电动渡轮规模化：电力电子产品在其中的作用

大型全电动渡轮已不再是概念——它们已在真实世界中投入运营。真正的问题在于，如何让它们实现可比的效率、安全性和可靠性。

电动渡轮从小众走向规模化的速度令人瞩目。该市场已价值数十亿美元，预计在整个 2030 年代将以两位数增长率持续扩张。

航运脱碳的全球压力是主要驱动力。如今，部分港口已要求船舶进港时实现零排放运营，类似要求预计只会越来越普遍。

此外，许多运营商有意将自身定位为环境责任型企业，尤其是随着乘客对可持续出行的偏好持续增长。

技术支撑规模化

电池技术的快速进步有力支持了这一转变。例如，锂离子电池在过去五年中能量密度提升了约 40%。与此同时，电池尺寸和重量持续下降，充电效率不断提高，成本逐年降低。这些进展共同显著降低了大规模电气化的门槛。

然而，从小型混合动力船舶向大型全电动渡轮的跨越，不仅仅是电池的问题。这需要系统设计的根本性不同方法。

高功率需求、峰值负载和快速加速要求对电力系统造成巨大压力。与此同时，运营商期望系统具备高效、可靠、紧凑和灵活的特性。

这正是电力系统架构成为决定性因素的地方。

为何直流配电是首选方案

对于配备大型电池系统的船舶，直流配电被普遍认为是逻辑上最合理的架构。

电池本质上是直流，而大多数现代船上负载——包括传动装置、变流器和电子系统——内部均以直流运行。

直流系统可实现：

• 更高整体效率：最小化转换损耗
• 紧凑系统设计：减少占地面积
• 更高冗余度和系统稳定性
• 储能系统与替代能源的无缝集成

相比之下，基于交流的架构引入了额外的转换环节，增加了损耗，并需要更大容量的电池来补偿。在多兆瓦级别，损耗变得显著。这直接导致重量、体积和系统复杂度的增加。

在大型电动渡轮中，优化就是一切——而直流配电正是答案。

高能系统的安全挑战

真正的挑战在于如何安全管理电能。

在直流电网中，故障电流上升迅速，且不会自然归零。

随着船舶尺寸和电池容量的增加，船上能量也随之增加。由此，电气故障风险变得更加突出，后果从设备损坏和运营中断，到极端情况下的火灾。

因此，有效保护至关重要。

保护装置必须即时且有选择性地响应——隔离故障而不影响整体系统运行。实现这一点需要精心定义的保护理念，并由先进的电力电子技术赋能。

超快速保护的实践：“China Zorrilla” 号

这一方法的鲜明实例是全球最大的全电动渡轮“ China Zorrilla” 号，由 Incat 为 Buquebus 建造。

这艘 130 米长的客滚船可搭载超过 2,000 名乘客和 220 余辆车辆，由超过 40 MWh 的电池系统供电——这是有史以来船舶上安装的最大电池系统。关键的是，船舶性能并未妥协。该渡轮可达到约 25 节航速——与传统快速渡轮相当。而且整体船重比采用 LNG 发动机和 LNG 储罐时略轻。

在这一规模下，确保安全性和系统可靠性变得极具挑战。任何故障都必须立即隔离，防止蔓延。

为此，该船配备了斯维奇DC-Hub 电力分配平台以及三种超快速保护装置：

• 电子电流限制器（ECLs, Electronic Current Limiters）
• 电池短路限制器（BSCLs, Battery Short-Circuit Limiters）
• 电子直流断路器（EDCBs, Electronic DC Breakers）

完整的保护装置套件还包括斯维奇EBL（Electronic Bus Links）。

这些专用电力电子装置在微秒级隔离故障，防止级联故障，并实现故障穿越能力——即使系统某部分发生故障，船舶仍可继续运行。

凭借这一解决方案，“China Zorrilla” 号证明了规模化、性能和安全性可以并行不悖。

面向未来的旗舰项目

像 “China Zorrilla” 号这样的项目再次证实，大型电动渡轮已不再是理论设想。技术已然成熟。

所需的是系统集成商与技术合作伙伴的正确组合——以及愿意拥抱转型的前瞻性运营商。

展望未来，类似规模的解决方案可轻松扩展至集装箱船、海上工程船以及同类渡轮的改装项目。随着电池技术持续改进和电力电子技术进一步发展，向大型全电动船舶的转变只会加速。

而这正是最终最重要的——为后代赋能一个更清洁、更高效的海事行业。