电力推进应用于我国渔船的适用性分析

崔雪亮， 张伟信

(浙江省海洋水产研究所， 浙江 舟山 316021)

电力推进应用于我国渔船的适用性分析

崔雪亮， 张伟信

(浙江省海洋水产研究所， 浙江 舟山 316021)

在节能减排的时代背景下，电力推进系统作为船舶新型推进技术，已逐步应用于世界各国船舶中，但在渔船领域应用甚少。与传统主机推进系统相比较，电力推进系统具有空间利用率高、节能环保、便于控制及维修等优点，便于生产安装和商业运行。将福建东山36.5 m电力推进渔船和浙江临海54 m围网渔船运行效果进行对比试验，进一步分析数据，总结出电力推进系统在不同作业渔船中的适用性能差异，对我国未来渔业渔船装备升级转型有着非常重要的意义。

电力推进；节能；环保；转型

0 引 言

当今世界，海洋污染、能源匮乏已经越发明显，节能环保已经成为时代主流。船舶电力推进作为船舶新型推进节能技术，已日趋受到世界各国重视[1]。虽然我国是一个造船大国，但是我国船舶在应用电力推进系统方面的研究才刚刚起步，电力推进船舶比重还非常小，与发达国家有较大的差距。在世界船舶、航海行业整体萧条的时代背景下，加速我国船舶技术革新，实现产能优化，提高我国整体船舶竞争力已刻不容缓。我国大部分渔业船舶主要采用柴油机直接推进的系统，该系统存在油耗高、污染大、操作性能不灵活、噪声大等缺点，给海洋和空气环境带来严重污染。柴-电混合动力推进系统应用研究项目是农业部渔业局2012年起开展的渔船节能减排项目，目前电力推进系统已经逐步被应用于远洋拖网渔船及围网渔船中，本文通过对近海围网渔船应用电力推进系统的各个数据进行采集、比对，进而分析电力推进系统在近海渔船中的适用性。

1 船舶电力推进系统的发展

电力推进系统已有100多年的历史，但是大多数电力推进船舶都是近几十年内建造的。近代船舶电力推进分为2大类：直流推进和交流推进。20世纪70年代，由于交流电动机技术不够成熟、调速困难，因此当时主要采用直流电力推进系统。直流电机调速系统简单，调速性能好，但其结构较为复杂，体积大，重量重，并存在功率及转速极限等技术问题，所以其发展受到限制。随着电力电子技术、变频电机制造技术、电机控制理论，以及新能源、新材料等高新技术的飞速发展，系统的一些技术瓶颈被顺利解决，电力推进系统可以更加合理、广泛地应用于各种作业类型的船舶。近年来，电力推进系统在电机推进功率、控制系统优化等方面都有了突破性的进展。世界著名电气集团，如SIEMENS,ABB以及ALSTOM等，都已研制出船舶交流电力推进成套装置。该类型装置功率范围广，其中以吊舱式推进器最具代表性，被广泛应用于豪华邮船、油船和军用船舶等一些具有特殊用途的船舶[2-4]。目前发达国家新造船舶的30%已采用电力推进系统[5]，可见交流电力推进将逐渐成为主流，是未来船舶推进系统的一种主要推进方式。

2 传统船舶柴油机推进与现代电力推进对比

传统的船舶推进系统主要是原动机推进技术，即直接由主机通过齿轮箱来驱动螺旋桨转动，在船舶发展中发挥了重要的作用，并一直处于主导地位。然而，传统推进系统也有许多不足的地方，如：单机单桨的可靠性不高，原动机占据空间较大，燃油消耗率高(特别是低转速运行下，如图1所示)，工作环境噪声大，影响船员的身心健康，等等。随着科技的日益发展，这些缺点被不断放大，严重阻碍着船舶产能的进一步优化。

图1 主流柴油机油耗功率曲线

船舶电力推进系统包括主发电机、船舶电网、推进电动机、滤波器、变频器和变压器，是从船舶初端电网到末端电网一体化的综合系统。目前广泛采用的电力推进系统主要有Cyclo电力推进系统、Synchro电力推进系统和PWM电力推进系统[6]。它们的工作原理是发电机组发电，船舶电站和变频器变电，再通过滤波器把优质电源直接提供给推进电动机，从而利用电动机驱动螺旋桨转动。电力推进系统能更加完美地改善机舱布置，大幅减少机舱噪声，给船员带来安静的工作环境。同时，电力推进系统的操控性能好，能进行远距离电气控制，推进电机也更易得到最佳工作特性，从而提高柴油机的效率，节省燃油。电力推进的安全性能更佳，能够实现多机单桨，能够通过调节多台发电机供电，保证每台发电机满负载运行，从而实现船舶燃油的充分利用，也保障了船舶推进的可靠性。这是一种新型的推进系统，其优点是较好地弥补柴油机推进的不足，目前已经普遍应用于大型货船、油船、客船及军用船舶，但在渔船上面的应用还有待研究探索。

3 电力推进应用于围网渔船的节能效果分析

我国是个渔业大国，但不是渔业强国，其主要体现在我国小型渔船占很大比重，现代化渔业装备落后，自动化程度不高，能源消耗大、利用率低，人员管理落后等。目前我国绝大部分渔业船舶都有着动力效率低，柴油机应用老化、能耗高、排放污染严重[7]等主要问题。解决这些难题，已经是迫在眉睫的事情。渔船柴-电混合推进，是指电动机代替推进用柴油机的推进方式，目前我国还处于探索研究阶段，可借鉴的资料较少。2012年我国第1艘电力推进拖网渔船在福建东山建成并投入使用，其节能效果相当明显，在独立1台副机运行的作业工况下，比其同类型、同区域作业拖网渔船节能20%以上[8]。电力推进系统在拖网作业渔船上使用，其节能效果已经得到充分的证明，然而我国渔船作业方式多样，主要分为围网、拖网、流刺网、延绳钓、鱿鱼钓等，电力推进系统在其他作业方式的渔船上是否也能取得同样的效果还有待验证。

本次调查的渔船为近海围网作业渔船，其电力推进系统(如图2所示)主要采用北车集团永济新时速电机电器有限责任公司生产的配套产品。该渔船采用电压690 V，功率2×600 kW发电机作为主发电机组，电压为600 V，功率为2×430 kW的电动机作为电力推进电机来运行整个电力推进系统。

该船主要技术参数如表1所示。

图2 试验围网渔船电力推进示例

表1 电力推进围网作业渔船主要技术参数

通过前期的调研及后期的实船对比，在同类船型围网作业产量相当的情况下，该船的燃油消耗率有所降低。一个生产周期下来，节油7.4%，起到一定的节能效果，但围网渔船应用电力推进系统的节能效果相较于拖网渔船明显降低，如表2所示。

从表2可以看出，船舶在航行状态下，其主机推进系统和电力推进系统所消耗的燃油差不多，节能效果不明显。在作业状态下，拖网渔船主机推进系统的油耗明显上升，电力推进油耗上升不明显，而围网渔船主机推进系统的油耗上升不明显，电力推进油耗上升也不明显。分析可知，这与渔船作业特性有关：拖网渔船作业状态时间较长，航速较慢，主机转速偏低，因此其主机油耗明显上升；围网渔船作业时间短，航速一般保持不变，因此其主机油耗上升不明显，节能效果也就不明显。因此，电力推进系统应用于渔船上的节能效果与其作业方式有着密切联系，不同作业性质的渔船在使用电力推进系统后所产生的节能效果也并不相同。

表2 拖网渔船和围网渔船油耗率对比 kg/h

4 结 论

随着电力电子技术与微机控制技术的飞速发展，电力推进技术日趋成熟。电力推进的优点突出，是未来推进发展的必然趋势，但其前期成本高以及相关专业人员配套等问题还需进一步解决。本文研究分析电力推进在不同作业渔船上的应用效果差异，有利于今后进一步开展渔船电力推进的研究，探索出适合不同作业渔船的电力推进系统，并降低系统设备成本，使大众渔船的装备得以升级，是未来渔业电力推进系统研究的方向。

[1] 陈次祥，唐石青，王良秀，等.电力推进技术下的船舶电站发展[J].舰船科学技术，2010,32(8)：30-32.

[2] HODGE C G. Modern Applications of Power Electronics to Marine Propulsion Systems [J]. International Symposium on Power Semiconductor Devices & Ics, 2002:9-16.

[3] CLAYTON D H，SUDHOFF S D， GRATER G F. Electric Ship Drive and Power System [J]. International Power Modulator Symposium, 2000.

[4] ERICSEN T. Engineering “Total Electric Ship” [J]. Petroleum and Chemical Industry Technical Conference, 2007:1-6.

[5] 刘赟，徐绍佐.船舶综合电力推进系统综述[J].柴油机，2004(2)：1-3.

[6] 魏鹏威，张建一，詹鋆.混合动力渔船LNG冷量的应用分析[J].渔业现代化，2012，39(3):51-54.

[7] 聂延生，黄鹏程，罗超，等.SIMAR DRIVE系列电力推进系统工作原理及结构特点[J].航海技术，2004，6:49-51.

[8] 黎建勋，金娇辉，谌志新. 电力推进拖网渔船控制系统设计[J]. 渔业现代化，2012，39(5):43-48.

ApplicabilityAnalysisofElectricPropulsionAppliedtoFishingBoatsinChina

CUI Xueliang, ZHANG Weixing

(Marine Fishery Institute of Zhejiang Province， Zhoushan 316021, Zhejiang， China)

The electric propulsion system is a new type of propulsion technology and is gradually applied to various ships all over the world in the background of energy saving and emission reduction., but it is seldom used in fishing boats. In comparison with the traditional propulsion system, the electric propulsion has the advantages of high space utilization, energy saving, environmental protection, easy control and maintenance, and it is also convient for production ,installation and commercial operation. A comparative test is carried out between the electric propulsion fishing boat of 36.5 meters in Dongshan, Fujian Province and the fishing boat of 54 meters in Linhai, Zhejiang Province. The application performance differences of the electric propulsion system in different fishing bosts are summarized by further analysis. It has great significance to the upgrading and transformation of fishing equipment in the future.

electric propulsion; energy saving; environmental protection; transformation

崔雪亮(1986-)，男，工程师，研究方向为渔船节能及推广

1000-3878(2017)06-0019-04

U665

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