当全球航运业在脱碳浪潮中寻找技术锚点时，一项名为ALL-DC-SHIPS的欧盟先锋项目正试图改写船舶电力系统规则。这一汇聚了欧洲8个国家12家合作伙伴的创新研发项目获得了欧盟“地平线欧洲”（Horizon Europe）计划1020万欧元的资金支持，并于2025年2月在布鲁塞尔正式启航。ALL-DC-SHIPS旨在通过全直流架构革新，为海事行业提供高效、低碳的能源解决方案。项目为期3年半，计划 至2028年7月完成关键技术研发与实船验证，推动船舶电力系统向“全直流时代”跨越。

△ 英国伯明翰大学Pietro Tricoli教授

近日，通过与ALL-DC-SHIPS项目协调人、英国伯明翰大学(University of Birmingham)电子、电气与系统工程系电力电子系统教授Pietro Tricoli的对话，我们可以看到一条通往低损耗、高可靠性的船舶电网路径正逐渐清晰起来。在接受本刊记者专访过程中，Pietro Tricoli教授进一步分享了ALL-DC-SHIPS项目的进展及规划，并对项目的核心技术突破和全直流电网关键优势一一作了阐释。面对海事电气化热潮，这位项目负责人保持了学者的审慎和务实，他明确指出了现有电池无法支撑船舶远洋航行数千海里这一重大挑战，同时也为船东和运营商提供了应对挑战的可行思路。以此项目为例，Pietro Tricoli教授也向我们展示了产学研融合协作如何形成共振效应，助力推动行业转型变革，以及欧洲在这方面的典范实践。

问：请您介绍一下ALL-DC-SHIPS项目当前的进展以及接下来的工作规划。

答：ALL-DC-SHIPS项目于2025年2月正式启动，预计将持续至2028年7月。目前我们正在梳理船舶直流电力应用的现有及拟议标准，并确定哪些应用场景最能受益于全直流电力系统(即主电网和次级电网均采用直流技术的电力系统)的实施。从2025年5月起，该项目将开始启动3项关键技术的研发：适用于1000V直流主电网的新型船用认证碳化硅DC-DC转换器；适用于400V直流次级电网的新型高效DC-DC转换器；以及适用于400V直流次级电网的新型固态直流断路器。

问：ALL-DC-SHIPS 项目具体包括哪些细分任务，预期将实现哪些技术突破？您的团队主要负责哪方面的工作？

答：该项目的核心技术任务是开发全直流电力系统设计与部署所需的3大关键组件。通过采用新型直流技术，预期将实现电力系统损耗降低、电压调节优化以及发电机效率提升等效益。其中一项重大突破在于固态保护装置的应用——这将有效解决直流电力系统中短路电流过高的核心挑战。与传统机电式断路器相比，固态断路器能更快检测并切断短路故障，从而显著降低短路事故造成的损害。

伯明翰大学担任ALL-DC-SHIPS项目协调方，负责该项目的整体规划、实施交付与验证工作，同时也牵头开展项目成果的推广与应用活动。此外，伯明翰大学还承担着以下3方面的职责：对船上安全关键部件进行评估认证，建立船舶电力系统模型以分析短路事件，以及量化分析在主配电板左舷母线和右舷母线之间采用固态母线联络的效益。

问：ALL-DC-SHIPS项目提出将船舶主电网与次级电网均升级为直流系统。与传统方案相比，全直流架构具有哪些关键优势？能带来哪些潜在的环保和经济效益？

答：在主电网中采用直流系统的优势在于能够调节发电机的转速来适应电力负载的功率需求。针对不同功率等级，可将发电机转速调节至最佳效率点，从而降低5%-10%的燃料消耗。全直流电网可使电源转换器直接从其直流中间电路获取电力，省去了将交流电整流为直流电的转换环节。由于船上几乎全部电力都是通过电源转换器分配的，全直流电网可显著降低电源转换器成本，并可减少15%-30%的功率损耗。

问：ALL-DC-SHIPS项目计划在什么样的船舶上展示全直流电网概念？全直流电力系统将适用于哪些船型？

答：该项目拟建的全直流电网将在合作伙伴Jan De Nul集团旗下一艘3000总吨挖泥船上进行实船验证。其他应用场景还包括邮轮，为此，在项目实施过程中，我们也将在合作伙伴庞洛邮轮(Compagnie du Ponant)公司支持下开展邮轮专项研究。

问：您指出，在水上运输脱碳中，快速扩大低碳能源和储能解决方案的应用范围是至关重要的一环。业界利益相关方可采取哪些具体行动来加速实现这一目标？

答：在我看来，船东和船舶运营商应重新审视自己的船舶运营情况，评估是否适合采用部分或全电气化方案。例如，应用配备小型电池的混合动力系统，既有助于显著降低排放又无需巨额投资。设备供应商应及时掌握新兴储能技术的发展动态，因为每年都有新型电池问世，而且它们的能量密度和船上应用安全性正在不断得到提升。以新型磷酸铁锂(LFP)电池为例，其火灾风险较锂镍锰钴氧化物(NMC)电池大幅降低，且能量密度正逐步接近后者。这两大关键因素对于消除船东和船舶运营商的疑虑，让他们确信新技术不会对其船舶造成损害至关重要。

问：您如何看待海事电气化的发展前景及其在行业脱碳进程中发挥的作用？该领域还存在哪些亟待克服的挑战？

答：海事电气化是一个非常令人振奋但又面临着独特挑战的领域，现有技术无法一次性解决所有问题。仅靠电池无法满足所有应用场景的需求，但诸如金属空气电池等具有颠覆性潜力的新技术目前仍处于发展阶段，技术成熟度太低，未来数年内尚无法投入实际应用。目前的主要挑战在于，要让船舶在不使用任何燃料的情况下航行数千海里的距离，而即便是在理论层面，当下也不存在能够达成这一要求的可行解决方案。在此背景下，低碳燃料似乎是现阶段唯一的现实路径。

预计海事电气化将在沿海航运与内河航运领域大幅推进，这将是一个重要的进步，因为此类船舶的运营区域毗邻人口密集区，其减排效果对于提升空气质量具有直接效益。

问：作为一个获得“地平线欧洲”计划资助、覆盖8国12家机构的大型合作项目，ALL-DC-SHIPS将如何协调各方资源，形成技术合力？

我们所组建的合作联盟具有高度互补性，汇集了多学科专业力量来应对项目中可能面临的挑战。我们有专攻关键组件开发的技术供应商，有开展技术测试并协助制定应用计划的终端用户，还有负责风险评估、船上安全和认证工作的船级社，以及其他为拟议解决方案提供所需建模和数值分析的研究机构合作伙伴。

问：基于您在伯明翰大学的研究工作，对于加强学术界与产业界的合作，促进技术成果转化与利用，切实推动海事行业转型与可持续发展，您有何建议？

答：学术界与产业界的合作是推动新技术发展的关键，因为两者在应对海事领域的挑战时可以互补。诸如欧盟“地平线欧洲”计划资助的合作研究项目为此类合作提供了理想的环境和平台，为学术理念向产业应用转化奠定了基础，并且有助于推动创新。这对于海事行业电气化尤为重要，因为能对该领域脱碳起到核心助推作用的多项技术仍处于早期开发阶段，且尚未在行业内得到充分认知。

问：您认为欧洲在推进产学研融合与协作方面有哪些典范实践和经验值得借鉴？

答：“地平线欧洲”是欧洲研究与创新领域的旗舰计划。该计划通过支持产业界与研究领域的深度协作，共同应对社会重大挑战。对产业界而言，该计划为他们提供了获取研究界合作伙伴关键知识与基础设施的通道——这对于新技术在投入实际产品应用前的测试至关重要，有助于提升企业竞争力。对研究界而言，这是创造实际影响力的重要途径，通过与行业专家开展协作，他们得以将研究成果转化为实际应用。