西门子能源提供针对每艘船舶需求优化的集成电力系统。
作为一名拥有 30 多年军旅生涯的退役海军少将布莱恩特·富勒，他毕生致力于为美国海军设计、建造、操作、维护和修理各种类型的舰船——从航空母舰到潜艇——他对船舶动力系统可谓了如指掌。富勒目前担任西门子能源公司联邦海事项目负责人。
“为船舶设计动力系统是一个非常需要协作和迭代的过程，”他说。“需要反复沟通。[船舶]是一个系统集合体，你在这里所做的一切都会影响到其他地方。任何事情都不是孤立进行的。”
西门子能源为这艘挪威全电动渡轮提供了水冷式电池系统，该渡轮是世界上最大的电动渡轮。（图片：西门子能源）他继续说道：“选择一种技术或一种燃料与另一种技术或燃料相比，会产生很多影响。没有唯一的最佳答案。”
为船舶找到最佳动力解决方案需要与所有利益相关方——船东、船舶设计师、工程师、造船厂等——合作，共同设定参数和优先级。“这其中存在权衡取舍，”富勒说，“没有万能的灵丹妙药，因为每件事都会影响其他方面。”
需要协作
西门子能源于2020年从德国跨国科技集团西门子分拆出来，成为一家专注于能源行业的独立实体。其产品组合涵盖了从电力公司使用的电解槽和大型燃气轮机和蒸汽轮机，到海上和海事应用电气化、自动化和数字化技术等多种产品。
该公司提供各种解决方案，以满足客户根据电力需求、船舶尺寸、应用、海上航行时间、可持续发展举措等不同的需求。这些解决方案包括低压发电、PEM燃料电池、电池储能系统、废热回收系统等。
“我们提供集成式电气系统。至少在船舶领域，我们不生产柴油发动机，”富勒指出。“所以，我们对柴油发动机……以及你在原动机中燃烧的燃料，持中立态度。”
“现在，我们对此非常感兴趣，因为这是船舶推进系统的重要组成部分。船舶的各项参数都很重要。但我们无权决定使用哪种发动机或燃料。”
德克萨斯州交通部正在使用西门子能源的BlueDrive PlusC和BlueVault储能系统技术，帮助“希望号”（Esperanza “Hope” Andrade）渡轮减少排放、提升性能并优化运营成本。该渡轮于2024年3月8日投入运营。（图片：西门子能源）为确保所有部件有效协同运作，与船东、船舶设计师、工程公司和造船厂的合作至关重要。“我们需要了解运营商的需求——对他们而言什么最重要。这艘船需要达到一定的航程吗？它必须具备一定的可靠性吗？”富勒沉思道，“他们的作业周期是怎样的？他们会在海上待多少天？他们无需加油就能航行多远？有很多运营因素会影响整个设计。”
建造成本和运营成本都必须考虑在内。“你必须了解客户的预算。即使是海军舰艇或由准政府机构或政府机构运营的研究船，他们的预算也仍然有限，”富勒强调说。
及早介入至关重要。“有时我们会很早就和船舶设计公司合作，然后建造系统，”富勒说。“有时他们至少已经认为自己知道该怎么做了，然后说，‘嘿，去建造这个吧。’”
“很多时候，如果没有像我们这样的人，甚至是我们的竞争对手来给他们提供建议，他们可能就无法完全解决问题。但他们中的大多数人都清楚自己的局限性……他们会给你一个基本的解决方案，然后你再帮助他们完善它，提出更好的方案。”
低压直流电优势
西门子能源的BlueDrive PlusC动力推进系统是目前越来越多小型船舶采用的主流解决方案之一。该低压直流（LVDC）系统采用专用无刷同步变速发电机组，可为柴油、双燃料或燃气船舶提供多种频率和电压。
BlueDrive PlusC 采用动力管理系统来控制发动机，根据扭矩能力实现最佳转速设定点。西门子能源表示，该系统通过调节转速、根据需要调整发动机阵容以及尽可能减少发动机运行时间来降低油耗。
富勒表示：“低压直流（LVDC）技术采用变速发电机，这项技术十多年前就已开发出来，主要用于需要高可靠性和最大限度降低运营成本的近海船舶。我们使用变速发电机，是为了使柴油机输出的功率恰到好处，从而满足您的用电需求。”
“埃达·弗雷亚”号是一艘先进的混合动力施工船，适用于全球范围内的作业。作为全球最大的电池混合动力海上作业船，“埃达·弗雷亚”号采用了西门子能源的BlueDrive PlusC推进系统和BlueVault储能系统。（图片：西门子能源）传统的柴油发电机通常无论负载如何都以额定转速运行。“所以，你向喷油器输送了大量燃油，但这些燃油并没有被有效地燃烧，”他说道。而对于变速发电机组，“如果柴油机的负载为30%，那么它的转速和功率都会降低，喷入的燃油量也会减少。这样就能节省燃油。”
据富勒称，许多船舶运营商采用低压直流输电（LVDC）解决方案后，燃油消耗量降低了20%至30%。他们还发现发动机磨损也减少了。
富勒指出：“一些运营商告诉我们，他们的柴油机维护工作减少了20%，这是一笔很大的运营成本。另一些运营商则告诉我们，由于他们的运营方式，他们无需对部分柴油机进行彻底的大修。因此，对他们来说，这是一笔巨大的运营成本节省。”
富勒还列举了其他优点，例如与传统的恒速交流集成电气系统相比，占地面积更小、组件更少、重量更轻。
此外，BlueDrive PlusC 还可以与 BlueVault 储能系统结合使用。BlueVault 储能系统采用先进的锂离子电池，可在船舶运行期间存储多余电力，并根据需要进行调度。这种系统可在系统发生故障时提供冗余备份。
“你的电池基本上可以替代一台完整的柴油发电机，直到你启动另一台为止，”富勒解释说。“电池承担负载，几分钟后，你就可以启动另一台柴油发电机，一切又恢复正常了。”
全球首款氢燃料电池混合动力车
目前，西门子能源在美国拥有约60艘船舶项目，其中相当一部分采用了低压直流（LVDC）技术。该公司还与加拿大海岸警卫队合作，启动了一个在多用途柴电船舶上应用低压直流技术的项目。
但西门子能源参与的最引人注目的项目或许是为加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所建造的项目。斯克里普斯研究所委托建造了一艘新型近岸级科考船（CCRV），这艘船将成为世界上第一艘氢动力混合动力科考船。
这是斯克里普斯海洋研究所新型CCRV的概念效果图，该船有望成为世界上第一艘氢动力混合动力科考船。（来源：Glosten）CCRV的氢燃料电池推进系统将与低压直流柴油电力推进装置协同工作，后者将为更长时间的任务提供辅助动力。然而，在75%的运行时间内，CCRV将完全依靠氢能推进。
富勒说：“对他们来说，实现零排放非常重要。氢能是实现这一目标的途径……我们对制氢工厂和电力系统进行了规模设计，确保至少从储氢罐到尾流，75% 的时间里都是零碳排放的。”
混合动力CCRV的设计由船舶设计和海洋工程公司Glosten主导，西门子能源担任电气集成商，巴拉德动力和Chart Industries被选为主要氢能系统设备供应商。西门子能源提供的集成电力系统包括BlueDrive PlusC低压直流输电系统和BlueVault储能系统，该系统可提供削峰和发电机桥接功能，并在需要时实现短时间的纯电动运行。
“船上配备了一个非常小的储能装置，以便船舶能够起航。它由三台小型柴油发电机为低压直流系统供电，”富勒解释说。“船上装有1.2兆瓦的燃料电池，由欧洲燃料电池公司巴拉德提供，还有一个1200公斤的低温氢气罐，由Chart Industries公司提供。”
初步设计周期已于近期完成，目前正在敲定招标书，邀请造船厂投标建造该船，目标是在今年内选定造船厂。
