十年轴带发电机业务发展之路——简要回顾

查看我的电子邮件历史记录，我发现“轴带发电机”一词首次出现在邮件对话中是在 2013 年 5 月。因此，从我们第一次开始思考如何为船舶利用我们的永磁技术到现在已经整整十年了，我们这个技术最初是为风能行业开发的——船舶中的应用对当时的我们来说是一个全新的领域。

那时，我们对海事的应用或要求知之甚少。 虽然，我们有建造两台定制发电机组的经验。 然而，我们对于轴带发电机的了解，还是始于WE Tech Solutions 公司，WE Tech Solutions 公司是一家刚刚涉足这项业务的芬兰系统集成商，那时他们即将成为我们的合作伙伴。

从此，我们开始深入研究这个应用的细节。 它似乎是一个包裹在船舶推进轴上的发电机。 该系统使用船舶更高效的二冲程主机，而不是四冲程发电机组，后者在当时大型船舶中更为常见。

为什么是轴带发电机？

轴带发电机于 1960 年代首次推出。 它们的主要优势是二冲程发动机技术与四冲程技术相比具有更好的燃油经济性。 当使用低速主发动机而不是中速或高速发电机组产生电力时，可以显着节省燃料。

最初，轴带发电机基于电励磁同步电机。 在这种情况下，需要外部能量来产生连接定子和转子的磁场。 电励磁同步电机的主要缺点是它们的效率相当低。 特别是在低速应用中，主要动力必须来自主引擎，这会导致油耗增加。

永磁技术——高效替代

当我们意识到大型船舶的推进通常以 40-100 rpm 的相当低的速度运行时，我们的第一个想法是永磁技术确实可以对这些系统产生有帮助。 这是因为发电机的运行速度越低，永磁设备相对于传统机器的效率增益就越大。 永磁设备最适合低速应用。

我们已经为直驱风力发电机设计了各种永磁发电机，运行速度通常在 10 到 20 rpm 之间。 根据我们的粗略计算，一艘船因发电机效率差异而在整个生命周期内节省的燃料可能高达 200 万美元，具体取决于船舶类型和运营参数。 这意味着在船舶的使用寿命期间，运营商的投资回收期非常短，可以节省大量资金。 因此，我们很快开始更多地研究轴带发电机——以及在这个新应用中利用我们现有技术的最佳方式。

克服挑战

由于我们对船舶的特定要求知之甚少，我们的第一印象是我们可以简单地机械修改现有的风力发电机设计以连接到船舶的推进轴。

这是相当一厢情愿的想法。 以前没有人使用永磁技术制造抱轴式轴带发电机是有充分理由的。 任何永磁电机的基本特征是磁场确实是永久的。 这意味着它无法关闭，例如，在定子绕组短路的情况下。 由于轴带发电机以机械方式固定在推进轴上，因此只要推进装置继续运行，就会流过过多的故障电流并构成灾难性故障的风险。 反过来，由于船只在海上航行，因为发电机故障而停止整个推进是一个很大的禁忌。

这个问题不适用于传统的电励磁发电机。 在那里，在发电机短路的情况下，可以通过停止提供外部磁化电流来轻松关闭磁场。

由于这种与永磁技术相关的潜在风险，一些船级社和一家主要发电机制造商的第一反应是永远不会接受在此类应用中使用永磁技术。

但由于我们已经在风力发电方面做了一些非常独特的应用，我们相信肯定有一个变通办法来使基于永磁技术的轴带发电机系统足够安全地用于大型船舶。 通过为我们的设备添加一些特殊的功能的设计，我们很快就能够说服包括船东、运营商和船级社在内的各种利益相关者，让他们相信该技术确实有效，没有任何安全问题。

由于航运业一直非常保守，因此需要进行无数冗长的会议和讨论才能获得利益相关者的支持。 但最终，这是值得的。

2014 年，我们在 瓦萨（Vaasa )工厂成功测试了第一台永磁轴带发电机，并将其中四台交付给 WE Tech公司，WE Tech 将整个轴带发电机系统销售给 Wallenius Lines AB 公司用于其旗下的汽车运输船。 在工厂验收测试成功后，我们的设备通过了劳埃德船级社的认证，并交付给位于中国的造船厂。 下面是这些设备在全功率测试期间的照片。

永磁设备不仅高效而且符合排放法规

在第一批设备成功交付后，更多的客户订单接踵而至。 船东意识到了这项新技术的全部潜力。

在开展这项业务的前 5 年里，我们的交付量相当稳定——而且适度。 与此同时，船舶排放法规已表明会明显收紧，迫使船东大幅减少船舶的二氧化碳排放量，这一趋势不断快速发展。

虽然一开始选择永磁技术的主要原因是出于节省燃料的经济上的考量，但很快就出现很明显的趋势，在决定使用哪种技术时，减少温室气体 (GHG) 将很快发挥主要作用。

国际海事组织 (IMO) 实施的两项新措施于 2023 年 1 月 1 日生效。新的碳强度指标 (CII) 和现有船舶能效指数 (EEXI) 迫使船东采取严厉措施降低温室气体排放 . 允许的排放量将逐年下降，无法证明符合 CII 和 EEXI 的船舶可能无法进行国际贸易。 这意味着船东别无选择，只能降低船队的排放量。

由于这些新规定，从 2020 年开始，我们的轴带发电机交付量大幅增加，从那以后，年度预订量逐年大幅增加。

可扩展设计和大型传动系统测试中心实现最佳定制交付

就在最近的订单量大增之前，我们对轴带发电机技术进行了重大设计调整，并做出了其他一些重要决定。

首先，根据多年的现场经验，我们做了很多改进。 但更重要的是，我们使整个设计更加模块化和可扩展。 有了这个，我们现在只需少量的额外工程就可以做出完全优化的、量身定制的设计。 这在这项业务中至关重要，因为每个项目的交付量通常很小——甚至可能只有一台设备。 因此，我们必须能够以尽可能少的工程工作进行所需的更改，同时仍向客户提供完全优化的机器。 这也意味着我们可以缩短交货时间，这也很关键。

此外，我们对拉彭兰塔测试设施进行了大量投资。 新的大型传动系统测试中心于 2020 年启用后，我们能够对功率高达 18 MW 的设备进行全功率测试，这在全球范围内都是独一无二的。 我们的大型传动系统测试中心还允许进行所谓的联调测试，我们可以将客户的变频器连接到我们的测试系统，并验证发电机和变频器系统的整体性能。 这样可以确保在开始重新设计任何东西都为时已晚且成本高昂时，调试期间不会出现负面意外。 我们升级了起重机，起重能力高达100 吨，因此，我们现在能够建造和测试非常大的机器。

此外，我们还开发了一种全新的更大基座尺寸的设备 PMM1500M，主要用于大型液化天然气运输船和类似尺寸的船舶。 我们还开始了更大的 PMM2000M 机型的设计工作，主要针对大型集装箱船。

所有这些开发和投资都消耗了大量的资金和资源。 但目前，从我们的产品和制造能力的角度来看，我们处于非常有利的位置，可以满足市场迫切的需求，这也是乘着海运业发展趋势的顺风——由脱碳推动的对高效发电技术日益增长的需求。 下图显示了我们最新的不同尺寸的轴带发电机。

从左到右：PMM1000M、PMM1500M 和 PMM2000M。 这些设备包括轴带发电机和推进应用，额定功率涵盖从 不足1 MW 及至12 MW 。 由于其优化和可扩展的设计，这些第二代设备的外观与我们最开始的设计有很大不同。

造船业的未来

尽管造船业历来是一种起伏发展的行业，但我们相信绿色技术的趋势在未来几年只会呈上升趋势。

虽然一开始我们可能过于乐观，认为我们可以简单地使用我们现有的风能产品并进行一些小的修改，但有些人恰恰相反，他们过于悲观，认为这项技术永远不会被批准。 是的，这项新业务花了 5 年多的时间才真正开始加速发展——而且，我们没有从以往风能的应用程序里获得可利用的组件。 但对我来说，它仍然出奇地快。 海事行业相对保守，改变起来不易，但一旦改变开始发生，它就发展得很快。 我们已经在风能行业中看到了这一点，目前世界上按功率排名，跻身前十的风机全部都使用了永磁技术。 二十年前，使用永磁技术的风机的数字是零。

通常当任何行业都明确需要颠覆性技术时，工程师往往几乎可以创造奇迹。 很快，这些“新颖”技术成为主流，取代了旧技术。 如果没有人愿意冒险采用新技术，人类可能仍会处于黑暗时代。

就像使用内燃机的汽车即将被电动汽车取代一样，永磁轴带发电机正在迅速取代大型远洋船舶中的传统发电机。 永磁轴带发电机不仅有助于显着降低船舶的温室气体排放，它们还将通过降低燃料消耗来节省大量资金。 哪个船东不想在节省大量资金的同时让他们的船队更清洁？

永磁轴带发电机锐意进取

截至 2023 年，我们有超过 100 台抱轴轴带发电机在运行，累计运行数百万小时，没有因技术问题导致船舶停工。 第一批轴带发电机自 2015 年以来一直可靠运行。这证明该技术确实可靠。

尽管我们一开始就听到很多人担心永磁轴带发电机注定会失败的言论，但我们从未怀疑过它们是一个可行的选择。 就像在日常生活中一样，没有人比你更了解自己的业务。 因此，你应该始终相信自己，不要过分在意外界的评论。

下表显示了我们历年来的抱轴轴带发电机订单量。 考虑到我们基本上是从零开始这项业务——尽管该解决方案的核心已在我们公司使用了 20 年，但这是一个不错的业绩。

来阿姆斯特丹的 电动及混合动力博览会（Electric & Hybrid 2023）与我们会面，了解更多关于我们永磁轴带发电机的信息！