船舶电力推进技术简述

船舶电力推进技术简述

摘要：电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究。本文简要介绍了船舶电力推进装置的基本组成、船舶电力推进技术的优缺点以及发展趋势。

关键词船舶电力推进展望

1概述

自1833年第一艘电动实验船诞生到现在，电力推进系统的发展已经有170多年的历史。二战期间，电力推进曾出现过一段流行期，由于当时交流电机调速技术不成熟，多采用直流电力推进，其调速系统简单、调速性能好。但由于直流电机结构复杂、体积及重量大，并存在功率及转速极限等问题，故只能用在一些工程船舶及潜艇上，使得电力雏进在整个船舶推进领域中的发展受到限制。

20世纪80年代以来，随着电力电子技术迅速发展，大功率交流电机变频调速技术日益成熟，同时，为了迎合各国对船舶性能要求的进一步提高，船舶电力推进技术在国内外得以迅速发展。近年来，综合全电力推进系统使得电力推进船舶在军事舰艇上得到了深入的研究。实现了电力和动力两大系统的全面融合。目前，电力推进越来越广泛的使用在潜艇、起重船、破冰船、挖泥船、消防船、滚装船、领航船、航标工作、船渡船、豪华游船以及军事舰艇上。

2船舶电力推进装置基本组成

目前世界上使用电力推进的船舶，主要可分为两类:一类是电力推进与其他发动机推进结合的混合推进，例如英国23型护卫舰；另一类是全电力推进，即使用一个电站供电给推进装置和其他辅助装置，例如美国DD21水面舰艇。

船舶电力推进装置一般由原动机、发电机、电动机、螺旋桨以及控制单元组成。原动机带动发电机，发电机带动推进电机，电机驱动螺旋桨，推动船舶航行。因螺旋桨所需功率很大，一般需要设置两个单独的电站：推进电机电站和辅机电站，分别给推进电机和辅机供电。目前的原动机一般使用高速或中高速的柴油机，推进装置一般有直流电力推进和交流电力推进两种。

3船舶电力推进技术优缺点

3.1船舶电力推进技术具有的主要优点

(1)可获得所需要的推进电机机械特性，以满足不同航行工况的要求，这对主机以及船舶的经济性有利。

(2)电力推进装置的操纵由驾驶台直接控制，启动加速性好，制动快，大大提高了船舶的可操纵性，机动性好，安全可靠性得到提高。

(3)省去了主机与螺旋桨之间的轴系以及舵，机械振动和噪声减小，环境更加舒适，船舶航行也更加隐蔽。

(4)采用中高速的非反转原动机，主机的选择有很大的灵活性，减少设备的体积和重量，动力系统功率重量比大大提高，这对机舱的灵活布置非常有利。

(5)原动机和螺旋桨系柔性连接，使得螺旋桨的转速不受原动机转速的限制，彼此都可以工作在最佳状态，从而推进系统有较大的能量效率。

3.2船舶电力推进技术存在的问题

1）初期成本较高。现代电力推进系统的发展还处在初期阶段，装备电力推进系统的船舶投资成本增加，如果采用全船电力推进所需的初期成本比机械推进高20%以上。

2)能量转换损耗增加。由于不是原动机与螺旋桨的直接传动，一般经过两次能量转换，加大了船舶满载时的传输损耗，使得电力推进比传统推进效率降低。

3)管理与专业人才缺乏。对于使用电力推进系统的新用户，缺少管理该种船舶的经验，同时电力推进系统对于船舶电气工程师的要求更高。

4船舶电力推进技术的主要发展趋势

4.1燃料电池

燃料电池作为电源取代现在传统的同步电机是一个研究方向，燃料电池是将燃料的化学能直接转换为电能。燃料电池结构紧凑，更能合理地利用船舶有效空间，单位容积和单位重量的能量输出大，只要连续供应燃料就能连续的产生电能。而且转换效率为60%一80%，比现有的热能装置的效率高。其燃烧物可以不是液态的，工作时无噪声、无污染，可靠性和寿命较长。这就使燃料电池在船舶上得到应用，有着特别诱人的前景。

目前，燃料电池按电解质划分已有6个种类得到了发展，即碱性燃料电池、磷酸盐型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、固体聚合物燃料电池、及生物嫩料电池。燃料电池产生的是直流电，可以采用DC/AC转换，通过这种方法，电压等级方面的问题可以得到改善，但制造成本较高，还需不断改进和发展。

4.2大功率推进器

（1）磁流体推进器磁流体推进是把带电的电极插在水筒中，通电后在水中产生电流，安装在船上的磁铁产生的磁场通过与电流相互作用，产生电磁力把水从水筒的末端作为高速水流喷出推动船舶。这种推进器可以通过调节电流大小来控制船舶速度，通过改变电流的方向来实现对船舶航向的操纵。磁流体推进器振动和噪声都比较小，克服了转动机械的功率限制，避免了螺旋桨高速旋转时形成的空泡效应影响。但是磁流体对于电磁铁心电磁铁性能要求较高，推进效率不高，目前还需要进一步的研究和改进。

（2）喷水推进是依靠位于船尾的喷水机产生高压高速水流，经喷头喷射而出，使船舶获得强大的反冲动力，并通过操纵舵以及导航设备分配和改变喷流方向来实现船舶的操纵。这种推进器具有推进效率高，抗空泡能力强，操纵性和动力定位性能优异，适应变工况能力强，振动和噪声小，以及高速、稳定的航行性能等优点。但是在低于20kn时，喷水推进的效率比螺旋桨推进要低得多。由于增加了管道中水的重量，也使得排水量增加。

5结束语

在未来的船舶推进领域，虽然电力推进还不能完全取代其他船舶推进方式，但是，它所占有的比例将越来越大，随着自动控制水平和电子电力技术的不断提高，船舶电力推进技术的发展必然会越来越快，应用的领域也将越来越广。