中遠建成最大船舶太陽能系統

3 月22日，隨著中遠集團所屬“中遠騰飛”輪太陽能光伏系統安裝到位和離網發電調試成功，宣告由中遠集團研發中心/技術中心牽頭推進、武漢理工大學承擔研發的工信部高技術船舶科研項目《太陽能在大型滾裝船上的應用技術研究》（“太陽能”項目）取得重大階段性成果，標志著世界最大船舶太陽能離并網光伏系統初步建成。該項目具有重要的示范效應和應用價值。

重要意義

中國第一、世界最大船舶太陽能離并網一體化光伏應用系統，具有重要的創新性和開拓性。據了解，雖然太陽能光伏系統在陸地上的應用已較為廣泛和成熟，但在船舶特別是大型遠洋貨輪上的應用還處于理論研究和初步嘗試階段。在這方面處于前列的日本郵船、商船三井等企業較早提出太陽能系統在船舶應用上的設計概念，但其實際應用還處于初級階段，有的發電容量較小，有的還只是離網系統。“中遠騰飛”輪成功安裝實施的太陽能光伏系統，其太陽能電池板面積達到1050平方米、太陽能發電總容量達到143.1KW，而且是離并網一體化應用系統，為中國航運企業在行業內應用新能源技術拔得頭籌。

節能減排直接效益顯著，具有重要經濟應用價值。按照項目申報時測算，船舶太陽能光伏系統成功建成并正常運轉后，理論上可使船舶油耗降低約2%（按照目前“中遠騰飛”輪油耗34噸/日、每天節油0.6噸計算，油耗降低約1.8%），碳減排降低約1.5%。經安裝實施后的初步測算，太陽能光伏系統加上同時安裝的LED節能燈，一年將為“中遠騰飛”輪節油320余噸，折合約120余萬元。若本項目技術在中遠集團系統內外推廣應用，其經濟價值將會更高、更可觀。

進一步確立中遠集團創新型和負責任的企業形象，具有重要的社會影響和社會價值。

可為在國內外推廣發展綠色船舶提供切實可行的理論指導和技術支持。隨著該項目的成功安裝實施，中遠集團和武漢理工大學聯合項目組將形成具有中國自主知識產權的大型船舶太陽能光伏系統應用的成套技術，下一步可為在中國乃至在國際上推廣發展綠色船舶，特別是大型太陽能船舶，提供切實可行的理論指導和技術支持。

項目背景

中遠集團早在2007年就對風帆、太陽能技術在大型遠洋船舶上的應用進行前瞻性研究。2012年，中遠集團研發中心/技術中心與武漢理工大學等單位聯合申報工信部“太陽能”項目。

“太陽能”項目是工信部高技術船舶專項，項目總科研經費達2000萬元（其中國家撥款1600萬元），屬于國家級重大科研項目。該項目旨在研究在海洋環境下利用太陽能混合動力系統向大型汽車運輸船提供電力，實現船舶節能減排。其典型技術特征在于采用鋰離子蓄電池儲能的船用型離并網一體式太陽能光伏系統，可根據航線上太陽能輻照強度、負載功率需求、經濟性和安全性要求等因素，進行四種運行模式切換，即：光伏離網運行模式；并網運行模式；光伏出力不足和光伏系統故障時的船舶電網供能模式。

科研任務及挑戰

科研任務

“太陽能”項目研究內容主要包含5個專題（50余項具體研究任務）：太陽能光電在船舶中的應用技術研究；太陽能與傳統船舶動力系統的并網測控技術研究；太陽能在大型運輸船舶上應用方案優化；太陽能在大型運輸船舶上應用節能減排驗證評估；太陽能實船應用綜合驗證技術研究。

在上述技術專題研究的基礎上，基于保證船舶運營安全、光伏系統可靠性和經濟性的原則，以遠洋大型滾裝船為項目對象，完成太陽能光伏電池陣列安裝、船舶頂層甲板結構改造、電纜布置、蓄電池儲能和逆變配電控制柜艙室布置等系列設計，并編制光伏系統在船安裝實施和系統聯調方案。最終實現太陽能在大型遠洋運輸船舶上的應用，為中遠集團和中國海運業實現綠色航運的目標提供更清晰的技術方案和途徑。

面臨挑戰

完成世界最大的太陽能離并網系統設計，項目研究內容具有革新性和創造性

太陽能光伏發電系統現階段的應用案例通常僅限于技術驗證性質的小型船舶，對于大型遠洋船舶利用太陽能混合動力的研究領域，中國尚處于空白階段。此次“中遠騰飛”輪安裝的光伏系統是目前世界上最大的太陽能離并網一體化光伏應用系統。

項目組通過多方的技術跟蹤和調查確認，該技術涉及的基于船舶電網的太陽能光伏并網發電技術包含應用技術研究、并網測控技術研究、應用方案優化、節能減排效能評估和綜合驗證技術未見諸任何參考資料。此外，在涉及光伏電網與船舶電網并聯運行、光伏系統對船舶通訊系統的電磁兼容和干擾以及基于船舶平臺光伏系統運行的可靠性問題等，尚無明確的可供參考的技術指南、說明和規范。項目研究內容很大程度上填補了該領域的技術空白，在沒有任何借鑒的情況下進行各項研究工作具有相當難度。

海洋極端環境下太陽能光伏系統的安全性、可靠性研究

海洋環境極端惡劣，各種復雜海況頻繁出現，太陽能光伏電池在基于船舶平臺的海洋環境中的工作特性和可靠性將會發生何種變化及該變化對整個光伏系統的影響范圍、程度如何均未有任何參閱資料，設備生產廠商也無法提供相應數據。因此，項目需要針對大型船舶的船體結構、浮穩性參數和船舶電力系統運行模式等特征，開展光伏系統技術適用性以及設計準則研究，具有一定挑戰性。

此外，針對在大型船舶上安裝太陽能光伏并網系統對常規船舶電力系統的影響問題，目前在科研機構和工業技術行業尚無先例，也給項目造成一定困難。

研究成果及計劃

研究成果

按計劃，“中遠騰飛”輪于3月11日在舟山中遠船務進行為期12天的年度檢修，項目組同期實施太陽能光伏系統加裝工程。在施工時間有限而工程量浩大的情況下，中遠集團研發中心/技術中心協同武漢理工大學等單位，攻克多項技術難題，克服改造過程中出現的種種困難，順利完成“中遠騰飛”輪太陽能光伏系統的安裝。

中遠集團相關單位及武漢理工大學領導現場協調，舟山中遠船務、中遠航運及中遠關西等單位協同配合，緊抓工程施工進度。12天時間里，項目組先后安裝540塊太陽能光伏板，制作并安裝蓄電池間和太陽能電氣設備控制室，完成全船將近6000米電纜鋪設和安裝工程及系統調試工作，完成11項船舶證書的重新審核。在考慮到汽車船總體較高、頂部風阻大、振動大的特點，在施工現場進行優化設計，增加太陽能光伏板支架支撐、不銹鋼壓板等，以確保設備安全性。項目現場安裝工程順利通過日本船級社的檢驗，3月23日“中遠騰飛”輪在拖輪的牽引下，以嶄新的面貌如期順利離開舟山中遠船務的碼頭，開始了新的綠色航程。

項目經濟性

通過“太陽能”綠色照明，船舶可年節約85萬元燃油費。

在系統并網工作狀態下，白天有6小時的正照射時間，足以提供140KW的功率補充到船舶電網，同時太陽能光伏系統可以提供36KW的貨倉照明用電，并對蓄電池組進行充電。夜間，由650KWH的蓄電池供應貨倉12小時（按照65%安全放電深度計算）。按此計算，船舶每天可節油0.6噸、折合2306元；每年則可節油220噸、折合約85萬元。

通過更換應用LED節能燈，船舶可年節約40萬元。

為了充分發揮項目節能減排效果，項目組決定為“中遠騰飛”輪采購1650根LED燈用于全部替換該輪現有的貨艙老式照明燈具。經實船測試并估算，“中遠騰飛”輪貨艙照明燈具改為節能、持久耐用的LED燈具后，消耗功率由原來的80KW降低為36KW，每天可以節省1056度電，按照柴油機發電成本計算，每度電油耗約1元，每天節省1056元，每年則相當于節油100余噸、折合近40萬元。

科研計劃

隨著業界對太陽能光伏技術在資金、技術和政策方面的不斷投入，太陽能光伏技術的應用前景值得關注。接下來，項目組將以目標船“中遠騰飛”輪為驗證平臺，針對該系統隨實船運營過程中可能存在的問題進行綜合驗證評估，并提出完整的驗證評估方案，完成海洋環境下的船用光伏系統可靠性評估技術、太陽能光伏與船舶電網并網運行關鍵技術和實船運行可靠性綜合驗證技術等關鍵性技術的研究工作。

總的來看，3月22日“中遠騰飛”輪成功將太陽光能轉變成電能，通過逆變器將全船12層甲板新改裝的LED燈同時點亮，就此宣告中國第一艘太陽能動力船落戶中遠集團。雖然“中遠騰飛”輪對于全面實現船舶利用太陽能助航僅僅邁出第一步，但這一項目的成功實施，對中遠集團、中國海運業乃至國際海運業將太陽能清潔能源應用到大型遠洋船舶運輸領域都具有重要的先行和示范意義！