Vận tải thủy bằng động cơ điện sẽ thổi bay động cơ đốt trong khỏi mặt nước

Vận tải thủy bằng động cơ điện sẽ thổi bay động cơ đốt trong khỏi mặt nước

    Vận tải thủy bằng động cơ điện sẽ thổi bay động cơ đốt trong khỏi mặt nước


    Các nhà nghiên cứu thấy rằng 40% các tuyến đường ngày nay có thể được điện khí hóa theo cách hiệu quả về mặt kinh tế, trước khi xem xét chi phí môi trường.

    Con tàu “lớn” được điện khí hóa đầu tiên - Phà điện Bastø 4,3 MWh.

    Hình ảnh: Bastø Fosen

    Các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Berkeley và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley đã phát hành một nghiên cứu xem xét “triển vọng kỹ thuật, tính khả thi kinh tế và tác động môi trường của tàu chở pin-điện”.

    Phá vỡ các nghiên cứu trước đó, các nhà nghiên cứu đã phân loại thể tích không gian chứa pin là chi phí cơ hội, thay vì hạn chế kỹ thuật cố định. Sau khi mô hình hóa nhiều loại kích thước tàu container, cũng như 13 tuyến đường thương mại chính trên thế giới, nghiên cứu cho thấy rằng hơn 40% đội tàu container trên thế giới có thể được điện khí hóa “hiệu quả về chi phí và với công nghệ hiện tại”. thập kỷ.

    TCP (tổng chi phí động cơ) theo loại tàu, chiều dài tuyến đường, giá pin (a) hiện tại và tương lai (b):

    Trong biểu đồ ‘a’, (phía trên bên trái), các tác giả cho thấy khả năng tồn tại hiện tại của điện khí hóa tàu container, dựa trên kích thước tàu và độ dài của chuyến đi. Các vùng màu xám và trắng của biểu đồ đại diện cho các tuyến đường vận chuyển mà việc điện khí hóa các tàu container sẽ ngay lập tức giảm chi phí vận chuyển.

    Chỉ sử dụng công nghệ có sẵn để mua hiện nay, gần như tất cả các tàu có lộ trình ngắn hơn 2.000 km là có lợi về mặt kinh tế, và các tàu có lộ trình dài tới 3.000 km là có hiệu quả kinh tế.

    Biểu đồ ‘b’, (phía trên bên phải), các dự án giảm giá cho công nghệ pin “trong tương lai gần” dự kiến ​​sẽ tăng gần gấp đôi khả năng kinh tế và phạm vi hoạt động của các tàu container điện khí.

    Điều quan trọng, nghiên cứu này chứng minh rằng tàu container chạy bằng điện có lợi thế kinh tế hơn so với động cơ đốt trong (ICE), ngay cả khi loại trừ chi phí thiệt hại về môi trường và sức khỏe.

    Sự khác biệt trong TCP tương phản trong đồ thị ‘a’ (ICE) so với đồ thị ‘b’ (được điện hóa):

    Các tác giả trình bày ước tính về thiệt hại do ô nhiễm không khí và chi phí xã hội của carbon đối với cả ICE, (phía trên bên trái), so với tàu container điện khí hóa, (phía trên bên phải). Các thanh màu xám trong biểu đồ trên cho thấy tàu container ICE gây ra thiệt hại bằng hoặc lớn hơn ba lần chi phí của con tàu.

    Tuy nhiên, một tàu container điện khí hóa cũng sẽ gây ra một số thiệt hại về môi trường, tuy nhiên, ước tính về ô nhiễm không khí của tàu điện khí hóa và chi phí xã hội của carbon chỉ bằng 1/12 so với tàu ICE.

    Trong một tương lai mà chi phí của các tàu container ICE cỡ lớn sẽ tiếp tục tăng, do các tàu container được điện khí hóa ngày càng trở nên hiệu quả về mặt chi phí, các tác giả cho rằng tàu ICE (bên dưới, bên trái) sẽ đắt hơn tàu container điện (bên dưới, bên phải).

    Các tác giả chỉ ra rằng với giá pin hiện tại, việc điện khí hóa các tuyến đường thương mại dưới 1.500 km là kinh tế và có tác động tối thiểu đến khả năng chuyên chở của tàu. Và khi các tác giả tính cả chi phí môi trường, phạm vi kinh tế sẽ tăng vọt lên 5.000 km.

    Một tàu chở hàng dài 5.000 km sẽ cần khoảng 6,5 GWh pin LFP.

    Chi phí trung bình của pin lithium-ion đã giảm mạnh 89% kể từ năm 2010 và dự kiến ​​sẽ đạt 50 USD / kWh trong tương lai gần. Giả sử chi phí pin là 100 đô la mỗi kWh, TCP cho tàu chở pin-điện đã thấp hơn so với ICE tương đương, cho các tuyến đường dưới 1.000 km. Và khi giá pin đạt 50 USD / kWh, được dự đoán trong tương lai gần, các con tàu điện khí hóa sẽ tiết kiệm chi phí trên các tuyến đường dài tới 5.000km.

    Ràng buộc kỹ thuật quan trọng đối với việc vận chuyển container bằng pin-điện là thể tích của hệ thống pin và động cơ điện so với thể tích mà các động cơ, kho chứa nhiên liệu và không gian cơ khí hiện có của tàu. Tuy nhiên, trọng lượng bổ sung của hệ thống BES là không nhỏ trong việc xác định các yêu cầu về năng lượng của tàu.

    Hóa chất của pin là một yếu tố quan trọng khác trong việc cấu hình các tàu chở hàng chạy bằng điện. Các tàu có các chuyến đi ngắn, thường xuyên có yêu cầu điện năng thấp hơn, nhưng sẽ cần nhanh chóng sạc lại. Các tàu này sẽ được hưởng lợi từ tốc độ sạc cao và vòng đời dài của pin lithium iron phosphate (LFP). Các tàu tầm xa đã dành nhiều thời gian cập cảng hơn ở mỗi cảng - thường là hơn 24 giờ - và có thể tận dụng lợi thế của vòng đời tương đối thấp và mật độ năng lượng cao của pin niken mangan coban oxit.

    Yara Birkeland là một tàu container tự động chạy điện 7MWh dài 80m, có thể chứa 120 đơn vị TEU (TEU) tương đương 20 feet, thực hiện các chuyến đi 12 hải lý.

    Đối với tàu container ‘Neo-Panamax’, (có kích thước vừa vặn đi qua kênh đào Panama), các tuyến đường dưới 3.000 km thực sự yêu cầu ÍT không gian cho pin và động cơ hơn so với dung tích hiện tại của động cơ đốt và thùng nhiên liệu.

    Nếu lớp tàu này đi được 20.000 km trong một lần sạc, pin và động cơ sẽ cần 32% sức chở của con tàu, hoặc 2.500 TEU.

    Chúng tôi nhận thấy rằng khi khả năng chuyên chở tăng lên, tỷ lệ phần trăm tổng khối lượng khả năng chuyên chở bị chiếm dụng bởi pin sẽ giảm vì các tàu lớn hơn thường có yêu cầu năng lượng thấp hơn trên một đơn vị sức chở.

    Cơ sở hạ tầng sạc cho một tàu container di chuyển dưới 10.000 km có thể được thực hiện bằng cách sử dụng ít hơn 300 MW. Các tàu container có sức chứa 1.000-3.000 TEU thường mất trung bình 31 giờ để xếp hàng và cập bến. Các tàu lớn nhất, có sức chứa 10.000-20.000 TEU, mất trung bình 97 giờ chờ và cập bến.

    Cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ khả năng sạc lớn như vậy có giá cả phải chăng đáng ngạc nhiên, phần lớn là do hậu cần hiệu quả của các cảng, vì các bến thường chiếm hơn 50% thời gian. Ở mức sử dụng 50%, các nhà nghiên cứu mô hình hóa rằng chi phí quy đổi của một trạm sạc 300MW chỉ là 0,03 đô la cho mỗi kWh.

    Không có khả năng kỹ thuật nào tồn tại nếu nó không có những cải tiến gần đây và đang diễn ra đối với pin, biến tần và động cơ điện. Ví dụ, trong các mô hình của họ, các nhà nghiên cứu đã giả định ICE "hiệu suất bình-để-đánh-thức" là 50%, và hiệu suất của động cơ điện và biến tần là 95%. Các tàu container điện khí hóa hiệu quả hơn 80% so với các tàu ICE và sử dụng năng lượng tổng thể ít hơn 30%.

    Đối với những người ham hiểu biết: một gallon dầu nhiên liệu nặng (HFO) chứa khoảng 150.000btu, tương đương với khoảng 44kWh. Nhưng vì ngay cả những động cơ đốt trong hiệu quả nhất của tàu cũng không đạt hiệu suất quá 50%, một gallon HFO tạo ra lực đẩy thực tế không quá 22kWh. Hầu hết các động cơ điện hiện đại hiện nay đều có hiệu suất trên 90% và các nguyên mẫu tiên tiến nhất đang đạt đến hiệu suất 99%.

    Zalo
    Hotline