西门子：电动船舶设计的五个关键步骤白皮书（27页）.pdf

1、Executive summary联合国贸易和发展会议数据显示，船舶承担了全世界 80%的商品运输。这一数据预计还会进一步增长。全世界的船运产生了大量废气，例如硫氧化物、氮氧化物、碳烟颗粒和粉尘以及二氧化碳。海运导致了全世界百分之二到三的温室气体排放。预计，船运还导致了全世界大约 15%的氮氧化物(NOx)和百分之四到九的硫氧化物(SOx)排放。（信息来源：Statista）对于提高环保和可持续发展程度，船舶行业存在一定的紧迫感。此白皮书探索造船厂如何依赖集成式仿真工具集来推动替代燃料和推进系统设计的创新。从创新减阻船体到电动机和电池选型，再到面向乘客和船员舒适度的噪声和振动仿真，造船厂可以在

2、造船之前评估船舶性能的方方面面。DIGITAL INDUSTRIES SOFTWARE电动船舶设计的五个关键步骤 Paper 电动船舶设计的五个关键步骤SIEMENS DIGITAL INDUSTRIES SOFTWARE2海上运输行业如何尽可能地减少环境足迹？如何满足大幅减排的严苛要求？这些问题的答案并非一蹴而就。海运行业正在积极评估减排的几种选择。其中包括利用液态天然气和氨之类替代燃料以及引入新型船舶推进系统，譬如混合动力、氢燃料电池和纯电动推进系统，目标都在于实现零碳排放的未来。本白皮书将首先探讨造船行业的主要推动力，然后大致分析替代燃料的利弊。本书展示了小型娱乐船只和沿海或近海船舶，例

3、如渡轮的合理设计选择，即电气化。根据这一观点，本书以一个案例详细呈现了使用恰当软件工具直接获得正确设计以实现乘用渡轮电气化的五个关键步骤。影响造船行业的重要趋势有三个。首先就是可持续发展船运的趋势，其次是整合造船厂和客户不断增加的需求，将更加先进的技术融入新船只。关于可持续发展，国际海事组织(IMO)已经提出严苛的排放规定：截至 2050 年，将二氧化碳(CO2)的排放减少 50%。离开创新，如此大幅的减排是无法实现的。但是，与此同时，船运数量预计将迅速增长。即使每艘船都减排 50%，但总体 CO2排放量仍会增加。因此，50%的减排固然重要，但这些限制在不久的未来更加可能进一步收紧。第二个趋势

4、就是整合。近年来，独立运营的船厂很多，其中一些规模不大，生产的船只也不多。在竞争激烈的市场中，小型船厂竭力生存，往往最终倒闭或被整合到大型集团之中。如今，行业中前十二大造船集团占据了大约 75%的新船建造量。序言序言影响造船行业的重要趋势影响造船行业的重要趋势White Paper 电动船舶设计的五个关键步骤SIEMENS DIGITAL INDUSTRIES SOFTWARE3最后一个趋势就是集成先进技术。与其他行业一样，互联、智能技术也在日益渗透到船舶行业。例如，部分或完全自动驾驶船舶正在逐步引入市场。本白皮书阐述如何使用仿真软件进行技术上更先进、更加可持续发展的船舶设计。本书的重点在于，

5、实现船舶推进系统的电气化以满足未来温室气体减排目标。为了减少船舶有害气体的排放，造船厂探索了大量船舶设计选择，其中一些将不同的推进系统或替代燃料集成到设计之中。挪威船级社(DNV)预测，在未来的 20 到 30 年里，目前的低硫燃油或船用汽油使用量将大幅减少。液态天然气和氨将成为最有前景的两种燃料。由于里程受限，纯电动船舶预计不会占据太大的市场份额，除了小型娱乐船只和渡轮以外。船舶很可能会依赖混合动力解决方案，譬如使用液态天然气(LNG)或氨作为与电池和电动推进系统混合使用的主要燃料来源。在混合动力配置中，船舶将以自动化系统为主，根据航行路线和海面情况选择最恰当的推进系统。在接下来的章节中，我

6、们将探讨选择某种特定燃料来源和推进系统的一些优势和劣势。未未来船舶推船舶推进进系统系统White Paper 电动船舶设计的五个关键步骤SIEMENS DIGITAL INDUSTRIES SOFTWARE4图 1：2050 年各种燃料类型的使用量，按 2050 年 IMO 和脱碳目标(DC2050)所有推进系统从最小里程到最大里程表示（信息来源：DNV）液液态态天然气天然气液态天然气运输船液态天然气(LNG)现在越来越多地用于为海运船舶提供动力。液态天然气动力船舶可以减少多达 80%的一氧化氮及二氧化氮(NOx)排放，并且可以几乎消除硫氧化物(SOx)和颗粒物排放。采用现代发动机技术，温室气