大型遠(yuǎn)洋船舶光伏電站經(jīng)濟(jì)性分析

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(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，江蘇 南通 226010)

船舶電站主要靠燃燒重油發(fā)電，發(fā)電成本較高。將光伏電站大規(guī)模應(yīng)用于遠(yuǎn)洋船舶并使之取代燃油電站作為船舶主電源已成為一個(gè)發(fā)展趨勢[1-2]。比較這兩種電站在經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)劣具有現(xiàn)實(shí)意義。對安裝太陽能光伏設(shè)備的船舶混合電力系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價(jià)，需要在綜合計(jì)算評估太陽能輻射強(qiáng)度、光伏系統(tǒng)投資成本和燃油價(jià)格的基礎(chǔ)上，對適用性和耐久性(使用壽命)做出科學(xué)合理的分析，以期合理規(guī)避潛在的投資風(fēng)險(xiǎn)。

1 大型遠(yuǎn)洋船舶光伏電站設(shè)計(jì)

大型遠(yuǎn)洋船舶主要有油船、集裝箱船、散貨船和滾裝船,還有一些特種船舶。在主要船型中，只有大型油船和滾裝船有開闊的甲板，適宜安放太陽能電池板，見圖1。

圖1 太陽能滾裝船“御夫座領(lǐng)袖號”

但是圖1所示的“御夫座領(lǐng)袖號”上的太陽能系統(tǒng)裝機(jī)容量不大，只有40 kW，僅能提供6.9%的照明需求，并未將光伏電站作為主要電源。

本文提出一種新的光伏電站設(shè)計(jì)方案。在大型遠(yuǎn)洋船舶(如散貨船)的兩側(cè)伸出太陽能翼板，翼板上布置太陽能電池，見圖2。這樣既能吸收太陽光發(fā)電，又不影響正常船舶甲板的使用。船體與光伏平臺的連接結(jié)構(gòu)可以參考單臂起重船“藍(lán)鯨”號的直升機(jī)平臺的結(jié)構(gòu)方案，見圖3。

圖2 遠(yuǎn)洋船舶太陽能翼板布置示意

圖3 光伏平臺及連接部分結(jié)構(gòu)示意

采用以上結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生一些可靠性的問題。比如,太陽能翼板是否會(huì)觸碰到碼頭從而影響船舶的靠岸;碼頭上的各種起重機(jī)械是否會(huì)觸碰到太陽能翼板;裝卸時(shí)的掉落物是否會(huì)對太陽能組件產(chǎn)生損傷等。針對第一個(gè)問題，一般碼頭的高度低于甲板高度，而太陽能翼板又在甲板之上，真正觸碰碼頭的是支撐太陽能翼板的鋼結(jié)構(gòu)部分，只要對這部分結(jié)構(gòu)加裝橡膠緩沖層即可實(shí)現(xiàn)正常靠岸。第二個(gè)問題，可以將碼頭延伸或是將這些機(jī)械布局作相應(yīng)調(diào)整避免太陽能翼板觸碰到這些機(jī)械。第三個(gè)問題，解決的辦法是在裝卸時(shí)對太陽能翼板做一定的保護(hù)，比如在特定部位鋪一層防護(hù)外衣等方法防止裝卸時(shí)的掉落物對太陽能翼板的損傷，裝卸完畢后再去掉那層外衣。

2 光伏電站與船舶電力負(fù)荷的匹配

以76 000 t級散貨船為例，分析安裝新型光伏電站之后的電力系統(tǒng)匹配關(guān)系。

該級散貨船載重76 000 t。船長225 m，寬32.26 m，型深19.7 m，設(shè)計(jì)吃水14.25 m。兩側(cè)各裝一幅太陽能翼板，估算其翼板長為200 m，寬20 m，總面積為2×200×20=8 000 m2，當(dāng)前最新技術(shù)太陽能組件效率約為162 W/m2，則總裝機(jī)容量約為1 296 kW。該型散貨船的電力負(fù)荷計(jì)算見表1[3]，同時(shí)使用系數(shù)為0.4。

表1 某76 000 t級散貨船電力負(fù)荷簡表 kW

假設(shè)某航線船舶航行中每天峰值日照時(shí)數(shù)為5 h[4]，則一天總發(fā)電量為1 296×5=6 480 kW·h，航行中持續(xù)耗電量為377.5×24=9 060 kW·h，該光伏電站能提供該船72%的電力供應(yīng)；而在拋錨時(shí)光伏電站能提供全船的電力供應(yīng)。為了保險(xiǎn)，可以考慮將光伏電站作為主電源的同時(shí)，將柴油發(fā)電機(jī)組作為輔助電源以備不時(shí)之需。如果在大型油船的甲板安裝太陽能電池以外再安裝太陽能翼板就可提供全船航行時(shí)的電力供應(yīng)。可見，該光伏電站的設(shè)計(jì)在電力負(fù)荷匹配上是可行的。

3 光伏發(fā)電與燃油發(fā)電的成本比較

大多數(shù)船用柴油發(fā)電機(jī)使用180和380號燃料油，盡管在啟動(dòng)和機(jī)動(dòng)操作中也使用船用柴油,但是使用量與所消耗重油相比可忽略不計(jì)。以180號燃料油為例，最新價(jià)格約為5 200元/t。180號燃料油約可發(fā)電4 200 kW·h/t，則燃油發(fā)電成本約為1.23元/(kW·h)。

光伏系統(tǒng)中光伏組件價(jià)格在2011年出現(xiàn)了大幅度下降，并在低位徘徊。目前約為6元/W。逆變器、蓄電池及其它電氣部分成本為5元/W，支架鋼結(jié)構(gòu)等成本約為9元/W，合計(jì)成本約為20/W。按某型76 000 t級船的電站設(shè)計(jì)，總裝機(jī)容量為1 296 kW，總成本為20×1 296 000=2 592萬元。設(shè)計(jì)壽命為20 a，該電站壽命期內(nèi)總發(fā)電量為1 296×5×360×20=4 665.6萬kW·h，見表2。

表2 光伏電站成本核算

可算出光伏發(fā)電成本約為0.55元/ kW·h，比燃油發(fā)電具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。隨著石油價(jià)格的步步高升和光伏成本的節(jié)節(jié)下降，這種優(yōu)勢還將進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 結(jié)論

新提出的光伏電站的設(shè)計(jì)方案具有結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新性和使用上的匹配性，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)性上也具有一定的優(yōu)勢。希望此方案可為太陽能光伏發(fā)電在遠(yuǎn)洋船舶上的大規(guī)模應(yīng)用提供借鑒。

[1] 李 進(jìn).太陽能在船舶動(dòng)力裝置中的應(yīng)用與前景[J].船海工程,2010，39(4):70-72.

[2] 嚴(yán)新平.新能源在船舶上的應(yīng)用進(jìn)展及展望[J].船海工程,2010，39(6):111-115.

[3] 陳紅霞,李增焱木.76 000 DWT散貨船發(fā)電機(jī)容量的確定[J].上海造船,2006(67):21-23.

[4] 孫玉偉,嚴(yán)新平,袁成清，等.太陽能光伏系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋船舶應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析[J].船海工程,2010，39(6):124-128.