新能源船舶关键技术及发展趋势

新能源船舶关键技术及发展趋势

邢奇君

身份证号码：142202199003011918

摘要：航运业在全球贸易中扮演着不可或缺的角色，传统燃油动力船舶的排放和资源消耗问题亟待解决。随着全球环境保护意识的提高，新能源船舶技术的崛起提供了一种解决方案。这些新技术利用清洁能源，提高能源利用效率，旨在实现更环保和可持续的航行。新能源船舶的出现为航运业注入了创新的活力，推动着行业向更可持续、更环保的未来迈进。这一趋势有助于减少船舶排放对环境的影响，也为航运业的长期发展和全球贸易提供了更可持续的选择。

关键词：新能源船舶；关键技术；发展趋势

引言

新能源船舶未来的应用场景倾向于环境测量、海洋资源探测等，为了实现这一目的，未来将会发展更为先进的无人新能源船舶。随着全球对环境保护的重视和能源紧缺的压力，船舶行业也在积极探索和推广新能源动力系统。船舶新能源动力系统是指采用可再生能源、替代燃料和电池等绿色动力，为航运事业实现低碳排放、零污染、低噪声的社会效益，对节能减排、降低污染、提高竞争力等方面都具有重要意义。从目前来看，船舶新能源动力研发工作中占据前列地位的仍旧是美国、日本等发达国家，因此我国应加大船舶新能源动力系统的研究力度，争取将更先进的资金和技术重心转移到我国。

1船舶动力系统分类

1.1传统船舶动力系统

船舶动力系统主要由船舶主机、传动系统和推进系统所构成，在全船设备总成本中占比约30%以上，占整体造价的20%以上，是船舶中最重要的设备。目前各类船舶动力系统主要有以下几种：1）蒸汽往复机动力系统。这是最早使用在船舶上的一种动力装置，从1770年起，苏格兰、法国和美国的发明家就在船上试验蒸汽机，后逐渐被蒸汽轮机推进系统所取代，今已不见。2）蒸汽轮机动力系统。蒸汽轮机是一种以蒸汽为动力，带动涡轮旋转，将热能转化为机械能的装置，具有机动性、操纵性和简化性的特点，后逐渐被内燃机推进系统取代。3）内燃机动力系统。内燃机是一种将燃料在机器内部燃烧，将化学能转化为机械能的装置，目前应用最广泛的是柴油机推进系统，在各类船舶上有较为优越的应用成效，是当前最主要的船舶动力。

1.2船舶新能源动力系统

当前可称为“新能源”的船舶动力系统，主要概念倾向于与传统船舶动力系统的对称，目前较为常见的有：1）电动推进系统。电动推进系统是一种以电池为动力，带动电动机旋转，将电能转化为机械能的装置，20世纪90年代开始在船舶领域进行应用，主要作为一种新技术应用在部分军用船舰、小型商船上，近年来采用电动推进系统的船舶比例有所增加，但未显现出规模优势。2）清洁能源动力系统。它是使用清洁能源替代传统燃油的动力系统，目前氢氨燃料电池、双燃料混合动力、风能太阳能为代表的储能设备等多种动力系统都可以归类为清洁能源动力系统，当前主要应用于是客船、货船、工程船舶、工作船舶等各类大小船舶领域。3）燃气轮机动力系统。燃气轮机是指以燃气为动力，带动涡轮旋转，将热能转化为机械能的装置，20世纪中叶主要在商船、军船上作为推进系统的主要设备应用。今天随着LNG加注船用燃料的广泛应用，开始在全球范围内大规模推广。

2新能源船舶关键技术

2.1船舶航行技术

数据采集方面，各种传感器系统负责收集有关船舶自身和周围环境的数据，包括GPS定位、雷达监测、水声声呐、气象站数据等。其次，数据融合技术将来自不同传感器的多源数据整合，以提供全面的、准确的信息，这有助于减少信息冗余和噪声，提高信息质量和完整性。图像分析方面，摄像头和图像处理技术用于监测和识别周围的船舶、浮标、岛屿等标志物，提供重要的视觉信息。自动识别系统（AIS）起到关键作用，能够自动识别并跟踪附近船舶，提供位置、识别码和动态数据，从而增强对海上交通的感知，减少碰撞和冲突的风险。通信与联网方面，卫星通信和互联网技术使船舶能够与岸基系统和其他船舶进行信息交流，获取有关未来情境的关键信息。

2.2船舶新能源动力技术

首先，能源多元化是混合动力系统的核心特点。船舶可以智能地切换不同的动力源，如传统燃油、电力和可再生能源，以适应不同的航行需求。这种灵活性在船舶的不同航行阶段和负载条件下具有明显优势，有效降低了能源浪费。其次，能源效率得到显著提升。选择最合适的动力源有助于降低不必要的能源浪费，特别是在低速巡航和港口等待时，使用电力或蓄电池供电可以显著提高能源利用效率，从而降低运营成本。此外，排放减少是混合动力系统的环保特点之一。减少传统燃油引擎的使用有助于显著降低尾气排放，改善空气质量，减缓气候变化，同时采用电动动力源和可再生能源有助于减少温室气体排放，提高环保性。混合动力系统还增强了船舶的可持续性。通过整合可再生能源，船舶可以自主再生能源供电，减少对有限化石燃料的依赖，降低燃料运输成本，增加航程和减少停靠港口的频率。最后，维护简化也是混合动力系统的一项优势。相对较简单的电动动力源需要较少的机械部件，因此维护成本较低，同时系统具有较高的可靠性，进一步降低了船舶运营成本。

3船舶新能源动力系统的应用前景

3.1绿色船舶的推广

未来船舶行业将会更加注重环保和节能减排工作，国际海事组织已经出台了相关规定和标准，推动全球范围内实施船用燃油硫含量不超过0.50%m/m的规定，大大提高了环保要求，也进一步促进了绿色船舶的发展。绿色船舶是指采用可再生能源、替代燃料和电池等绿色动力，实现低碳排放、零污染、低噪声的船艇。目前，绿色船舶主要包括可再生能源（如甲醇、生物、风能）、替代燃料（如氢能、氨能、LNG）和电池（如蓄电池、燃料电池）等，也为船舶新能源动力系统的发展提供了更多的机会。

3.2智能航行系统普及

1）自动驾驶技术已经在新能源船舶中普及。这种技术允许船舶在一定程度上实现自主导航，减轻驾驶员的负担，提高航行的安全性和效率。自动驾驶系统能够实时监测船舶的位置、速度、周围环境和其他关键参数，以做出智能决策，确保船舶安全驶向目的地。2）智能导航系统也成为趋势。这包括使用高精度的GPS、雷达和其他传感器，以提供更准确的导航数据。智能导航系统还可以集成地图、海图和航道信息，帮助船舶规避障碍物、浅滩和危险区域。远程监控系统也日益得到应用，这些系统允许船舶操作员和船公司从远程位置实时监测船舶的性能和位置。这种远程访问提供了对船舶运行的全面可视化，允许及时应对突发情况和提高运行效率。智能航行系统的普及将提高航行的安全性、效率和可持续性，还有助于减少操作成本、降低人为错误和改善船舶在复杂环境中的操作能力。随着智能航行技术的不断发展，航运业将进一步迈向数字化未来。

3.3新能源船舶的应用

随着海上交通的迅速发展，船舶的吨位和数量也在迅速增长，对传统非再生能源如煤炭、石油等的需求增加，导致能源逐渐枯竭，且燃烧产生的各类污染物对生态环境也构成威胁。为了实现海洋经济与生态环境的协调发展，新能源的开发及应用于船舶势在必行。

结束语

随着新能源船舶技术的不断推出和普及，需要继续创新和优化这些技术，构建更加环保和高效的航运体系。积极探索新能源船舶技术的创新和应用措施，加强国际合作，以更好地满足环保和可持续性的需求，提高全球航运业的水平，为未来的发展奠定基础。

参考文献

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