電力推進技術在船舶上的應用

艾子濤+李炎鋒+段文進

摘 要：船舶電力推進技術是有十分廣闊的發展空間。本文對船舶電力推進的分類和發展現狀作了介紹，同時對比傳統的推進方式分析了電力推進的優勢。

關鍵詞：船舶；電力推進

中圖分類號：U662.3 文獻標識碼：A

Application of Electric Propulsion in Vessels

AI Zitao， LI Yanfeng， DUAN Wenjin

（ Afai Southern Shipyard （ Panyu Guangzhou ）Ltd. Guangzhou 511431 ）

Abstract： The electric propulsion technology of vessels has broad prospects of development. This paper briefly introduces the classification and development status of electric propulsion and analyzes the advantages of electric propulsion compared with traditional propulsion.

Key words： Ship； Electric propulsion

1 引言

船舶使用電力推進的技術已有一百多年歷史[1]。上世紀初，由德國、俄國引導的以蓄電池為動力源的電力推進技術在船舶上得到了應用，但由于成本、維護、保養等方面因素的制約，發展較為緩慢。從上世紀80年代起，隨著推進電機、供電系統、蓄電池和微電子信息技術的迅速發展，電力推進在船舶上的應用得到了大力的發展。

電力推進系統的構成可以分為三類：蓄電池、推進電力組成的純電池推進；機械原動機（柴油機、燃氣輪機或核動力）、發電機、推進電機組成的原動機發電推進；機械原動機、發電機、蓄電池、推進電機組成的混合電力推進。

與傳統的船舶機械推進方式相比，電力推進在振動噪聲及操縱性方面優勢明顯。在政府“綠色能源”、“環保”、“零排放”的倡導下，電力推進將在船舶應用上具有廣闊的前景。

2 電力推進的分類

電力推進就是船舶依靠自身配備的發電裝置或儲電設施獲取電能來驅動電機、推進船舶運動的一種推進方式。驅動電機能量的來源可以是蓄電池或發電機，按能量提供來源分為3類。

2.1 純電池推進

利用蓄電池（鉛酸電池或者鋰電池）作為電力供應源來驅動推進電機工作的一種推進方式。蓄電池的發展日新月異，鉛酸電池已經成為過去，鋰聚合物蓄電池、超級電容是近年來涌現的新型儲能器件，其儲能容量、使用壽命、安全性均達到了實船應用水平。

純鋰電推進采用以鋰聚合物蓄電池為主、超級電容為輔的供電模式：當推進系統有瞬間強勁功率需求時，由超級電容供給能量；當系統需要穩定的功率輸出時，則由鋰電池供給； 當系統有能量回饋（ 緊急制動或反轉） 時，瞬間回饋能量由超級電容吸收。超級電容和鋰聚合物蓄電池儲存的能量來源于岸電，運行工作時既不消耗燃料，也能實現零排放，是名副其實的“綠色推進”方式。

2.2 原動機發電推進

利用機械原動機帶動發電機組發電來驅動推進電機工作的一種推進方式。在船舶上應用較為廣泛，主機一般為中、高速柴油發動機。它往往安裝在彈性基座上，以恒定轉速運行帶動發電機組，為電力推進系統正常工作運轉提供能量。這種推進方式既避免了主機與船體有直接的連接，又不與軸系上的電力推進系統有任何聯系，大大降低了傳統推進方式帶來的振動和噪聲。

2.3 混合電力推進

介于純電池推進和原動機發電推進中間的一種推進方式。在設備配置上，它既配備有蓄電池組，同時也有主機和提供推進電源的發電機組，兩者均能獨立地與電力推進系統搭配工作。采用這種推進方式主要是考慮其它兩種推進方式的不足：純電池推進需要大量的蓄電池組，價格昂貴且續航力有限，充電也不十分方便；原動機發電推進較傳統推進方式大大降低了振動和噪音，但未能100%實現“綠色環保”，在某些河流尤其是旅游景區，發展受限。混合電力推進可以在局部流域采用純電池推進，在緊急情況或條件許可的情況下采用原動機發電推進。

3 電力推進的發展現狀

3.1 純電池推進

過去的電池推進船多用鉛酸電池作為電力供應源，其較低的能量密度和較長的充電時間，與內燃機船相比性能較差，實用性受到限制。鋰電池作為一種新型電池，具備較好的適應性、安全性和便利性，符合當前以及未來對環境保護的要求。2013年起，我公司先后建造4條8～9 m的純電池推進的鋁合金游艇，推進設備布置如圖1所示。采用動力鋰電池組及其控制管理系統作為船舶電力推進系統的動力電源，推進鋰電池組的總容量為44 kWh，鋰電池重量約為490 kg， 鋰電池配套的管理系統（BMS）外帶強大的RS232/RS485/CAN通訊接口，可將電池組的實時狀態集成在駕控臺的綜合監控系統（AMS）顯示終端進行顯示，并對異常狀態進行報警，如圖2所示。

3.2 混合電力推進

對于那些需要大容量蓄電池的船舶而言，如噸位較大的船舶、續航力較大的渡船、游覽船等，采用原動機和蓄電池組合的混合動力型電池推進將是一個較佳的方案。

圖3為一艘航行于桂林市內漓江城市段五星級觀光豪華游覽船的推進設備布置圖。該船推進動力電源采用4組DC598.4 V、180 Ah的鋰電池組或兩臺AC380V、70 kW、50 Hz的柴油發電機組作為本船的推進動力電源，驅動兩臺AC380 V、55 kW、50 Hz交流變頻推進電機。當在漓江城市段或順水航行至陽朔時采用鋰電池推進，推進鋰電池組的容量足夠保證航速16 km/h時續航4小時、航速為11 km/h時續航8小時。當由陽朔逆水返航至桂林時采用柴油發電機組驅動推進電機，保證返航所必需的電力供應。

4 電力推進的優勢

船舶采用電力推進，其主要優勢如下：

（1）排放低：相比傳統的推進系統，減少了由于燃油燃燒產生的大量氮氧化物和硫氧化物的排放，明顯減低了船舶對環境空氣的污染；

（2）噪聲低：傳統的機械推進系統，柴油主機是船上主要的振動源[2]。采用電力推進后，電機取代柴油主機大大減小了振動和噪聲，對于現代的客船特別是豪華型觀光游船意義十分巨大；

（3）機動性能好：由于推進電機的轉速易于調節且由靜態變頻器供電，在正反轉的各種轉速工況下都能提供恒定的轉矩，使船舶取得優良的機動性能；

（4）改善了機艙的布置：電力推進系統省掉了齒輪和軸系，不需要將原動機與螺旋槳進行軸系連接，節省了大量的空間[3]；

（5）提高了自動化操作水平：電池監控系統可與全船監控系統集成，簡化船員的操作，提高了船舶的整體自動化水平。

5 結語

船舶電力推進系統排放低、噪音低，比較適用于內河、湖泊以及旅游風景區的水域。在當前大力倡導使用綠色環保能源的今天，電力推進可以在不降低船舶性能的情況下實現環保，提高乘客的舒適性。隨著電力推進設備、推進電池技術的快速發展，其在船舶上的應用將更加廣泛。

參考文獻

[1] 鄭安洪. 船舶電力推進系統特點及應用分析[J]. 珠江水運，2014（19）.

[2] 張曉鋒. 21世紀艦船電力推進發展趨勢[A]. 面向21世紀的科技進步

與社會經濟發展（下冊）[C].中國科學技術協會、浙江省人民政府，

1999：2.

[3] 張抱月. 船舶電力推進系統應用研究探析[J]. 珠江水運，2015（08）.

[4] 喻小力.小型船舶電力推進國產化的發展與應用[J]. 廣東造船， 2012，

30（ 6）.

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江蘇船舶，2016（06）.endprint