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即插即用：船只的岸邊“插座”

直到最近，停泊在港口的船只都需要利用柴油發(fā)電機(jī)來為船上的電網(wǎng)供電?，F(xiàn)在，西門子的解決方案能為船只提供岸電。這樣一來，貨船和游輪就無需使用自己的發(fā)電機(jī)，而這也意味著它們?cè)诋?dāng)?shù)貙⒉辉佼a(chǎn)生氣體排放或制造噪音。這個(gè)解決方案的新應(yīng)用案例位于德國的庫克斯港。它正在幫助一座風(fēng)機(jī)制造工廠減少自己的碳排放。

在全球市場(chǎng)中，大約90%的貨物都由船只運(yùn)輸，而大多數(shù)船只都由柴油發(fā)電機(jī)提供電力。但是，它們不僅會(huì)在海上產(chǎn)生排放，停靠在碼頭時(shí)也需要電力。這就是全世界每個(gè)碼頭都在運(yùn)作船用發(fā)電機(jī)的原因——為貨船、游輪或渡船供電。但是，這也導(dǎo)致了大量二氧化碳、氮氧化合物和顆粒物的排放。因此，許多港口運(yùn)營方?jīng)Q定設(shè)法消除隨這些供電行為而來的空氣與噪音污染。此外，越來越多的航運(yùn)公司也希望變得更加環(huán)境友好。因此，它們開始讓自己的船只使用岸電。

將二氧化碳排放減半

德國漢堡市西部的庫克斯港北海碼頭內(nèi)的一座新設(shè)施就是一個(gè)很好的例子。它于2018年5月25日投運(yùn)。在這里，船只可以關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)并接入由西門子開發(fā)的岸電基礎(chǔ)設(shè)施Siharbor來獲得電力。Siharbor可提供一個(gè)定制的貨船電纜饋線系統(tǒng)，使用來自公共電網(wǎng)的電力為船只供電。

西門子的這項(xiàng)技術(shù)已在呂貝克和漢堡阿爾托那應(yīng)用。它可以避免在當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生氣體排放和噪音污染。位于庫克斯港的這座設(shè)施由當(dāng)?shù)仉娏?/span>EWE Netz GmbH為一個(gè)德國北部的港口基礎(chǔ)設(shè)施公司下薩克森州港口公司（NPorts）建設(shè)，主要的服務(wù)對(duì)象是滾裝船。這類船只的貨物通常由專門的牽引車直接進(jìn)出貨艙裝卸。

西門子歌美颯可再生能源公司（西門子歌美颯）是的風(fēng)電供應(yīng)商之一。由于公司在庫克森港設(shè)施附近建設(shè)的風(fēng)機(jī)制造工廠近期投運(yùn)，它將成為這個(gè)系統(tǒng)的主要用戶。西門子歌美颯將利用岸電基礎(chǔ)設(shè)施為風(fēng)機(jī)零件的運(yùn)輸供電，這些零件將送往它位于英國赫爾的姐妹工廠。

如此一來，零件運(yùn)輸帶來的排放將大大減少。“如果我們假設(shè)每條船每周在庫克斯港?？?/span>24小時(shí)，它的柴油發(fā)電機(jī)將會(huì)排放高達(dá)359噸的二氧化碳。”西門子負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的銷售工程師Thomas Kopel表示。“但是，有了岸電，根據(jù)能源種類的不同，整體二氧化碳排放量會(huì)大大減少。例如，根據(jù)歐盟能源組合標(biāo)準(zhǔn)，每條船的二氧化碳排放量大約為170噸，比原來減少了超過一半。當(dāng)然，如果利用可再生能源發(fā)電會(huì)較為理想，那樣二氧化碳排放量將會(huì)降到零。”

為了保持船上設(shè)施和高壓交流系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)船只停泊時(shí)，它們依然會(huì)燃燒燃料。因此，漢堡港口需要依靠由Siharbor提供的可持續(xù)的電力供應(yīng)。

低壓轉(zhuǎn)換器

Siharbor岸電系統(tǒng)的裝機(jī)容量為630千瓦。它包含一個(gè)換流站（SIPLINK）和一個(gè)電纜饋線系統(tǒng)。饋線系統(tǒng)還帶有一根可連接船體的傳輸線。供電系統(tǒng)沿碼頭移動(dòng)至目標(biāo)船，而它的電纜則排布在海堤內(nèi)一個(gè)覆蓋著鋼板的溝渠里。一只機(jī)械臂會(huì)將電纜傳遞到船上，然后電纜會(huì)通過插頭連接至船上電網(wǎng)。

整個(gè)岸邊連接設(shè)施都可以從船上遠(yuǎn)程遙控，*不需要額外人力。此設(shè)施還能根據(jù)潮汐情況自動(dòng)調(diào)整機(jī)械臂的高度以將電纜從合適的高度傳遞到船上。在庫克斯港，根據(jù)潮汐的情況和船的負(fù)荷水平，這個(gè)高度的差距可達(dá)到12米。

由Siharbor轉(zhuǎn)換的電力可立即被船只使用。當(dāng)然，這些船只需要和電纜對(duì)應(yīng)的連接方式。連接成功后，公用電網(wǎng)提供的50赫茲電力將轉(zhuǎn)換為換流站所需的60赫茲的電力。“全球大約有75艘船使用60赫茲的船上電網(wǎng)。”Kopel說，“在美國之外，電網(wǎng)通常都以50赫茲的頻率運(yùn)作。這就是為什么低壓轉(zhuǎn)換器是我們技術(shù)的核心。”

復(fù)雜的系統(tǒng)

“變壓器，轉(zhuǎn)換器和開關(guān)設(shè)備，在Siharbor系統(tǒng)里的西門子技術(shù)是我們的業(yè)務(wù)核心。由于主要組件之間的*聯(lián)動(dòng)，我們可以很好地控制在不同項(xiàng)目中大小不同的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。”負(fù)責(zé)Siharbor全球業(yè)務(wù)拓展的Knut Marquart表示。

Marquet認(rèn)為這種系統(tǒng)還未在全球普及的原因有幾點(diǎn)。“除加州以外，目前其他國家或地區(qū)都還沒有制定任何針對(duì)岸電基礎(chǔ)設(shè)施的政策和規(guī)范。但是，此領(lǐng)域前景可期，而我們已經(jīng)通過*科技占據(jù)了一席之地。”

舉例來說，在庫克斯港，安裝Siharbor系統(tǒng)的主要原因是港口運(yùn)營方要求減少船只產(chǎn)生的噪音。在漢堡阿爾托那，Siharbor系統(tǒng)在2016年投運(yùn)，此后，停靠在港口的游輪開始與之相連。這個(gè)解決方案至今仍是的，僅此一例。AIDA游輪公司發(fā)回的數(shù)據(jù)顯示，使用Siharbor解決方案后，船只的燃料消耗量大約是1.2噸/小時(shí)。

政經(jīng)兩界的代表為庫克斯港Siharbor岸電基礎(chǔ)設(shè)施舉行投運(yùn)儀式

廣泛的應(yīng)用

“Siharbor可以滿足來自港口運(yùn)營方、船主、船塢和供電機(jī)構(gòu)的較廣泛的需求，”Marquart表示。“它可以安裝在每個(gè)港口和每個(gè)錨位上，還可以根據(jù)任何船只種類的任何電力需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。”

Marquart也發(fā)現(xiàn)了其它領(lǐng)域內(nèi)的商機(jī)。“轉(zhuǎn)換器、開關(guān)和變壓器的組合也適用于許多其它領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，”他說。“從原則上來講，它在任何需要電網(wǎng)之間相互連接的領(lǐng)域內(nèi)都可以應(yīng)用。”類似的系統(tǒng)確實(shí)已在幫助提高石油與天然氣平臺(tái)的供電安全性并正在進(jìn)行電網(wǎng)內(nèi)的電力潮流管理。

如今，大量漂浮在海洋中的塑料廢品威脅著海洋棲息地。來自西門子中央研究院的研究人員正在為回收再利用這些廢品尋找解決方案。他們的主要挑戰(zhàn)是如何將構(gòu)想轉(zhuǎn)化為前景良好的商業(yè)模式。

長期以來，人們對(duì)塑料廢品的態(tài)度是“眼不見，心不煩”。在沒有廢物回收系統(tǒng)或有效的廢物處理服務(wù)的國家，人們隨手把塑料垃圾扔在野外仍然是很常見的事情。雨水將這些塑料垃圾沖刷到河流中，然后從河流匯入大海。由于塑料幾乎無法自然降解，所以垃圾的累計(jì)數(shù)量在持續(xù)增加。據(jù)美國海洋保育協(xié)會(huì)和麥肯錫公司估計(jì)，目前全球海洋中漂浮著1.5億噸塑料，且在以每年800萬噸的速度增加。這不僅污染了沿海地區(qū)，而且也對(duì)海洋生物構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。例如，許多海龜和海豹被廢舊漁網(wǎng)困住，信天翁等海鳥因食用塑料漂浮物而死亡，這樣的例子數(shù)不勝數(shù)。人類自然也受到波及，塑料分解時(shí)會(huì)形成一種“微塑料”顆粒，而這些顆粒正在越來越多地進(jìn)入人類的食物鏈。所以說，塑料垃圾已經(jīng)造成了全球性的悲劇。

水母、塑料袋、氣球……這些對(duì)饑餓的海龜來說都像食物。

尋找商業(yè)模式

近幾年來，不少初創(chuàng)公司和非政府組織都提出過清除海洋塑料垃圾的構(gòu)想，并試圖進(jìn)行回收利用。目前有各種各樣的垃圾收集器原型，比如可以網(wǎng)撈垃圾的雙體船。過去五年間，一個(gè)名為“海洋清理”的荷蘭眾籌項(xiàng)目開發(fā)了一種大型海洋屏障，可以利用洋流來阻擋并收集漂浮垃圾。還有一種海洋垃圾收集系統(tǒng)，船只定期收集垃圾并運(yùn)送到陸地上進(jìn)行回收。雖然這些構(gòu)想看起來都十分可行，但目前還沒有一種商業(yè)模式能夠在中期內(nèi)盈利，因此也無法自給自足。

“海洋清理”項(xiàng)目開發(fā)了一種海洋屏障，收集洋流帶來的廢品。

有鑒于此，三名來自西門子中央研究院的研究人員：Ingo Bernsdorf, Florian Ansgar Jaeger和Felix Fischer成立了項(xiàng)目小組，研究西門子在治理全球塑料垃圾污染方面可以發(fā)揮的作用。項(xiàng)目小組口號(hào)確定為“我們的使命是清潔海洋”。在過去18個(gè)月里，這個(gè)項(xiàng)目一直由西門子內(nèi)部眾籌項(xiàng)目Quickstarter資助。Quickstarter的存在使各種奇思妙想能夠在公司內(nèi)迅速實(shí)施。

Felix Fischer介紹道：“首先，我們對(duì)全球廢品收集與回收技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了整體分析，并調(diào)研了回收塑料的潛在市場(chǎng)。”

運(yùn)動(dòng)裝備制造商阿迪達(dá)斯已經(jīng)在利用從海洋中回收的塑料廢品，它也是少數(shù)幾家將可持續(xù)性納入商業(yè)模式的企業(yè)之一。例如，阿迪達(dá)斯在2017年售出大約100萬雙Parley系列運(yùn)動(dòng)鞋，2018年銷量預(yù)計(jì)將達(dá)到500萬雙。據(jù)阿迪達(dá)斯介紹，每雙Parley運(yùn)動(dòng)鞋都可以防止大約11個(gè)塑料瓶進(jìn)入海洋，因?yàn)檫@些瓶子被及時(shí)回收，用于鞋子的生產(chǎn)。然而，這個(gè)例子仍不能掩蓋一個(gè)事實(shí)，那就是我們距離商業(yè)化的垃圾收集技術(shù)以及完善的海洋垃圾處理流程仍然有很長的路要走。

阿迪達(dá)斯稱，每雙parley運(yùn)動(dòng)鞋都可以防止大約11個(gè)塑料瓶進(jìn)入全球海洋。

探查、收集、回收再利用

Bernsdorf表示：“通過仔細(xì)研究，我們最終確定了三個(gè)發(fā)展方向——海上塑料廢品的探查、收集以及回收再利用。”他補(bǔ)充到，西門子目前擁有的一系列技術(shù)都可能應(yīng)用到海洋廢品的回收再利用中，應(yīng)該會(huì)對(duì)此很感興趣。他說：“我們正在從容器著手來構(gòu)思解決方案，不可回收的塑料廢品將在容器內(nèi)焚燒，氣化爐和渦輪機(jī)進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為電能。”這種容器可以在東南亞的島嶼上使用，那里由于缺乏回收系統(tǒng)已導(dǎo)致大量塑料進(jìn)入海洋。

來自西門子中央研究院的Felix Fischer，F(xiàn)lorian Ansgar Jäger 和 Ingo Bernsdorf（從左至右）正在研究海洋廢品的探查、收集與回收再利用。

并且，東南亞島嶼通常用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，導(dǎo)致其十分依賴于進(jìn)口燃料。Jaeger補(bǔ)充道：“憑借西門子的現(xiàn)有技術(shù)可以輕易制造出這樣的容器。我們的解決方案也將促進(jìn)分布式發(fā)電，這在未來將愈發(fā)重要。”東南亞島嶼上面的居民既可以利用大量被沖到岸上的垃圾，也可以利用他們自己的生活垃圾。

浮物處理設(shè)施

然而，能真正解決塑料問題的方法是收集漂浮在公海上的大量垃圾。因此，項(xiàng)目小組攜手西門子數(shù)字工廠業(yè)務(wù)的Paul Cleverley，并與一家德國造船公司的專家合作，共同開發(fā)一種特殊的船只，它不僅可以收集海上廢棄物，還可以對(duì)其進(jìn)行回收再利用。例如，這種船只可以預(yù)先分揀塑料，并將一小部分不可回收的廢品直接轉(zhuǎn)化為能源；剩余部分則通過熱解（加熱）轉(zhuǎn)化為油，作為燃料供應(yīng)給其他船只。Fischer說道：“雖然沒有人知道這個(gè)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)，但這個(gè)想法很有前景。”日前，在與維也納西門子發(fā)電與天然氣業(yè)務(wù)的同事們進(jìn)行交流時(shí)，專家們還進(jìn)一步討論了利用塑料廢品進(jìn)行能源生產(chǎn)或淡化海水的多種可能性。

專家們討論利用塑料廢品進(jìn)行能源生產(chǎn)或淡化海水的多種可能性。

受洋流方向和垃圾密度的影響，垃圾容易在不同的海域聚集。因此，船舶或其他廢品收集方案需要配備探查系統(tǒng)，比如使用無人機(jī)來定位廢品高度集中的區(qū)域。這種無人機(jī)必須具有高清攝像頭和傳感器，并通過數(shù)據(jù)接口與整套系統(tǒng)相連。Fischer稱：“西門子的MindSphere 云平臺(tái)為我們提供了高性能的解決方案，它可以把探查、收集和回收再利用這三個(gè)復(fù)雜的環(huán)節(jié)連接起來。”

事實(shí)上，現(xiàn)在已經(jīng)有一個(gè)小的應(yīng)用即將落地。這三名研究人員正在和西門子房地資產(chǎn)管理集團(tuán)合作，該部門負(fù)責(zé)運(yùn)營西門子在德國的一個(gè)員工餐廳，他們計(jì)劃利用海洋塑料廢品制做水杯。這雖然只是一小步，但我們相信“千里之行，始于足下”。