新型混合動力電動船的發(fā)展現(xiàn)狀淺析

高潔

（南通理工學(xué)院電氣與能源學(xué)院,江蘇南通，226002）

新型混合動力電動船的發(fā)展現(xiàn)狀淺析

高潔

（南通理工學(xué)院電氣與能源學(xué)院,江蘇南通，226002）

“混合動力電動船”是利用能量轉(zhuǎn)換器將兩種或者兩種以上的能量源的能力轉(zhuǎn)換成電能作為船舶的主要動力源的船只。本文主要介紹了一種風(fēng)光能、電能互補的混合動力電動船，將其與原有柴油驅(qū)動電動船作比較，并對其現(xiàn)在發(fā)展受制約的原因進行分析，為接下來進一步對其改造選定方向。

混合動力；電動船；動力系統(tǒng)

0 引言

“混合動力電動船”是利用能量轉(zhuǎn)換器將兩種或者兩種以上的能量源的能力轉(zhuǎn)換成電能作為船舶的主要動力源的船只。隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重、能源日趨匱乏，擺脫對燃油的依賴，能夠?qū)⒍喾N能源同時使用的驅(qū)動方式日益受到人們關(guān)注。在現(xiàn)代，此技術(shù)最早被運用在潛艇上，主要是柴電和燃料電池混合動力，實踐發(fā)現(xiàn)將化學(xué)能先轉(zhuǎn)換為電能再到動能，比先前的化學(xué)能到動能可控性更強，同時能減少變速帶來的能量損耗，大大提高潛艇動力。2010年意大利研制了混合動力游艇，該游艇混合了電池組、 柴油機和太陽能動力。新能源的進入，開啟了船舶動力的綠色發(fā)展。

1 混合動力電動船優(yōu)勢分析

混合動力電動船是一個很好的過度產(chǎn)品。在能源日益缺乏的今天，對船舶動力源的改造刻不容緩，要直接將原有的柴油直接由電能、LNG完全替換，那改造成本較高，且技術(shù)不成熟，很多船舶甚至面臨提前報廢，從經(jīng)濟角度分析，這種改造不合適。由此混合動力電動船優(yōu)勢體現(xiàn)出來，它可在原有柴油驅(qū)動電動船的基礎(chǔ)上進行改造，大大降低改造成本。同時它與傳統(tǒng)柴油機船舶比較也具備以下優(yōu)勢。

例如：航速10kn，推進動力95kw，年航行時間4000h的船舶，性能比較如表1所示。

表1 性能比較l列表

廢氣排放每小時煙氣排放為768kg，其中CO排放61kg。無廢氣排放運營成本以柴油6元/L計算,柴油機每小時運行花費220元電動每小時約120元

從表1可看出，在能耗方面，混合動力的能耗低，每年可節(jié)約能源 12t 左右標(biāo)準(zhǔn)煤；廢氣排放方面，混合動力基本0排放，每年減少煙氣排放量3072t，其中CO2 排放也減少244t。運營成本方面，目前優(yōu)勢已一目了然，再加上在國際石油價格不斷攀升，節(jié)約成本的效果將更加明顯。

2 混合動力電動船動力系統(tǒng)的組成及不足

本文所設(shè)計的混合動力電動船是以電能作為驅(qū)動能，柴油機發(fā)電組、動力電池、風(fēng)光互補系統(tǒng)作為主要的電能來源。正常航行時，由動力電池供電；風(fēng)光互補系統(tǒng)在晴日里將太陽能和水上的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能儲存于備用電池中，當(dāng)主動力電池電不足時做備用。柴油機發(fā)電組平時不工作，只在惡劣環(huán)境時，風(fēng)光互補設(shè)備不能啟用，電池電量不足時，作為電能來源維持船的正常運行。系統(tǒng)組成如圖1所示。

這樣的結(jié)構(gòu)有一定的經(jīng)濟性和環(huán)保性，但也有它的不足，便是能源控制系統(tǒng)復(fù)雜。這個缺點，恰恰導(dǎo)致了混合動力船舶的發(fā)展緩慢。

能源控制系統(tǒng)有動態(tài)檢測、狀態(tài)控制、協(xié)調(diào)控制三大模塊組成。它需要通過動態(tài)監(jiān)測模塊對各環(huán)節(jié)不同時間的不同狀態(tài)進行檢測，并將檢測到的功率、電量、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)送往控制模塊進行分析處理，根據(jù)不同的情況對各環(huán)節(jié)的開關(guān)量進行控制切換供電模塊。同時協(xié)調(diào)控制模塊負責(zé)監(jiān)控整個過程，并在主控制單元控制力不夠時給予補充控制，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

圖1 混合動力電動船系統(tǒng)組成圖

從系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理不難看出制約混合動力電動船發(fā)展的主要原因在于：1、數(shù)據(jù)檢測的精準(zhǔn)，實用性。監(jiān)測數(shù)據(jù)受環(huán)境因素影響較大，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。檢測數(shù)據(jù)間隔時間較大會錯過該測的變化點，實用性不強，影響控制效果；檢測數(shù)據(jù)間隔時間小，將會大致控制系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)量太大，是系統(tǒng)癱瘓。數(shù)據(jù)檢測間隔時間的選定尤為關(guān)鍵。2、控制系統(tǒng)的控制能力。由于所控制的不是單一信號，且對象變化組合種類多樣，原有固定模型的控制系統(tǒng)沒有辦法適應(yīng)各種組合情況，導(dǎo)致控制效果不佳，從而使節(jié)能的優(yōu)勢不能很好的體現(xiàn)。

3 結(jié)語

如果我們能檢測出合適的數(shù)據(jù)采集時間并能建立能夠自調(diào)節(jié)的模糊控制系統(tǒng)，那么就能在一定程度上提高混合動力船舶的混合供電系統(tǒng)，從而使混合動力電動船體現(xiàn)出優(yōu)勢，得到更好的發(fā)展。

[1]電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃.

[2]劉陽春,快速充電電動船,電世界,2012-1,53.

[3]中興進軍汽車大功率無線充電和高端芯片領(lǐng)域,集成電路應(yīng)用,2015-1,43.

[4] 張燃，陳磊田佳燊，等電動汽車充電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響及其高頻變壓器的設(shè)計,四川電力技術(shù),2011,34(3),53-56.

Analysis on the development of new hybrid electric ship

Gao Jie
(Nantong Polytechnic College School of electrical and energy,Nantong Jiangsu, 226002)

“Hybrid electric boat”is the use of energy converters to two or more than two energy sources into the power of the ship as the main source of power ship. This paper mainly introduces a kind of wind energy and electric energy complementary hybrid electric boat, with the original diesel powered electric boat for comparison, and its development now the reason that restricted the analysis, for the next further transformation of the selected direction.

Hybrid power；Electric ship；Power system

高潔（1983.5-）女 ，講師工程師，碩士，主要研究方向自動控制、無線充電技術(shù)等。

市級課題基于無線充電的內(nèi)河船純電推技術(shù)研究。（GY12015024）；省級課題純電推內(nèi)河船充電方式的研究。（16KJD580001）