科技專案成果

獎項名稱：優良計畫獎
執行單位：財團法人船舶暨海洋產業研發中心
計畫名稱：船艇電能驅動整合技術開發計畫(3/3)
資料出處：109年度經濟部技術處法人科專成果表揚成果專輯
 

▲ 團隊合照
 

船舶製造屬於高度系統整合的產業，需要仰賴高科技的導入，才能促成升級。此計畫的主軸就是結合造船和機電業者兩方的力量，異業整合進入高值船機設備領域。此計畫建立了250kW級電能併聯同步技術，協助整合國內電機供應鏈系統，且逐步將研發技術落實驗證，以高雄旗津水域與新北市淡水河為示範場域。
 

▲ 渡輪站太陽能岸電系統
 

航行於旗津和淡水河 成功驗證
 

在高雄旗津水域，計畫團隊陸續完成亞洲首艘複合動力渡輪「快樂號」、國內首艘電動渡輪「旗福一號」與電動渡輪「旗福二號」新造工程的技術服務，有效減緩當地(旗鼓地區)空氣汙染問 題，提供旗鼓地區渡輪乘客感受平穩舒適、低噪音、無油煙味的搭乘體驗，每年往返於旗津之間交通渡輪載客輸運約640萬人次以上，並建構旗鼓沿海地區棧貳庫的綠能低碳航線，已達到30%電動化比例。
 

值得一提的是，除發電機與引擎外，國內廠商已能提供電力轉換器、馬達、電池、馬達驅動器、主配電盤、電感器、LCL濾波器等零件，估算船舶電力推進系統(Powertrain)自製率達70%，促成國內潛力製造商導入電能驅動系統，建立大型電能驅動船舶製造能量，並協助船廠與機電商完成系統整合。
 

在淡水河，團隊完成了國內首艘採用國內自製動力系統的複合動力遊艇Aquasense 33 Hybrid，大大提升國內油電混合遊艇國產化的生產能力，從上游零組件到油電混合系統開發，最後將油電混合系統與遊艇進行整合成為新興產品推入市場，並透過技術轉移，協助廠商成立研發中心，開發船用船舶系統整合供應鏈。
 

系統整合難度高 依然如期完成
 

隨著半導體技術的提升，直流元件模組的功率級距與價格，已逐漸能在船舶動力系統的應用上有所表現，這次的科專計畫主要採用這種250kW級距的電力模組，透過船舶中心開發的電源管理系統(PMS)進行整合，竟而達到對電網穩定性的需求與電力品質的控制，這些乍看簡單，其實困難重重。
 

系統整合的工作與研發底層零件完全不同，譬如在架構渡輪上的750VDC/250kW級距直流微電網時，由於電力轉換器與高壓電池系統聯接造成的電壓波動，導致其電池管理系統(BMS)無法順利運轉通訊，頓時讓大家慌了手腳，眼看承諾船東的下水交期迫在眉梢，為避免延誤造成罰款的情況發生，最後同仁仍回歸技術本位，透過電力電子學相關分析軟體，進行相關RLC為基礎的二階濾波器來改善電力品質，讓直流高壓的峰對峰漣波控制在5%以下，並且透過至歐洲出差的同仁緊急帶回訂製的濾波器套件，才終於讓高雄電動渡輪可以如期下水測試邁向商轉。
 

在建置複合動力遊艇動力系統的過程中，測試地點位於公司附近的淡水河，AQUA33遊艇搭載由國內機電商自製同軸(in-line)併聯式動力系統，為船舶中心一手打造設計規格。在臺大先進動力實驗動力計測試時，性能表現均如預期，但與引擎耦合時，卻發生動力傳遞打滑等現象，甚至影響至該船應有的水準，經反覆拆裝與分析後，找到適合的電磁離合器性能參數，終於在計畫審核前達到要求的最高船速。
 

當時科專團隊同仁、船廠、機電業者群起歡欣鼓舞的樣子，仍深深烙印著，也提醒我們唯有發揮科專精神，透過不斷創新並解決產業需求的技術問題，才能落實法人被賦予的責任與義務。
 

▲ 快樂號電能轉換系統
 

做好準備 迎接電動船舶趨勢
 

在群策群力下，船舶中心運用船艇電力品質控制技術，協助國內業者以電力驅動，取代傳統柴油引擎，場域驗證成效甚佳，前述由商業載客渡輪改裝而成的複合動力渡輪「快樂號」及全電力渡輪「旗福一號」，兩艘渡輪合力專營棧貳庫全新航線，「快樂號」不僅協助高雄市政府順利完成2017全球生態交通盛典(eco mobility) 之海上輸運，並於荷蘭船舶機電研討會獲得2017年度最佳複合動力系統新人獎，以及經濟學人(Economist)、MARINE LINK等國際媒體專刊報導，成功行銷臺灣產業技術，深獲國際肯定。
 

配合綠能新潮流的應用趨勢，電動渡輪估計每年可以減少約6萬5000公升柴油使用量及17萬公斤的碳排放量，可有效降低碳排放20%與燃油成本30%以上，帶動高雄市交通局開闢海上輸運低碳觀光新亮點，團隊並已於108年協助新造電動渡輪「旗福二號」之機電線路審閱，預計2025年前持續完成新造加改裝渡輪共9艘。
 

此外，團隊成功將PMS電源管理技術擴散至遊艇產業，協助長岡機電與大舟遊艇共同開發複合動力遊艇"Aquasense33 Hybrid"，其複合動力模組不僅擁有和柴油船相同性能，更具備純電力航行的優勢，引擎模式時最高船速達32節，純電航行可達7節船速維持30分鐘，充電時數只需1.5小時，目前為國際複合動力同級距船型中具最高規格與性價比，並將持續推廣外銷至海南島、軍艦島、濟州島，且協助長岡機電成立研發中心，持續帶動國內造船廠與機電裝備廠發展船舶機電整合技術。
 

以電力驅動的大眾運輸系統，如高鐵與捷運，早已遍及我們的日常生活中，個人陸上運輸工具如電動自行車、摩托車與客車的占比也越來越高，新一代的水路運輸工具目前也正依循著相似的軌跡發展，在可預見的將來應會逐步邁入電能驅動交通工具發展的黃金時期，因此藉由法人科專計畫洞燭先機掌握關鍵設備整合技術，協助臺灣廠商跨入高值船舶機電產業實為刻不容緩，目前團隊正著手協助國內機電業者成立研發中心，展現延續科專研發成果的決心。
 

▲ Aquasense33-Hybrid產品發表會
 

成功心法Box
 

船舶中心開發250kW船艇電力品質控制技術，成功於「高雄市」與「新北市」建立示範場域並順利商轉營運。運用該技術協助整合國內船廠與電機供應鏈系統，帶動造船業與機電業者推動高雄渡輪電氣化，且提升動力系統自製率達65％以上。
 

【專家推薦】
 

船舶中心106~108年開發250kW級船艇電力品質控制技術，協助整合國內電機供應鏈系統，整合國外優良裝備與部分國產零件，帶動造船業與機電業者跨領域整合進入高值船機設備領域。本計畫逐步將研發技術進行實海域驗證，成功以高雄旗津水域與新北市淡水河域為示範場域，推動香港天星渡輪外銷，並協助長岡電機成立研發中心，持續建置船舶電能驅動系統整合能量並推動船舶機電整合。
 

在具體成果方面，船舶中心協助國內業者以電力驅動取代原傳統柴油引擎，成功改裝商業運轉載客綠色渡輪，於高雄旗津水域做為驗證場域，由該兩艘渡輪合力專營棧貳庫全新航線，帶動高雄市交通局開闢海上輸運低碳觀光新亮點。並將技術擴散至遊艇產業，於淡水河域做為驗證場域，協助業者開發複合動力遊艇及成立研發中心，持續發展船舶機電整合技術。同時，與業者合作開發電動機車充放測試設備，協助機電設備廠進入綠能載具產業，帶動國內造船廠與機電裝備廠建立綠色船舶技術能量與產業鏈發展。