長江中下游電力推進渡船總體設計

徐達

摘 要：隨著綠色環保要求的提高，新能源船舶發展越來越快，其中純電力推進船舶 就是新能源船舶之一。純電力推進技術處于剛剛起步階段，由于其軸系短、無污 染、震動小，具有較高的舒適性和操縱性的特點。它主要適用于內河客船、渡船 上。本文主要闡述純電力推進渡船的總體設計，通過對船舶阻力估算、電池容量計算思路、船體總布置分析與設計、阻力估算等內容做簡要概述。

關鍵詞：長江渡船;純電力推進;總體設計

1? 研究意義

由于近幾年我國交通事業的快速發展，長江兩岸的車流量持續快速增長，使 承擔兩岸交通運輸的汽車渡口的運力持續緊張。同時由于近幾年，國際海事組織（IMO）不斷以強制性公約、規則的形式來加強對海洋環境乃至大氣環境的保護。 越來越多的國際非政府組織、行業組織等也不斷推出新的行業標準，一些國家和 地區也在醞釀著更為嚴格的區域性標準，這些對環保要求的日益嚴格，在很大程 度上表明推進綠色造船是未來船舶工業發展的大趨勢。加之老舊渡船存在著阻力 大、油耗高、舒適性差、操縱性能差等缺點，因此開發一種新型電力推進渡船是 當務之急。

為了應對綠色環保要求的提高，清潔能源在船舶領域的應用日益廣泛。綠色 船舶是船舶業發展的主流方向，純電動船正是在此背景下所催生的。鋰電池船舶 作為純電動船舶的一種，由于其軸系短、無污染、震動小，具有較高的舒適性和 操縱性的特點，鋰電池推進常常被用于內河客、渡船上。內河客、渡船的純電動 化是綠色船舶要求的走向之一，鋰電池船舶的研究順應行業發展潮流。

2? 國內外研究現狀及存在的相關問題

2010 年，IHI（日本石川播磨重工業）聯合造船公司開發世界首艘充電 型渡船，該船舶可以使用岸上電力設備向渡船蓄電池組進行充電，航行時依靠電 動機推進，該船需經過 6-8 小時完成充電。據《The Motorship》2014 年 8 月 6 日刊報道，潛艇充電技術的發展，使電池可以在很短時間內通過岸電充滿，目前 該技術正被應用于瑞典渡船“Movitz”號之上。這艘在瑞典改裝的渡船將成為世界首艘安裝新型快速充電系統的渡船。由此可見，在國外，電池推進船舶是近幾年前沿科技，但其發展趨勢已經有所顯 現。

2017 年 11 月 18 日，中國首艘采用交直流配電模式的電力推進渡船——江蘇路渡3011 輪抵達鎮揚汽渡碼頭。雖然該渡船采用的是柴油發電電推方式，但 這是我國首次將船舶電力推進系統和民用渡船進行融合，可見我國對電力船舶的 研究也是愈加重視。新能源船舶發展 進步的同時，國內的相關法律規范也隨之研究頒布，為國內新能源船舶的建造提 供法規和技術依據，進一步保證了新能源船舶的優質性能。

目前，我國在內河船舶運輸上，無論是整體實力、科技能力，還是裝備標準 檔次、環保水平等方面，均與國家的整體發展相對脫節。確切地說，內河船舶建 造標準與綠色環保性能尚遠遠跟不上時代的發展要求。鋰電池作為內河客船、渡 船的絕佳動力源，其研究意義在內河綠色航運、綠色運輸、綠色物流方面都是不 言而喻的。

3? 主要設計思路

本船為布置型船舶，以 8 車車客渡為母型船，開展長江中下游電力推進渡船總體設計調研。設計船確定主要尺度的構思：設計船為長江中下游電力渡船，因靠離渡口頻繁，要求有較好的操縱性，因此采用對稱、雙槳舵、雙頭、單甲板、中機型。因 為采用“鋰電池——電動機”推進方式，并且采用中機型，所以型深 D 有所變化。同時設計船無需再設置主機、發電機、燃油艙和排氣管道等輪機設備，傳動軸也 會變短，因而空船重量會有所下降，吃水 d 會減小，但吃水用足對提高螺旋槳效率有利。

4? 電池容量計算構思

設計船電池容量估算，主要步驟由以下幾步：

（1）通過艾亞法估算設計船有效功率;

（2）根據有效功率估算推進電機功率;

（3）進而選擇推進電機型號;

（4）然后根據推進電機資料、持續航行時間以及母型船電力負荷計算書估 算鋰電池組總容量。

5? 阻力估算

船舶阻力是船舶在水中航行時，受到水和空氣的作用而產生的阻力。在船舶 設計的初級階段，當主尺度和船型系數初步確定之后，需要知道主機功率以保持 到船舶能夠達到設計航速;或者已知主機功率，則需要估算阻力，以確定船的航 速，有利于分析與比較各種方案的優劣。船在靜水中航行的淺水及深水阻力或有 效馬力的估算方法一般可分為兩類：

第一類：以海軍系數法為基礎，直接近似地決定有效功率，如艾亞法。 第二類：將各阻力分開計算，其剩余阻力用近似方法決定;摩擦阻力則用平板公式計算，然后再計算總阻力。如泰洛-蓋特勒法、日本漁輪法、茲萬科夫法、 許立汀法等。

設計船常采用艾亞法估算有效功率，這種方法的主要依據是根據船模試驗及 實船試航結果整理得出。此法適用范圍甚廣。對于中、低速的商船都比較適用， 內河各類船舶均可適用。用此方法算得的有效馬力中已包括約 8%的附體阻力。 所以對雙槳或多槳的阻力和對高大上層建筑的空氣阻力另行修正。考慮到本船螺 旋槳為全回轉螺旋槳，無需設舵、槳架等附體，所以附體阻力選用裸船體阻力的6%。

6? 總布置設計

本設計船為單航次航行時間小于 0.5h 的鋼質內河短途車客滾裝渡船。靠離 渡口頻繁，要求具有較好的操縱性，因此采用雙頭、雙槳、單體、單殼、單甲板， 因為方形系數較小，采用中機型，為停靠渡口方便采用方頭。本船為布置地位型 船舶，設計此類船舶時，往往需要從所需的布置地位入手來考慮，除了需要滿足 主船體內的艙室布置所需容積外，還需滿足一定的甲板面積。渡船作為典型布置 地位型船，總布置設計過程中應該考慮以下幾點：

（1）建筑及尺度特征。具有縱通的上甲板，上甲板平整，甲板上無貨艙口 及起貨設備。機艙設在中部。中小型渡船的車輛甲板也是干舷甲板。車輛甲板的 首尾端設跳板，作為車輛等滾裝貨物的裝卸通道。渡船的艙容利用率低，船的總 高度比一般同噸級的貨船高，水上側投影面積大。主要尺度同大多數布置型船舶 一樣，受貨物單元尺度的影響，船長、船寬與貨物單元尺度成一定的比例關系。

（2）穩性。渡船常常在甲板上裝貨、相當型深高，使船重心升高，受風面 積增大，引起穩性惡化。為保證航行安全，渡船應具有足夠的初穩性高度。但初穩性過高，橫搖劇烈，會使貨物移動而失事。因此，汽車渡船甲板和跳板上需按 規定設置防滑裝置。

（3）操縱性。短程渡船，靠離渡口頻繁，加之相當型深高，水線以上受風 面積大，要求具有較高的操縱性。為此，這種船一般有兩套動力裝置，用雙螺旋 槳推進，操縱性好，可以方便地停靠碼頭，上下旅客，裝卸貨物。

結語

本文針對我國的長江中下游渡船的市場需求，設計適用于市場需求的電力推 進渡船，使傳統渡運業向現代化渡運產業轉變過程中實現可持續發展，并且滿足 “綠色船舶”要求。

盡管目前鋰電池推進需較高的初投資，維護管理難度大，但能通過船舶營運 后節能盈利來彌補。電推渡船作為鋰電池船舶的優秀試驗田，可以預見，將會擁 有更加廣闊的市場。

參考文獻：

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