能源船

能源船应用于沿海地区，利用海面蕴藏的波浪能、风能、潮汐能、盐度差能等海洋能，建造的风力发电船、海流发电船、波浪发电船等，为沿海孤岛及大电网无法仲进的偏僻地区提供电力、淡水等。

简介能源船是在沿海地区，利用海面蕴藏的波浪能、风能、潮汐能、盐度差能等巨大的海洋能，建造的风力发电船、海流发电船、波浪发电船等设施，为沿海孤岛及大电网无法仲进的偏僻地区提供电力、淡水等。

风能的利用正在进行的所有设计，均未试图以风能装置完全取代传统引擎，仅将其作为补充动力。的确，风能不适用于推动像集装箱船那样的大型船舶，因为这些船舶要以15节以上的航速快速航行，且甲板上堆满货物，不适宜安装风能装置。但风能却非常适合那些3000 ～ 10000t、小而慢的船只，这些船约占全球货船总数的五分之一，是全球供应链不可或缺的一个部分。已有很多风帆辅助推进项目，其中比较值得关注有以下几个 ：

“风之挑战者”项目（Wind Challenger Project）是一个以日本东京大学为主导，并得到日本邮船、商船三井、川崎汽船、大岛造船、多田野公司和日本船级社（NK）支持的科研项目。项目核心是设计一艘名为“UTWind Challenger”号的180000载重吨好望角型散货船。该船的主要特点是在甲板上方的舱口盖之间设有9根桅杆及配套的刚性风帆。风帆高50米，宽20米，采用曲面中空设计，帆布的材质为碳纤维强化塑料（CFRP）。每个帆均由5个连接的部分组成，因此在靠港时或恶劣天气条件下可收放以方便装卸货物和提升船舶安全性。

同时，每个帆有单独的电机控制，使得其都能以最好的角度捕捉风能，从而获得最大的推进效率。除风帆提供动力以外，该船还将配备柴油机以供港内和海上风力较弱的情况下使用。船上还采用了一系列导航技术，包括联网海事信息、气象预报等，以保证航行安全。为验证这样的混合动力系统是否真正能够达到节能减排的目的，研究者们进行了模拟实验，以横滨——西雅图航线为例，研究结果表明该船每年至少可以减少约30%的平均燃料消耗。而据了解，每个帆的成本约为250万美元，由于每年可节省30%的燃料，只要5 ～ 10年便可收回成本。该项目总的目标是要将该船二氧化碳排放量降至同尺寸采用传统柴油机船舶的一半。

“E-Ship 1”号是一艘已在海上运营，采用风力助航的12800载重吨的车辆/集装箱滚吊兼用船（Ro Lo）。该船船东为全球第三大风机制造商德国Enercon公司，主要用来为公司在全球范围内运输风机组件，2010年8月开始首航。该船桥楼位于船首，船尾设有跳板，长130米，宽22.5米，主机采用9台三菱船用柴油机，总输出功率3500KW。船上的废气锅炉连接1台西门子公司的蒸汽轮机，用来驱动4个由Enercon公司开发的Flettner型转筒帆。帆高27米，直径4米，两个布置桥楼后方，两个布置在船尾。该型帆以上世纪20年代提出这种概念的德国发明家Anton Flettner名字命名，利用马格纳斯效应，在运动的气流中转筒帆通过旋转产生一个垂直于气流方向的横向的力，引导风力产生向上的升力，通过调整帆的转速，可改变升力的大小和方向，从而产生向前的推力。该船上的4个Flettner型转筒帆能够产生足够的动力，在航速为16kn时可节约30%～ 40%的燃料消耗。

太阳能的利用太阳能在船舶上的应用已屡见不鲜，尤其是在汽车运输船上，这是由于汽车运输船顶层甲板面积大，且较为空旷，适合安装太阳能板。但是利用太阳能产生的能量是有限的，也仅能作为补充动力或其他用途使用。“Auriga Leader”号是日本三菱重工为新加坡FGL航运公司设计和建造的一艘环保型汽车运输船，该船已于2008年12月交付，为全球首艘加入太阳能动力的汽车运输船，也是世界上最为环保的汽车运输船之一，曾荣获2009年LR全球“年度船舶”大奖。该船总长199.99米，型宽32.26米，深34.52米，可装载6400辆小汽车。

在其顶层甲板上共安装有328块太阳能板，输出功率40KW，约占航行时船上空调系统、照明、辅机等功率需求的8%，加上主机输出功率则约占0.3%。未来可能还将安装一个更大的太阳能系统，产生约250KW的电力，占全船总需求的1%～ 2%。由于天气的变化，太阳能板并不能稳定地提供电力，而电池是针对这种情况的一种解决方案。“AurigaLeader”号上安装了川崎重工（KHI）开发的、采用了Gigacell技术的电池系统，该系统的安装和测试工作由物运技术研究院（MTI）、KHI和日本船级社共同完成，并作为日本国家温室气体减排项目，得到多个政府部门的资助。

“Emerald Ace”号是一艘由商船三井（MOL）设计的混合动力汽车运输船，总长199米，宽32.26米，深34.52米，吃水9.75米，拥有12层甲板，共6400个标准小汽车车位，已于2012年6月29日在三菱重工神户船厂下水。该船最大的特点是配备了由三菱重工、三洋电力集团和商船三井合作开发的混合电力供电系统，由太阳能板产生电能，并储存在锂电池中。在顶层甲板后部约1000平方米的区域内，安装了768块由松下制造的可双面发电的“HIT Double”太阳能板，设置角度为5度，总输出功率160KW，为世界上同类型中功率最大的系统之一。锂电池也为松下制造，配备了约32万个长65mm、直径18mm的圆筒形单元“18650”，以13串联×24并联的单元作为一个模块，共设有52个可容纳20个模块的电池组，可储存约2200KWh的电力。由于电池总重量较重，设计者将其布置在船的底部，这样不仅可作为固定压载使用，而且不影响搭载车辆。该船并没有减少柴油发电机的数量，配有3台最大输出功率为1179KW的柴油发电机。航行时，太阳能系统可提供补充电力并将电力储存在锂电池中 ；而停泊在港内时，太阳能系统可提供船上所有的电力需求，以达到零排放的目的。

“Planet Solar”号是一艘穿浪型双体游艇，也是世界上最大的完全由太阳能提供动力的船舶。2010年9月该船离开摩纳哥港，开始其环球之旅，一路上该船尽可能靠近赤道以便吸收充足的阳光，终于在2012年5月，成为首艘只利用太阳能便完成环球之旅的船舶。该船长31米，宽15米，由新西兰LOM Ocean公司设计，德国基尔的Knierim Yachtbau船厂建造。在该艇的顶部，除一个小型的驾驶舱外，均布满了太阳能板，由于全船动力仅由太阳能提供，为增大太阳能板的覆盖面积，还向船侧和船尾扩展，扩展后船的长和宽分别为35米、23米，太阳能板总面积达到537平方米，输出功率93.5KW。与之配套的锂电池可储存1129KWh的电力，可保障艇在夜间航行时有充足的动力。每个船体设有2台永磁同步电动机，一般航行时仅需每边各一台工作，每台输出功率10KW（1000r/m），高速航行时每台输出功率30KW（1600r/m）。该艇巡航速度7.5节，最大航速14kn。1

燃料电池的应用燃料电池被誉为最伟大的未来能源技术之一，这是一种通过将燃料与氧或者其他氧化剂发生化学反应，从而把燃料中的化学能转变为电能的技术。通常以氢作为燃料，有时也采用碳氢化合物，如天然气、甲醇等，当以碳氢化合物作为燃料时则会产生CO2。燃料电池的优点在于 ：① 能量转化效率高。因为是直接将燃料的化学能转化为电能，不经过燃烧过程，所以电能转换效率高达45%～ 60%，而火力发电和核电的转化率约为30%～ 40% ；② 有害气体SOX、NOX和颗粒物的排放少，几乎没有，并且由于能量转换效率高，CO2的排放也大幅度降低，同时噪声低，也无机械振动 ；③ 与普通电池不同的是，只要有足够的反应物供应，燃料电池就可持续地提供动力。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学