插画:Anders Wenngren
几乎所有的事情你在家里穿或用过的东西都曾坐在轮船上的钢箱里,这些船由柴油发动机从亚洲驶来,排放着颗粒物和二氧化碳。当然,你会想,我们可以做得更好。
毕竟,我们拥有电力机车已经有一个多世纪了,高速电动火车也有半个多世纪了,最近我们还在全球范围内扩大电动汽车的数量。为什么不买电动集装箱船呢?事实上,第一个将于今年开始运行:“雅苒Birkeland由Marin Teknikk在挪威建造,它不仅是世界上第一艘电动、零排放的集装箱船,也是第一艘自动驾驶的商船。
但现在还不要忽视大型柴油动力集装箱船及其在全球化经济中的关键作用。下面是一个粗略的计算,可以解释其中的原因。
集装箱有不同的尺寸,但大多数是标准的20英尺等效单位(集装箱——长6.1米(20英尺),宽2.4米的矩形棱镜。20世纪60年代的第一批小型集装箱船只装载了数百个标准箱;现在马士基的Triple-E级船舶载重量为18,000标箱,东方海外香港以21,413标箱保持纪录。在“超慢蒸,这些船的节油速度为16节,从香港到汉堡只需31天。
再看看Yara Birkeland。它的载重量仅为120 TEU,服务航速为6节,最长预期作业时间为30海里——从Herøya到挪威的Larvik——它的电池将提供7至9兆瓦时的电量。因此,今天最先进的柴油集装箱船可以装载150倍的箱子,行驶400倍的距离,速度是先锋电动船的三到四倍。
制造一艘能运载18000个标准箱的电动船需要什么?在31天的旅行中,今天的高效柴油船燃烧4650公吨燃料(燃料箱或柴油),每吨包装42焦.这意味着能量密度约为每千克11,700瓦时,而今天的锂离子电池为每千克300瓦时,两者相差近40倍。
这次航行的总燃料需求约为195太焦耳,或54千兆瓦时。大型柴油机(船上的柴油机是我们拥有的最大的柴油机)的效率约为50%,因此它们的有效推进能量需求约为27吉瓦时。为了满足这一需求,以90%效率运行的大型电动机将需要约30吉瓦时的电力。
用当今最好的商用锂离子电池(300 Wh/kg)装载这艘船,它仍然需要携带大约10万吨锂离子电池,才能在31天内从亚洲直飞欧洲。仅这些电池就会占据最大载货能力的40%左右,这在经济上是毁灭性的,更不用说充电和操作船只的困难了。即使我们将电池的能量密度提前到500 Wh/kg,一艘18000 teu的船只仍然需要近6万吨电池才能以相对较慢的速度进行洲际长途航行。
结论是显而易见的。要让一艘电动船的电池和电机重量不超过今天大型集装箱船的燃料(约5000公吨)和柴油发动机(约2000公吨),我们需要能量密度比今天最好的锂离子电池高10倍以上的电池。
这确实是一个很高的要求:在过去的70年里,最好的商业电池的能量密度还不到四倍.
本文发表在2019年3月的印刷版上,题为“电动集装箱船是硬帆”。