日本静悄悄的海事革命：展望日本对全球海洋电气化的未来贡献

欧洲在航运业电气化方面的进步往往备受瞩目。挪威和芬兰等国家已运营超过一百艘电动船舶，推动着全球向可持续航运的转变。而日本则相对低调，目前仅有约10艘电动船舶投入运营。

但在幕后，日本在电气化方面正在取得进展，这可能会重塑整个行业。

自动化优先，电气化次之

日本的战略反映了其独特的人口和经济背景。随着人口老龄化加剧、船员短缺加剧以及从事航海行业的年轻人减少，日本的重点一直放在开发自主驾驶和远程操作船舶上。

目前，30多家日本国内公司正与日本财团合作，开发智能船舶技术，例如自动靠泊、远程监控和陆基运营支持。自主运营测试已在集装箱船、小型和大型渡轮等船舶上同步进行。实际应用包括在太平洋上实现近800公里的无人航行、在东京湾等拥堵水域航行以及高精度自主靠泊性能。公共和私营部门正在共同努力，力争到2040年使至少50%的国内船舶实现自主运营。

然而，自动化的推动并不能取代电气化——它是一条平行的轨道。

超过 1200 亿日元（约 7 亿欧元）的补贴已投入造船厂和船舶设备制造商，以加速零排放船舶的发展，特别是使用氨、氢和电池系统运行的船舶。

克服船舶电气化的障碍

然而，在大规模电气化启动之前，必须采取几个关键步骤。其中最关键的是基础设施建设。必须首先在港口开发充电系统和燃料加注系统，以支持替代能源。

其他措施包括提高电动解决方案的能量密度、降低锂电池和燃料电池的价格以及通过大规模生产降低逆变器成本。

日本船东和船厂迟迟未能采用电力推进技术的原因之一是缺乏实际验证。单靠电磁场分析和电路仿真往往无法复制电力电子设备在实际应用中的高电压和大电流特性。

因此，在尽可能接近真实环境的环境中进行测试对于解决技术挑战和建立更广泛采用所需的信心至关重要。

GIRD：真实世界测试，以获得更好的产品和更广泛的认可

023年11月，BEMAC启用了GIRD，这是一个用于在实际条件下验证电力推进系统的全尺寸测试设施。随着混合动力电力推进系统变得越来越复杂，实际测量数据对于产品开发至关重要。它加速了整个行业的进步，并支持更广泛的认可。

GIRD的主要目标之一是提高电力推进系统的可靠性。负载试验、环境模拟、耐环境试验以及在类似船舶运行条件下的防护操作有助于改进船舶推进和供电系统、电池、电机和电力电子系统。

GIRD 可以集成和测试各种动力总成组件，包括柴油发电机、冷却器、锂离子电池、电池模拟器和背靠背电力推进螺旋桨负载模拟器。虽然 GIRD 的重点是电力推进系统，但也能够进行振动和温度室测试等环境测试。该设备包括一个电源系统模拟装置和一个用于改变总线电压和频率的电阻和电感负载装置。

测试结果将用于优化船舶动力系统的设计，尤其旨在打造更紧凑、更轻便、更高效、更可靠的设备。随着混合动力电力推进系统日益复杂，实际测量数据将在推进产品开发中发挥关键作用。它还能优化设计，帮助提高效率并最大限度地减小系统尺寸和重量。

通过支持联合产品开发，例如测试著名的斯维奇直流配电环网（DC-Hub）和其他设计改进，GIRD 有望提高整个 BEMAC 集团的生产力。

到目前为止，我们为内部开发进行的一些测试示例包括：

• 逆变器谐波引起电动船舶母线电压畸变仿真结果与实测结果对比
• 700 kVA级电机驱动的DC1100 VSiC逆变器原型机验证
• 500kVA级船舶电源DC/AC、DC/DC转换器电容减容平滑验证
• 内部60kW级水冷机组验证

GIRD 还可以研究现实世界的噪声因素，例如电机扭矩脉动、系统振动和逆变器的地电流，这些都是声学和电噪声的主要因素。

挑战：解决电气化船舶的 EMC 问题

降低电气噪声是电力电子领域持续面临的挑战。随着船舶电气化程度的提高，逆变器容量的不断增加以及多个逆变器的紧密安装可能会使这一问题变得更加复杂。

未来，逆变器不仅应用于推进系统，还可能应用于辅助系统。在机舱和电气室较小的国产船舶上，随着逆变器设备数量的增加，噪声环境将变得更加恶劣。随着自主船舶的实现，降低EMC噪声的影响将变得更加重要。

在机舱中添加传感器来收集数据、优化噪声产生侧的滤波器等抑制方法以及使用传感器等屏蔽组件来避免故障，都是正在探索的一些选择。

GIRD计划在2028年3月前增设一个3米消声室，用于研究这些解决方案。该设备将使BEMAC能够开发有效的噪声对策技术，并将其直接应用于电气设备。

BEMAC 专注于电气化船舶的 EMC 解决方案，与斯维奇携手致力于达到新的技术发展水平：将紧凑、轻便、高效的系统与更高的安全性和可靠性相结合。

在日本进行的研发

日本对船舶电气化的深入研究和调查与欧洲快速的部署相得益彰。欧洲通常在实施方面处于领先地位，而日本可能很快就会推动这些技术所需的改进，以实现可靠、安全、高效的规模化。

BEMAC 和斯维奇的共同努力表明，船舶行业的电气化并非一条放之四海而皆准的道路。它是一种由不同地区共同推动的合作演进，旨在解决不同难题。