新型船用軸帶發(fā)電機的應用

王敬東

摘要：隨著調頻技術的成熟，主機軸帶發(fā)電機技術優(yōu)勢凸顯，有利于節(jié)能減排、設備管理。目前，此項技術還沒有被廣大管理者接受，沒有在船上得到普遍使用，在此以自身的實踐，介紹其在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢，以期推廣。

關鍵詞：節(jié)能減排;維護簡單;降低成本;減少配備

1軸帶發(fā)電機系統(tǒng)

節(jié)能減排技術日新月異，船舶所有人不斷嘗試各種節(jié)能減排、降本增效的措施，其中新型船舶主機軸帶發(fā)電機是熱門選項。新型主機軸帶發(fā)電機有以下幾個優(yōu)點：1.節(jié)能減排，充分利用船舶主機的冗余功率;2.維護方便，大幅度減少船舶發(fā)電柴油機的使用時間;3.可以減少發(fā)電柴油機的配備，節(jié)約了空間，大幅度減少發(fā)電柴油機的保養(yǎng)力度和保養(yǎng)所需備件物料。該設備初次投資費用較高，但是成本很快就能收回。

筆者曾有幸跟過阿拉伯航運1艘2012年韓國造13500TEU集裝箱船，主機是MAN-B&W 12K98ME，該型船舶加裝了主機軸帶發(fā)電機，由于安裝的是老款軸帶，正常使用需從67rpm開始（據權威資料，現(xiàn)代最新款軸帶可以從50rpm開始覆蓋幾乎可以正常運行的轉速）。另外，該輪還使用了高效鍋爐和燃氣透平一起的組合發(fā)電機，以適應主機高速運行的工況。該輪還安裝了柴油發(fā)電機原動機高效廢氣鍋爐，保證了停泊狀態(tài)主機和油柜的保溫，確保了HFO的使用，減少了燃油輔鍋爐使用時間和燃油消耗，充分顯示了節(jié)能減排的效果。

在人們的印象中，傳統(tǒng)的軸帶發(fā)電機需要一個clutch嚙合系統(tǒng)，而且主機轉速是恒定的，隨著調頻技術的提高，這些已經成為歷史。現(xiàn)代的軸帶發(fā)電機是做在主機中間軸上的，不需要占用過大的空間。金陵船廠為ABB公司提供了首套“低速抱軸式”軸帶發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)，包括軸帶發(fā)電機、動力輸出（PTO凌頻器（ACS880）、變壓器及遠程診斷（RDS）系統(tǒng)，見圖1。其他如瓦錫蘭公司等也為一些船舶安裝了“抱軸式”軸帶發(fā)電機，見圖2。

與傳統(tǒng)的定速軸帶發(fā)電機系統(tǒng)相比，抱軸式PTO系統(tǒng)不需要齒輪箱，減小了機械損耗的同時避免了傳統(tǒng)方式下齒輪箱帶來的維護成本。PTO系統(tǒng)通過變頻器將電能輸出至配電系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在主機變速運行時，仍能向主電網輸送符合電壓和頻率要求的電源，并能和柴油發(fā)電機組長期穩(wěn)定并聯(lián)運行。這使得主機可以根據航行l(wèi)青況優(yōu)化主機轉速，降低了CO2的排放量，以優(yōu)化船舶在每條航線的運行。當主機達到一定轉速（例如約60%的額定轉速），可以實現(xiàn)軸帶發(fā)電機單獨穩(wěn)定供電運行。

2軸帶發(fā)電機的優(yōu)勢

2.1節(jié)能減排

使用軸帶發(fā)電機可以降低船舶CQ排放，船舶在選用主機時，要考慮功率儲備。該儲備通常達到額定功率的10%-15%。船舶主柴油機大部分時間在部分負荷下運行，而在低于75%-85%額定功率的低負荷下運行時，其經濟性將下降，特別是現(xiàn)代大型集裝箱船舶，實行經濟航速，如果利用軸帶發(fā)電機，可以使主機長時間在相對較高負荷下運行，從而使得主機具有更加良好的經濟性。對于普通貨船，其電站功率通常為主機額定功率的5%左右，軸帶發(fā)電機完全能滿足船舶正常航行的電力需求。主機軸帶發(fā)電機因其良好的經濟性而得到廣泛應用。眾所周知，低速機的效率往往高于中速機，現(xiàn)代船用主機大多使用低速機，特別是使用了智能柴油機，大大降低了油耗，使得每千瓦時耗油率低到170g左右（實船使用可能會略大一點），而現(xiàn)在使用的發(fā)電柴油機大多采用中速機，實際油耗通常不小于210g/kW.h時，實際每千瓦時油耗差值約為30-40g。現(xiàn)代主機冗余功率很大，若使用軸帶發(fā)電機將提高主機效率，據權威估算使用軸帶發(fā)電機一般情況下，可以在2-4年內收回投資成本（不包括節(jié)省配備一臺柴油發(fā)電機組的成本），這一點在主機使用率高的集裝箱班輪上尤其突出。現(xiàn)代大型萬箱以上集裝箱的拖動用電通常都在2 000kW以上，每天大概需要耗油量10t左右，如果使用主機軸帶發(fā)電機，那么可以減少消耗接近20%，那么每天少用約接近2t燃油。權威資料顯示，現(xiàn)代船舶使用軸帶發(fā)電機通常是主機轉速的60%-110%之間，也就是說大部分情況下可以考慮，最低穩(wěn)定使用軸帶發(fā)電機對應的主機負荷約為21.6%，這個轉速非常接近我們的最低經濟航速，在這種負荷下主機冗余功率更大，更便于使用軸帶發(fā)電機。例如：12S90ME主機額定轉速84.1rpm，可以使用軸帶的轉速為50.46rpm，因為新的調頻調壓技術被使用，超過這個轉速均可使用軸帶發(fā)電機。

2.2降低發(fā)電原動機備件物料和維護保養(yǎng)成本

使用軸帶發(fā)電機維護簡單，與使用柴油發(fā)電機相比大幅度減少了柴油發(fā)電原動機的使用時間，減輕了人員勞動強度，大大降低了發(fā)電原動機的備件和物料成本，降低了保養(yǎng)人工成本。現(xiàn)代大型集裝箱未使用軸帶的船舶，通常配4臺發(fā)電機，使用軸帶發(fā)電機的船舶，可以選配3臺主柴油發(fā)電機，一般集裝箱船每月平均一般在500-600h，除去機動航行和惡劣海況每月可以使用軸帶發(fā)電機至少400h以上，也就是說，主發(fā)電機可以每月只使用不到一半的時間。這項綜合效益還是比較可觀的。

2.3改善了工作環(huán)境和條件，裝有軸電發(fā)機的船舶能配備較小容量的發(fā)電機，有利于擴大機艙的空間、降低機艙溫度并減少了機艙的噪聲。

2.4軸帶發(fā)電機維護簡單，維護保養(yǎng)成本較低，由于輔助柴油發(fā)電機組總工作時間縮短，使用軸帶發(fā)電機時，往往會減少1臺輔機，對船舶得初投資會有一定的減輕。

綜上所述，使用低速機軸帶發(fā)電機大大的降低了船舶燃油的成本，大大降低主柴油發(fā)電機的備件物料和管理成本，利大于弊。目前，國內船舶公司使用軸帶技術的船舶還不是很多，但我相信，新生事物會逐漸被人們接受和使用，這項技術就像主機氣缸油電子注油和主機電噴技術一樣會逐步進入船舶使用的主流，其實我們生活中的汽車（除了純電動汽車）基本已經普及了軸帶發(fā)電技術，相信不久的將來，船舶主機軸帶發(fā)電機將被更多的船舶所有人所接受和利用。