Entries by Janet Tsai

全球首艘全電力推進航空母艦-英國伊莉莎白女王號

2017年6月11日 in /by

圖1 伊莉莎白女王號航空母艦 伊莉莎白女王號航空母艦（英語：Queen Elizabeth aircraft carrier，以下簡稱QE）為英國皇家海軍最新型的航空母艦。已於2014年7月8號下水，2017年服役。[1] 儘管遇到了資金、員額規模裁減等諸多困難，但英國還是量力而行，以逐步改進和完善的方式完成大航母之夢。伊莉莎白女王號是英國海軍首次用王室名字來命名航空母艦，此前只有二戰前的戰列艦才擁有此待遇。在一戰前英國曾以伊莉莎白一世女王的名字命名了一型戰列艦，該型戰列艦曾是當時最強大主力艦。而今用女王和親王的名字來命名新型航空母艦，無疑體現了這型戰艦在英國民眾心目中的地位。[3] 伊莉莎白女王號航空母艦排水量6萬5千噸，接近美國尼米茲級航空母艦，比現在英國無敵級航空母艦大了三倍，可搭載40架以上的固定翼飛機及直升機，這是英國有史以來建造的最大船艦和除美國之外世界上最強航空母艦。長280米，寬74米，僅甲板面積就達1.3公頃，可搭載40架短距/垂直起降的F-35艦載機和直升機。[3] 圖2與各型航空母艦之比較圖[1] 由於核能機組因為成本太高，所以該航空母艦所使用的是整合式全電力推進(IFEP，Integrated Full Electric Propulsion)系統，由勞斯萊斯Marine Trent MT30 燃氣渦輪引擎構成。 這型燃氣輪機由航空發動機Trent 800衍生而來，MT30燃氣輪機與Trent 800航空發動機有80%的通用件，Trent 800航空發動機用於波音757飛機和波音777飛機，裝機總台數為250台，從1996年使用開始已累計飛行500多萬小時，使用可靠性99.9%，MT30艦船燃氣輪機預計熱部件大修時間12,500小時，整機大修時間24,000小時，在艦上可修理的平均無故障時間2,000小時，平均修理時間除冷機時間外為4小時，可靠性好的另一表現是與其他衍生的艦船用燃氣輪機相比，MT30的零件、部件少50%-60%。[5] 經過實驗驗證後，放置動力系統的最佳位置為甲板下的大機庫下方，設計的兩具燃氣渦輪引擎單元，各放置於兩個艦島下(甲板右舷)，一次加油可以航行10,000海浬(18,520km)。 該燃氣渦輪引擎為目前世界上動力輸出最強大的燃氣渦輪引擎，動力輸出為36MW並具有體積小(長度為4.5公尺)重量輕等特色(77公噸)，QE設計為兩具燃氣渦輪引擎故總輸出可達72MW。該燃氣渦輪引擎除提供動力所需外，還包括武器系統、感測系統及指管系統。 圖3勞斯萊斯MT30[2] QE設計了兩具柴油發電引擎(Wartsila 16V38)以增加效率及滿足最低負載需求，每具可輸出11.3MW，該柴油發電引擎具有組裝零件少、低油耗、可使用不同種類的燃油及低NOx的排放量，除上述的低負載發電引擎外，QE也設計了兩具緊急狀況使用的發電引擎(Wartsila 12V38)，每具可輸出8.5MW的動力與16V38有相同的特色。   圖4 Wartsila 38柴油引擎[4] 圖5 Wartsila柴油發電系統總成(引擎加發電機頭)[4] QE採用的是整合式全電力推進系統，除上述的電力生成系統外，還包含4具由Converteam UK所生產的20MW級AIM電力馬達(Advanced Induction Motor)並由Converteam VDM 25000的變頻器所驅動，藉由該變頻器產生不同的頻率就可以改變馬達的轉速故可以不必使用變速箱。 圖6 20MW 先進感應馬達[1] 總結以上敘述，QE的動力總成CODLAG(combined Desel-Electric and Gas Turbine propulsion)包含: 兩具勞斯萊斯36MW的燃氣渦輪引擎。 兩具Wartsila 16V38及兩具Wartsila 12V38柴油引擎。 四具先進感應馬達，共80MW(95,000 SHP)。 下圖為QE單線動力系統圖: 圖7 […]

新世界紀錄–世界最大救難艇

2017年6月11日 in /by

這艘世界上最大的救生艇是“PALFINGER MARINE”公司為郵輪業所造的新旗艦船，該船完成第一次全面的登船測試，為公司成就新的世界紀錄。2015年PALFINGER MARINE贏得一份令人印象深刻的合約，承接由STX France船廠建造的一系列遊輪附屬的6艘勤務船、12艘救生艇、36個吊架和6個救援艇站，現已投入生產該船所需要的救生包。此計畫於4月20日完成了世界上最大的救生艇，同時進行PALFINGER MARINE旗艦救生艇「MPC 49」關鍵的全面登船測試，成就一項巨大的里程碑。 座位數量超過一架波音747 MPC 49救生艇具有高度創新設計，船長15.5公尺，船寬5.5公尺，容載量440人。該船所提供的座位數量比波音747還要多。然而在緊急的情況下，乘客是否能及時的上船是一項重要的指標，DNV GL船級社將此登船時限設定為10分鐘。登船測試地點位於挪威Seimsfoss的PALFINGER MARINE大會堂內，集合了200名員工和240名自願者，年齡在18~88歲之間，現場可感受到緊張的氣氛，因為若是測試失敗將成為此計畫的巨大挫折。 圖 MPC 49救難艇之測試場景 當工廠經理Arvid Skogseide宣布測試開始，從位於距離實際救生艇和郵輪之間距離的地方設置一個招集站，乘客有秩序的從招集站移動至救生艇MPC 49上，過程中通過了兩層甲板和四個入口。此測試總共歷經一個小時，而此測試也僅重複一次。 首次嘗試即成功 全球產品總監ArildLokøy表示:總體而言，登機測試證明此計畫取得了巨大的成功。第一次測試將時間限制設第10分鐘內完成，而我們在第一次嘗試時即締造了5分21秒的紀錄。在測試之前，我們非常自信能在時間內達成，但也必須承認，能向DNV GL和STX證明這一點，是我們一個很大的定心丸。現在，期待向客戶展現這些高端的救生艇，並期望他們對郵輪業的新旗艦船感到滿意。 圖 MPC 49救難艇之測試場景 MPC 49： 長度：15米 寬度：5,52米 容量：440人 世界上最大的救生艇，提供更高的內部空間和舒適度，遠高於目前的行業標準 世界上第一個雙甲板救生艇，在每個甲板上配備兩個入口，更快更方便的登船艇。 伴隨著一個全新全封閉的吊架與時尚優雅的設計，這增強了船的整體外觀，減少了維修的需要。 登船測試影片:https://www.youtube.com/watch?v=CPQ0YfApDs4

德國 Nordsee One風場首座離岸風力機完工

2017年5月11日 in /by

Nordsee One風場總面積約41.3平方公里，距離德國本土約40公里(如圖1)。Nordsee One風電場由一個離岸變電站平台和54部風力發電機組成，風力機型號採用Senvion之6.2M-126 (如圖2)，其基礎採用單樁式(如圖3)，水深約在25至29米間。 圖1 德國Nordsee One風場地理位置示意圖 資料來源：http://www.nordseeone.com/wind-farm/location.html 圖2 Senvion風力機(型號6.2M-126) 資料來源：http://www.4coffshore.com/windfarms/turbine-senvion-6.2m126-tid36.html 圖3 基礎採單樁式示意圖 資料來源：http://www.nordseeone.com/engineering-construction/basements.html 德國Nordsee One風場之54部Senvion 6MW風力機將在Eemshaven的基地母港開始組建。現已完成兩套組建之風力機，由MPI Enterprise安裝船運送至德國Juist島北方約40公里的海上施工現場，抵達後隨即採用該安裝船隻自身的起重設備完成吊裝(如圖4)。 該型號風機單獨的機艙重量約335噸，塔架總長度近70米，重達240多噸。每個葉片的長度為61米，重約20噸。 2016年4月，風力機基礎安裝完成，海上變電站於去年夏季安裝，場內陣列海纜鋪設於該年9月順利完成。在Nordsee One風場建置完成後，風場總裝置容量共為332 MW，試運轉將預期在2017年底前進行。Nordsee One風場由Northland Power Inc.(85%)和innogy SE(15%)兩間公司所擁有。 Nordsee One財務長Pierre Lestienne說：「我們已經按計劃和預算達到了這個重要的里程碑。我為這個成就感到自豪。這個結果是精確規劃和高效執行的結果。」 Nordsee One營運長Tim Kittelhake補充說：「藉由團隊攜手合作，很順利在Eemshaven的基地母港裝載首座風機主件並完成安裝，我們期待立即安裝下一台風力機，並計劃在今年年底前完成安裝及運轉。」 圖4 Nordsee One首座風力機於2017年3月完成安裝 資料來源：First turbine successfully installed at Nordsee One 資料來源： 1. http://www.offshorewindindustry.com/news 2. http://www.nordseeone.com/wind-farm/location.html

風力輔助推進 – Switijnk Shipping採用弗萊特納貨輪設計

2017年5月11日 in /by

荷蘭家族型企業Switijnk Shipping航運公司最近和C-Job造船所簽訂的弗萊特納貨輪 (Flettner Freighter) 合約，航運業界以自己的方式主動尋求永續航運解決方案的最佳例子之一。 弗萊特納船是一種利用瑪格努斯效應 (Magnus Effect) 推進的船隻，瑪格努斯效應是指「作用於移動氣流中旋轉物體的力」。在弗萊特納船上，其旋轉物體就是直立於甲板上、由馬達驅動的高大旋轉筒柱。由於瑪格努斯效應會垂直作用於氣流方向，因此對弗萊特納船而言，最佳風向就是側風。德國工程師Anton Flettner於1924年建造了第一艘示範船–Buckau，其後更名為Baden Baden，並於1926年成功橫越大西洋。 興起的轉子風帆 雖然弗萊特納推進概念在1920年代未能吸引目光，但近年來已重獲重視。原因可能是因為現今的優先著眼點已和二十世紀初的重點順序大相逕庭。現代海洋產業正面臨眾多繁雜的議題，包括油料生產與價格成本，以及不斷增加的環境法規和日益高漲的環保意識。 Switijnk Shipping之所以與C-Job攜手合作，也應是基於此邏輯反思。總經理Stefan Switijnk對此表示：「永續發展是我們家族企業迎向未來的理念之一。」C-Job所設計的是131公尺長、8,000載重噸位的乾貨船，專案命名為FF8000。船上將配備兩組轉子風帆 (Rotor Sail)；其現代版的Anton Flettner旋轉筒柱是由芬蘭Norsepower公司承銷。Switijnk描述他第一次見到轉子風帆的情形：「我們受邀參訪Estraden貨輪 (配備Norsepower轉子風帆的汽車載運船)，整套系統給了我們非常深刻的印象 － 不僅完全自動化，還配備簡單易用的介面。而且，Estraden還是一艘快速貨輪。」 關鍵決策 其設計階段的關鍵部分，在於分析Switijnk Shipping各大主要航線的平均風力狀況。在耗油量方面，分析作業產生了多項吸引人的結果：「預期省油百分比可達到兩位數，同時大幅降低二氧化碳排放量。不過，如此的燃油效率卻也必須做出一些非預期的決策。」Switijnk說道，「在這個設計之下，燃油耗用量會低到讓我們不得不重新思考當初以LNG作為主機燃料的決策是否得宜。就投資、人員訓練、認證等面向而言，這會是最明智的選擇嗎？」 推力的最大化 在此專案上，C-Job可以汲取先前4,500載重噸位貨輪概念設計(FF4500)的經驗–亦即歐盟跨境合作計畫專案SAIL中配備轉子風帆的弗萊特納貨輪。兩種設計之間最顯而易見的差異，就是Switijnk Shipping的貨輪只安裝兩組轉子風帆而不是四組－如此可以有效消除旋轉筒柱彼此之間所產生的「風寂區」。C-Job造船業務經理Jelle Grijpstra表示：「利用風力來輔助引擎動力，就是一套純複合動力系統，也是一項具有極高效率的技術–可從風力中獲取高輸出能量。同時，這套系統的操控及保養需求也相當的低。」 「這是一種隨插即用的概念。需要的條件包括：轉子的基座，因為這項技術立基於氣流中的移動物件，需要提供約75KW的電力，使轉子風帆能夠以正確的轉速轉動。此外，系統需有軟體可調整轉速，以獲得最大的推力。我們的任務就是設計出能夠利用Norsepower轉子風帆提供最大推進力的船隻。」此一風力協助推進技術也能運用於其他類型的船舶，Grijpstra表示：「這項技術也適用於油輪、載客郵輪及渡輪–雖然仍需將淨空高度納入考量。」 發展潛力 轉子風帆技術受重視的程度已提高–Norsepower榮獲本年度阿姆斯特丹「電動及複合動力海洋世界博覽會」的「年度創新獎」。此外，芬蘭公司最近更接獲來自歐盟執行委員會及芬蘭政府創新基金署提供的260萬歐元補助，用於贊助進一步的研究與開發。 對Switijnk Shipping的總經理來說，更潔淨的航運也代表著更美好的前景。Switijnk表示：「雖然現在尚屬技術萌芽階段，但仍必須跨出第一步；況且在西北歐的沿海航運中，這項技術擁有極大的發展潛力。」Switijnk目前正積極尋求合作夥伴，期能共同開發此專案及投注資金：「技術面雖然是最令人興奮的部分，但資金面也會是最具挑戰性的課題。」   資料來源：Wind Assisted Propulsion – Flettner Freighter Design for Switijnk Shipping  

美國核發第一套壓艙系統認證

2017年5月11日 in /by

船東們無不尋求與美國進行貿易的機會，而在設備獲得法規官方認證的同時，壓艙水設備亦邁入新的里程碑。挪威奧斯陸Optimarin公司製造的Optimarin壓艙系統 (OBS) 於2016年12月2日通過美國海岸防衛隊 (USCG) 的認證，成為目前唯一可供國際海事組織 (IMO) 壓艙水管理公約各船旗國運用、符合法規要求並通過美國嚴苛測試標準的壓艙水管理系統 (BWMS)。 該公約將於2017年9月8日開始生效，也就是符合批准門檻的一年後，而美國壓艙水法規於2012年6月即已生效。USCG提醒，有意與美國貿易的船東雖可繼續申請長達五年的延長許可，但延長許可申請作業也將要求提供更多的文件來說明船舶為何無法符合美國法規 – 因為現在已有通過美國認證的系統可供使用。 美國海運商會 (CSA) 由美國境內經營國際貿易的油輪、貨櫃輪、散裝貨輪的船東與租賃公司所組成，在等待多年的美國核准系統通過之後，船東們終於可以選擇投資BWMS，且不需再因符合性問題再度更換設備。 CSA總裁Kathy Metcalf表示：「CSA相當推崇USCG的專業及堅持精神，他們在探究美國型式認證計畫的BWMS上不遺餘力，也盡可能實際反映系統安裝於船舶後的運作效能。」Optimarin執行長Tore Andersen表示：「對我們公司和客戶而言，這是非常重要的一天。」他強調：「美國擁有世界上最嚴苛的測試標準，系統通過美國標準的認證，就等於獲得了從現在到未來的全球符合性保證。」 圖 1 通過認證的Optimarin壓艙系統 資料來源：US receives first application for ballast water certification 壓艙系統相關規定的目標在於避免侵入性物種藉由國際貿易船舶的壓艙系統由某個區域轉移至其他區域。Optimarin的美國認證在2016年9月20日將最終申請文件送交USCG的10週後獲得了批准。相關機構目前正在評估多款BWMS的最終認證，包括來自挪威的製造商Oceansaver以及瑞典的Alfa Laval。不同於其他化學型處理系統，OBS系統是採用過濾器與紫外線燈的組合，並通過船級社DNV GL及USCG標準的淡水、半淡鹹水、海水測試。 Andersen向IHS Fairplay表示，OBS通過美國認證後，銷售額將大幅攀升。Optimarin擁有每年供應約1,000套系統的能力，依據已安裝的系統估算，每套系統的成本約為300,000美元。產業分析師認為，隨著2017年壓艙水管理公約的生效，船東們將會評估船舶改裝的成本以及是否廢棄舊船。另一項考量，則是法規對改裝和廢棄相關的船廠作業量可能帶來的影響。 「我們認為不會有這個問題，」Andersen向IHS Fairplay表示：「因為我們相信船廠有足夠的能力因應相關作業需求，也能提供足夠的(壓艙水系統)供應量，尤其是在USCG批准更多設備的認證之後。」  

日本海洋再生能源開發(下)

2017年5月11日 in /by

目前日本除了海上風力發電之外，亦正在開發海洋再生能源，主要以波浪、潮汐流、洋流及海水溫差為主。以下簡單介紹發電原理及發展現況。 波浪發電主要有以下5種型式： 1. 振動水柱型：利用波浪水柱壓縮空氣後，帶動渦輪及發電機發電。1965年日本海上保安廳採用的益田式航道指示浮標，目前世界各地採用最早實用化的小型振動水柱式波浪發電機。 圖.1 益田式航道指示浮標 (資料來源：NEDO 再生可能エネルギー技術白書第二版) 2. 懸浮點吸收式：利用波浪運動位能差，衝擊力或浮力差轉換為機械能，再帶動發電機發電。 3. 越浪式：將海浪貯存高於平均水面的蓄水池，利用此位能差帶動發電機發電。 圖.2 越浪式波浪發電 (資料來源：「海洋資源利用に関する調査」（2006, (独)海上技術安全研究所）) 4. 潮汐流發電：潮汐變化為可預測自然現象，一天會改變四次流向，由潮汐流帶動發電機發電，能量來源較為穩定。依發電機轉軸的不同，可分為水平式和垂直式。依設置方式的不同，可分為浮體式及固定式。 圖.3 固定式潮流發電 (資料來源：NEDO 再生可能エネルギー技術白書第二版) 5. 洋流發電：以大洋洋流帶動發電機發電。洋流的流向大致固定，流速與流量、路線雖會依季節變化，但差別不大。洋流的範圍廣闊如黑潮，寬度可達100公里，深達數百公尺，能量規模大且穩定，但洋流流速較高的地點，一般離陸地較遠，水深也較深，因此發電裝置的設置及保養較為不便，電力輸送距離也較長。 圖.4 浮體式洋流發電 (資料來源：IHI技報Vol 53,No.2 (2013)) 6. 海洋溫差發電：利用海水表層及底層溫差發電的技術，溫差達20°C時就可以發電，此發電方式可分成封閉式循環與開放式循環。 (1) 封閉式循環：利用表層溫度較高的海水，使循環系統內低沸點、高密度、高蒸氣壓力的液體沸騰，產生蒸氣推動發電機，再利用深層溫度較低的海水冷卻降溫。 (2) 開放式循環：直接引入較高溫海水導入真空狀態的蒸發氣，產生水蒸氣後驅動發電機，再將蒸氣導入冷凝氣，由低溫海水冷卻。此過程可附帶產生淡水。 圖.5 海洋溫差發電 (資料來源：2016 ClassNK秋季技術セミナー 日本における海洋資源開発) 海洋能源的開發，除了發電系統的研究外，實證場域的選擇與準備也是一大重點。根據日本內閣官房總合海洋政策本部的決策，選定五縣七海域作為實證場域，在選定的場域中，以九州的長崎縣作為海洋再生能源產業的基地。在實證場域獲得的資料與經驗，是海洋再生能源邁向實用化的重要基礎。 日本海洋能源實證場域 (資料來源: 2016 ClassNK秋季技術セミナー 日本における海洋資源開発 )  

「福特級」- 美國新一代核動力航空母艦

2017年5月11日 in /by

從冷戰時期，美國的航艦軍備就不斷與蘇聯競爭，規模與戰力更是逐年增加。從小鷹級（Kitty Hawk class）到尼米茲級(Nimitz class)一脈相傳的美國航艦，構型不斷經過改良。「福特級」（Ford-class）是美國最新一代的核動力航母，福特號（USS Gerald R. Ford，CVN-78）即「福特級」核動力航母的首艦。目前美國海軍除了福特號，另外還規劃兩艘建造中的甘迺迪號（USS John F. Kennedy，CVN-79）以及計畫中的企業號（USS Enterprise，CVN-80），分別預計在2020年、2025年開始服役，整理如下表。 「福特級」耗資130億美元打造，為美國最昂貴的第三代核動力航母，目的為取代尼米茲號（CVN-68）。船長337公尺、船寬78公尺，滿載水量超過10萬噸，吃水12公尺。該艦將過去蒸氣驅動的彈射起飛系統，改為電磁彈射系統（EMALS）以及先進攔截器（AAG）等等，每45秒就能發射一架戰機，增加25％起降效率。 圖1 USS Gerald R. Ford，CVN-78 下水圖 資料來源：America’s NAVY；2017/5 以往美國航母執行戰機降落，皆於「三角區域」執行回收作業。但是設置這個「三角區域」，造成剛著艦的飛機被艦島結構堵在飛行甲板前段。而艦島前方右舷的停機空間亦不足，需於降落作業結束後重新調整停機空間，才能繼續進行戰機之加油、掛彈、升空等運轉作業。圖2為「三角區域」之示意圖。 圖2 甲板「三角區域」示意圖 (上 CVN-77、下 CVN-78) 資料來源：全球防衛雜誌；2017/5 為了解決「三角區域」操作壅塞的問題。期望能設置單一整備補給區，並增加起降調度時甲板可用通道空間。因此福特號將桅杆整合於艦島結構上，減少所占用甲板空間。將艦島尺寸縮小為比尼米茲級的3/4。並且將其向艦尾方向移動數十公尺，使右舷艦島前方能騰出足夠空間，作為維修站點及飛機調度運轉的通道。相較於尼米茲號，可讓戰機起飛架次由190提升至220次，且艦載戰機空間由75架增加至90架。 圖3 USS Gerald R. Ford，CVN-78 建造圖 資料來源：維基百科；2017/5 美國海軍預計於2021年前，投入831億美元建造38艘軍艦，並組成其航母攻擊群（Carrier Strike Group），做為取代以尼米茲號為首之航母攻擊群CCDG-5。包括福特號在內的所有「福特級」航空母艦皆將由位於維吉尼亞州紐波特紐斯的紐波特紐斯造船廠（Newport News Shipbuilding，NNS）建造。該造船廠是美國規模最大的私人造船廠，亦為目前美國境內唯一擁有補給或建造核動力航空母艦能力的造船廠。「福特級」是美國第一個應用虛擬影像技術（VR）設計的航空母艦。透過該技術，使各相關單位在設計過程中即可對設計細節精確掌握，預先了解可能的佈局問題並加以解決。該技術最重要之突破為，容許多組團隊在同一時間分別進行設計開發。這不僅能更有效的節省設計時間，亦能即時反應不同團隊間的設計衝突。不僅提升部門內部設計的縱向聯結，更提升了跨部門的橫向設計聯結。 圖4 紐波特紐斯造船廠（Newport News Shipbuilding，NNS） 資料來源： 風傳媒；2017/5  

改造「快樂輪」 啟動複合動力渡輪新商機

2017年4月18日 in /by

航行於高雄旗鼓航線的「快樂輪」原是艘柴油渡輪，經改造成為亞洲首艘複合動力渡輪後，在2017年春節旅遊高峰前夕正式首航啟用，提供平穩舒適、無噪音、無油煙味的搭乘體驗，贏得一致的讚賞與口碑。        這一蛻變的幕後英雄是來自台灣的團隊，由專業船舶機電廠商晉航企業得標，結合財團法人船舶暨海洋產業研發中心的技術移轉，僅僅4個月的時間就成功完成電力推進系統的安裝及測試。 改造「快樂輪」成為複合動力渡輪          往返旗津至鼓山哈瑪星的渡輪航線，每15分鐘就有渡輪發出，每年輸運人數高達800萬人次，「快樂輪」便是這艘沿海載客的交通渡輪。          為減少船齡老舊的柴油渡輪對高雄港水域的污染，由晉航企業與財團法人船舶暨海洋產業研發中心聯手組成的團隊，首度嘗試直接換掉柴油引擎，改裝50組鋰電池、發電機併聯同步、雙向直流電力轉換器，架構成高壓直流750VDC，總合功率達到1MW級距的船舶直流微電網，成為全台灣第一艘使用複合電力推進系統的綠色渡輪，並在岸邊設置充電設備，讓渡輪夜間靠岸時就可以充飽電。         這項經濟部技術處科專研發成果的背後，其實是整個台灣船舶產業團隊的合作，頂層的電源管理程式、通訊指令與主動式負載分配都由晉航公司與船舶中心來負責，將分散在船上的所有設備如發電機、電池系統、電力轉換器等，整合成一套高功率密度且全智能化的船舶複合動力系統。至於機艙與船體的部分則是交給原製造商的三陽造船廠進行上架焊接施工。         過程中最難的是電池、馬達、驅動器之間的整合跟應用，因為它所使用的元件來自不同世界各地的供應商，考慮電力品質及電力干擾等問題，需要靠具有船舶領域知識(Marine Domain Knowledge )的電機團隊去評估整合與提供全系統的解決方案。         能打破以往單獨由ABB、SIEMENS等大廠統包的窘境，晉航企業選擇自行購買國內外優良成熟的零組件，然後整合出這套750VDC、零組件總合功率達到1MW級的船舶電能系統，船舶中心海洋產業處裝備系統組工程師陳聖樺說，「過程沒有任何捷徑，只能靠一步一步學習、連絡與討論。         也因為這樣，我們才學的更多，而我們最重要的任務就是先輔導台灣船舶產業的電機整合技術向上提升，為台灣目前產業技術不夠成熟的機電設備生產商爭取喘息空間，將來才有機會跨入高值的海內外船機市場。」而這項「亞洲第一個新興巿場的電力渡輪」技術成果，也應邀在2017年6月要到荷蘭舉辦之船舶電機與複合動力研討會進行演講，屆時將展示這項透過跨國合作的案例。 成為亞洲首艘電力渡輪的成功實績         改裝前後，「快樂輪」最大的差異應該在於搭乘時的舒適度，沒有刺鼻的柴油味、沒有噪音，船身震動狀況也有整體改善。曾擔任過MW級電推海洋研究船機電工程的晉航企業經理沈紀寧指出，「原先快樂輪是柴油引擎，引擎一發動就要先燒油，工程師們戲稱這叫『低消』。         雖然引擎位於半密閉的機艙內，但艙內又晃、又臭、又吵。如今改成電力系統之後，馬達啟動下只聽得到嗡嗡的高頻聲，船上多發出來的電，還可用電池儲存起來再利用。這同時也改變了能源儲存跟使用的方式。雖然電池是消耗品，可能5～10年需更換，另外還需加計引擎主機的定期保養費用，但換算每年省下的油料，這項投資仍然很經濟實惠！         改裝後的另一項優勢是動力系統的效率更高，燃料成本與傳統柴油引擎系統相比降低30%以上，且不會產生煙霧或造成油污染。以旗鼓航線僅短短700公尺來說，傳統柴油引擎以全速來啟動，帶動船舵轉向後馬上面臨減速靠岸，對引擎的磨損相當大。這跟汽車在巿區走走停停是同樣的道理，但使用電動馬達後就完全沒有這項困擾。 […]

無線技術應用於閥件操控與維護

2017年4月10日 in /by

早期傳統閥件在控制與偵測數值上須將多個獨立裝置(如極限開關和電磁閥)固定於閥件上，並配置獨立電線拉回控制面板，造成大量的電纜成本、安裝與維護花費。而使用離散式閥件控制器(Discrete valve controllers)則可解決上述問題，離散式閥件控制器將各獨立裝置重新包裝成套件後固定在閥件上使用，可降低系統複雜性與安裝維護之成本。 除此之外，如手持式校準器等通訊設備為了與閥件控制器暫時性的連接，若閥件控制器位於難以到達或是有風險的區域，不僅消耗時間，也可能影響技術人員的安全。 圖1 離散式閥件控制器搭配有線網路控制示意圖 資料來源：http://www.marinelink.com/ 離散式閥件控制器藉由有線網路與分散式控制系統 (distributed control systems,DCS)和可程式控制器(programmable logic controllers,PLC)進行通訊，若透過無線連接，技術人員可避免攜帶笨重的手持偵測器前往至通道狹隘的閥件，並利用智慧型手機進行藍芽連線對閥件進行相關設定與參數運算。 利用智慧型手機作為閥件監控介面是相當具有成本效益的，如不需爬到高處只須在閥件可視範圍內便可對多個閥件進行監控，並可建制圖形化介面提供技術人員直覺性的操作與讀取數據。利用圖形化界面可增加船體安全性，避免技術人員因手持監控器介面複雜而輸入錯誤指令造成船艦運轉故障。 圖2 離散式閥件控制器搭配無線網路控制示意圖 資料來源: http://www.marinelink.com/ 除此之外，當技術人員須對閥件進行維護時，可能遇到閥件名牌因老舊磨損或是安裝方向導致無法辨識，若使用智慧型手機便可直接利用無線連接獲取閥件相關資訊，直接上網與閥件製造商取得電子操作手冊，亦可減少至工作站尋找相關紙本操作手冊之時間。 對於無線藍芽傳輸防衛方面，除了藍芽通訊自身通訊金鑰保護外，駭客還需長時間處於藍芽通訊範圍(約50米)內才有機會進行破解，對於航行中船艦被入侵之機率是微乎其微的。 配合無線技術操作之閥件控制器不僅能以表格輸入組態資訊，也能輸出相關參數以供診斷或未來分析，並明顯的降低操控、安裝和維護成本，也明顯提升了船艦可靠性以及降低船艦停機時間。 參考資料：http://www.marinelink.com/

亞洲首艘電力渡輪應用專訪：改造「快樂輪」啟動複合動力渡輪新商機

2017年4月10日 in /by

圖一 高雄市輪船公司委託、船舶中心設計規劃之低阻力電動渡輪 航行於高雄旗鼓航線的「快樂輪」原是艘柴油渡輪，經改造成為亞洲首艘複合動力渡輪後，在今年春節旅遊高峰前夕正式首航啟用，提供平穩舒適、無噪音、無油煙味的搭乘體驗，贏得一致的讚賞與口碑。這一蛻變的幕後英雄是來自台灣的團隊，由專業船舶機電廠商晉航企業執行，結合財團法人船舶暨海洋產業研發中心(隸屬經濟部技術處管轄)的技術移轉，僅僅4個月的時間就成功完成電力推進系統的安裝及測試。 圖二 高雄鼓山輪站的旅客與通勤機車出入一覽 改造「快樂輪」成為複合動力渡輪 往返旗津至鼓山哈瑪星的渡輪航線，每15分鐘就有渡輪發出，每年輸運人數高達800萬人次，「快樂輪」便是這艘沿海載客的交通渡輪。為減少船齡老舊的柴油渡輪對高雄港水域的污染，由晉航企業與財團法人船舶暨海洋產業研發中心聯手組成的團隊，首度嘗試直接換掉柴油引擎，改裝50組鋰電池、發電機併聯同步、雙向直流電力轉換器，架構成高壓直流750VDC，總合功率達到1MW級距的船舶直流微電網，成為全台灣第一艘使用複合電力推進系統的綠色渡輪，並在岸邊設置充電設備，讓渡輪夜間靠岸時就可以充飽電。 圖三 船舶能源控制系統與訊號轉換裝置 這項經濟部技術處科專研發成果的背後，其實是整個台灣船舶產業團隊的合作，頂層的電源管理程式、通訊指令與主動式負載分配都由晉航公司與船舶中心來負責，將分散在船上的所有設備如發電機、電池系統、電力轉換器等，整合成一套高功率密度且全智能化的船舶複合動力系統。至於機艙與船體的部分則是交給原製造商的三陽造船廠進行上架焊接施工。過程中最難的是電池、馬達、驅動器之間的整合跟應用，因為它所使用的元件來自不同世界各地的供應商，考慮電力品質及電力干擾等問題，需要靠具有船舶領域知識(Marine Domain Knowledge )的電機團隊去評估整合與提供全系統的解決方案。 圖四 機控室的觸控式資訊面板操作介面 能打破以往單獨由ABB、SIEMENS等大廠統包的窘境，晉航企業選擇自行購買國內外優良成熟的零組件，然後整合出這套750VDC、零組件總合功率達到1MW級的船舶電能系統，船舶中心海洋產業處裝備系統組工程師陳聖樺說，「過程沒有任何捷徑，只能靠一步一步學習、連絡與討論。也因為這樣，我們才學的更多，而我們最重要的任務就是先輔導國內船舶產業的電機整合技術向上提升，為台灣目前產業技術不夠成熟的機電設備生產商爭取喘息空間，將來才有機會跨入高值的海內外船機市場。」而這項「亞洲第一個新興巿場的電力渡輪」技術成果，也應邀在今年6月要到荷蘭舉辦之船舶電機與複合動力研討會進行演講，屆時將展示這項透過跨國合作的案例。 圖五 船舶用鋰電池系統，容量達100kWh 成為亞洲首艘電力渡輪的成功實績 改裝前後，「快樂輪」最大的差異應該在於搭乘時的舒適度，沒有刺鼻的柴油味、沒有噪音，船身震動狀況也有整體改善。曾擔任過MW級電推海洋研究船機電工程的晉航企業經理沈紀寧指出，「原先快樂輪是柴油引擎，引擎一發動就要先燒油，工程師們戲稱這叫『低消』。雖然引擎位於半密閉的機艙內，但艙內又晃、又臭、又吵。如今改成電力系統之後，馬達啟動下只聽得到嗡嗡的高頻聲，船上多發出來的電，還可用電池儲存起來再利用。這同時也改變了能源儲存跟使用的方式。雖然電池是消耗品，可能5年~10年需更換，另外還需加計引擎主機的定期保養費用，但換算每年省下的油料，這項投資仍然很經濟實惠！」 改裝後的另一項優勢是動力系統的效率更高，燃料成本與傳統柴油引擎系統相比降低30%以上，且不會產生煙霧或造成油污染。以旗鼓航線僅短短700公尺來說，傳統柴油引擎以全速來啟動，帶動船舵轉向後馬上面臨減速靠岸，對引擎的磨損相當大。這跟汽車在巿區走走停停是同樣的道理，但使用電動馬達後就完全沒有這項困擾。 圖六 拆除引擎後安裝高效能推進用永磁馬達(Traction Motor)，機艙空間即刻獲得改善 其次，這次能將電力電子的變頻科技應用在這種類型的船舶上，顯示技術的靈活運用程度提高很多，且設備體積縮小後也較不佔機艙空間。例如過去250kW尺寸的馬達變頻器像電冰箱大，如今縮小得像電腦主機大；傳統電控線路密密麻麻的，改成CANBUS通訊傳導後則只剩幾條通訊線；機控室儀表板也改成觸控螢幕，方便技術人員透過歷史資料來判讀問題。 圖七 高雄市長陳菊與交通局長於快樂號電動渡輪下水剪採合影 圖八 快樂號電力渡輪於春節營運時的疏運盛況 複合電力渡輪的未來展望 造船花費高，且航運上相對注重安全，因此這行業特別重視口碑、信用跟案例，國內外船主都想找可資信賴依靠的品質保證。「綠色渡輪」的使用，目前包括台灣及其他亞洲國家，都剛在起步階段。雖然歐洲領先10年使用安靜的電動動力系統，來替換高噪音、污染嚴重且昂貴的柴油機，但聘請歐洲團隊的價格昂貴。反觀台灣這艘100噸、23米長、可載客140多人的渡輪，改裝費用僅歐洲的一半，加上地理位置的方便性，能靈活迎合亞洲國家的配置需求，反而具發展機會。 在經濟部技術處贊助、晉航企業主導、船舶中心輔導下，「快樂輪」成為全台首艘靠電力航行的100噸級載客渡輪，也是亞洲首艘載客商務運轉的電力渡輪，正是一個成功實例。相信未來新船的製造需求將轉向這種電動船，不論是渡輪、遊艇、還是拖船，當越來越多的船艇都採用複合動力與電力系統，方能成就這個產業的蓬勃發展化。