江蘇路渡3011渡輪節能減排技術的應用

杜廣棣，孫向勇，劉海艦

(江蘇省鎮揚汽車輪渡管理處，江蘇 鎮江 212000)

0 引言

十八大以來，交通運輸部一直在推進節能減排工作。《交通運輸節能環保“十三五”發展規劃》中指出在“十三五”期間, 水路運輸節能減排技術是其主要方向之一[1]。作為能源消耗的主體，船舶交通運輸企業應積極響應國空節能減排的號召，加大節能技術的開發應用，采取有效措施，減少污染，防低成本。

國際油輪獨立船東協會的研究報告指出, 航運業是全球主要的溫室氣體排放大戶之一,特別是其二氧化硫和一氧化二氮的排放量, 分別占全球排放總量的10%和25%[2]。

目前，在長江內河以及沿海的渡船，以柴油機作為主要動力源。隨著新型推進技術、電噴技術的出現，部分船舶的推進系統采用電力推進裝置。本文對江蘇路渡3011輪應用節能減排技術進行研究，從而達到提高能源利用率，達到節約能耗的目的。

1 新型渡輪簡述

根據國家節能減排的要求以及結合單位發展方向，建造了60 m大噸級直流組網電力推進全回轉渡船。該船電力系統采用直流網絡型電源方案，即交流發電機發電，經整流裝置后直流組網，通過直流配電板將能量輸送給推進器和日用電逆變裝置，驅動推進電機和其他日用負載。交直流系統為對地絕緣系統。

本船動力系統包括電站系統、配電系統、推進系統和自動化系統四大部分。其主要設備配置如下：

(1)配置2套380 kW主柴油發電機組為全船提供電能。2套柴油發電機組輸出交流電源，整流后并網，經由1座直流配電板給推進器和日用電逆變裝置供電。

(2)日用電逆變裝置分路，與備用發電機組聯鎖。日用電逆變裝置輸出400 V 3相 50 Hz交流動力電，400 V/230 V變壓器變壓輸出220 V電源用于照明及控制。日用電逆變電源、備用發電機組和岸電之間設置聯鎖。

(3)電源系統具備自動電站的功能，發電機組、直流配電板和推進電機的運行狀態由集控室監控。

(4)直流母排并有一路超級電容，可以快速充電，實現削峰填谷功能，存儲更多的電能。同時可以在節能模式下，為在網設備提供電能，實現能源的充分利用，減少能源損耗。

(5)2套推進器逆變裝置從直流配電板取電，2臺350 kW輸出調頻電源驅動交流變頻電機拖動2臺全回轉推進器。

2 渡輪采用的節能減排創新技術及方法

(1)采用超級電容，實現能源削峰填谷

這種時候，他應該是比她更難過無助吧。她抱緊他說：“是的是的，沒事的。我們積極配合治療，很快就會好起來。”錢海燕抬起頭的時候，看到周啟明的眼圈紅了。

超級電容系統以超級電容模組為基礎單元，采用24串的連接方式配組。超級電容可以實時監測直流電網的用電負荷，實現能源的充分利用。

超級電容用以抑制負載波動和避免發電機組的負載突變，對柴油機的負載進行補充和釋放，使之平緩地加、減速，達到節能效果。與鋰電池相比，該電容器組具有功率密度大、循環壽命長、充電速度快，工作溫度范圍寬且綠色環保等特點。

超級電容系統會根據不同的用電情況，合理地、有計劃地調節直流電壓。當用電負荷下降時，超級電容快速充電以降低負荷高峰。當用電負荷增加時，超級電容快速放電，填補負荷低谷，減小電網負荷峰谷差。利用超級電容的快充快放特點，使發電機組運行穩定以及用電趨于平衡。

(2)采用變頻推進電機，實現動力的快速傳輸，減少能量損耗

60 m全回轉電推船采用變頻推進電機，經過很短的傳動軸直接驅動舵槳本體上的螺旋槳。

變頻推進電機的控制采用閉環式的變頻調速方式。變頻調速運行是根據駕控臺手柄指令給定值的變化，即舵槳轉速變化的要求來改變供電的電流頻率的，并且配合電壓的調節以獲得合理的電機運行工況，在不同的轉速情況下均保持較高的運行效率以及穩定的轉速需求。

傳動軸的長度影響到能量的傳輸效率，傳動軸越長，能量傳輸效率越差。以往渡輪，舵槳動力輸入端的傳動軸較長，能量傳輸效率會有所降低；60 m全回轉電推船使用很短的聯軸器直接將動力源與舵槳本體相連，實現能量的高效傳輸。

功率管理系統(PMS)是電力推進系統中必不可少的部分，它根據電力推進系統的功率需求，自動管理發電機組的運行和電能的分配。PMS具有節能、應急和航行三種自動模式。根據模式的不同，實時調整在網機組數量。在節能模式下，PMS實時調整在網機組臺數和機組運行轉速，在碼頭裝車停靠時柴油機停車，超級電容對日用負載進行供電；在應急模式下，PMS將所有機組并網，并將機組轉速調至柴油機額定轉速；在航行模式下，PMS實時調整在網機組臺數(但不停車)和機組運行轉速。

功率管理系統適用于電力推進系統，模塊化的設計使系統簡潔、易于升級。PMS系統安裝在直流配電柜中，根據功率的實時需求對每臺柴油發電機組進行監控和協調各柴油發電機組工作，并可以對電站系統進行故障報警和處理，為推進系統和其他用電設備提供可靠、穩定及優化配置的電力能源。

PMS系統可以實現多臺機組的啟動、停止、并網、解列、功率分配的功能。在保障供電可靠性的基礎上，整流器根據機組的負荷水平，對機組轉速等參數進行實時控制，實現機組的節能控制策略，從而保

障機組在最佳工況下運行。通過該節能控制技術，機組燃油消耗水平得到大幅降低，機組排放、排氣溫度、噪聲、磨損等不良影響均得到改善，將有助于延長機組使用壽命，改善機組長期運行性能。

(4)采用電噴式柴油機，精準控制噴油量

電噴式柴油機采用電控燃油噴射技術，是在高壓油泵、壓力傳感器、 電腦控制單元(ECU)組成的封閉環境中，把噴射壓力的產生和噴射過程完全分開的一種供油方式。電子噴射系統能夠通過精確控制噴油時間、噴油速率來控制燃燒過程，對于噴油量可以實現精確控制，使得燃燒過程易于控制的同時能滿足船舶大型柴油機的經濟性和排放的要求。

同時PMS系統對于柴油機的速度控制，按照其燃油曲線發送給柴油機ECU相應的指令進行調速控制，通過自動調整柴油機轉速，適配不同的輸出功率，使柴油機始終運行在較低的燃油消耗區域，實現柴油機在最佳的燃油曲線狀態下工作，實現燃油的充分消耗，避免不必要的燃油損耗。

(5)減輕自身重量，減少渡輪油耗

采用傳統推進系統的船舶軸系長度往往占到船長的40%左右，采用電力推進系統的船舶省去了傳動軸系、減速齒輪箱，大大節省了船舶空間，也減輕了船體的自身重量，從而減少油耗。同時，減低了船體的振動，增強船員的工作舒適感。

3 結語

節能減排、綠色發展是航運企業未來的發展方向，作為航運企業要積極落實國家發改委《“十三五”節能減排綜合工作方案》、交通部《交通部水運“十三五”發展規劃》及《公路水路交通運輸科技“十三五”發展規劃》。目前本單位采用直流組網電力推進系統結合PMS系統已經實現較好的節能減排效果，經過上述相關技術的應用，相較于同噸位常規輪渡的平均油耗節約8%左右。未來單位將在渡船節能減排方面做更進一步的改進升級，最終實現純電力推進。