Optimierung von wasserstoffbetriebenen Passagierfähren

Anonim

Der Seeverkehr hat sich als eine Lösung für den Verkehrsstau herausgestellt, der Küstenstädte plagt. Doch mit städtischen Passagierfähren, die in sensiblen Umgebungen und in Touristengebieten fahren, bieten mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen-Passagierfähren eine ruhige und emissionsfreie Alternative zu herkömmlichen Dieseln.

Sanya National Laboratories hat in ihrer San Francisco Bay-Studie über erneuerbare Energiequellen mit Null-Emissions-Studie, bekannt als SF-BREEZE, festgestellt, dass Flüssigwasserstoff-Brennstoffzellen auf technischer, regulatorischer und wirtschaftlicher Basis realisierbar sind. Nun bringen die Forscher die Arbeit in einer zweiten Studie auf die nächste Stufe:

  • die optimale Kombination von Schiffsentwurf, Geschwindigkeit und Passagierkapazität, die, sobald sie festgelegt wurde, die Unsicherheit in der Branche verringern könnte; und
  • die technischen Beweise zur Unterstützung neuer Sicherheitscodes für Wasserstoff-Brennstoffzellen-Schiffe.

Die Arbeit wird durch das Maritime Environmental and Technical Assistance Programm des US-Verkehrsministeriums gefördert.

"Die Maritime Administration sieht ein enormes Potenzial bei der Nutzung von Wasserstoff-Brennstoffzellen, um effiziente, saubere, im Inland produzierte Energie für den maritimen Sektor zu liefern. Die derzeitigen Bemühungen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit mit Brennstoffzellen in einem kommerziellen Schiff werden diese Vision einen Schritt näher bringen zur Realität ", sagte John Quinn, Maritime Administration Associate Administrator für Umwelt und Compliance.

Optimieren, wie erneuerbarer Wasserstoff Kohlenstoffemissionen am besten reduzieren kann

Die anfängliche Machbarkeitsstudie konzentrierte sich auf eine Fähre mit 150 Passagieren, die mit 35 Knoten pro Stunde fuhr. Jetzt fragt der Maschinenbauingenieur und Projektleiter Joe Pratt, ob es sinnvoll ist, Fähren zu bauen, die schneller oder langsamer, größer oder kleiner sind.

Sandia Labs begann damit, typische Geschwindigkeiten und Passagierkapazitäten von etwa 600 Passagierfähren in den USA zu berechnen, und stellte fest, dass die im SF-BREEZE-Projekt untersuchte Fähre tatsächlich ein Ausreißer war, schneller und mit weniger Passagieren als die meisten.

"Obwohl frühere Arbeiten am SF-BREEZE-Projekt die Machbarkeit der Nutzung von Wasserstoff-Brennstoffzellen für die Antriebskraft auf einem Hochgeschwindigkeits-Passagierschiff gezeigt haben, wurde deutlich, dass es bei langsameren Schiffen bessere wirtschaftliche Erträge geben kann", sagte Curt Leffers, Projektmanager bei der Elliott Bay Design Group, der die Arbeiten für die Marinearchitektur in der neuen Studie leitet. "Der nächste logische Schritt in diesem Prozess ist die Untersuchung der Auswirkungen von Geschwindigkeit und Fahrgastzahlen auf die Gesamtkosten und die Emissionen pro Person für mit Wasserstoff betriebene Fahrgastschiffe, weshalb die Optimierungsstudie wichtig ist."

Pratt fügte hinzu: "Wie erzielen Sie die beste Wirtschaftlichkeit im Vergleich zur herkömmlichen Dieseltechnologie und den größten Gewinn für die Umwelt? Anhand dieser Fragen werden wir die Vorteile verschiedener Designs quantifizieren."

Die Studie versucht, die Kompromisse für die Schiffbau- und Fährindustrie klarzustellen. Je schwerer und schneller das Schiff ist, desto mehr Leistung wird benötigt. Um mehr Strom zu gewinnen, müssten Brennstoffzellen - der teuerste Teil einer wasserstoffbetriebenen Fähre - hinzugefügt werden, was die Kosten in die Höhe treibt, sagte Pratt.

"Sie erhalten einen doppelten Vorteil, indem Sie langsamer fahren: Sie reduzieren die Energie, die von den Brennstoffzellen und den Kosten der Brennstoffzellen benötigt wird, und Sie reduzieren den Kraftstoffverbrauch, so dass Sie Ihre Betriebskosten senken", sagte Pratt. "Das ist ein Beispiel dafür, warum wir darüber nachdenken und andere Designs betrachten."

Sandia hofft, ein halbes Dutzend Fährkonzepte zu entwickeln, um zu zeigen, welche die wirtschaftlichsten sind und welche die Umwelt am meisten beeinflussen.

Tom Escher ist Präsident eines Betreibers der San Francisco Bay, der Red and White Fleet, der Partner der ersten Studie war. Er sagte, er freue sich darauf, mit neuen Fährten-Designs voranzukommen.

"Die maritime Industrie muss im Interesse unserer global geteilten Umwelt auf Null Emissionen verzichten", sagte Escher. "Diese Studie ist äußerst hilfreich, da wir darauf hingewiesen haben, wie dies auf die klügste Weise möglich ist, und wir freuen uns darauf, die Ergebnisse zu nutzen, um das erste emissionsfreie Wasserstoffpassagierschiff in den USA zu bauen."

Aktualisierte Vorschriften könnten der Industrie den Weg weisen

Sandia überprüft die Codes der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation für Flüssiggasfahrzeuge und entwickelt eine technische Grundlage für Codes, die für Wasserstoff-Brennstoffzellenschiffe erstellt werden könnten. Gegenwärtig sind Flüssiggas-Codes die am nächsten kommenden Vorschriften, die auf wasserstoffbetriebene Schiffe angewendet werden können, aber sie können die Eigenschaften von Wasserstoff möglicherweise nicht genau wiedergeben.

Zum Beispiel verlangt der LNG-Code, dass LNG-Schiffe einen Abstand von 30 Fuß um alle Seiten ihrer Lüftungsöffnungen haben müssen. Wasserstoff ist leichter als Erdgas und viel leichter als Luft, sodass es nicht wie LNG in der Luft absinkt. So ist ein 30-Fuß-Abstand unter einer Entlüftung möglicherweise keine notwendige Voraussetzung für eine Wasserstofffähre, sagte Sandia Labs Maschinenbauingenieur Myra Blaylock, technische Leitung für das Projekt.

Labors Forscher benutzen Computersimulation, um vier allgemeine Entlüftungs und Leckszenarien zu erforschen und zu analysieren, in denen Wasserstoff an Bord Schiffen freigegeben werden könnte, um tatsächliches Wasserstoffverhalten zu zeigen. Die Computersimulationen basieren auf physikalischen Modellen, die durch Experimente validiert wurden, und erlauben es den Forschern, verschiedene Szenarien schneller und kostengünstiger zu erforschen als experimentelle Arbeiten für jeden einzelnen Fall. Die Ergebnisse können von der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation verwendet werden, um die Korrektheit der Codes für Wasserstoffschiffe sicherzustellen.

Die Möglichkeit, die Anwendungen von Wasserstoff-Brennstoffzellen zu erweitern, der Industrie den besten Weg zu zeigen und die technischen Grundlagen für neue Wasserstoffvorschriften zu schaffen, habe "das Potenzial für Auswirkungen auf den gesamten maritimen Sektor", sagte Pratt. "Viele dieser Schiffe können in ökologisch sensiblen Gebieten fahren, wo es eine zusätzliche Motivation gibt, sie sauber zu machen. Es geht also sowohl um lokale als auch globale Emissionsvorteile."

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