船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向

摘 要：針對(duì)船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，梳理其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，研究和探索未來的發(fā)展方向，具有現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電力推進(jìn)系統(tǒng)；現(xiàn)狀；發(fā)展方向

1 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)概述

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、配電裝置、變頻調(diào)速裝置、駕駛控制系統(tǒng)、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、螺旋槳、吊艙等部分組成。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)是利用推進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)的一種推進(jìn)方式。它通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，再通過電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)能量的非機(jī)械傳動(dòng)，將傳統(tǒng)船舶的柴油機(jī)推進(jìn)與發(fā)電機(jī)供電合二為一。作為一種新的推進(jìn)方式，它具有良好的經(jīng)濟(jì)性、操縱性、安全性以及環(huán)保性能，已逐步代替柴油機(jī)推進(jìn)，廣泛應(yīng)用于各型船舶中。

2 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀[1，2，3]

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

（1） 潛艇的AIP（不依賴空氣推進(jìn)）技術(shù)

采用AIP技術(shù)可以增加潛艇的水下續(xù)航力和自持力。所謂的AIP技術(shù)是指不依賴空氣推進(jìn)的推進(jìn)技術(shù)，目前實(shí)現(xiàn)的主要方式有閉式循環(huán)柴油機(jī)、燃料電池、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。目前的應(yīng)用方式是聯(lián)合推進(jìn)，即在原有的柴—電推進(jìn)的基礎(chǔ)上，另外配置一套小功率的AIP系統(tǒng)以增加潛航時(shí)間。德國IKL/HDW公司開發(fā)的氫氧燃料電池于1998-1999年在UL艇上進(jìn)行了海上試航。實(shí)驗(yàn)表明，采用AIP技術(shù)后該艇的水下續(xù)航時(shí)間提高了4倍。

（2） 吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)

吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)是如今備受推崇的一種電力推進(jìn)方式。它是一種全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，電動(dòng)機(jī)位于吊艙內(nèi)，直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳。該系統(tǒng)的操縱性能和推進(jìn)效率非常好，而且由于不需要軸系、舵及助推器，節(jié)省了大量空間，自身重量得到減輕，噪聲和振動(dòng)也降低了，機(jī)動(dòng)性能更佳，安裝也更方便。采用吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)最成功的例子是狂歡節(jié)旅游公司第8艘幻想級(jí)客輪“天堂”號(hào)，該船為74000t。經(jīng)海上航行證明，其速度、燃油消耗率和操縱性能都獲得了提高，推進(jìn)效率比以前的幻想級(jí)客輪提高了8%，一周可以節(jié)省40t燃油，全速回轉(zhuǎn)半徑減少了30%，說明其操縱性極好。

（3） 超導(dǎo)電磁推進(jìn)技術(shù)

超導(dǎo)電磁推進(jìn)技術(shù)首先是美國人提出來的，它是利用安裝在船上的超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，與通過海水的電流之間作用，產(chǎn)生一個(gè)沿著船的縱軸方向的勞倫磁力，并由向船尾運(yùn)動(dòng)的海水噴射而獲得推力。美國于1980年完成了300KW的電磁推進(jìn)船海上試驗(yàn)，并制造了2250KW的樣機(jī)。1992年，世界上第一艘載人超導(dǎo)電磁推進(jìn)船“大和一號(hào)”在日本神戶港正式試航成功，標(biāo)志著超導(dǎo)電磁推進(jìn)技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。電磁推進(jìn)器由于不需要螺旋槳和軸系之間的運(yùn)動(dòng)部件，而是直接將電磁能轉(zhuǎn)換成推力，因此不會(huì)產(chǎn)生“空泡”現(xiàn)象，也不存在傳動(dòng)軸振動(dòng)造成的噪聲，所以速度快、效率高、隱蔽性好，它在潛艇、超高速客貨船等方面有著很好的應(yīng)用前景。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國的電力推進(jìn)技術(shù)還處于起步階段，電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用并不廣泛。在國內(nèi)，2002年12月17號(hào)，廣船國際為中遠(yuǎn)廣州公司建造的半潛船“泰安口”號(hào)正式交付使用。該船采用6.6KV中壓電力系統(tǒng)和兩套SSP-5吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大型主柴油機(jī)、巨型舵葉，輕巧的螺旋槳可360度回轉(zhuǎn)，使船舶能夠在極小的回旋半徑和范圍內(nèi)靈活操縱。這是中國自己建造并投入營運(yùn)的第一艘具有極高商業(yè)價(jià)值和廣闊市場(chǎng)前景的海洋工程大型特種船舶。目前，它的姊妹船“康盛口”號(hào)也己經(jīng)投入運(yùn)行。上海愛德華船廠己把額定功率為1.5MW的SSP推進(jìn)器系統(tǒng)安裝在由瑞典船東定購的“帕勞斯佩拉”號(hào)化學(xué)品運(yùn)輸船上。由上海船舶研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，江南重工建造的科學(xué)考察船于2005年在南海運(yùn)行，采用Compact Azipod推進(jìn)系統(tǒng)，這是中國設(shè)計(jì)的第一條采用Azipod電力推進(jìn)的船舶。中國船舶工業(yè)總公司和中國水產(chǎn)科學(xué)研究院為北京頤和園管理處建造的太和號(hào)游船應(yīng)用了電力推進(jìn)方式，采用交流變頻電力推進(jìn)方式，即用蓄電池作為電源，通過變頻器控制交流電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳來推進(jìn)船舶。

3 未來發(fā)展方向[4]

3.1 能源的多樣化[5]

目前船舶動(dòng)力源大都采用柴油、汽油以及核動(dòng)力作為引擎，消耗所排放的廢氣和廢料等對(duì)空氣、水域或者土壤都會(huì)造成污染。尋求更清潔的能源作為船舶動(dòng)力源勢(shì)在必行。生物柴油、燃料電池、風(fēng)能、波浪能、太陽能等方面都有比較誘人的前景，但如何充分有效地將自然能直接轉(zhuǎn)換成船舶動(dòng)力或者轉(zhuǎn)化成電能將是未來船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展將要攻克的一個(gè)難題。

3.2 推進(jìn)器的新穎化

伴隨著船舶向大功率化以及快速化方向發(fā)展時(shí)，開發(fā)適合的推進(jìn)器將是船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展的另一個(gè)方向。一是磁流體推進(jìn)器。即把帶電的電極插在水筒中，通電后再水中產(chǎn)生電流，安裝在船上的磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)通過與這一電流相互作用，產(chǎn)生電磁力把水從水筒的末端作為高速水流噴出推動(dòng)船舶；二是噴水推進(jìn)。即依靠位于船尾的噴水機(jī)產(chǎn)生高壓高速水流，經(jīng)噴頭噴射而出，使船舶獲得強(qiáng)大的反沖動(dòng)力，并通過調(diào)向閥門的閥軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變出水方向，使船舶或前進(jìn)，或轉(zhuǎn)向，或倒退。

4 結(jié)論

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)已成為目前以及未來船舶推進(jìn)的重要方式，在現(xiàn)階段發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究和探索未來的發(fā)展方向，具有現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王瀅.淺談電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)況與趨勢(shì)[J]. 科技咨訊，2010（35）：102.

[2]欒勝利.船舶電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展[J]. 船電技術(shù)，2009（4）：47-49.

[3]韓彥芳.電力推進(jìn)裝置在小型船舶上的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（17）：125.

[4]俞文勝.船舶電力推進(jìn)未來發(fā)展方向[J]. 世界海運(yùn)，2007（3）：44-45.

[5]湯天浩.新能源與電力電子在船舶電力推進(jìn)中的發(fā)展和應(yīng)用[J]. 上海海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（1）：19-20.

作者簡介

劉佳（1982-），碩士研究生，工程師，研究方向：船舶電氣工程。