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效率新浪潮

海運是最環(huán)保的長途貨運方式。全球的這些船舶的推進系統(tǒng)很快將變得更加高效。

丹麥海運公司馬士基和韓國造船廠大宇公司正在韓國聯(lián)合建造最大的船舶。這些龐然大物般的運載工具長400米、寬59米、高73米。這些如海上巨獸的龐大船體可以容納一個籃球場加一個橄欖球場再加一個冰上曲棍球場，并且每個球場都能配備數(shù)千個觀眾坐席。每艘船都能運載多達(dá)1.8萬個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱——比當(dāng)前正在服役中的最大集裝箱船“Emma Maersk號”的額定載重噸位增加16%。據(jù)馬士基公司稱，一艘這種新建船舶能夠運輸1.11億雙膠底帆布鞋，足以讓所有墨西哥人每人一雙。

這艘達(dá)到了新的“3E”（經(jīng)濟、能源、環(huán)境）等級的船舶不只是在尺寸方面樹立了標(biāo)桿，它們也是能效和環(huán)境友好性能方面的楷模。為了實現(xiàn)這一點，工程師特別在推進系統(tǒng)上付出了大量心血。西門子的船舶工程師Kay Tigges表示，“海運船舶的最大一部分成本源自燃油消耗。”譬如，“Emma Maersk號”滿載航行一小時消耗約1.4萬升重油，并向大氣排放超過40噸二氧化碳——比德國一個5人家庭一年排放的二氧化碳還要多。因此，任何一點節(jié)省都能很快從船運公司預(yù)算和環(huán)境兩方面取得回報。

因此，3E級船舶將配備更加高效的推進系統(tǒng)。西門子為這種推進系統(tǒng)提供了關(guān)鍵組件。兩臺總輸出功率達(dá)8.6萬馬力的重油引擎將為船上的兩只分別直徑10米、重70噸的螺旋槳提供動力。這些引擎的運行速度比其他船舶推進系統(tǒng)更慢，沖程更長；換句話說，活塞在汽缸內(nèi)的運動距離更遠(yuǎn)。這將燃油消耗量降低了2%到4%。不過，還可以進一步提高引擎效率。Tigges說：“如今，燃燒過程釋放的能量有大約一半以廢熱的形式被浪費。因此，在3E級船舶中，我們安裝了一個特殊系統(tǒng)，用于將這些廢熱轉(zhuǎn)換為電能。我們已經(jīng)將該系統(tǒng)用在其他船舶中。”

這樣一來，引擎產(chǎn)生的滾燙的廢氣再也不會被直接排放到大氣中，而是被用于加熱水，產(chǎn)生水蒸氣，以推動蒸汽輪機和發(fā)電機。因為船上有了這種能量回收發(fā)電，所以不必再輔助配備柴油發(fā)動機。得益于此，3E級船舶每年最多可發(fā)電2.5萬度。但是，在遠(yuǎn)洋船舶上，需要用電的不只是船載電子裝置；運輸?shù)呢浳锉旧硪残枰秒?，因為許多集裝箱都必須制冷。

3E級貨運船代表著更好的經(jīng)濟效益、更低的能耗和致力于環(huán)保的努力。

西門子工程師在兩個傳動軸上都安裝了具備電機功能的發(fā)電機。當(dāng)船舶的用電量低于發(fā)電機生產(chǎn)的電量之際，便是這些設(shè)備大展拳腳之時。在這些情況下，額外的電量可被用于提升推進力。在理想狀況下，可以額外向兩個傳動軸提供總共高達(dá)6,000千瓦的動力，同時保持相同水平的油耗。安裝在傳動軸上的具備電機功能的發(fā)電機也能發(fā)電。為了做到這一點，該系統(tǒng)將從電機模式切換至發(fā)電機模式，將傳動軸在運動過程中產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)換為電能。在集裝箱船上，這種情況會有規(guī)律地出現(xiàn)。Tigges說：“汽輪發(fā)電機不能滿足冷藏式集裝箱的用電需求，這是常有之事。在氣候溫暖的地區(qū)，冷藏系統(tǒng)用電水平在8000至1.1萬千瓦之間。”——這等于兩臺大型風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率。Tigges透露，西門子提供的系統(tǒng)將燃油消耗量降低了12%以上，從而減少了溫室氣體排放量。Tigges表示，“就亞歐航線而言，拜西門子系統(tǒng)所賜，這種超級貨船的每集裝箱二氧化碳排量將比行業(yè)均值低50%。”

會學(xué)習(xí)的船舶。為了改善馬士基公司船隊的能源平衡，新船上還會安裝一個西門子數(shù)字效率管理器。該系統(tǒng)已經(jīng)在幾艘船舶上運行。它可以評價多達(dá)1萬項功能輸出的信息——譬如，評價諸如推進系統(tǒng)的當(dāng)前燃油消耗和能耗情況等信息。它也收集關(guān)于船舶的水平位勢、舵位和天氣等的數(shù)據(jù)。必要時，可以逐秒測量這些值。Tigges說：“我們的解決方案是一個開放式系統(tǒng)。就像智能電話一樣，眾多不同的供應(yīng)商可以為該平臺開發(fā)應(yīng)用，對該系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)加以利用。譬如，某個應(yīng)用程序可以根據(jù)船舶數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)建議航線，或者它可以針對當(dāng)前情形建議水平位勢。”

數(shù)據(jù)也可以通過衛(wèi)星傳送至船運公司，以實現(xiàn)高效的船隊計劃。Tigges補充道，“配備了數(shù)字效率管理器的船舶可以相互學(xué)習(xí)。此外，船長之間也存在競爭，因為船運公司可以看出哪一位船長的運行方式最經(jīng)濟劃算。如果以方式利用該系統(tǒng)，還可以將運行成本再降低2%到3%。”

效率提升將為船運公司帶來回報，其本身對保護環(huán)境也非常重要。譬如，在2011年開展的一項研究中，國際海事組織（IMO）得出的結(jié)論是，2007年國際海運排放的二氧化碳總量達(dá)8.7億噸。這個數(shù)字超過了德國的年均排放量，占全球總排放量的2.7%。因此，盡管就每噸每公里的溫室氣體排放量而言，海運是最環(huán)保的長途貨運方式，效率提升依然十分迫切。馬士基公司稱，采用新的集裝箱船來運輸貨物，每噸貨物每公里的二氧化碳排放量僅為3克。相比之下，據(jù)馬士基公司提供的數(shù)據(jù)，卡車運輸每噸貨物每公里排放的二氧化碳為47克，空運的相應(yīng)排量為560克。