船舶动力系统现状及发展趋势

船舶动力系统现状及发展趋势
摘要：船舶的动力系统类型主要有柴油机动力系统、燃汽轮机动力系统、电推进动力系统和混合动力系统等。

在经济快速发展的现代船舶动力系统的性能关系到整个国家船舶运输效率的高低，船舶动力系统的研究也成为了整个造船行业技术研究的重点。

关键词：船舶动力系统；现状；发展趋势
一、船舶常规动力系统的现状
1、柴油机动力系统
柴油机作为内燃机，具有启动迅速、部分负荷运转性能好、安全可靠、功率范围大、效率高、技术成熟等优点。

船舶主机和船舶电站多采用柴油机。

自20世纪60年代起，柴油机全面取代往复式蒸汽机和蒸汽轮机，成为最主要的船舶动力。

根据二冲程柴油机和四冲程柴油机转速的不同，柴油机动力系统又分为柴油机直接驱动和柴油机齿轮传动。

由于二冲程柴油机转速低，可以直接驱动螺旋桨，实现机桨匹配，主要应用在大中型远洋运输船舶上。

四冲程柴油机由于转速高，需经过齿轮箱降速，再驱动轴系和螺旋桨，它主要由中速柴油机(单机驱动或多机驱动)、齿轮箱、轴系和螺旋桨(可调桨)组成，主要应用在中小型货船、客船、滚装船、豪华游船、海洋工程辅助船和军船上。

目前以柴油机为动力的船舶占世界商船队的95%以上，其中，柴油机直接驱动占55%，柴油机齿轮传动占39%。

此外，柴油机还是船舶燃气轮机推进系统和电力推进系统的主要设备。

从全球柴油机产品市场占有率来看，以MAN公司和WARTSILA公司为代表的欧洲老牌柴油机制造商占据了大部分市场份额。

近年来，MAN公司通过向日本、韩国、中国的柴油机生产厂转让生产许可证，得到了迅速发展。

除此之外，MAN 和瓦锡兰具备整体提供主机、齿轮箱、轴系和螺旋桨的能力，具备很强的系统集成设计实力和市场竞争优势。

我国船舶柴油机通过技术合作、专利或许可证引进及自主开发研制，在国内已经形成了较强的生产能力。

尽管近几年我国船舶柴油机生产已有较快发展，但我国造机企业与世界前三名造机企业的差距还非常大，企业综合竞争能力仍较弱。

2、燃气轮机动力系统
与柴油机相比，燃气轮机的不足之处是其较低的燃油经济性，尤其在部分工况下。

不仅燃气轮机油耗高，还要燃用干净清洁、价格昂贵的蒸馏油，这很难被大多数航运公司所接受，因而也是未被广泛采用的重要原因之一。

但是，燃气轮机质量轻功率大、动力响应性好，如再配上柴油机组成联合动力装置(CODAG)可以克服低工况油耗高的缺点，是高速船最合适的动力装置，实践还表明燃气轮机机组可靠性达99.5%，具备96.5%可使用性，热效率已达39%加上其特有的低排污，特别适应渡船的使用环境。

二、船舶动力系统的发展趋势
1、柴油机动力系统发展趋势
a)常规柴油机的发展趋势
作为供给船舶推进动力的主要动力来源，在将来的发展趋势为越来越大的单缸输出功率、低
排放、低污染和高可靠性。

同时，柴油机的工作形式越来越趋于智能化，并具有高综合经济
效益。

b)常规柴油动力系统集成供货被船厂、船东和设计院广泛接受
国外主要船舶配套厂家，如MANB＆W公司、Wartsila公司等公司，根据船东的要求和船
舶的基本参数，采用模块化设计方法，提供主推进系统完整解决方案，由厂家集成制造出船
舶主推进系统，使设计、制造、安装调试和维修服务等集成化，大大提高了主推进系统的总
体技术性能、可靠性和船舶的生命力。

国内部分研究所和设备厂家也陆续开始进行动力系统
集成设计和供货，但是，由于国内部分研究所和设备厂家不设计生产船舶动力系统的主要关
键设备或未实现主机、齿轮箱、轴系和螺旋桨等全套动力系统的自主设计和供货，因此动力
系统的集成设计能力与国外主要动力系统配套厂家还有一定差距。

2、电力推进系统
a)常规电力推进系统
常用船舶电力推进装置一般由下述几部分组成:原动机、发电机、电动机、变频器、推
进变压器和推进器以及控制调节设备等组成。

电力推进系统根据推进器的不同，可分为常规
的轴桨推进，如可调桨和定距桨。

同时对操纵性要求高的船舶，特别是要求动力定位的海工
船，推进器通常采用全回转推进器。

电力推进相对柴油机推进具有经济性好、操纵性优良、
节省空间、噪声低和节能环保等优势。

特别是对于一些多工况特种船舶如海洋工程船等，在
低航速和低负荷工作时，可以合理选择柴油发电机组的台数和负荷，有效提高船舶的经济性。

相同推进功率的船舶电力推进要比柴油机推进油耗减少10%左右。

b)吊舱式电力推进系统
吊舱式电力推进系统是当今备受推崇的一种推进方式。

它是一种全方位转动的装置，电
动机位于吊舱内，直接驱动螺旋桨。

该系统的操纵性能和推进效率非常好，而且由于不需要
轴系、舵及助推器，节省了大量的空间，减轻了自身质量，降低了噪声和振动，机动性能更
佳，安装也更方便。

目前在全球电力推进系统市场上，ABB集团、科孚德公司和西门子集团是最主要的供
货商。

此前，这种系统主要应用在科考船、豪华游船以及军船领域。

然而，近年来，ABB集
团Azipod吊舱式电推系统开始在钻井船、近海工程船、破冰船及液化天然气(LNG)船上大
量应用。

在开拓市场的同时，ABB还对该系统的设计方案进行了更新。

在操控方面，新一
代系统完全采用电动机操舵，其控制系统也经过了升级，采用操纵杆和舵轮来控制整个吊舱。

c)电力推进系统的发展趋势
随着技术的进步，交流变频调速技术得到迅速发展，从而使得电力推进系统具有布置方
便、工作噪声低、节能、易于实现自动控制等优点，在船舶电力推进系统中得到越来越广泛
的应用。

船舶电力系统和船舶电力推进系统一体化供电的船舶综合电力系统是未来发展的新趋
势，该系统将船舶的电力系统和推进系统有机的组合在一起，把动力机械能源转换为电力，
提供给推进设备和船上的其他设备使用，使得船舶日用供电和推进供电一体化，实现电力的
综合利用和统一管理。

3、混合动力系统
混合动力系统主要包括柴-电推进系统、柴-燃推进系统、柴-电/燃气轮机推进系统等，主要
用于军用船舶。

然而，近几年来商用船舶也逐渐开始采用混合动力系统。

最简单的混合动力
系统是具有PTH功能(takemehome)的柴油机动力系统，该系统在常规柴油机动力系统的
基础上，采用轴带发电机和可调桨配置。

主推进柴油机故障停车的情况下，轴带发电机作为
电动机驱动螺旋桨低速航行，该系统目前越来越多地运用在单机单桨系统的船舶，如集装箱、
多用途货船和化学品船等商用船舶上，从而大大提高了系统的可靠性。

目前最先进的混合动
力系统一般运用在多工况工程船上，如Ustein集团建造的多用途海洋工程船“奥利匹克赫
拉”号交付船东，该船既可由柴油机直接推进，也可由柴-电推进系统提供动力，成为海事
界的关注焦点。

4、特种推进装置的发展和应用
a)可调桨推进系统
可调桨推进系统具有节能环保，操纵性好等优点，目前国外中速柴油机推进系统普遍配置可
调桨和轴带发动机。

一些大型船舶采用低速柴油机也开始配置可调桨和轴带发动机，充分发
挥主机的功率，实现更好的机桨匹配，达到节能降耗的目的。

由于低速机普遍推进功率大，
因此可调桨朝着大功率大型号的方向发展。

MAN公司最大型号的可调桨为VBS2150，可配
套50000kW的主机。

此外，为满足特种船舶的作业要求，特别是一些船舶作业时需动力定
位和多工况运行，可调桨也得到广泛的应用。

b)海洋工程高的发展对大功率的全回转推进器和侧推需求量增加
随着海洋工程由近海向远海的转移，深水工作船和平台需求的日益增长。

在深水中工作的船
舶必须配置动力定位系统和大功率的全回转推进器和侧推，从而满足船舶在作业时的操纵性
和定位要求。

三、结束语
在特种船舶和海洋作业船舶快速发展的今天，性能可靠、节能环保的动力系
统越来越受
到人们的关注。

国内的造船企业也意识到了新型动力系统的巨大潜力，新型动力系统的研究
越来越受到人们的重视。

参考文献：
[1]秦立新.船舶综合电力推进系统的发展及应用[J].舰船科学技术，2009.
[2]冯明志，等.船舶大功率柴油机的发展与技术创新[J].柴油机，2007，29（2）.。