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科技集团瓦锡兰在不久前举行的Posidonia 2022海事展期间展示了一种用于LNG运输船的混合电力推进解决方案。

瓦锡兰集成系统与方案总裁Grant Gassner介绍称，瓦锡兰为LNG船推出的这种新的混合电力设计概念已经于2022年年初获得了美国船级社（ABS）颁发的原则批复，该设计于2021年9月开始启动，由瓦锡兰、美国船级社和沪东中华造船联合开发，目前已有多家欧洲船东参与了该项目。

据悉，该设计率先为LNG运输市场的客户推出Propulsion-as-a-Service (PaaS)型合同，瓦锡兰公司和Accelleron（ABB涡轮增压推出的全新品牌）都将能提供港口或海上维护合同。

这种高度重要的设计也可能是最先开发的旨在提供全生命周期的数字孪生（Digital Twin），项目合作伙伴美国船级社也参与了该项目，计划提供在设计阶段开发的数字孪生，用于船舶的建造期间和运营期间。

该设计集成了瓦锡兰最高效的现代化发动机和一套非常先进的混合电气系统，包括瓦锡兰的低损耗概念（Low Loss Concept）配电系统，无需发电机和驱动器之间的变压器，从而减少了转换损耗。

该方案还配有高效的超高扭矩永磁电机，使船舶可以取消齿轮箱，也有助于比早期的电力推进概念提高系统效率。该设计的一个特点就是能源存储和能源管理软件，能为电力系统提供旋转储备，使发电机组能在非常高且稳定的负荷（通常为85-95%）下持续运行，效率非常高，但排放却非常低。

船舶能源存储系统将处理发动机功率需求的波动，能提供即时的能源并提供调峰功能。虽然ESS混合系统与四冲程电力推进相结合的优势在许多领域广为人知，但直到现在都还没有在气体运输船市场广泛使用。

这种创新设计的另一个值得注意的特点是，推进系统和能源存储系统之间的紧密集成，推进系统将充当能源存储系统的一个辅助设备。

能源管理系统能在恶劣天气下将螺旋桨转速设置为恒定，电池将提供即时能量，以响应动态负荷。螺旋桨能保持恒定的转速，不会因海浪产生的动态加载事件而造成动态损失，该功能同样也适用于辅助动力系统的突然和高负荷波动。

该设计拥有一台非常大的固定螺距螺旋桨，可以在低转速下运行，因为使用电力推进没有需要遵循的发动机功率限制曲线，并且永磁电机在所有速度下都能提供足够的扭矩，以实现螺旋桨的完全优化。

项目合作伙伴们正在进行研究，以改善螺旋桨在低速下的运行，同时结合整体的船体优化和替代设计航速，这也有望提高设计的水动力效率，因此可能会节省更多的效率。

Gassner将该配置与瓦锡兰的双燃料柴油电力(DFDE)概念进行比较，后者在本世纪前几年是气体运输船市场十年来的行业标准，新设计将指定的燃料油消耗(SFOC)减少了16%以上，温室气体排放减少了21%，彰显了发动机性能的阶跃变化，包括在减少甲烷逃逸方面的改善。然而，能源存储和能源管理系统的增加也确保了发电机组在接近最佳负荷的情况下运行，大大提高了效率、降低了排放并缩短了发动机运行时间与维护。

由于船舶在航行期间通常需要2台或3台发动机在运行，因此总会有至少一台发动机可进行维护。因此可以在船舶运营期间进行维护，这将确保船舶的可用性非常高。通过推出在航行期间服务发动机的能力，客户将能在船舶运营期间进行维护，包括大修，这可能相当于在5年期间内增加了高达30天的运营时间或者增加了一次货物运输航行。

除了提高可用性和降低运营成本之外，该设计还有其它好处，因为小型发动机运行成本低。Gassner指出，虽然现有的二冲程解决方案在高航速下具有出色的性能，但混合电力解决方案能在更广泛的航速范围内保持高水平的推进系统效率，特别是在中低速的功率条件下。

基于对主发动机和辅助发动机功率需求的比较，混合电力设计的推进效率在航速低于18节时将超过现有的低压二冲程奥托循环解决方案，这一点尤其重要，因为目前LNG运输船的平均运行航速大约为14-15节，远低于低压二冲程奥托循环解决方案的最佳MCR。