船舶电力推进系统综述报告

船舶电力推进系统综述报告

张文超 2

一、船舶电力推进系统的发展

船舶电力推进系统已有近百年历史，但是由于受各种因素制约，发展缓慢，且大多数只使用在特种船舶上。从20世纪80年代起，供电系统、推进电机和微电子及信息技术的迅猛发展，使船舶电力推进装置打破了长期徘徊局面，得到了大力的发展。电力推进系统基本由机械原动机(柴油机、燃气轮机或核动力)构成，用以驱动交流发电机，发电机再为推进电动机提供动力。电动机可能是直流、交流同步电动机或交流感应电动机。同传统的机械推进方式相比，采用电力推进系统的船舶在经济性、振动噪声、船舶操纵、布置和安全可靠性等方面具有明显优点。船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理，是现行船舶平台的电力和动力两大系统发展的综合；它不是电力推进加自动电站的简单组合，而是从概念到方案、组成、配置、技术等均发生重大变化，给未来的船舶带来一场革命。

二、电力推进系统的组成

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。

目前世界上使用电力推进的船舶，主要可分为两类：一类是电力推进和其他发动机推进结合的混合推进；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。

三、船舶电力推进方式的优缺点

1．电力推进方式的优点

（1）操纵灵活，机动性能好，靠离码头时可不需拖轮协助，有更好的经济性；

（2）电力推进装置的操纵由驾驶台直接控制，应付紧急状态能力强，有利于提高安全。

（3）有很好的低速特性，恒功率特性，恒电流特性和陡转特性；

（4）因省去了主机和螺旋桨之间的轴系以及舵，节省了大量的空间，可以增加船舶有效空间和有效载荷；

（5）可采用中高速的非反转原动机，主机的选择有很大的灵活性；

（6）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；

（7）噪声小，震动小，废气NOx排放减少；

（8）若采用吊舱式电力推进系统，省去了长轴系，操舵装置和舵，可不设舵机房，也省去了bow throuster，减轻了设备的重量，增加了有效载荷。另外，模块化设计原理使吊舱模块可以在船舶建造完成时安装，缩短了建造时间；不需要进坞就可以维修螺旋桨，吊舱装置可以在水下安装。

2．电力推进方式存在的问题

（1）由于经过两次能量转换，在电气能量转换中，若采用交-直-交变频调速，还有两次电能的能量转换，使得电力推进比传统推进效率降低。额定工况时，一般直接传动为：98%，直流电力推进为：85%～90%，交流电机推进为：94%～95%；

（2）初期投资成本较高。例：中远广州公司18000t半潜船采用SSP吊舱式电力推进系统，比传统推进采购费多300万美元，有资料表明，采用全电力推进比机械推进所需初期费用贵25%左右；

（3）需要高技术的电气工程师做维修保养工作。

四、电力推进的国内外发展现状

1. 国外的发展状况

世界上采用过电力推进的民船种类繁多，包括：运输船、海洋开发用船、工程船、渔业船舶、拖带船舶、港务船、农用船等等。

近20年以来，船舶电力推进使用达到了空前的繁荣。世界上各大船用设备厂家如ABB、SIEMENS、ALSTOM、STNATLAS等公司都已开发出成套的电力推进系列产品。其中尤以ABB开发的吊舱式电力推进器AZIPOD最为成功，并得到广泛使用。

AZIPOD是将马达装入一个流线型壳体内，螺旋桨置于壳体前段，操作十分方便，可以在很低转速下运行，又可作为转向装置，推进效率高于常规螺旋桨。

如大型旅游船Elation号上装配有14000kwAZIPOD，其航速比装有常规推进的姐妹船快0.5kn,推进效率高8%，回转半径减少30%，从全速前进到全速后退仅需20s。从1987年到2003年之间，ABB公司的交流电力推进的装机总功率达到2318MW，仅吊舱推进总功率就达到826MW。

从1980年起，ALSTOM的电力推进系统装船多达110艘，总装机超过1500000kW，动力定位系统装船已达160多艘，其和瑞典Kamewa公司联合开发的Mermaid推进器，也称“美人鱼”推进器，在最近两年内完成订单近40套。“美人鱼”电力推进器功率范围为5-25MW，该系统的独特设计在于轴封甚至整个吊舱都可以在水下进行更换。

2. 国内的发展状况

和国外相比，我国在船舶电力推进使用方面起步较晚。近年来，通过国内船舶行业各部门的不懈努力，我国民用船舶电力推进系统的发展已经取得了可喜的成绩，目前已使用到海上石油工作船、科考船、货运船、火车渡轮，以及其他专业性船舶等方面，举例如下：

2000年，上海爱德华造船有限公司为瑞典公司建造了的“帕劳思佩拉”化学品船，是我国第一次采用POD电力推进系统的船舶。2002年广船国际为COSCO建造的18000T级半潜船“泰安口”，是中国第一艘自己建造的海洋工程大型特种船舶，采用两套SSP吊舱电力推进系统，是同类船舶中目前最为先进的首制船。2006年投入试运行的烟大火车渡轮是我国首次自行设计、采用电力推进方式的船舶。同年10月，天津新港造船厂建造的我国首艘采用全电力推进系统的火车滚装船“中铁渤海一号”顺利交工，该船总吨位达到25000T，这是我国自行设计、建造吨位最大的全电力推进船舶。

其它还有912消磁船、浮式生产储油轮、991水声测量船、502TEU多用途集装箱船等等。

五．电力推进关键技术分析

1.综合电力系统总体技术研究

由于综合全电力系统的设计是当今先进的电力电子技术、交流调速技术、电机制造技术、永磁材料技术、计算机控制技术、原动机技术等的综合运用，技术含量高。许多不同专业的各个设备的研制需要相互协调，功