船舶综合电力推进技术发展思路研究_汤建华

1) 综合电力推进系统是复杂的集成系统 , 系统 内参数耦合紧密 , 暂态过程复杂 , 涉及了发配电 、 变频 调速 、电机和 自动化等多项 技术 , 是 系统 ( 集成 ) 设 计、 系统控制策略 、 系统分析手段 、 系统经验数据等方 面的高度综合 。 2) 综合电力推进系统是典型的高新技术产品 , 系统电压等级高 , 设备容量大且功率密度高 , 设备的 研发水平直接决定了系统的技术能级 , 也代表了国家 装备制造业的能力 。 3) 综合电力推进系统优良的操控性能和隐身性 能 , 不仅使其已广泛应用于民用船舶 , 也是水面舰艇 动力系统的发展趋势 。 1. 2 综合电力推进的优势 综合电力推进系统与热机机械式直接推进相比 , 具有明显优势 , 主要表现如下 : 1) 更好的综合经济性 虽然电力推进的初期投资比热机机械直接推进 高 10% ～ 20%, 但整个综合电力推进系统的维修量 和维修费用可降低 17%左右 。 实现电能综合管理 , 既减少了综合运行费用 , 又减少了排放污染 。 2) 更高的可靠性 综合电力推进系统可以通过调节电站运行发电 机组的数量 , 使原动机工作在最佳状态 , 且使原动机 的辅助设备通用且互为冗余 。 多台发电机组的配置 , 供电网络的灵活结构形式和有效保护手段 , 使综合电 力推进系统具有很强的抗故障能力和自愈能力 。 3) 更舒适的舱室环境 综合电力推进系统使原动机脱离推进轴系 , 原动 机布置更灵活 , 并在固定的转速下运行 , 便于降低机 械噪声 , 可大幅度提高航行舒适度 。 4) 更大的有效舱容 综合电力推进系统实现电能综合管理 , 采取用电 负荷的错峰使用 , 可使原动机装船容量减少 20% ～ 30%。 发电机组可灵活布置 , 也有利提高船舶的有效 舱容 。 1艘 37 000 t 成品油船 , 在船舶总长不变的情 况下 , 可增加舱容 1 200 m 。 5) 更强的操纵性能 综合电力推进系统的操纵性 、 机动性能优于机械 式直接推进 。 电动机的加减速 、反转的控制相对原动 机更快捷 、 响应时间更短 , 可以方便容易地实现全速 和紧急倒车 ; 全速转向的回 转半径小于 2. 5 倍船长
收稿日期 :2009 -08 -11;修回日期 :2009 -09 -02 基金项目 : 国防科工局 “ 十一五 ”船舶动力基础科研计划项目 作者简介 : 汤建华 ( 1956 -) , 男 , 高级工程师 , 主要从事舰船动力 、电力预研和科技管理工作 。
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舰 船 科 学 技 术 系统监控设备等 。 综合电力推进系统主要特点如下 :
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0 引 言
电力推进是船舶动力系统的一种新型动力形式 , 随着现代电力电子技术的发展 , 在综合利用能源 、提
高航行机动 、降低船舶噪声等诸多需求牵引下 , 将船 舶动力电站与辅机电站合二为一的技术研究 , 形成了 “综合电力推进 ” ( I E P ) 及 “综合电力系统 ” ( I P S ) 的 概念 , 使船舶动力系统发生了 “革命性 ”的变化 , 已逐
第 32 卷第 5期 2010 年 5 月
舰 船 科 学 技 术 S H I PS C I E N C EA N DT E C H N O L O G Y
V o l . 32 , N o . 5 M a y , 2010
船舶综合电力推进技术发展思路研究
汤建华 , 赵乌恩 , 杨子龙
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1 船舶综合电力推进特点与优势
船舶动力系统由原动机和推进系统构成 。 原动 机( 主要有柴油机 、 燃气轮机 、蒸汽轮机系统等 ) 是船 舶动力的源头 ; 推进系统是利用原动机提供的能源来 实现船舶的高效机动 。 推进系统主要有机械式直接 推进和电力推进两类 。 电力推进分为 : 采用独立的推 进动力电站为推进电动机供电的传统电力推进和采 用综合电站同时为推进电动机和其他用电设备供电 的综合电力推进 。 传统电力推进普遍采用低压直流电制 , 系统功率 小 , 响应速度慢 , 推进电机转矩密度低 , 主要在潜艇和 特种工程船上应用 。 综合电力推进系统普遍采用中 高压交流电制 , 各项新技术的应用使系统功率大幅度 上升 , 响应速度加快 , 推进电机转矩密度和发电机功 率密度得以提高 , 其技术特性超越了传统电力推进 , 使用的对象也有本质的差别 , 广泛应用于油轮 、集装 箱船 、火车渡船 、液化 天然气 ( L N G ) 船 、豪华游轮 等 高技术船舶 。 当前 , 新型船舶实 现全船电气化的 基 础— — — 综合电力推进技术在国际上已进入成熟阶段 。 1. 1 综合电力推进的基本特点 综合电力推进的主要特征是利用同一套船舶综 合电站向全船提供推进动力 、 辅机和日用电力 , 利用 电能实现船舶机动和完成相关使命任务的一个完整 的系统 。 其基本设备包括原动机 、发电机 、配电及保 护设备 、 电动机驱动 ( 变流调速 ) 装置 、推进电动机 、
关键词 : 综合电力推进 ; 发展思路 ; 研究 中图分类号 : U 664. 14 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 7649( 2010) 05 0133 06 D O I : 10. 3404 /j . i s s n . 1672 7649. 2010. 05. 033
第 32卷
步形成当今世界高技术船舶动力系统发展的一种主 流趋势 。 目前 , 世界船舶动力系统领域非常重视船舶 综合电力推进系统技术发展 , 航运公司正越来越多地 将综合电力推进技术应用于各类船舶 。 我国于 20世纪 60 年代开始进行传统的低压直 流电力推进技术研究 , 由于种种原因 , 至今对于新型 综合电力推进技术研究尚未系统展开 , 针对综合电力 推进系统的研究开发设计体系尚待建立 。 面对世界 航运市场的变化 , 我国造船工业的高速发展 , 我国船 舶综合电力推进技术迎来了难得的发展机遇 。 抓住 机遇 , 加速我国船舶综合电力推进技术发展 , 改变在 船舶设备配套市场严重落后的被动局面 , 是我们刻不 容缓的任务 。 本文结合我国船舶工业的现状和市场需求 , 从船 舶动力技术发展的长期性 、 基础性需求出发 , 开展对 船舶综合电力推进技术发展思路的深入研究 , 提出了 我国船舶综合电力推进技术发展的思路 。
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( 1. 中国舰船研究院 , 北京 100192;2. 国家国防科技工业局 , 北京 100037)
从 电力推进 、综合电 力推进的 技术发展和 进步 , 展开对综 合电力推进 技术实现 船舶动力系 统 “ 革命 摘 要: 性 ” 变化的研究 , 提出目前世界船舶动力系统领 域正朝向 综合电 力推进 系统技 术发展 。 通 过对我 国综合 电力推 进技 术现状的分析 , 为面对世界航运发展 , 适应 我国船舶工业高速发展 , 建议建立我 国综合电力 推进系统 研究开发设 计体 系。 本研究从我国船舶动力技术 发展的长期性 、基础性 需求出 发 , 对船舶 综合电力 推进技 术发展 思路进 行了深 入研 究 , 通过分析研究 , 结合我国船舶工业的现 状和市场需求 , 提出了 我国船舶综 合电力推 进技术发展 的思路 。 研究 可为 国家发展船舶综合电力 推进技术提供决策参考 。
R e s e a r c ho ns h i p i n t e g r a t e dp o w e r s y s t e md e v e l o p me n t n o t i o n
T A N GJ i a n h u a, Z H A OWu e n , Y A N GZ i l o n g ( 1. C h i n aS h i pR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t A c a d e m y ,B e i j i n g100192, C h i n a ; 2. S t a t eA d m i n i s t r a t i o n o f S c i e n c eT e c h n o l o g ya n dI n d u s t r y f o r N a t i o n a l D e f e n c e ,B e i j i n g100037, C h i n a ) A b s t r a c t : S h i p i n t e g r a t e d p o w e r s y s t e mi s a n i n n o v a t i o n a l a n dr e v o l u t i o n a r y t e c h n o l o g y , w h i c hi s t h e d e v e l o p m e n t t r e n do f s h i pp r o p u l s i o nt e c h n o l o g y .T h ed e v e l o p m e n t sa n dp r o g r e s s e so f e l e c t r i cp r o p u l s i o n a n d i n t e g r a t e d p o w e r s y s t e mt e c h n o l o g i e s w e r e r e s e a r c h e d i nt h i s r e p o r t . T h e l e v e l o f o u r c o u n t r y s i n t e g r a t e d p o w e r s y s t e mt e c h n o l o g y o f s h i p w a s a n a l y z e d , a n ds o m e s u g g e s t i o n s w e r e m a d e . T o f a c e t h e s p e e d y p r o g r e s s o f t h ew o r l d s , a n da d a p t t h er a p i dd e v e l o p m e n t o f o u r s h i p b u i l d i n gi n d u s t r y , w es h o u l ds e t u pad o m e s t i c r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t f r a m e w o r kf o r o u r s h i p s i n t e g r a t e dp o w e r s y s t e mt e c h n o l o g y . B a s i n g o nt h el o n g t e r ma n db a s a l r e q u i r e m e n t so f o u r s h i pp r o p u l s i o nt e c h n o l o Hale Waihona Puke Baidu y , t h ed e v e l o p m e n t n o t i o nf o r s h i p s i n t e g r a t e dp o w e r s y s t e mt e c h n o l o g y w e r e r e s e a r c h e dt h o r o u g h l y . C o m b i n g w i t h t h es t a t u s o f o u r s h i p b u i l d i n g i n d u s t r ya n dt h er e q u i r e m e n t s o f m a r k e t , ad e v e l o p m e n t n o t i o no f s h i p si n t e g r a t e dp o w e r s y s t e mf o r o u r c o u n t r y w a s s u g g e s t e d . T h i s r e p o r t m a y b e u s e f u l t o t h e d e c i s i o n f o r t h e d e v e l o p m e n t o f s h i p s i n t e g r a t e dp o w e r s y s t e m . K e yw o r d s : i n t e g r a t e dp o w e r s y s t e me l e c t r i c p r o p u l s i o n ;d e v e l o p m e n t n o t i o n ;r e s e a r c h