船舶电力推进技术的发展探究

李静磊 孟 宁 周 峰

（92569部队）

0 引言

作为船舶动力推进的方式之一，电力推进虽然起步较早，但受到科技水平、经济萧条、战争等诸多因素的影响，船舶电力推进技术发展较为曲折。第二次世界大战期间，电力推进技术有过一段发展，主要采用直流电技术，在功率、转速等问题上存在一定的技术难题，应用范围较窄，主要应用在一些特定的工程船舶和潜艇上，电力推进技术的发展受到一定的限制。直到20世纪80年代，科技迅猛发展，大功率交流电机变频调速技术的广泛应用，为电力推进技术在船舶上的应用提供了良好的契机，满足了各国对船舶性能的多种需求。时至今日，电力推进技术广泛应用于大型油轮、水面战舰、各类工程船舶、观光旅游船和潜艇等各类船舶，电力推进技术发展达到新的高峰。

1 船舶电力推进的基本特点

船舶电力推进是指利用船舶综合电站向船舶提供推进动力、辅机和日用电力，从而完成相关任务、实现使命的完整系统。电力推进系统的运行设备由发动机、原动机、变流调速装置、配电及保护系统和推进电动机监控系统等组成。电力推进系统有以下基本特点：①该系统是一个复杂的集成系统，涉及了变频调速、电子自动化、供配电和电机等，高度综合了系统控制策略、系统经验数据、集成设计和系统分析手段；②该系统科技含量较高，对系统电压等级要求高，设备容量大，国家的工业生产能力和设备的研发水平对系统的技术能力有较大影响；③电力推进系统应用广泛，其良好的隐身性能和可控强等特点，在民用船舶和舰艇等方面有广阔的发展前景。

2 船舶电力推进的优势

和传统的机械式推进系统相比，电力推进系统主要有以下优点。

综合经济性高。从初期投资来看，电力推进系统比机械推进系统的造价高出15%左右，但由于在维护成本和维护次数方面大大降低，从长期来看，电力推进系统的总造价比机械推进系统要低，而且维持运营的成本较少，对环境的污染也大大降低。

可靠性高。通过对发电机组数量的有效调节和整合，电力推进系统可以确保原动机在最佳工作状态，减少原动机冗余的设备，在发电机组配置、供电网的结构形式方面进行有效保护，整个电力推进系统有很强的自愈功能和抵抗故障的能力。

良好的舱室环境。电力推进系统的应用，使得原动机可以脱离推进轴系，在布置上更加灵活，其转速可以稳定控制，在降低机械噪声上十分有利，这可以在很大程度上为舱室创造良好的环境和舒适度。

提高有效舱容面积。电力推进系统可以错峰使用电负荷，这样电能的综合利用管理提高，原动机装船容量减少了20%以上，且发电机布置更加灵活，船舶的舱容面积提高。

操作性能提高。电力推进系统在机动能力、可操作性等方面比机械推进系统提高，在电动机的加减速、反转控制方面更加便捷、迅速，更容易在速度加大或紧急情况时实现急停、倒车等操作，回转半径也大大降低，实现了无极调速等操作。时至今日，电力推进系统的各种优势成为船舶动力技术发展的主流趋势，船舶动力新的热潮正在蓬勃发展。

3 我国船舶综合电力推进技术发展状况

3.1 我国电力推进船舶发展历程和现状

我国电力推进的船舶发展起步较晚，由于技术落后，在数十年间，我国船舶电力推进技术发展缓慢，尤其是民用船舶，在电力推进技术的发展方面处于停滞不前的状况。进入新世纪以来，市场经济的发展催生了船舶在电力推进技术方面的发展，依托国外先进技术和系统集成设计技术，大批造船企业开始生产新型电力船舶，由于自主研发能力较弱，我国民用船舶电力推进系统大多采用发达国家集成设计，在一段时期内会处于依赖和被动的状态。

3.2 我国与国外的差距及原因分析

3.2.1 主要差距

造成我国船舶电力推进技术落后的原因有很多，在起步方面，发达国家研究比我国早了近30年，无论是实践方面还是理论方面都有丰富的经验累积。我国在船舶电力推进系统和发达国家的差距主要表现在以下几点：系统集成设计能力较差。我国在电力推进技术方面只能在有限的船舶上开展集成设计，而发达国家主要发展模块化设计，在系统总功率方面达到百兆瓦级，在变频器和电机功率方面也达到了数十兆瓦级，具备最新电力推进船舶的动力需求；关键产品设备存在代差。我国在关键产品设备方面和西方发达国家还有很大的差距，只能进行一些原理样机方面的试验，而一些发达国家早已解决高转矩密度推进电机、大容量电流、智能自动化等关键技术，例如 20兆瓦级别的先进感应电机已在实船上应用，我国在这方面还处于理论阶段，设计方法滞后。我国在设计手段上还处于“经验设计”的探索阶段，发达国家已经建立了模型设计基地，由“经验设计”向“模型设计”的方向转变。

3.2.2 造成差距的原因

总体而言，我国船舶电力推进技术和发达国家相比还有很大的差距，一方面是缺乏总体的发展规划，起步晚，很多关键技术不够成熟，科研成果无法形成技术上突破；另一方面，资金、技术、政策的不到位，我国在前沿科技领域方面投入的经费较少，总体研究水平难以实现质的飞跃；最后，在基础设施和基础科研工作方面，缺乏有效的系统布局，配套的数据库和设计软件缺失。

4 加速发展船舶综合电力推进技术的必要性

4.1 我国对综合电力推进技术发展的迫切需求

进入新世纪以来，我国工业的崛起带动了船舶工业的兴起，船舶配套设施也迎来了新的发展契机，电力推进技术因其多种优点得到了广泛的应用，我国在电力推进船舶方面需求巨大。

4.2 我国综合电力推进技术发展的必要性与迫切性

由于技术的不足，电力推进船舶的发展和发达国家有拉大的征兆，所以必须尽快采取措施改变落后的现状。

4.2.1 大力发展船舶电力推进技术有助于提高核心竞争力

动力作为船舶的核心技术和关键性产品，对船舶设计和装备业的发展有着重大影响，20世纪50年代以来，我国在船舶电力推进技术方面一直处于落后状态，并且技术上的差距越来越大。要想在激烈的国际竞争中取得主动权，需要尽早加快对电力推进技术的研究工作，加大投入力度和突破性研究，提高在国际上的核心竞争力，努力建设创新型国家。

4.2.2 加快发展船舶电力推进技术有利于推动国民经济的发展

我国在“十五”曾制定了船舶工业的发展的长期目标，力争在2020年，整体自主创新能力和发展水平达到先进国家行列。很明显，我国船舶工业水平离国际先进水平还有较大差距，国产配套率还不到50%，电力推进设备主要向发达国家进口，对整体国民经济的发展不利。

4.2.3 加快发展船舶电力推进技术有助于带动国内装备制造行业整体的发展

电力推进产业涉及面较广，包括钢铁、石化、采矿、冶炼等多种制造行业，加大船舶电力推进技术的发展，有助于带动相关制造业的整体繁荣和发展，还可以对电力电子、机械加工、材料设备等工业有很大的推动作用。

5 我国船舶综合电力推进技术发展设想

国家的长期发展规划为船舶电力推进技术的发展提供了一定的研究和试验条件，为我国电力推进系统的发展奠定了物质基础。总体来看，我国在船舶电力推进长期发展规划方面仍存在不足，尤其在资金、人才和资源整合方面，在技术研究领域也处于起步阶段。笔者认为，发展船舶电力推进技术，要注重以下几点。

5.1 指导思想

电力推进更侧重于整体基础能力的提高，在指导思想方面要重视以下几个方面：①夯实基础，建立体系。技术基础是电力推进系统发展的重要前提，能有效提高研究设计的整体水平，同时充分整合和利用技术资源，建立相应的规范、标准和数据库，形成以模型设计为主要发展目标、以数据库支撑电力推进系统研究的完整体系。②自力更生，不断创新。针对发达国家在电力推进系统方面的技术封锁，我国应结合当前国情，充分利用现有资源，自力更生，借鉴先进的科学技术和发展经验，不断创新，努力实现质的发展。③全局规划，突出重点。船舶电力推进系统样式复杂多变，制定发展规划应统筹安排，突出重点发展目标，比如重点发展电力推进和供输电系统，为船舶电力推进系统的全面开展做好基础研究工作。

5.2 发展目标

在发展目标上应制定两个阶段。首先，应着手打造研发设计体系的整体框架，具备基本的电力推进系统的自主设计能力，初步建立中小型民用船舶电力推进系统的集成和生产配套设备的水平，实现从无到有的技术突破。其次，逐步建立健全整体研发和设计框架。通过整体规划和长期的发展，逐步形成具有自主设计、生产、建造的电力推进体系，应用于大型舰船、潜艇等综合电力推进系统和相关配套设备，实现质的飞跃，达到世界先进水平。

6 结束语

从20世纪90年代以来，电力推进系统在大型民用船舶和舰艇等方面得到了大范围的应用，其运行状况和良好的工作性能得到了世界各国的认可，值得进一步地研究和推广。我国在船舶电力推进系统领域发展较晚，经过近些年的发展，在变频调速、发电机应用和供输电领域取得了一定的进展，但在总体电力推进系统方面和西方先进国家还存在不小的差距。中国在船舶电力推进技术方面还有很长的路要走，在指导思想和发展规划上要从全局出发，在加强国际交流与合作的基础上坚持研究与创新，不断开发和应用电力推进系统，才能有效增强我国在船舶电力推进领域的核心竞争力。

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