电力推进系统应用于灯光围网渔船的经济及节能效果分析

朱铭锴，李德堂，李同兰，李同升

（1.浙江海洋大学船舶与海洋工程学院，浙江舟山 316022；2.舟山市卓林船舶设计有限公司，浙江舟山 316022）

·研究简报·

电力推进系统应用于灯光围网渔船的经济及节能效果分析

朱铭锴1，李德堂1，李同兰2，李同升2

（1.浙江海洋大学船舶与海洋工程学院，浙江舟山 316022；2.舟山市卓林船舶设计有限公司，浙江舟山 316022）

以64 m电力推进灯光围网渔船为例，对渔船电力推进系统进行了简介，并将电力推进渔船与同级别的常规动力渔船的单航次油耗等数据进行了对比分析。从数据方面证明了电力推进系统的节能性与经济性，体现了其在灯光围网渔船上应用的优越性。

灯光围网渔船；电力推进系统；节能新技术；油耗对比

我国的海洋渔业发展迅速，截止到2014年年底，我国有从事渔业人口两千多万，海域捕捞产量高达1.3×107t[1]。但我国大多数的旧式渔船所面临的高油耗问题，使得渔民苦不堪言，毫不夸张的说，如果没有政府的燃油补贴，没有多少渔民是愿意出海捕鱼的。更有渔民船东，不出海捕鱼却通过种种手段来骗取政府给予的高额燃油补贴，其行为令人发指。因此，采用新技术、新设备、新政策，从根本上解决我国海洋渔业所面临的问题，显得尤为重要。

电力推进技术作为目前各国船舶制造业节能技术的研究重心，正在被广泛地推广和应用。本文所涉及的内容是舟山卓林船舶设计有限公司所设计的64 m电力推进灯光围网渔船，可以按照不同工况的需求来选择发电机组的运行模式，使渔船时刻处于最佳的运行和工作状态，使得发电机组的负载率以及燃油效率保持在一个相对比较高、比较经济的运行状态。

1 电力推进灯光围网渔船的主要性能

本渔船目标作业海域为近航海区，采用钢质、单舵、单桨的推进方式。

围网渔船在进行海上捕捞作业时，通常是在白天对捕获的渔获物进行整理和速冻，晚上开灯集鱼围网进行连续作业。因为是在远离陆地的海上，海况瞬息万变，对渔船的整体可靠性、操作性能以及电机响应速度都提出了更高的要求[2]。

表1 64 m电力推进灯光围网渔船主要技术参数Tab.1 64 m electric propulsion light seiner main technical parameters

当渔船处于航行工况或捕捞作业工况下，全船由主发电机组供电，4台主发电机组并联运行最大可为全船提供1 600 kW电力，供推进、速冻保温、作业设备和日用负载使用，其中主发电机为3相4线制接法，可直接取相电压为诱鱼灯供电；锚泊工况下，全船由50 kW停泊发电机组供电，供基本日用负载使用；停靠码头时，可接入岸电为船上用电设备供电[3]。

推进电机主要参数主要参数见表2，电力推进系统单线图和功率-航速曲线图如图1、图2所示。

表2 推进电机主要参数Tab.2 Main parameters of the propulsion motor

图1 电力推进系统单线图Fig.1 Electric propulsion system one-line diagram

图2 功率-航速曲线图Fig.2 Power-Speed graph

2 渔船主要工作设备以及工况分析

本船主要工作设备包括动力推进系统、柴油发电机组、电站变电系统、液压系统、制冷贮藏系统、灯光诱鱼系统等，这些与常规渔船的配备基本相同。主要区别在于电力推进渔船采用电动机来驱动螺旋桨使渔船航行，代替了常规渔船的“主柴油机—减速箱—螺旋桨”驱动模式，因此需要功率更大的发电机组[4]。单个航次中不同工况下各设备运行状况见表3。

表3 单航次中不同工况下各设备运行状况Tab.3 Single voyage in different conditions of each device operating conditions

渔船主要工作设备功率见表4。

表4 围网渔船主要工作设备功率表Tab.4 Seiner equipment power statistics

3 渔船各工况燃油对比分析

本文对比综合参考了渔船的总长、型深、型宽、吃水深度和排水量等因素[5]，选取各项数据与本文研究的64 m电力推进灯光围网渔船相仿的常规渔船，电力推进方式与常规推进方式的装机功率数据对比见表5。

表5 电力推进与常规推进装机功率对比Tab.5 Electric propulsion and conventional propulsion installed power comparison

由表5可知，电力推进渔船在装机总功率上比常规推进渔船要少400 kW。

综合灯光围网渔船在不同工况时的设备运行状况，保障不同工况下的相应航速所需的推进功率和其他设备工作时的用电功率需求，对柴油发电机组运行状况进行细化调整，并对电站负载率进行估算和分析，电力推进和常规推进的电站负载率对比见表6[6-7]。

表6 电力推进与常规推进负载率对比Tab.6 Electric propulsion and conventional propulsion load rate comparison

由表6可知，采用电力推进的渔船在整体的综合工况下，负载率方面要比常规渔船有更大优势。其中，工况1和工况2中电力推进渔船与常规推进渔船的负载率相当，主要是因为工况1和2分别处于全速航行和静止诱鱼作业状态下，一个是推进系统功率最大状态，另一个是推进系统关闭状态，无法体现电力推进渔船电站功率灵活分配的优势[8]。另外需要说明的是，在工况3中，围网时要求渔船尽可能快而稳地完成围网，需要较高的船速。但是为了防止船体侧倾，速度也不宜过快[9]。渔船需要以一个相对较低的速度完成收网工作，而且需要在短时间内频繁地调整航速，这样的作业特性对于常规渔船的主机和电力推进渔船的推进电机的变速特性提出了更高要求。主机的启停和变速会消耗更多的燃油，大约为常规运行状态下的1.5倍。此处为了便于计算，统一按700 kW的功率来计算（已在图2功率航速曲线图中标注），实际工作中，电力推进渔船的工况3应该会比常规渔船的油耗更低、对机器整体的损伤更小。

经过对各工况下的电站综合负载率的计算分析可以得出初步结论，电力推进相比于常规推进方式，拥有更低的装机功率，并且能够根据当前工况所需的功率来调整柴油发电机组中发电机运行的数量，从而获得当前工况下相对更高的负载率。既可以避免发电机组等设备在低功率工况下运行的寿命损耗和能源浪费，又能够提高整体工作效率[10]。

经过调研得知渔船单航次每种工况下作业的时长，见表7，以及各组柴油机的油耗，见表8；根据表7和表8中的数据，由此对电力推进灯光围网渔船和对比船只的单航次燃油消耗进行估算和对比，详情参见表9。

表7 各组柴油机油耗表Tab.7 Diesel fuel consumption

表8 单航次各工况作业时长Tab.8 Each work condition duration

表9 电力推进与常规推进单航次燃油消耗量对比Tab.9 Electric propulsion and conventional propulsion single voyage fuel consumption comparison

单航次燃油消耗量Q的计算公式为：

其中：p是该工况下柴油机功率，单位是kW；

g是柴油发电机每发出1 kW·h的电，或者做相应的功所消耗的燃油量，单位是kg/（kW·h）；

t是单航次下灯光围网渔船处于该工况的作业时间，单位是h。

从表7、表8和表9中的数据可以得出，电力推进灯光围网渔船在单航次中各个工况下的综合油耗要比常规推进方式的灯光围网渔船低11.28 t。而且，因为电力推进渔船的综合负载率更高，整体的废气排放状况也要明显优于常规推进渔船，更容易达到国际海事组织所设定的船只废气排放标准[11]。经过调研得知，渔民每个航次所需时间为15 d左右，每年大约15个航次，燃油价格按照5 500元/吨进行计算，对比常规推进方式与电力推进方式的经济效益，见表10。

表10 常规推进方式与电力推进方式的经济性对比Tab.10 Conventional propulsion and electric propulsion mode of economic comparison

由表10可以得知，电力推进灯光围网渔船相比常规推进灯光围网渔船，每年仅燃油费这一项就能够节省93.06万元。另外，渔船在航行作业时，推进系统需要频繁启停、正车倒车、怠速，考虑到电力推进渔船的调速方式，以上各种状态下对于推进电机本身的损害是很小的。因此，相对于常规渔船的推进主机来说，电力推进渔船有着更好的操作性能和使用寿命，以及更低的保养成本，这些优越性都是表格中的数据所无法体现的。

电力推进渔船的初期投资一般高于传统渔船，从全船投资来看，一般增加15%左右[12]。本船型的常规推进渔船初始投资为1 450万元，电力推进渔船需增加217.5万元，达到1667.5万元，而电力推进渔船每年仅燃油费用一项就可以节省约93万元（这还不包括常规维护保养维修等费用，综合这些因素之后，由于电力推进方式的先进性，每年节省的费用会更多），船东只需要2年多的时间就可以收回追加的投资。以每艘船20年的船龄进行计算，收回追加投资之后的17年可节省1 700万元左右，已经超过了1艘新船的制造价格。因此从经济效益来说，以上数据足以证明电力推进船型的全船寿命周期内的所花费的总费用比传统船型要低很多。

4 结论

电力推进渔船目前仍处于发展的初期阶段，各项技术和鼓励政策还不够完善，但经过以上的一系列对比，已经可以看出电力推进渔船在效率、能耗、环保等方面相比于传统渔船都有很大优势。不仅减少了装机功率，还降低了燃油消耗和废气排放，同时减少了油污水等排放物的处理成本。在我国当前倡导大力发展绿色渔业、节能减排、渔船技术革新的大背景下，电力推进渔船有着很高的实用价值。电力推进系统在本64 m电力推进灯光围网渔船上的成功应用，不仅可以为船东节省燃油和维护费用，也为电力推进系统在其他渔船上的推广和应用打下了技术基础。

[1]沈斌强.关于船舶快速性能的探讨[J].广东科技,2012(3):238-239.

[2]刘 柱.几种船舶推进系统的比较[J].青岛远洋船员学院学报，2003(3):40-44.

[3]郑建丽,焦 尔,张 怡,等.灯光围网渔船采用电力推进系统论证[J].渔业现代化,2014,41(5):49-53.

[4]杨积文,华宗瑞.浅谈电力推进在客滚船的应用[J].广船科技,2008(4):7-9.

[5]汤建华,赵乌恩,杨子龙.船舶综合电力推进技术发展思路研究[J].舰船科学技术,2010,32(5):133-138.

[6]韩秋平,曾凡其.船舶电力推进系统的应用[J].交通科技,2007(7):118-120.

[8]陈 林,罗孝学.船舶电力推进的现状及其关键技术分析[J].武汉航海,2008,3(2):3-5.

[9]郝春学.灯光围网渔船电力推进系统[J].船电技术,2014(10):62-65.

[10]刘文达.灯光围网渔船电力推进系统设计[J].船电技术,2015,4(4):51-54.

[11]宗君华.36米玻璃钢金枪鱼延绳钓渔船型线及推进系统设计研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012.

[12]曹建军.电力推进拖网渔船节能效果试验[J].渔业现代化,2014,41(2):67-69.

Economic and Energy Saving Effect Analysis of Electric Propulsion Systems Used in Lighting Seiner

ZHU Ming-kai1,LI De-tang1,LI Tong-lan2,et al
(1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering,Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022; 2.Zhuo Lin Ship Design Co Ltd,Zhoushan 316022,China)

In this paper,64 m electric propulsion light purse seine vessels of example,the electric propulsion system for fishing boats were introduced,and the electric propulsion boats with the same level of conventionally powered vessels single voyage fuel consumption and other data were compared.Proven electric propulsion system energy efficiency and economy of the data,reflects the superiority of its application in the light seiner.

light seiner;electric propulsion system;new energy-saving technologies;fuel consumption comparison

TM619

A

1008－830X(2016)03－0266－05

2016-03-29

企业自主研发课题（64 m电力推进灯光围网渔船）

朱铭锴（1992-），男，山西侯马人，硕士研究生，研究方向：现代渔船及捕捞设备.E-mail:869228000@qq.com

李德堂（1965-），男，教授级高级工程师，研究方向：船舶与海洋工程及海洋新能源开发.E-mail:Lidetang2008@163.com