, 000, 000 מעבורת, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מעבורת החל מעבורת, 000, 000, 000, 000 מוקדם יותר מדי שנה, 000, 000 קלפטפטפטפטפטפט

המגבלה העיקרית היא טווח.מעבורת סוללות טיפוסית חשמלית יכולה לכסות 20-40 מיילים ימיים על מטען יחיד; מסלולים ארוכים יותר דורשים בנקים סוללות מסיביים (שמוסיפים משקל ועלויות) או תשתיות טעינה בינונית עדיין לא זמינות בים.

מערכות ההנעה ההיברידיות

תצורה היברידית משלבת מנוע שלבעירה פנימית (ICE) עם מנוע חשמלי ובנק סוללות.המנוע יכול לרוץ ביעילות אופטימלית בעוד הסוללה מספקת כוח שיא להאצה או תמרון, וניתן לטעון אותו על ידי המנוע או באמצעות כוח חוף. היברידיים פופולריים בכלי אספקה offshore, סירות טוג, וספינות מחקר שבו פרופילים תפעוליים משתנים באופן נרחב.

גרסה מתפתחת היא ההיברידית של Plug-in, המאפשרת לכלי לפעול במצב חשמלי טהור לחלק מהמסע שלו (למשל, בנמל או באזור בקרת פליטה) ולעבור לדיזל לרגליים ארוכות יותר.זה מציע גמישות עמידה ללא צורך במחויבות מלאה של סוללות חשמלית.

מנועים חשמליים

תאי דלק מייצרים חשמל באמצעות תגובה אלקטרו-כימית בין מימן לחמצן, ומייצרים רק מים פנויים וחשמל.עבור יישומים ימיים, תאי דלק פרוטון מחליפים תאי דלק (PEM) שולטים ב- Hydrogen כגז דחוס או כנוזל בטמפרטורות בכותלות.

[ה]התמר:0 [ה] אוררגיה ObserverFLT:1hil], קתמרן לשעבר המרוצים שהומר לספינת מימן-חשמלית, הפליג ברחבי העולם, והפגין את יכולת הנסיעה למרחקים ארוכים באמצעות תאי דלק שמוסמכים על ידי השמש והרוח.

היתרונות של הובלת חשמל

מערכות כונן חשמלי מעניקות הטבות המשתרעות הרבה מעבר להפחתה של פליטות, מה שהופך אותם אטרקטיביים אפילו עבור מפעילי שאינם עדיין מונעים על ידי רגולציה.

Zero Tailpipe Emissions

היתרון הברורה ביותר: מנועים חשמליים לא פולטים תוצרי לוואי של בעירה.כאשר הם טעונים מחשמל מתחדש, טביעת רגל פחמן דו-משמעית של פחמן דו-חמצני קרובה לאפס.זה קריטי לציות לאזורי בקרת פליטה מחמירים יותר (ECAs) ולנמלים כמו ונקובר, שנגחאי, ו- Amsterdam שהחלו לכפות דרישות של פליטה ללא פליטה.

ניכוי רעש ופיתוי

מנועים חשמליים הם שקטים וחלקיים מטבעם בהשוואה למנועי הפחתת רמות רעשים של 10-20 דציבלים בבקתה ומימי מים הסובבים.זה מפחית זיהום רעש תת-ימי, אשר ידוע לשבש תקשורת ימית וניווט. עבור כלי ימי ומחקר, גניבה אקוסטית היא יתרון תפעולי.עבור צריפים נוסעים, פעולה שקטה יותר משפרת נוחות ומאפשרת לוחות זמנים גמישים יותר, כולל קהילות מאוחרות ומאוחרות ללא מפריעות מוקדם.

עלויות הפעלה ותחזוקה נמוכות

מנוע חשמלי יש רק כמה חלקים נעים: רוטר, נושאים, וחותמות.אין מזריקים דלק, ראשי גליל, טורטו מטען, או מערכות טיפול ממצה כדי לשמור על דרישות לובריציה הם מינימליים. תחזוקה רטין כרוך בבדיקת בידוד חשמלי, מערכות קירור, ו גרימת גריגה - פחות עבודה מעומס על פני אלפי שעות נוספות.

עלויות הדלק יורדות גם באופן דרמטי.חשמל זול יותר לקילומטר ימי מאשר שמן גז ימי (MGO) ברוב האזורים, במיוחד כאשר טעינה בשעות מחוץ ל-peak. חלק מפעילי מעבורות ציינו חיסכון בעלויות האנרגיה של 60–70%, מה שמפחית עלויות סוללה ראשוניות גבוהות יותר בתוך שלוש עד חמש שנים.

אנרגיה גבוהה יותר

מנועים חשמליים משיגים 90-95% יעילות בטווח התפעול שלהם, לעומת מנועי דיזל שבדרך כלל מגיעים לשיא ב-40-45% ונפלו בחדות בעומסים נמוכים.החיסול של הפסדים מכניים מפירים ו- הילוכים משפרים את היעילות הכוללת הכוללת של ההסתברות המשולבת עם אלגוריתמי בקרה מתקדמים (למשל, מיקום דינמי באמצעות דחפים מבוקרים), הנעה חשמלית יכולה להפחית את צריכת האנרגיה הכוללת עד 20-35% לפרופילים אופייניים.

יכולת הדדית וחכם

סוללות על אוניות יכולות לשמש כמשאבים אחסון אנרגיה מבוזרים.כאשר לא מפליגים, סוללות כלי שיט יכולות להשתתף בתוכניות תגובה ביקוש, האכלה כוח בחזרה לרשת במהלך הביקוש העליון ושיקום כאשר דור מתחדש הוא בשפע.זה יוצר זרם הכנסות נוסף ותומכת יציבות רשת, במיוחד במקרים של אי וקהילות חוף. מיזמים טייסים בנורווגיה ובריטניה הוכיחו את המודל "שליש" עם סוללות מעבורת.

אתגרים ומכשולים לאימוץ

למרות היתרונות האלה, הדחף החשמלי עדיין אינו פתרון אוניברסלי, כמה מחסומים טכניים, כלכליים ופריטוריים חייבים להתגבר על הטכנולוגיה כדי בקנה מידה על פני הצי העולמי.

עלויות ההון הראשוניות

ערכות סוללות נשאר יקר, למרות עלויות נפלו בכ 80% בעשור האחרון ל-150 דולר ל-250 דולר ל-AVh ברמת החבילה.מעבורה גדולה הדורשת 10MWh של אחסון עשויה לעמוד בפני עלות מערכת הנעה של 2–3 מיליון דולר יותר מאלטרנטיבה דיזל-חשמלית.עבור בעלי ספינות רבים, במיוחד אלה הפועלים על שולי דקים במנה או משלוח, פרמיה זו אסורה ללא צוללות ירוקות, מימון פנימי או פליטה.

הכחשת אנרגיה מוגבלת וטווח

סוללות Lithium-ion לאחסן הרבה פחות אנרגיה לקילוגרם מאשר דלק דיזל (כ 0.1-0.2 קילוואטh / ק"ג לעומת 12 קילוואטh / ק"ג) עבור כלי להשגת טווח transocean עם סוללות לבד, זה יהיה צורך בנק סוללות גדול וכבד באופן לא מעשי, להקריב קיבולת מטען נוזלית גבוהה יותר.

תשתיות ובעבועות

כדי לתמוך בצי חשמלי, נמלים חייבים להתקין תחנות טעינה בעוצמה גבוהה - לעתים קרובות בטווח מגה-וואט - המחבר לרשת המסוגלת לספק עומסים גדולים, לסירוגין.נמלים רבים חסרים יכולת תת-קרקעית הנדרשת. רתיעה יכול לעלות עשרות מיליוני דולרים וכרוך קווי זמן ארוכים המאפשרים.עבור מימן, תשתיות בונקרים כמעט לא קיימות מחוץ לשורה של פרויקטים.

חיי סוללה ומחזור

סוללות ימיות ניצבות בפני תנאים קשים: חיי מחזור מלח, רטט קבוע, קיצוניות טמפרטורה, ושיעורי פריקה גבוהים למשך זמן קצר (למשל, תמרון) מחזור החיים הם בדרך כלל 3,000-8,000 מחזורים מלאים לפני יכולת מידרדרת ל-80%.עבור מעבורת הפועלת 50 נסיעות עגולות ליום, זה אומר להחליף כל 4-8 שנים.סילוק סוללה ומחזור מחדש עדיין מתפתחים; מסגרות רגולטוריות לסוף החיים הן עדיין לא יכולות להיות סטנדרטיות.

בטיחות ושיקום הידרדר

סוללות ליתיום-יון מהוות סיכון אש, במיוחד כאשר פגומים או טעונים באופן לא הולם. תקנות בטיחות ספציפיות של הנחתים (למשל, קוד IMO's IGF, DNV-RP-0481) נתפסות, אך דרישות קפדניות לכיסוי תרמי, ventilation, ודיכוי אש מוסיפים עלויות ומורכבות לתכנון.

חידושים ו-Outlook

פרויקטים של מחקר והדגמה מתקדמים מתמקדים בכל אחד מהאתגרים האלה.התוצאה היא מסלול ברור לאימוץ רחב יותר של הנעה חשמלית, אפילו עבור פלחים שנחשבו פעם לבלתי אפשריים.

סולידריות-מדינה וכדור הארץ מתקדם צ'מיסטיצ'יפס

סוללות מוצקות של המדינה מבטיחות 400-500 Wh / ק"ג צפיפות אנרגיה - פעמים רבות ליתיום הנוכחית - ושיפור בטיחות (לא פגום אלקטרוליטים מוצקים) טויוטה, BMW, וכמה סטארט-אפים שואפים לשיווק תאים מוצקים של המדינה עבור רכב עד 2027-2030; יישומים ימיים יכולים לעקוב אחר. Lithium-sulfur ו סוללות נתרן הם גם בפיתוח, מציעים עלויות נמוכות יותר וקיימות משופרת.

Megaוואט-Scale Charging Standards

ארגונים כגון FLT:0(CharveINFLT:1 מפתחים את מערכת ה- Megaוואט צ'ינג (MCS), תקן המסוגל לספק עד 3.75MW באמצעות מחבר יחיד.1 יישומים צפויים במחסנים משאית עד 2024, עם גרסאות ימיות (capable of 5-10 MW באמצעות מחברים מקבילים) בניסויי אבטיפוס עד 2025.

ירוק הידרוגן ודלק סוליד-Up

ככל שקיבולת אלקטרוליט מתרחבת ועלויות אנרגיה מתחדשות נופלות, מימן ירוק צפוי להיות בעל עלות תחרותי עם דיזל ימי עד 2030–2035 באזורים רבים. ShipBuilders מתכננים אחסון מימן מודבק ותא דלק מודולרי "skids" שניתן להחליף עבור תחזוקה.

ההיברידיות כגשר

עבור רוב כלי שיט עמוקים (כלי המכיל, מכלים, רוברים), הנעה חשמלית מלאה עדיין לא קיימא.עם זאת, מערכות היברידיות עם חיץ סוללה יכול להפחית את צריכת הדלק ב 10-15% תוך מתן פעילות אפס פליטה בנמלים ותחומי בקרה פליטה.סוללות גדל ככל שהעלויות נופלות; אנו יכולים לצפות "בידוד" הדרגתי של בנייה חדשה, עם צינורות היברידיים בסופו של דבר לטווח טהור למחזור חשמלי בוגר.

מנהלי מדיניות ומודיעין פיננסי

פעולה ממשלתית היא צמצום של אימוץ.התקנה הימית של האיחוד האירופי (החסכונית 2025) מחייבת ירידה של 2% בעוצמת פחמן מרמות 2020, עלייה של 75% עד שנת 2050, עם תגמולים ספציפיים לשימוש בדלקים אפס פליטה.נורבגיה, הולנד וקנדה מציעים מסובסידיות הון עבור אפס-הרשות כלי שיט.

פרויקטים אמיתיים ופרויקטי טייס

כמה דוגמאות מבצעיות ממחישות את ההתקדמות וההיקף של הדחף החשמלי.

• (FLT:0)Stena Eteau EBuildFLT:1 (מתוכנן): מעבורת מהירה חשמלית לתוואי הגטבורג-Frederikshavn, עם יכולת מטרה של 1,500 נוסעים ו-300 מכוניות, באמצעות 50 סוללות מ"ג'ה וטעינה באמצעות חיבור 10MW berth.
• (FLT:0) ferries בדנמרק FLT:1: האי הדני של ⁇ rø פועל שישה ferries חשמליים סוללה, כולם טעון על ידי טורבינות רוח ופאנלים סולאריים על אדמה, השגת פליטות אמת עד גלגל אפס.
• (FLT:0) תא דלק H2 Barge 2"FLT:1: בהולנד, 110 מטר במחסנית מיכל יבשתי רץ על תא דלק של 1.2MW PEM ו 470 קילוואטה סוללה, המשרת את רוטרדאם-אנטאוורפ עם אפס פליטות.
• (FLT:0) אנדרה ביריקילנדפל 1:1: המזין החשמלי המלא הראשון בעולם, אוטונומי מכולה, המפעיל מסלול של 7.5 מייל ימי בנורבגיה ללא צוות.

מסקנה

הנעה חשמלית אינה רק ניסוי נישה – היא אבן הפינה של אסטרטגיית הפלמוניזציה של התעשייה הימית.עבור נתיבים קצרים ויבשה, מערכות חשמליות היברידיות כבר קיימות במציאות מסחרית, המספקות עלויות הפעלה נמוכות יותר, פעולות שקטות יותר ואפס פליטות.עבור מסעות ארוכים יותר, תאי דלק מימן והתקדמות היברידית הם רק צמצום הפער.