
纯电池驱动的渡轮在港口只有很短的停靠时间来补充能量,而在这段时间里,它还会随潮汐和风不断移动。欧盟资助的HYPOBATT项目开发了一套自动化兆瓦级充电系统,能够找到插口、快速连接、爱护电池,并帮助维持时刻表,还在真实的渡轮航线上进行了测试。读到最后,你还可以测一测,当行程开始延误时,你是哪一类旅行者。
纯电池驱动的电动渡轮有望带来更清洁、更安静的航行。它们减少排放和噪音。但有一个难题:渡轮必须在港口短暂停靠期间完成充电,而且既不能打扰乘客,也不能损伤电池。
港口也有自己要解决的问题。充电设备必须应对会移动的船舶、当地电网的限制,以及船舶并非都按同一方式建造这一事实。据项目介绍,这项工作支持国际海事组织的排放战略,也支持欧洲岸电的推广。
HYPOBATT项目由欧盟资助,由研究中心IKERLAN牵头,为电动船舶开发了一套模块化的多兆瓦充电系统。它不是单独的一个插头,而是一组协同工作的部分:自动连接、功率变换、考虑电池状态的控制,以及用于港口运营的数字工具。
这套系统并非只在实验室里测试。它的全尺寸海事应用案例是由Frisia运营的Norddeich–Norderney渡轮航线。
把汽车停在充电桩旁边很容易——车就待在原地。渡轮却无法这样死板地对准码头。HYPOBATT项目协调人、IKERLAN储能与电力电子部门的高级研究员恩迪卡·毕尔巴鄂(Endika Bilbao)这样描述第一个挑战:“首先,船舶不是固定的:潮汐运动、风和系泊公差不断改变它相对于码头的位置,因此系统必须能够可重复地对准并连接。”
换句话说,充电系统不能假定船每次都停在完全相同的位置。它必须一次又一次地重新找到目标,并在每次靠港时可靠地连接。
连接器到达船上之后,最难的部分并没有结束。自动连接器必须以低电阻传输大电流,而且要在海边的含盐环境中做到这一点。有几个因素决定连接是否安全:
最后一点并非细枝末节。欧盟资助的早期纯电动渡轮研究表明了为什么要在乘客和车辆仍在上下船时就迅速开始充电。
渡轮时刻表很少运行得完美无缺。登船可能耗时更长,操纵可能缓慢,天气可能转坏,港口也可能拥堵。更快的充电有助于船舶在正常停靠期间补回足够的能量,这样这些延误就不必把整个时刻表往后推。
不过,速度本身并不是目标。电池还得经久耐用。毕尔巴鄂这样说:“电池保护是HYPOBATT的关键绩效指标之一,项目之所以实现了这一目标,是因为把快速充电当作能量管理问题来处理,而不只是提供尽可能高的功率。”
在实际中,充电器控制和数字孪生会根据电池温度、荷电状态以及电网能提供的功率来调整充电曲线。渡轮获得航程所需的能量,同时避免不必要的损耗和电池寿命的缩短。
港口运营方也有收获:获得关于连接时间、可用性、电网兼容性,以及系统在真实渡轮时刻表下表现的证据。
在全尺寸海事案例中,HYPOBATT采用了兆瓦充电系统(Megawatt Charging System,MCS)行业标准。标准化的接口和通信之所以重要,是因为港口无法为每艘船或每个运营方分别建设基础设施而说得过去。正如毕尔巴鄂所解释的:“通用标准降低投资风险,避免重复建设基础设施,并使充电系统能够服务不同的船舶和运营方。”
这种做法支持欧盟《替代燃料基础设施条例》所追求的互操作性,并与《FuelEU Maritime条例》相辅相成。由于系统是模块化的,充电容量还可以与船舶时刻表、港口布局和电网状况相匹配。
HYPOBATT表明,给电动渡轮充电,既关乎技术,也同样关乎港口运营。通过让充电时段与可再生电力、储能以及港口其他负荷相协调,大功率充电器可以支持共享基础设施和能源服务商业模式。港口随后有可能成为能源枢纽,使电动海上交通更可靠、更易扩展,也更容易获得投资。
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