中远集团建成世界最大的船舶太阳能离并网光伏系统

2014年3月22日，随着中远集团所属“中远腾飞”轮太阳能光伏系统安装到位和离网发电调试成功，宣告由中远集团研发中心牵头推进、武汉理工大学承担研发的工信部高技术船舶科研项目《太阳能在大型滚装船上的应用技术研究》取得重大阶段性成果，标志着世界上最大的船舶太阳能离并网光伏系统在中远集团初步建成。该项目具有重要的示范效应和应用价值。现将该项目（以下简称“太阳能”项目）的相关情况简要介绍如下： 
　　一、“太阳能”项目重要意义
　　“太阳能”项目意义重大，至少有如下四个方面：
　　1．是中国第一、世界最大的船舶太阳能离/并网一体化光伏应用系统，具有重要的创新性和开拓性。据了解，虽然太阳能光伏系统在陆地上的应用已经较为广泛和成熟，但在船舶特别是大型远洋货轮上的应用还处于理论研究和初步尝试阶段。在这方面处于前列的日本NYK、MOL等公司较早就提出了太阳能系统在船舶应用的概念设计，但其实际应用也还只是处于初级阶段，有的发电容量较小，有的还只是离网系统。而“中远腾飞”轮这次成功安装实施的太阳能光伏系统，其太阳能电池板面积达到1050平米、太阳能发电总容量达到143.1KW，而且是离/并网一体化应用系统，是中国第一、世界最大的太阳能离/并网光伏系统，为中国航运企业在行业内应用新能源技术拔得头筹，具有重要的创新和开拓价值。
　　2．节能减排直接效益显著，具有重要的经济应用价值。按照项目申报时测算，船舶太阳能光伏系统成功建成并正常运转后，理论上将可使船舶油耗降低约2%（按照目前“中远腾飞”轮油耗34吨/天，每天节油0.6吨计算，油耗降低大约1.8%），碳减排降低约1.5%。经这次安装实施后的初步测算，太阳能光伏系统加上同时安装的LED节能灯，一年将为“中远腾飞”轮节油约320余吨、折合人民币约120余万元，可以说节能减排效果非常显著，具有重要的经济应用价值。再若考虑到本项目技术在中远集团系统内外的推广应用，本项目的经济价值将会更高、更为可观。
　　3．进一步确立中远集团创新型和负责任的企业形象，具有重要的社会影响和社会价值。航运企业现在面临着越来越大的节能减排压力，中远集团在业内率先成功应用新能源、实施船舶太阳能光伏系统，船舶可被授予“绿色船舶”证书，这将进一步确立中远集团在业内创新型和负责任的企业形象，对于中远集团提升品牌形象和价值，提高软实力和综合竞争力，都具有重要的现实意义。
　　4、可为在国内外推广发展绿色船舶提供切实可行的理论指导和技术支持。随着本项目的成功安装实施，中远集团和武汉理工大学联合项目组将形成具有国内自主知识产权的大型船舶太阳能光伏系统应用的成套技术，下一步可为我国乃至在国际上推广发展绿色船舶、特别是大型太阳能船舶，提供切实可行的理论指导和技术支持。
　　二、“太阳能”项目背景
　　为应对石油资源的日渐枯竭和国际环保法规标准的不断提高，中远集团早在2007年就对风帆、太阳能技术在大型远洋船舶上的应用进行了前瞻性研究。2012年，中远集团研发中心/技术中心在认真总结相关研究成果和经验的基础上，站在行业角度，瞄准国内外航运市场急需，与武汉理工大学等单位联合申报了工信部《太阳能在大型滚装船上的应用技术研究》项目即“太阳能”项目。
　　“太阳能”项目是工信部高技术船舶专项，项目总科研经费达2000万（其中国拨1600万），属于国家级重大科研项目。该项目旨在研究在海洋环境下利用太阳能混合动力系统向大型汽车运输船提供电力，实现船舶节能减排。其典型技术特征在于采用锂离子蓄电池储能的船用型离并网一体式太阳能光伏系统，可根据航线上太阳能辐照强度、负载功率需求、经济性和安全性要求等因素，进行四种运行模式切换，即：光伏离网运行模式；并网运行模式；光伏出力不足条件下的船舶电网供能模式和光伏系统故障时的船舶电网功能模式。
　　三、“太阳能”项目的主要科研任务及挑战
　　1、项目需要攻克的科研任务
　　“太阳能”项目旨在开展满足海洋环境和船舶使用要求的太阳能光-电应用技术研究，突破太阳能与传统船舶电力系统的并网测控技术等关键技术，提出太阳能在大型运输船舶上应用的优化设计方案，并完成后续所改造目标船“中远腾飞”轮的节能减排验证。项目研究内容主要包含五个专题（50余项具体研究任务）：太阳能光-电在船舶中的应用技术研究；太阳能与传统船舶动力系统的并网测控技术研究；太阳能在大型运输船舶上应用方案优化；太阳能在大型运输船舶上应用节能减排验证评估；太阳能实船应用综合验证技术研究。
　　在上述技术专题研究的基础上，基于保证船舶运营安全、光伏系统可靠性和经济性的原则，以远洋大型滚装船为项目对象，完成太阳能光伏电池阵列安装、船舶顶层甲板结构改造、电缆布置、蓄电池储能和逆变配电控制柜舱室布置等系列设计，并编制光伏系统在船安装实施和系统联调方案。最终实现太阳能在大型远洋运输船舶上的应用，为中远集团和我国海运业实现绿色航运的目标提供更清晰的技术方案和途径。
　　2、项目所面临的挑战
　　（1）完成世界最大的太阳能离/并网系统设计，项目研究内容具有革新性和创造性
　　太阳能光伏发电系统现阶段的应用案例通常仅限于技术验证性质的小型船舶，对于大型远洋船舶利用太阳能混合动力的研究领域，国内尚处于空白阶段。此次“中远腾飞”轮安装的光伏系统是目前世界上最大的太阳能离/并网一体化光伏应用系统。
　　项目组通过多方的技术跟踪和调查确认，该技术所涉及的基于船舶电网的太阳能光伏并网发电技术中所包含应用技术研究、并网测控技术研究、应用方案优化、节能减排效能评估和综合验证技术未见诸任何参考资料。此外，在涉及光伏电网与船舶电网并联运行、光伏系统对船舶通讯系统的电磁兼容和干扰以及基于船舶平台光伏系统运行的可靠性问题等，尚无明确的可供参考的技术指南、说明和规范。项目研究内容很大程度上填补了该领域的技术空白，在没有任何借鉴的情况下进行各项研究工作，项目开展具有相当的难度。
　　（2）海洋极端环境下太阳能光伏系统的安全性、可靠性的研究
　　海洋环境极端恶劣，各种复杂海况频繁出现，太阳能光伏电池在基于船舶平台的海洋环境中的工作特性和可靠性将会发生何种变化及该变化对整个光伏系统的影响范围、程度如何均未有任何参阅资料，设备生产厂商也无法提供相应数据。因此，项目需要针对大型船舶的船体结构、浮稳性参数和船舶电力系统运行模式等特征，开展光伏系统技术适用性以及设计准则研究，具有一定的挑战性。
　　此外，针对在大型船舶上安装太阳能光伏并网系统对常规船舶电力系统的影响问题，目前在科研机构和工业技术行业尚无任何可供借鉴的研究方案和结论，也给项目造成一定的困难。
　　四、“太阳能”项目取得的研究成果及下一步科研计划
　　1、研究成果
　　按计划，“中远腾飞”轮于2014年3月11日在舟山中远船务进行为期12天的年度检修，项目组同期实施了太阳能光伏系统加装工程。在施工时间有限而工程量浩大的情况下，中远集团研发中心协同武汉理工大学等单位，攻克了多项技术难题，克服了改造过程中出现的种种困难，顺利完成了“中远腾飞”轮太阳能光伏系统的安装。
　　中远集团相关单位及武汉理工大学领导现场协调，舟山中远船务、中远航运及中远关西等单位协同配合，紧抓工程施工进度。12天的时间里，项目组先后安装了540块太阳能光伏板工程，制作并安装蓄电池间和太阳能电气设备控制室，完成全船将近6000米电缆敷设和安装工程及系统调试工作，完成了11项船舶证书的重新审核。在考虑到汽车船总体较高、顶部风阻大、振动大的特点，在施工现场进行优化设计，增加了太阳能光伏板支架支撑、不锈钢压板等，以确保设备的安全性。项目现场安装工程顺利通过日本NK船级社的检验，2014年3月23日“中远腾飞”在拖轮的牵引下，以崭新的面貌如期顺利离开舟山中远船务的码头，开始了新的绿色航程。
　　2、项目经济性
　　（1）通过“太阳能”绿色照明，船舶可年节约85万元燃油费。
　　在系统并网工作状态下，白天有6个小时的正照射时间，足可以提供140KW的功率补充到船舶电网，同时太阳能光伏系统可以提供36KW的货仓照明用电，并对蓄电池组进行充满电。夜间，由650KWH的蓄电池供应货仓12小时（按照65%安全放电深度计算）。按此计算，船舶每天可节油0.6吨、折合人民币2306元；每年则可节油220吨、折合人民币约85万元。
　　（2）通过更换应用LED节能灯，船舶可年节约40万元。
　　为了充分发挥项目节能减排效果，项目组决定为“中远腾飞”轮采购1650根LED灯用于全部替换该轮现有的货舱老式照明灯具。经实船测试并估算，“中远腾飞”轮货舱照明灯具改为节能、持久耐用的LED灯具后，消耗功率由原来的80KW降低为36KW，每天可以节省1056度电，按照柴油机发电成本计算，每度电油耗人民币大约1元，每天节省1056元，每年则相当于节油100余吨、折合人民币近40万元。
　　3、下一步科研计划
　　随着业界对太阳能光伏技术在资金、技术和政策方面的不断投入，太阳能光伏技术的应用前景值得关注。特别是对于船舶运输行业而言，如何合理而有效地应用这一新能源技术，无疑将对航运企业未来的发展产生重要影响。接下来，“太阳能”项目的研究将步入到下一个阶段，项目组将以目标船“中远腾飞”轮为验证平台，针对该太阳能光伏系统随实船运营过程中可能存在的问题进行综合验证评估，并提出完整的验证评估方法，完成海洋环境下的船用光伏系统可靠性评估技术、太阳能光伏与船舶电网并网运行关键技术和实船运行可靠性综合验证技术等关键性技术的研究工作。
　　总的来看，3月22日“中远腾飞”轮成功将太阳光能转变成电能，通过逆变器将全船12层甲板新改装的LED灯同时点亮，就此宣告我国第一艘太阳能动力船舶落户中远集团。虽然“中远腾飞”轮对于全面实现船舶利用太阳能助航仅仅迈出第一步，但这一项目的成功实施，对中远集团、中国海运业乃至国际海运业将太阳能清洁能源应用到大型远洋船舶运输领域都具有重要的先行和示范意义！