新能源船型研發(fā)——以南湖42客位太陽能船為例＊

王樂，徐夢婷，賀振洋

新能源船型研發(fā)——以南湖42客位太陽能船為例＊

王樂，徐夢婷，賀振洋

（嘉興南洋職業(yè)技術學院 船建分院，浙江 嘉興 314031）

21世紀，世界能源需求量仍將繼續(xù)增長，新能源的利用在船舶行業(yè)應用越來越廣泛。太陽能可以用來聚熱取暖，光伏發(fā)電，為船上設施提供相對獨立的能量來源，在降低船舶發(fā)電機或主機能耗的同時保證船舶的正常航行；在船舶上太陽能主要通過布置在船舶上的太陽能電池板等裝置進行能量收集，隨后轉換成光伏電能直接應用于電氣設備或儲存起來。針對新能源船型研發(fā)，以嘉興南湖景區(qū)42客位旅游船型為例進行總體設計。通過對南湖水域清潔能源動力船型的技術研究、經濟、安全、環(huán)保、實用等方面進行可行性分析，以點帶面加快推進清潔能源技術的產業(yè)化。

清潔能源；太陽能；南湖；船舶

從全球發(fā)展趨勢看，隨著全球能源需求不斷擴大，石油、煤炭、天然氣、水力、核能將各自發(fā)揮優(yōu)勢。同時，可再生能源由于其無污染將日益受到重視。今后國家將更加重視開發(fā)新能源和可再生能源，并努力降低能耗和利用替代能源。太陽能可用來聚熱取暖和光伏發(fā)電，為船上設施提供相對獨立的能量來源，在降低船舶發(fā)電機或主機能耗的同時保證船舶的正常航行；在船舶上，太陽能主要通過布置在船舶上的太陽能電池板等裝置收集能量，隨后轉換成光伏電能直接應用于電氣設備或儲存起來。因此，太陽能等清潔能源動力船型的推行是未來發(fā)展的必然趨勢。

1 國內外發(fā)展狀況

澳大利亞、德國、瑞士和日本太陽能船舶的研究較多，也有成功的應用經驗。2000年，澳大利亞建成了利用太陽能、風能、燃料電池、油混合的能源雙體渡船。該船的8片可調控的翼覆蓋著太陽能發(fā)電裝置，并可用作風帆，船長約21 m，可搭載100人。澳大利亞還設計了采用太陽能、風能、燃油混合動力能源的大型水船，為各大城市供水。2006年，美國與澳大利亞合作設計了太陽能風翼大型三體游船，該船可搭載600名乘客。

2006-10-16，瑞士全太陽能動力船“太陽21號”從瑞士巴塞爾起航前往紐約，開始首次跨越大西洋的旅程，于2007-05-08到達紐約，它是世界上第一艘完全靠太陽能行駛并橫跨大西洋的船只，通過實船航行證實了太陽能船遠洋航行的可能性。

中國船舶科學研究中心、中國船舶及海洋工程設計研究院以及上學等科研院所、高校也在開展或關注太陽能等可再生能源動力船船的研究，并建造了一些太陽能動力小艇。綜合國內外太陽能動力船舶的研究發(fā)展現(xiàn)狀和化石燃料的有限性，太陽能動力船舶具有十分誘人的發(fā)展前景。太陽能動力船舶目前雖多用作小型船艇，但這種可再生能源動力船舶也可以大型化，在交通工具中船體構型與岸上建筑物較為接近，如果采用三體、四體五體與雙體船船型則船體平臺可提供寬敞的空間布置太陽能動力裝置、系統(tǒng)。此外，太陽能動力船舶還可以采用風能、海流能、波浪能等可再生能源，最終實現(xiàn)大型化、全天候零排放的目標。

2 太陽能動力船舶船體平臺的研究

太陽能動力船舶船體平臺的研究實際上是對太陽能電池板布置優(yōu)化的研究，即分析太陽能電池板（光伏陣列）如何在船上布置、在何種船上布置具有比較好的效果。這項研究屬于船體總體設計技術，包括適用的船型方案論證設計、船舶類型分析論證及其水動力性能研究分析、太陽能動力系統(tǒng)的布置問題等。對設計要求巡航速度不低于10 km/h，續(xù)航力不低于8 h，節(jié)約能源40%以上的南湖42客位觀光雙體新能源船進行研究。

2.1 船體主要要素設計

船型主尺度如表1所示。

2.2 太陽能光伏系統(tǒng)設計

船舶光伏系統(tǒng)設計如圖1所示。

2.3 船型總布置設計

船舶總布置設計如圖2所示。

表1 船型主尺度

序號項目參數序號項目參數 1總長LOA/m13.808設計吃水d/m0.80 2垂線間長LPP/m13.009排水量Δ/t≈27.35 3最大寬度BMAX/m5.1010乘員/船員42/1 4雙體船總寬B/m5.0011設計航速/（km/h）10 5片體型寬b/m1.8012肋距/m0.50 6片體間距k/m1.4013續(xù)航力/h10 7型深D/m1.3014航區(qū)內河B級

圖1 船舶光伏系統(tǒng)設計框圖

圖2 船舶總布置設計圖

3 結束語

太陽能動力船舶船體平臺的研究實際上是對太陽能電池板布置優(yōu)化研究，即分析太陽能電池板（光伏陣列）如何在船上布置、在何種船上布置具有比較好的效果。船舶與汽車、飛機相比，由于船舶尺度大，因此具有更大的受光面積；同時，由于船舶行駛速度相對較低，便于在船舶上安裝各種太陽能利用裝置；裝設的太陽能利用裝置對船舶的自重、外形與穩(wěn)定性等不會產生很大的影響。

［1］王績宏，俞國春.關于推進綠色造船技術的建設與思考［J］.技術與市場，2018（12）：177.

［2］蔡薇.綠色造船技術［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2013.

［3］劉建峰，盧軍國，邵丹.綠色船舶與綠色造船技術創(chuàng)新發(fā)展［C］//第十六屆中國科協(xié)年會——分8綠色造船與安全航運論壇，2014.

［4］管榮輝.綠色造船在船舶行業(yè)清潔生產中的應用［J］.污染防治技術，2013（12）：26-29.

U674.92

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.009

2095－6835（2019）14－0024－02

王樂（1990—），男，研究方向為船舶水動力性能分析、新能源船型研發(fā)。

嘉興南洋職業(yè)技術學院“三個一百”工程一般科研項目（編號：p30018ky003）

〔編輯：嚴麗琴〕