我们从《能源观察家》环球可再生能源之旅中学到了什么?

在14 June 2024上, 能源观察家 完成环球航行,并在启航七年后回到圣马洛。 能源观察家 实验室船是世界上第一艘使用可再生能源和船上海水产生的氢气航行的自主船只。
创始人为商船军官兼远洋水手 Victorien Erussard, 能源观察家 环游世界,旨在倡导知识和可持续解决方案的共享 为了地球的未来。埃鲁萨德召集了一支由水手、科学家、工程师和记者组成的队伍,在航行和试航期间随船出行。
在整个过程中 能源观察家 68,000海里的航程,在多家制造合作伙伴的支持下,最新的尖端技术——氢能、电池、太阳能和风能——已经过极限测试并进行了优化。
Erussard 采访 闵 关于这个开创性的项目以及它如何 能源观察家 为全球可持续海洋和绿色能源奠定了框架。
船上哪些可持续技术发挥了作用,哪些没有达到标准?
海洋之翼
VE:作为该技术在此规模下的首个原型,OceanWings 在集成和实施方面几乎没有遇到什么挑战。然而,该概念本身已获得巨大成功。
当仅使用船帆作为推进力时, 能源观察家 最高速度达到 16.6 节,并且经常稳定地保持 8-9 节的速度,视风角度为 25 节。对于 62 平方米的帆和 2 吨的船来说,这是一个非常好的结果,甚至超出了预期。帆的面积小,位置垂直,对船上的光伏系统的影响非常有限,而光伏系统仍然是船上控制和生活的主要能源输入。

垂直风力涡轮机和风筝推进系统
VE:在 2019 年安装 OceanWings 之前,已经对另外两项风能技术进行了测试:
•该 垂直风力涡轮机,将风能转化为电能
• 风筝系统,用于直接推进,将风能直接转化为船只的运动
船上没有保留这两种系统。就垂直风力涡轮机而言,涡轮机的能量平衡不是正的。当表观风从船头吹来时,风力涡轮机转动良好,但为克服阻力造成的速度损失而向电动机供电所需的电力高于风力涡轮机转换的电力。当风从后面吹来时,它们实际上几乎像帆船一样工作,这会在另一方向产生阻力并推动船。但结果,风的表观速度很低,发电量不如预期。
至于风筝系统,经过几次测试后,技术团队得出结论,原型机在自主使用方面尚未准备好。
变桨距螺旋桨
VE:2019 年,安装 OceanWings 后,可变螺距螺旋桨取代了我们的传统螺旋桨,以限制仅使用风帆时的阻力。它们实际上为此提供了非常好的解决方案。然而,它们降低了使用螺旋桨作为水力涡轮机进行水力发电的能力。选择航行而不是水力发电是一种妥协。
丰田燃料电池
VE:燃料电池于 2019 年安装,是丰田汽车欧洲公司和 EODev 团队合作的成果。这项工作促成了电氢发电机 GEH2 的开发,这是 Energy Observer Developments | EODev 的旗舰产品,该公司目前是该领域的全球领导者之一。
多年来,根据初步反馈,我们进行了集成优化。当输出功率设置为 30kW 时,系统的电效率为 58%。这种燃料电池非常可靠,即使在波涛汹涌的海面上也能表现出良好的效率和性能。由技术团队开发的热交换界面 能源观察家 还允许使用电池为船上提供热量(空气和水),作为氢气电力供应的副产品。
氢气生产和储存

《能源观察家》于 2019 年进行全球巡演。照片由 Lloyd Images/Energy Observer 提供。
VE:在系统的制氢部分,电解器非常可靠,不需要任何维护。然而,用于将氢气压力从 30 巴(电解器输出端的氢气压力)提高到 350 巴(储罐充满时氢气的压力)的两台压缩机是整个链条中最薄弱的环节。在项目初期,由于多次膜故障,它们需要进行大量调整。这些故障从未完全克服,但所做的调整减少了问题。这没有什么危险,但限制了制氢时间。
在船上测试的创新将如何影响到休闲航海和商业领域?
VE:我们的光伏太阳能电池板技术合作伙伴 Solbian 的反馈有助于其产品的发展。我们在各种恶劣条件下(高温、高湿、很多人在太阳能电池板上行走等)测试了不同类型的电池板,
作为第一艘使用 OceanWings 技术的船只, 能源观察家 证明了这一概念是有效的,因此是船舶领域风力推进的一项很有前途的技术。
使用情况和数据的反馈已反馈给 OceanWings 提供商 Ayro,该技术现已应用于商业船舶, La Canopée, 以及与休闲海洋领域合作的另一个项目 Zen50 容器。

船上使用丰田燃料电池是 Energy Observer Developments | EODev REXH2 开发的起点,这是一种采用丰田燃料电池技术的符合船用标准的集成燃料电池系统。
在休闲和竞赛航海领域,一些船只已经配备了 REXH2(Hynova、Fastboat America's Cup、Fontaine Pajot),预计在商业航海领域将推出更多项目,作为氢气辅助电力供应,甚至作为主要电力来源。 能源观察者2 货运项目。
我们不建议在船上建立完整的氢气生产链,因为它太复杂,而且不是生产和使用氢气的最有效方式。但对于 能源观察家 这实际上是必要的,因为在停车时没有氢气可供补充。
为什么氢能会使可再生能源辩论两极分化?
VE: 可再生能源(或更好的是电气化)和氢能 当我们错误而简单地将两者视为竞争对手时,就会发生这种情况。
一方面,近年来,氢能作为一种清洁能源载体发展势头强劲:它燃烧干净,用途广泛,质量能量密度最高。但与任何能源一样,它也面临一些挑战:
• 目前约 95% 的甲烷是通过蒸汽甲烷重整生产的,这是一种污染严重的过程
• 将氢气转化为电能的效率低于直接通过电池使用电能(生产绿色氢气并将其重新转化为电能的效率约为 25%,而锂离子电池的效率则超过 95%)
• 生产、存储和配送基础设施仍然缺乏,这阻碍了大规模采用,并使其成本远高于电池
另一方面,随着电气化的发展,电池成为储能的明显解决方案。电池价格大幅下降,容量也得到提升。
然而,也存在一些需要克服的障碍:它们的性能会随着时间的推移而下降(这限制了它们的长期存储能力),回收过程仍在开发中,而且人们对关键成分钴的开采产生了道德问题,特别是在刚果民主共和国,那里存在诸如使用童工之类的采矿行为。
电气化确实已经很成熟,而且效率很高,但电气化并不是万能的。迅速扩大可再生能源,让尽可能多的行业实现电气化,才是实现脱碳的最快、最具成本效益的途径。
对于大多数应用来说,电力无疑是最佳选择,尤其是轻型车辆以及建筑和工业中的低温加热。然而,航空、航运、化肥生产和长期储存等难以减排和电气化的行业并不实用,而且电气化成本太高。
这正是我们需要氢的地方。因此,电气化和氢能不是竞争对手,而是在很大程度上是互补的。我们不应该只关注一种技术而忽视另一种技术,而应该同时采用这两种技术,因为这两种技术之间的两极分化只会减慢我们解决气候危机的速度。
有什么 能源观察家 就氢能而言,该项目已得到证实?
VE:我们项目的主要目标是证明在船上使用多种可再生能源实现自给自足的可行性。虽然氢气是该能源组合中非常重要的一部分,可以提供长期的能源储存,但它并不是唯一的重点。
我们的航行是海上氢能技术的现实试验场。通过对氢能技术进行严酷的测试,我们证明了氢能作为海上燃料的技术可行性和环保优势。
氢气的潜力不仅限于为小型船舶提供动力:它的可扩展性和多功能性使其成为从渡轮到货船、游艇和游艇等广泛海上应用的理想选择,也适用于陆地应用。
事实上,在燃料电池(即利用氢作为燃料通过化学反应产生电能的电化学装置)中使用这种分子的好处是多种多样的:
• 不会产生温室气体、氮氧化物、硫氧化物或颗粒物。该反应的唯一产物是水,如果氢气本身是通过水的可再生电解产生的(就像我们在船上所做的那样) 能源观察家), 从井到井的工艺不会产生废弃物,使其成为一种有吸引力的低碳发电替代方案
• 氢燃料电池比传统电源运行更安静
然而,在氢气在船舶上普及之前,还需要克服一些挑战。
虽然氢气的比能量密度非常高(1 千克氢气的能量是 1 千克柴油的三倍),因此重量轻,但体积能量密度却很低,因此储存起来比较笨重。这是船舶建筑师和工程师们正在努力应对的挑战。
总之,必须联合所有力量——从政府到工业界,从研究人员到公众——来应对这些挑战。通过降低绿色氢气生产成本、建设必要的基础设施、改进技术、制定支持性政策和培养公众信任,氢气可以成为实现清洁能源未来的关键因素。
这篇文章最初发表于 Marine Industry News 杂志.
除非另有说明,图片均由 Energy Observer 提供。