HYBRID POWER SYSTEMS FOR SHIPS

Nowadays, there is a growing concern about decreasing pollutant emissions from marine vessels in order to minimise the impact on the atmospheric pollution. This means that the naval industry needs to be prepared for this scenario and develop cleaner and more efficient powertrains. Hybrid systems are a viable approach to reach this goal. They employ batteries to store energy, so as to eliminate engine transients, leaving it running in its optimal condition and using the stored energy to supply the extra demands. The use of hybrid systems in marine vessels brings a number of new challenges, mainly related to the order of magnitude of the power supplied and risk management. Besides hybrid systems, using alternative fuels with low sulphur levels is also an option to be considered to diminish pollutant emission. Liquefied Natural Gas is a viable short term alternative to substitute the bunker oils currently employed as fuel in vessels. A promising option for the long term is to employ natural gas in fuel cells, which are very efficient systems, although its technology is not sufficiently mature to secure a safe utilization in vessels. We are going to analyse all these alternatives, considering performance, cost, safety and infrastructure needs in order to quantify the economic gains, fuel savings, performance improvements and emission reduction.

Escopo em português

SISTEMAS HÍBRIDOS DE POTÊNCIA PARA EMBARCAÇÕES

Hoje em dia, há uma preocupação crescente em reduzir emissões de embarcações de forma a minimizar o impacto da poluição atmosférica no ambiente. Isto significa que a indústria naval precisa se preparar para este novo futuro e desenvolver sistemas de potência que sejam mais limpos e eficientes. Uma alternativa que pode ser empregada é a utilização de sistemas híbridos, que empregam baterias para armazenar energia. Assim, torna-se possível eliminar transientes de carga no motor, deixando o motor funcionando numa condição padrão para fornecer uma carga base e utilizando os sistemas de armazenamento para dar conta das demandas transientes extras. A aplicação de sistemas híbridos em embarcações traz uma série de novos desafios, principalmente no que se refere à ordem de grandeza da potência consumida e do gerenciamento de riscos. Além do emprego de sistemas híbridos, utilizar combustíveis alternativos com baixo teor de enxofre também é uma opção a ser considerada para reduzir a emissão de poluentes, e isto por sua vez levou à consideração do Gás Natural Liquefeito como uma alternativa de curto prazo para substituir os óleos mais pesados utilizados atualmente como combustível. Uma promissora opção de mais longo prazo é utilizar gás natural em células a combustível. Estes sistemas são bastante eficientes, porém sua tecnologia ainda não está suficientemente dominada para que possam ser aplicados com segurança em embarcações. Analisaremos todas estas alternativas, considerando desempenho, custo, segurança e necessidade de infraestrutura a fim de quantificar os benefícios econômicos, economia de combustível, melhora da eficiência e redução das emissões.

TEAM

Bruno Souza Carmo (POLI-USP)
Project Coordinator

Silvio de Oliveira Junior (POLI-USP)
Maurício Salles (POLI-USP)
Marcelo Ramos Martins (POLI-USP)