能源船套用於沿海地區，利用海面蘊藏的波浪能、風能、潮汐能、鹽度差能等海洋能，建造的風力發電船、海流發電船、波浪發電船等，為沿海孤島及大電網無法仲進的偏僻地區提供電力、淡水等。
基本介紹
- 中文名：能源船
- 外文名：energy ship
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：能源技術
- 特點：利用可再生能源發電
- 套用：沿海地區
簡介,風能的利用,太陽能的利用,燃料電池的套用,
簡介
能源船是在沿海地區，利用海面蘊藏的波浪能、風能、潮汐能、鹽度差能等巨大的海洋能，建造的風力發電船、海流發電船、波浪發電船等設施，為沿海孤島及大電網無法仲進的偏僻地區提供電力、淡水等。
風能的利用
正在進行的所有設計，均未試圖以風能裝置完全取代傳統引擎，僅將其作為補充動力。的確，風能不適用於推動像貨櫃船那樣的大型船舶，因為這些船舶要以15節以上的航速快速航行，且甲板上堆滿貨物，不適宜安裝風能裝置。但風能卻非常適合那些3000 ～ 10000t、小而慢的船隻，這些船約占全球貨船總數的五分之一，是全球供應鏈不可或缺的一個部分。已有很多風帆輔助推進項目，其中比較值得關注有以下幾個 ：
“風之挑戰者”項目（Wind Challenger Project）是一個以日本東京大學為主導，並得到日本郵船、商船三井、川崎汽船、大島造船、多田野公司和日本船級社（NK）支持的科研項目。項目核心是設計一艘名為“UTWind Challenger”號的180000載重噸好望角型散貨船。該船的主要特點是在甲板上方的艙口蓋之間設有9根桅桿及配套的剛性風帆。風帆高50米，寬20米，採用曲面中空設計，帆布的材質為碳纖維強化塑膠（CFRP）。每個帆均由5個連線的部分組成，因此在靠港時或惡劣天氣條件下可收放以方便裝卸貨物和提升船舶安全性。
同時，每個帆有單獨的電機控制，使得其都能以最好的角度捕捉風能，從而獲得最大的推進效率。除風帆提供動力以外，該船還將配備柴油機以供港內和海上風力較弱的情況下使用。船上還採用了一系列導航技術，包括聯網海事信息、氣象預報等，以保證航行安全。為驗證這樣的混合動力系統是否真正能夠達到節能減排的目的，研究者們進行了模擬實驗，以橫濱——西雅圖航線為例，研究結果表明該船每年至少可以減少約30%的平均燃料消耗。而據了解，每個帆的成本約為250萬美元，由於每年可節省30%的燃料，只要5 ～ 10年便可收回成本。該項目總的目標是要將該船二氧化碳排放量降至同尺寸採用傳統柴油機船舶的一半。
“E-Ship 1”號是一艘已在海上運營，採用風力助航的12800載重噸的車輛/貨櫃滾吊兼用船（Ro Lo）。該船船東為全球第三大風機製造商德國Enercon公司，主要用來為公司在全球範圍內運輸風機組件，2010年8月開始首航。該船橋樓位於船首，船尾設有跳板，長130米，寬22.5米，主機採用9台三菱船用柴油機，總輸出功率3500KW。船上的廢氣鍋爐連線1台西門子公司的蒸汽輪機，用來驅動4個由Enercon公司開發的Flettner型轉筒帆。帆高27米，直徑4米，兩個布置橋樓後方，兩個布置在船尾。該型帆以上世紀20年代提出這種概念的德國發明家Anton Flettner名字命名，利用馬格納斯效應，在運動的氣流中轉筒帆通過旋轉產生一個垂直於氣流方向的橫向的力，引導風力產生向上的升力，通過調整帆的轉速，可改變升力的大小和方向，從而產生向前的推力。該船上的4個Flettner型轉筒帆能夠產生足夠的動力，在航速為16kn時可節約30%～ 40%的燃料消耗。
太陽能的利用
太陽能在船舶上的套用已屢見不鮮，尤其是在汽車運輸船上，這是由於汽車運輸船頂層甲板面積大，且較為空曠，適合安裝太陽能板。但是利用太陽能產生的能量是有限的，也僅能作為補充動力或其他用途使用。“Auriga Leader”號是日本三菱重工為新加坡FGL航運公司設計和建造的一艘環保型汽車運輸船，該船已於2008年12月交付，為全球首艘加入太陽能動力的汽車運輸船，也是世界上最為環保的汽車運輸船之一，曾榮獲2009年LR全球“年度船舶”大獎。該船總長199.99米，型寬32.26米，深34.52米，可裝載6400輛小汽車。
在其頂層甲板上共安裝有328塊太陽能板，輸出功率40KW，約占航行時船上空調系統、照明、輔機等功率需求的8%，加上主機輸出功率則約占0.3%。未來可能還將安裝一個更大的太陽能系統，產生約250KW的電力，占全船總需求的1%～ 2%。由於天氣的變化，太陽能板並不能穩定地提供電力，而電池是針對這種情況的一種解決方案。“AurigaLeader”號上安裝了川崎重工（KHI）開發的、採用了Gigacell技術的電池系統，該系統的安裝和測試工作由物運技術研究院（MTI）、KHI和日本船級社共同完成，並作為日本國家溫室氣體減排項目，得到多個政府部門的資助。
“Emerald Ace”號是一艘由商船三井（MOL）設計的混合動力汽車運輸船，總長199米，寬32.26米，深34.52米，吃水9.75米，擁有12層甲板，共6400個標準小汽車車位，已於2012年6月29日在三菱重工神戶船廠下水。該船最大的特點是配備了由三菱重工、三洋電力集團和商船三井合作開發的混合電力供電系統，由太陽能板產生電能，並儲存在鋰電池中。在頂層甲板後部約1000平方米的區域內，安裝了768塊由松下製造的可雙面發電的“HIT Double”太陽能板，設定角度為5度，總輸出功率160KW，為世界上同類型中功率最大的系統之一。鋰電池也為松下製造，配備了約32萬個長65mm、直徑18mm的圓筒形單元“18650”，以13串聯×24並聯的單元作為一個模組，共設有52個可容納20個模組的電池組，可儲存約2200KWh的電力。由於電池總重量較重，設計者將其布置在船的底部，這樣不僅可作為固定壓載使用，而且不影響搭載車輛。該船並沒有減少柴油發電機的數量，配有3台最大輸出功率為1179KW的柴油發電機。航行時，太陽能系統可提供補充電力並將電力儲存在鋰電池中 ；而停泊在港內時，太陽能系統可提供船上所有的電力需求，以達到零排放的目的。
“Planet Solar”號是一艘穿浪型雙體遊艇，也是世界上最大的完全由太陽能提供動力的船舶。2010年9月該船離開摩納哥港，開始其環球之旅，一路上該船儘可能靠近赤道以便吸收充足的陽光，終於在2012年5月，成為首艘只利用太陽能便完成環球之旅的船舶。該船長31米，寬15米，由紐西蘭LOM Ocean公司設計，德國基爾的Knierim Yachtbau船廠建造。在該艇的頂部，除一個小型的駕駛艙外，均布滿了太陽能板，由於全船動力僅由太陽能提供，為增大太陽能板的覆蓋面積，還向船側和船尾擴展，擴展後船的長和寬分別為35米、23米，太陽能板總面積達到537平方米，輸出功率93.5KW。與之配套的鋰電池可儲存1129KWh的電力，可保障艇在夜間航行時有充足的動力。每個船體設有2台永磁同步電動機，一般航行時僅需每邊各一台工作，每台輸出功率10KW（1000r/m），高速航行時每台輸出功率30KW（1600r/m）。該艇巡航速度7.5節，最大航速14kn。
燃料電池的套用
燃料電池被譽為最偉大的未來能源技術之一，這是一種通過將燃料與氧或者其他氧化劑發生化學反應，從而把燃料中的化學能轉變為電能的技術。通常以氫作為燃料，有時也採用碳氫化合物，如天然氣、甲醇等，當以碳氫化合物作為燃料時則會產生CO2。燃料電池的優點在於 ：① 能量轉化效率高。因為是直接將燃料的化學能轉化為電能，不經過燃燒過程，所以電能轉換效率高達45%～ 60%，而火力發電和核電的轉化率約為30%～ 40% ；② 有害氣體SOX、NOX和顆粒物的排放少，幾乎沒有，並且由於能量轉換效率高，CO2的排放也大幅度降低，同時噪聲低，也無機械振動 ；③ 與普通電池不同的是，只要有足夠的反應物供應，燃料電池就可持續地提供動力。
