淺談船舶電站和船上電氣設備的節能減排方法

史先法

摘? 要：當前，能源問題已經是所有行業共同面臨的問題。在航運過程中使用有效的節能減排方式可以節約船舶航行的成本。隨著船舶航行的油價不斷上漲，船舶電站以及電氣設備的節能技術越來越受到人們的廣泛關注。使用節能減排技術可節約能源消耗，減輕航運過程對環境造成的污染，獲得經濟與環保雙重效益。該文簡述了船舶電站以及船上電氣設備的節能減排的重要性，分別從壓載水系統改裝、安裝脫硫系統和應用變頻節能技術三方面闡述具體節能減排方法的運用。

關鍵詞：船舶;電站;電氣設備;節能減排方法

中圖分類號：U665? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

在船舶行業中，電站屬于高能動力源，為電力系統核心，可保障船舶穩定運行。在船舶自動化要求逐漸提升的背景下，智能化、節能化的電站為主要趨勢，壓載水系統改裝，加裝脫硫系統以及變頻技術等的應用成為船舶電站節能減排的主要方式，受到了人們的重視。

1 船舶電站與船上電氣設備節能減排的重要意義

在船舶航運環節中，燃料費用的消耗占據60%，所以對資源進行高效利用，可保障船舶航行的經濟效益。其中電站節能為重點方向，這主要是通過提高廢氣的熱回收效率，驅動電機系統，實現節能目標。利用重油替換柴油，通過重油發電，減少燃料以及潤滑油的使用，不但可降低發電機組內柴油機零件的損耗，還能節約燃油費用。結合TG系統以及SG系統，在負載產生變化時保持穩定運行，快速調節負載平衡，提高節能效果。此外，還可使用SSG發電機系統，保障主機以及發電機之間相互傳輸功率，提高對廢熱的回收效率。在節能方式的應用下，保障船舶順利運行，減小燃料消耗，提高航行經濟效益。

2 船舶電站和船上電氣設備節能減排方法

2.1 改裝壓載水系統

在應用壓載水系統時，主要包括過濾、電解和中和3個過程。其中過濾環節為壓載過程，主要使用過濾器過濾壓載水，在此環節可將粒徑>50μm細微顆粒以及生物過濾出去。電解過程從主管路將壓載水引入電解裝置中，通過電解產生的溶液將浮游生物殺滅，利用分析儀以及控制系統對管路進行控制。中和環節按照壓載水中的含氯濃度和IMO值對比，利用自動控制系統控制中和劑量。

對裝載水系統進行改裝，可提升船舶電站中設備的節能性。在改裝過程主要對過濾、電解、中和3個單元進行改裝。選用型號為BC-5000的裝置，此裝置的額定處理量可達4 000 m3/h～5 000 m3/h，電解海水量45 m3/h，其電解單元的尺寸為3500mm×3600mm×770mm，過濾器尺寸為4000mm×2800mm×2600mm。這種船舶中含有體積較小的過濾裝置，占地面積相對適中，同時過濾裝置的水處理量較大，可起到良好的過濾效果。過濾過程對壓頭產生的影響較小，沖洗過程不產生水斷流情況，適合在環境較為惡劣的條件下對海水進行過濾。除此之外，改裝后的過濾單元還可以完成手動控制時間與壓差。在電解單元的改裝方面，可選用體積小，并且效率高的開關電源，配合管板式的電解槽電解設備，這種設備具有較高的海水電解效率，并且結實耐用。在待處理的水量增加的時候，電解模塊中產生的體積變化較小，此裝置中的電解槽為核心部件，使用壽命和船舶相同。在中和單元中，如果壓載水排放TRO濃度小于IMO預設值時，此系統可暫時不啟動中和單元，將符合減排要求的水排到船舷外部;當TRO濃度大于IMO預設值時，此時中和單元即可立即啟動，同時向水管內注入適量藥劑，中和TRO，實現流量的自動控制。

經過改裝后的裝置滅火技術成熟可靠，可處理較為渾濁的海水。使用先進的技術改造電解支路，只從壓載管路將1～2%的主管路海水引入電解槽中即可，不需要將壓載水全部流通過電解槽中，也不需要對主管路進行改動，便于各種新型船舶的設計以及傳統船舶的改造。該裝置長電解單元的尺寸較小，因此具有高電解率以及低功率消耗的特點。在新型船舶的設計方面，可使用模塊化整體設計方式，保障合理利用船舶空間。在舊船改造方面，可將設備整體拆分成3～7個不同的模塊，并將其設計在船舶較為狹窄的空間內，同時各個模塊的獨立功能較好，可適用在不同航線當中。改裝后的壓載水系統運行成本和維修費用較低，擁有良好的節能減排特征。

2.2 加裝脫硫系統

為了減少船舶航行過程產生的硫氧化合物對環境造成的污染，同時降低船舶能量消耗，可以在船舶當中加裝脫硫系統，利用脫硫技術實現這一目標。當前常使用海水脫硫、石膏脫硫、干燥脫硫3種技術類型。海水脫硫方面，主要是依賴海水天然中和能力以及酸堿緩沖性能將煙氣中的SO2脫除，此工藝需要借助海水供排系統、水質恢復、煙氣系統以及SO2吸收等系統共同完成。由于海水脫硫過程簡單，應用環節節能環保，對環境產生的污染較小，因此成為船舶尾氣處理的主要方式之一。在石膏脫硫方面，主要是利用石灰石，將其磨碎成粉，加入適當清水配置成石灰漿，中和氧化后，生成石膏。當前，此工藝在煙氣脫硫過程中得到了較為廣泛的應用，在添加適當的酸性化學物質之后，可將脫硫效率提升超過90%。在船舶尾氣的處理方面，可優化工藝的應用過程，加裝脫硫系統，簡化系統管理流程，減小系統占據空間，提高脫硫效率，防止對設備產生較大的腐蝕與磨損。在煙氣脫硫方面，主要是利用石灰石漿液作為制備系統，配合反應塔、凈化裝置、輸送裝置、控制系統等共同作用。其脫硫效率可達70%～95%，可在低硫燃料的處理中取得良好效果。船舶航行通常使用重燃料，其中含硫量較高，因此，需要將尾氣處理工藝進行改善，增設脫硫裝置，使用脫硫吸收劑，最大限度將產物回收再利用，防止脫硫過程需要使用大量濃度較高的石灰石液體，導致設備被腐蝕以及堵塞等問題。

2.3 高效利用變頻技術

某船舶為高效利用能源，使用變頻系統，設置變頻系統在電網內輸入三項交流電，在預充電、濾波、整流、制動斬波等回路的應用后，將其轉變成直流電，然后輸送到不同的變頻器當中。控制系統接收到船上控制系統指令之后，控制變頻器的輸出頻率及電壓，保障電機之間協同運行。在變頻系統內設置的變頻器經過熔斷器和公共直流電線路相連，這種設計方式可在不改變原有變頻器的前提下，將其前端整流功能隔斷，滿足電機正常運行的要求。

該變頻系統的節能原理為，在各個變頻器中存在2種運行狀態。1）電動牽引。2）制動發電。船舶作業在航行過程中，直流母線可有效發揮其互饋能量的優勢，部分變頻器在電動牽引的工況下，其他變頻器在制動發電的工況下，此時制動工況下變頻器中的電能即可回饋給直流公共母線，電動工況變頻器就可以將其加以利用，解決了獨立的變頻器系統制動環節消耗的斬波電阻過高問題。例如在船舶航行過程中，放纜是隨收纜進行的，收纜環節消耗的能量高于放纜環節。因此，在收攬時需要變頻器利用直流母線中的能量大于放纜過程中頻頻器向直流母線回饋的能量。在放纜過程變頻器向母線中回饋的能量可被變頻器全部利用，無需考慮到制動斬波問題。應用變頻系統時，對船舶電站產生的沖擊較小，同時對電站容量的要求不高，因為多個變頻器協同作業的時候，在公共母線中處于不同的電能利用狀態，系統可對其中的能量展開循環利用，進而減少系統消耗大量的電網電能，起到良好的節能效果。

3 結語

總而言之，在能源緊缺和環保要求越來越嚴格的今天，全球對各行業節能減排的要求逐漸提升，促使船舶電站各項節能和環保技術的更新和發展。為保障船舶行業的發展符合市場規律，應在電站和電氣設備的應用上采取各類節能方式，保障船舶運行環節的高效性和節能性，促使船舶行業不斷發展。

參考文獻

[1]付文秀，楊帆，高瑋.含軸帶發電機的船舶電站協調控制[J].船舶工程，2016（2）：69-73.

[2]具備PTO/PTI功能的船舶電站建模與控制研究[D].武漢理工大學，2014.