長江車客渡船全電力推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究

于全虎

(江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

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長江車客渡船全電力推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究

于全虎

(江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

針對長江車客渡船采用全電力推進(jìn)方式中的重點(diǎn)問題，通過對電站設(shè)計(jì)、諧波抑制、配電電壓、電能管理、儲能單元等關(guān)鍵性技術(shù)研究，提出了車客渡船電力推進(jìn)系統(tǒng)各模塊的特點(diǎn)和選型原則，并分析了帶儲能單元電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，認(rèn)為現(xiàn)階段適宜采用技術(shù)成熟的柴-電推進(jìn)形式，而帶有儲能單元的電力推進(jìn)模式將是車客渡船未來的發(fā)展方向。

電力推進(jìn)；汽車渡船；技術(shù)論證

0 引言

20世紀(jì)80年代末，我國第1艘對轉(zhuǎn)槳全回轉(zhuǎn)汽車渡船開始營運(yùn)，從此，先進(jìn)的全回轉(zhuǎn)舵槳取代了四槳八舵的常規(guī)推進(jìn)方式，極大地提高了長江車客渡運(yùn)的安全性和營運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益。30多年來，車客渡船的設(shè)計(jì)及設(shè)備制造水平有了持續(xù)提高，但推進(jìn)方式仍舊采用柴油機(jī)機(jī)械推進(jìn)形式。目前一些新型推進(jìn)方式如電力推進(jìn)隨著相關(guān)技術(shù)的逐步成熟，開始在內(nèi)河船舶上推廣使用，這也契合了當(dāng)前船舶推進(jìn)能源動力方式多樣化、倡導(dǎo)節(jié)能減排的大趨勢。長江車客渡船的基礎(chǔ)船型目前已趨于穩(wěn)定，采用電力推進(jìn)技術(shù)替代傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)是進(jìn)一步提升長江渡運(yùn)業(yè)快速、安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適性的重要方向。因此，需要通過全電力推進(jìn)長江車客渡船關(guān)鍵技術(shù)研究，構(gòu)建最適合的系統(tǒng)組成形式。

1 全回轉(zhuǎn)車客渡船傳統(tǒng)推進(jìn)方式

目前較為先進(jìn)的車客渡船推進(jìn)方式基本上采用的是柴油機(jī)加長軸系驅(qū)動Z(L)型舵槳的形式，圖1是其中一種典型型式——單導(dǎo)管Z型舵槳[1]。

這種機(jī)械式Z型驅(qū)動方式由于軸系較長，且存在一定的角度布置，需要多組中間軸承及萬向聯(lián)軸器，因而機(jī)器處所布置要求較高，占用空間多，傳動損失較大，工作噪音、振動也很大。

2 全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)器類型

全回轉(zhuǎn)車客渡船的航速要求一般不低于10 kn，電力驅(qū)動全回轉(zhuǎn)推進(jìn)裝置主要有電動Z(L)型舵槳和吊艙式推進(jìn)器(POD)。

圖1 機(jī)械驅(qū)動Z型全回轉(zhuǎn)舵槳

電動Z(L)型舵槳一般用于速度低于18 kn的低速船，雖然比POD的流體動力性能差，電力推進(jìn)總效率較低，并且齒輪傳動的機(jī)械振動和齒輪艙與支架產(chǎn)生的空泡及渦流引起的振動、噪聲較大，但舵槳驅(qū)動已有多年的應(yīng)用實(shí)踐，且和機(jī)械驅(qū)動式舵槳原理接近，維修方便，價(jià)格較POD低很多。

吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)由于完全取消了艙內(nèi)外的機(jī)械傳動裝置，減少了傳動環(huán)節(jié)，可節(jié)省機(jī)械傳動損耗約5%，且提高了推進(jìn)的可靠性；其推進(jìn)器位于船體外使艙室噪聲和振動都顯著降低，提高了艙容利用率；吊艙形式可以全功率倒車，應(yīng)急倒車反應(yīng)快，而Z(L)推形式由于受到齒輪反轉(zhuǎn)受力限制不能倒轉(zhuǎn)，須旋轉(zhuǎn)180°，反應(yīng)慢；吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)的支架和螺旋槳組合體具有更好的流線，水動力特性好，水流阻礙小，水動力效率高；吊艙形式的推進(jìn)電機(jī)由海水直接冷卻，故推進(jìn)效率較需空氣-水冷卻的Z(L)推形式可提高約2%。吊艙式推進(jìn)器[2]如圖2所示。

目前吊艙式推進(jìn)器的功率范圍多用于大中型船舶，小型船舶因船體較小而不適合安裝，故實(shí)際應(yīng)用很少，但是作為車客渡船推進(jìn)裝置還是具有良好的發(fā)展前景的。

圖2 吊艙式推進(jìn)器

3 全回轉(zhuǎn)車客渡船電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)操縱控制方便，起動加速性好，制動快，正反車速度切換快，推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速易于控制調(diào)節(jié)，正反轉(zhuǎn)各種轉(zhuǎn)速下都能提供恒定轉(zhuǎn)矩，因而能得到最佳工作特性，提高了渡船的操縱性。

(2)取消了機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的長軸系，有利于提高機(jī)電設(shè)備布置的靈活性；減少了主甲板下艙室的通道開孔，可增加水密分隔空間數(shù)量，降低船舶的破艙概率，提高抗沉性；提高了機(jī)器處所在船舶總體布置中的靈活性，可以減少逃生出口的數(shù)量和主甲板的開口數(shù)量，增強(qiáng)船體強(qiáng)度和航行安全性。

(3)可根據(jù)推進(jìn)工況要求來確定在網(wǎng)發(fā)電機(jī)臺數(shù)，使每臺發(fā)電機(jī)工作在較為理想的負(fù)荷空間，從而保證了柴油機(jī)燃燒效率使船舶更加綠色環(huán)保。

(4)柴油發(fā)電機(jī)采用彈性安裝底座，運(yùn)行轉(zhuǎn)速恒定，與用電設(shè)備和船體無直接連接，減少了振動和噪聲，有利于控制、改善船舶的噪音和振動。

(5)需要經(jīng)過柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換，比傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)效率低，尤其是采用交-直-交變頻調(diào)速，需要2次電能轉(zhuǎn)換，效率會更低。額定工況下一般直接傳動效率約為98%，直流電力推進(jìn)效率約為85%～90%，交流電機(jī)推進(jìn)效率約為94%～95%。

(6)船舶建造成本較高，比機(jī)械推進(jìn)所需成本費(fèi)用一般高約25%。

(7)增加了大量電氣設(shè)備以及電站能量控制系統(tǒng)等，提高了電氣人員維修保養(yǎng)的技能要求。

4 全回轉(zhuǎn)車客渡船電力推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

柴-電形式的長江車客渡船電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電模塊(發(fā)電機(jī)組)、配供電模塊(配電柜)、推進(jìn)模塊(推進(jìn)變壓器、變頻器)、推進(jìn)器模塊(電驅(qū)全回轉(zhuǎn)舵槳)、控制管理模塊(PMS、舵槳控制系統(tǒng)等)構(gòu)成。其中重點(diǎn)是發(fā)電模塊的選型組合，難點(diǎn)則是確定消除電網(wǎng)諧波的適宜方法，并且需要根據(jù)船舶推進(jìn)的總體性能要求做出性價(jià)比高的優(yōu)化方案。

4.1 電站設(shè)計(jì)及選擇

發(fā)電模塊由柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，根據(jù)船舶的航速、型線等主要要素，結(jié)合阻力推進(jìn)等水動力學(xué)核算，計(jì)算出船舶所需推進(jìn)功率，根據(jù)電力推進(jìn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的效率，可按(推進(jìn)功率/0.915)計(jì)算所需發(fā)電功率。車客渡船除推進(jìn)外的其他用電功率很小，主要是控制用電、燈具用電及艙室小型空調(diào)用電等，在設(shè)計(jì)考慮電站功率時(shí)應(yīng)一并計(jì)入總發(fā)電容量，避免另設(shè)發(fā)電機(jī)組或是主電站功率偏小，給船舶供電帶來風(fēng)險(xiǎn)。

由于單臺發(fā)電機(jī)組超負(fù)荷時(shí)可能引發(fā)機(jī)組防過載保護(hù)系統(tǒng)啟動，造成電網(wǎng)失電，進(jìn)而造成推進(jìn)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)，因此，要綜合考慮船舶操縱過程中對推進(jìn)功率的變化幅度要求，確定發(fā)電機(jī)組的臺數(shù)，并制定出相應(yīng)的并車、解列策略，既保證在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率最優(yōu)化，燃燒效率較高，同時(shí)又可避免或降低電網(wǎng)失電的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 諧波抑制

4.2.1 諧波的主要來源

(1)由于發(fā)電機(jī)的三相繞組非絕對對稱，鐵芯也非絕對均勻，使得定子、轉(zhuǎn)子間的磁場成非正弦分布產(chǎn)生諧波，正常運(yùn)行狀態(tài)下該部分諧波量一般在0.6%以下。

(2) 輸配電系統(tǒng)中的變壓器勵磁回路是非線性電感，鐵芯的飽和磁化曲線也是非線性的，而且一般變壓器的工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，從而產(chǎn)生諧波，正常工作狀態(tài)下此部分諧波的比例也比較小。

(3)船上用電設(shè)備包含大量非線性特性電氣設(shè)備，電源供給的是正弦波形電壓，但由于非線性電氣設(shè)備具有非線性電壓-電流特性，因而在電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量諧波。這部分諧波的主要來源是變頻器，并且是電網(wǎng)中諧波的主要來源，需要重點(diǎn)抑制、治理。

4.2.2 諧波抑制和治理技術(shù)方案

諧波抑制的主要方法有主動和被動2大類型。

4.2.2.1 被動型諧波抑制技術(shù)

被動型諧波抑制技術(shù)是在交流電網(wǎng)側(cè)并聯(lián)LC濾波器來降低諧波電壓，又可分為無源濾波器方案和有源濾波器方案2種。LC無源濾波器投資少，但設(shè)備體積較大，并且濾除不同次數(shù)的諧波需要配套不同的無源濾波設(shè)備；有源濾波能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)抑制諧波，且反應(yīng)迅速，用1臺裝置就能完成各次諧波的治理。被動式諧波抑制技術(shù)一般都是作為設(shè)計(jì)前期對電網(wǎng)分析不足的補(bǔ)救手段。現(xiàn)在治理諧波的方案都是在設(shè)計(jì)階段就充分考慮諧波污染情況，從而完成相應(yīng)的諧波治理。

4.2.2.2 主動型諧波抑制技術(shù)

主動型諧波抑制技術(shù)常用多相整流、有源前端(AFE)等技術(shù)。

(1)多相整流系統(tǒng)主要是采用移相制造出多脈沖整流方案，移相角=180°/N，N為脈沖數(shù)。脈沖越多，波形越接近正弦波，電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，最常用的為6脈沖、12脈沖、24脈沖方案。

多相整流技術(shù)變頻器中的整流器采用不可控二極管整流裝置，一般為三相全控整流，即6脈沖整流；可以在變頻器前面加上移相變壓器組成12脈沖、24脈沖的結(jié)構(gòu)，12 脈沖總諧波量可減少 50%,24脈沖總諧波量可減少80%～90%。圖3給出了幾種整流變壓器解決方案的連接方式和對應(yīng)的電流波形[3]，圖4給出了幾種諧波抑制解決方案的諧波分布情況[3]。

(2)有源前端(AFE)技術(shù)是在整流輸入端采用可控型電子器件IGBT，利用 PWM整流器實(shí)現(xiàn)AC/DC 的電能變換。AFE變頻器取消了移相變壓器，保證了船舶電網(wǎng)的電能質(zhì)量更為純凈，總電壓諧波失真更低，但目前價(jià)格較高。表1給出了多相整流和AFE技術(shù)特點(diǎn)的比較[4]。

圖3 多相整流電路特性圖

圖4 諧波分布圖

4.2.2.3 其他諧波抑制技術(shù)

(1)采用脈沖電壓調(diào)制技術(shù)抑制諧波。

(2)通過提高主變壓器內(nèi)阻抗限制諧波和短路電流。

(3)采用電動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)組的方式構(gòu)建非推進(jìn)負(fù)荷電網(wǎng)，隔離推進(jìn)負(fù)荷電網(wǎng)對其他電網(wǎng)的諧波污染。

表1 多相整流和AFE技術(shù)特點(diǎn)比較

(4)采用雙重電抗器組，將發(fā)電模塊的推進(jìn)負(fù)荷母線與非推進(jìn)負(fù)荷母線進(jìn)行隔離，使非推進(jìn)負(fù)荷配電網(wǎng)的諧波分量處于較低水平。

長江車客渡船的電力推進(jìn)系統(tǒng)功率較小，非推進(jìn)用電設(shè)備也較少，尤其不需考慮高精密電氣控制設(shè)備對電網(wǎng)諧波抑制的要求。

4.2.3 船舶規(guī)范對諧波抑制的要求

中國船級社(CCS)規(guī)范規(guī)定，內(nèi)河柴油發(fā)電機(jī)組電力推進(jìn)船舶在配電系統(tǒng)各處(包括主配電板、分電力配電板、電力推進(jìn)專用匯流排等處)的電壓波形的總諧波失真(THD)不超過5%。

6脈沖和12脈沖在主母線上的THD值超出5%的要求，24脈沖運(yùn)行期間的總諧波失真畸變率可滿足要求。車客渡船電力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)選擇主動型諧波抑制，盡可能地選擇24高脈沖方案或有源前端(AFE)技術(shù)，但也需綜合考慮投資成本及回收期等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

4.3 配電電壓

柴油機(jī)機(jī)械推進(jìn)車客渡船電網(wǎng)電壓一般采用380 V的低壓電力系統(tǒng)。電力推進(jìn)船舶常用的電網(wǎng)電壓還有中壓系統(tǒng)，即額定頻率為60 Hz的中壓額定值有2.3、4.16、6.6 kV等級，而額定頻率為50 Hz的中壓額定值有3.3、6.0、6.6、10 kV等級。較高的電壓可以減少輸電導(dǎo)線的橫截面積和輸電損耗。是否采用中壓標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)功率值分界點(diǎn)是450 kW，車客渡船的推進(jìn)功率一般為440 kW或更小，主電網(wǎng)電壓選擇低壓系統(tǒng)有利于系統(tǒng)構(gòu)成和設(shè)備選型。

4.4 電能管理系統(tǒng)

長江車客渡船的自動化控制系統(tǒng)一般包括發(fā)電機(jī)組、配電控制系統(tǒng)、電站功率管理系統(tǒng)(PMS)及推進(jìn)裝置控制系統(tǒng)。PMS是電力推進(jìn)船舶的關(guān)鍵控制系統(tǒng)之一，主要完成發(fā)電機(jī)組控制和能量管理等功能，保障供電系統(tǒng)為船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)及其他用電設(shè)備提供可靠、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

PMS的基礎(chǔ)功能有：

(1) 通過配電裝置對船舶電量進(jìn)行分配。根據(jù)在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷情況，按設(shè)定程序選擇發(fā)電機(jī)組并車和解列的數(shù)量，以合理調(diào)節(jié)在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷率，最大限度地利用電站的功率。

(2) 待備用發(fā)電機(jī)組啟動入網(wǎng)運(yùn)行后才允許大功率負(fù)載啟動或推進(jìn)功率快速上升，以保護(hù)發(fā)電機(jī)組和電站系統(tǒng)，保證供電質(zhì)量。

(3)在保證船舶電力系統(tǒng)安全的前提下最大限度的節(jié)省能源，提高船舶經(jīng)濟(jì)性。

(4) 對推進(jìn)控制單元的負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，防止發(fā)電機(jī)組超載，避免發(fā)生全船停電危險(xiǎn)。

5 帶儲能單元的電力推進(jìn)系統(tǒng)

近年來，陸用電動車輛儲能技術(shù)獲得了快速發(fā)展，已達(dá)到了實(shí)用階段，車客渡船單次航渡距離和總續(xù)航力均較小，推進(jìn)功率一般也在600 kW或更小。因此，探索將車用儲能技術(shù)應(yīng)用到車客渡船上，采用混合電力推進(jìn)或純儲電式電力推進(jìn)技術(shù)也是車客渡船電力推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究的重要方向。

從近些年儲能技術(shù)的發(fā)展來看，超級電容和鋰電池技術(shù)將是船用電能儲存系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。未來很可能除柴-電推進(jìn)形式以外，長江車客渡船還會采用岸基充電樁補(bǔ)充電力的能源提供方式，即帶儲能單元的混合電力推進(jìn)或純儲能單元供電的電力推進(jìn)系統(tǒng)。

5.1 儲能單元的類型

5.1.1 超級電容器技術(shù)

超級電容是一種擁有高能量密度的電化學(xué)電容器。超級電容器特點(diǎn)有：

(1)電流容量高，可以經(jīng)受很高的電流，以電池做不到的速度迅速充放電。

(2)使用壽命長，保養(yǎng)容易，充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到數(shù)十萬次，且不會損害性能，沒有存儲效應(yīng)，基本上不需要保養(yǎng)，不存在放電過量的情況，長時(shí)間放置基本不會對其性能造成影響，能夠在額定電壓或低于額定電壓的情況下工作。

(3)溫度范圍廣，可以在-40～+65 ℃內(nèi)正常工作。

(4)能量密度低。超級電容的能量密度為1～10 Wh/ kg，為鋰電池的1/10。

(5)端電壓變化較大，并在充放電過程中不斷變化，需要增設(shè)調(diào)壓裝置才能保持負(fù)荷側(cè)電壓穩(wěn)定，增加了成本，價(jià)格昂貴，為鋰電池的數(shù)十倍。

5.1.2 鋰電池技術(shù)

鋰電池是一種可充電電池，它主要依靠Li+離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。其特點(diǎn)有：

(1)能量密度高，體積能量密度和質(zhì)量能量密度分別可達(dá)450 Wh/dm3和150 Wh/kg，而且還在不斷提高中。

(2)單體電壓高，充滿電壓和終止放電電壓一般為4.2～2.5 V。

(3)自放電率僅為每月5%～10%，不到鎳鎘電池和鎳氫電池的一半，并且沒有記憶效應(yīng)，循環(huán)性能優(yōu)越。

(4)輸出功率大。

(5)溫度范圍廣，在-20～60 ℃之間正常工作。

(6)必須有特殊的保護(hù)電路，以防止過充或過放現(xiàn)象發(fā)生。

從目前陸用電動車輛的使用情況來看，超級電容儲能系統(tǒng)往往只用于站點(diǎn)密集，2次充電時(shí)間間隔很短的城市公交車輛，充分利用了超級電容可大流量充電而又不損傷性能的優(yōu)點(diǎn)。由于2次充電時(shí)間間隔很短，因此所需電容容量、體積可以較小，價(jià)格可以控制在較低的水平。但是對于續(xù)航力要求較高的車輛還是使用鋰電池作為儲能單元。從車客渡船的推進(jìn)功率及臨時(shí)在岸時(shí)間、續(xù)航力的要求來看，鋰電池是比較好的儲能單元選擇方案。

當(dāng)前的主流陸用電動車主要搭載磷酸鐵鋰電池和三元材料電池。磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，具有較安全、熱穩(wěn)定性高、環(huán)保、 原料無毒、價(jià)格便宜等優(yōu)勢，但也存在導(dǎo)電性差、密度較低等問題。磷酸鐵鋰電池理論能量密度約為160 Wh/kg，現(xiàn)階段磷酸鐵鋰電池技術(shù)的單體電池能量密度僅110～120 Wh/kg，組合成電池包的能量密度還不到90 Wh/kg。國內(nèi)目前電池組總成能量密度大多在60～100 Wh/kg。

三元材料是指3種電極材料共融而成的復(fù)合電極材料，目前最常見的是鎳鈷鋁酸鋰(NCA)和鎳鈷錳酸鋰(NCM)。鈷酸鋰電池能量密度可達(dá)150～200 Wh/kg，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出，但其劣勢在于安全性差而且成本高，主要用于標(biāo)稱電壓3.7 V的中小型號電芯。三元材料電池技術(shù)質(zhì)量能量密度目前普遍在150～180 Wh/kg，特斯拉公司的NCA電池質(zhì)量能量密度已經(jīng)達(dá)到200 Wh/kg。

特斯拉電動車的電池[5]如圖5所示。采用了松下提供的NCA系列(鎳鈷鋁體系)18 650鈷酸鋰電池，單顆電池容量為3 100 mA·h。特斯拉采用電池組的戰(zhàn)略，大量18 650鋰電池組成單體電池包，再由電池包組成電池組，并由16組電池組構(gòu)成電池板，其中解決了很多連接和散熱的問題。特斯拉電池技術(shù)成功解決了鈷酸鋰電池的安全性問題。特斯拉電池通過管理系統(tǒng)(BMS)對電池組進(jìn)行安全監(jiān)控及有效管理，提高電池使用效率是其核心技術(shù)。

圖5 特斯拉電動車電池結(jié)構(gòu)及BMS系統(tǒng)示意圖

5.2 帶儲能單元的電力推進(jìn)系統(tǒng)類型

5.2.1 可岸電充能的混合電力推進(jìn)系統(tǒng)

可由岸電充能的混合動力船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)如圖6所示，其動力源同時(shí)設(shè)置柴-電機(jī)組和動力電池組2種方式。柴油發(fā)電機(jī)組輸出電源接入交-直-交變頻器的交流輸入端；動力電池組通過雙向DC/DC變換器接入交-直-交變頻器的直流母線，再通過DC/AC逆變單元將直流逆變?yōu)榻涣麟姽┙o推進(jìn)電機(jī)M，船舶非推進(jìn)用電設(shè)備通過小型DC/AC逆變器接在動力電池組的輸出端。船舶靠岸期間由岸電給動力電池組充電；低速航行或停泊時(shí)使用動力電池組供電；正常航行時(shí)由柴-電機(jī)組供電并同時(shí)給動力電池組充電，也可使用柴-電機(jī)組與動力電池組一起供電。

圖6 可由岸電充能的混合動力船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)架

5.2.2 純儲能單元電力推進(jìn)系統(tǒng)

純儲能單元電力推進(jìn)系統(tǒng)采用動力電池組作為船舶電力系統(tǒng)的供電單元，船舶靠岸期間由岸電給動力電池組充電，航行或停泊時(shí)可以使用動力電池組供電。

純電池供電推進(jìn)方案由于徹底不需燃油而采用岸基充電的方式，無論是從節(jié)能減排、綠色環(huán)保的角度，還是從營運(yùn)成本的角度看，都是非常值得發(fā)展應(yīng)用的電力推進(jìn)方式，但其續(xù)航能力受電池容量、大容量電池價(jià)格昂貴等的限制。

6 結(jié)語

(1)車客渡船電力推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是電站設(shè)計(jì)、諧波抑制、配電電壓、電能管理、儲能單元技術(shù)等，通過這些內(nèi)容的研究為系統(tǒng)成套和設(shè)備選型提供了依據(jù)。

(2)柴-電推進(jìn)作為目前船舶上最常應(yīng)用的電力推進(jìn)方式，是長江車客渡船的推進(jìn)升級方案中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較小的首選方案。此方案優(yōu)點(diǎn)是在電力推進(jìn)系統(tǒng)各種方案中初始投資較小，技術(shù)相對成熟，但是節(jié)能效益提升較低，并且發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)延遲會影響到船舶的機(jī)動性。

(3)帶儲能單元的混合電力推進(jìn)系統(tǒng)雖然通過電池組回收發(fā)電機(jī)組多余電能的方式進(jìn)一步提高了節(jié)能效益，也彌補(bǔ)了電站功率與推進(jìn)功率提升的時(shí)間差問題，并且進(jìn)一步提高了電網(wǎng)供電的可靠性，但是系統(tǒng)更加復(fù)雜，投資更高。

(4)采用三元材料電池作為儲能單元，靠岸基充電樁補(bǔ)充電能的方式或?qū)⑹俏磥碥嚳投纱娏ν七M(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展方向，也是后期維護(hù)、耗能成本最低，最節(jié)能環(huán)保的推進(jìn)方式。

[1] 郁玉峰，梅斌賢，徐高峰，等.大功率海工可調(diào)螺距全回轉(zhuǎn)推進(jìn)系統(tǒng)[J].中外船舶科技，2015(4)：20-23.

[2] 華斌，周艷紅，謝冰若，等.電機(jī)技術(shù)在艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].微電機(jī)，2015，48(5)：101-105.

[3] 何金平，朱沈紅.24脈沖電力推進(jìn)船舶電網(wǎng)諧波分析[J].船電技術(shù)，2015，35(7)：26-30.

[4] 王平陽，賴曉陽，徐紅成.電力推進(jìn)船舶電網(wǎng)諧波控制[J].船電技術(shù)，2015，35(3)：48-51.

[5] 小路.特斯拉電池板拆解：7 000多節(jié)18 650電池 密密麻麻[EB/OL].(2015-03-11)[2016-04-21]. http://news.mydrivers.com/1/398/398742.htm.

[6] 陳剛，張思全.超級電容和鋰電池技術(shù)在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究概述[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2015，28(8)：157-158.

[7] 劉毅.船舶交流電力推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].廣東造船，2014(1)：49-51.

[8] 李欣，張士中，張志平.電力推進(jìn)船舶電站管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版)，2015，30(3)：90-95.

[9] 高迪駒，沈愛弟，褚建新，等.混合動力船舶的能量管理與控制策略[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36(1)：70-74.

2016-04-22

于全虎(1974—)，男，高級工程師，從事船舶科研與設(shè)計(jì)工作。

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