江苏路渡3011渡轮节能减排技术的应用

杜广棣，孙向勇，刘海舰

(江苏省镇扬汽车轮渡管理处，江苏 镇江 212000)

0 引言

十八大以来，交通运输部一直在推进节能减排工作。《交通运输节能环保“十三五”发展规划》中指出在“十三五”期间, 水路运输节能减排技术是其主要方向之一[1]。作为能源消耗的主体，船舶交通运输企业应积极响应国空节能减排的号召，加大节能技术的开发应用，采取有效措施，减少污染，防低成本。

国际油轮独立船东协会的研究报告指出, 航运业是全球主要的温室气体排放大户之一,特别是其二氧化硫和一氧化二氮的排放量, 分别占全球排放总量的10%和25%[2]。

目前，在长江内河以及沿海的渡船，以柴油机作为主要动力源。随着新型推进技术、电喷技术的出现，部分船舶的推进系统采用电力推进装置。本文对江苏路渡3011轮应用节能减排技术进行研究，从而达到提高能源利用率，达到节约能耗的目的。

1 新型渡轮简述

根据国家节能减排的要求以及结合单位发展方向，建造了60 m大吨级直流组网电力推进全回转渡船。该船电力系统采用直流网络型电源方案，即交流发电机发电，经整流装置后直流组网，通过直流配电板将能量输送给推进器和日用电逆变装置，驱动推进电机和其他日用负载。交直流系统为对地绝缘系统。

本船动力系统包括电站系统、配电系统、推进系统和自动化系统四大部分。其主要设备配置如下：

(1)配置2套380 kW主柴油发电机组为全船提供电能。2套柴油发电机组输出交流电源，整流后并网，经由1座直流配电板给推进器和日用电逆变装置供电。

(2)日用电逆变装置分路，与备用发电机组联锁。日用电逆变装置输出400 V 3相 50 Hz交流动力电，400 V/230 V变压器变压输出220 V电源用于照明及控制。日用电逆变电源、备用发电机组和岸电之间设置联锁。

(3)电源系统具备自动电站的功能，发电机组、直流配电板和推进电机的运行状态由集控室监控。

(4)直流母排并有一路超级电容，可以快速充电，实现削峰填谷功能，存储更多的电能。同时可以在节能模式下，为在网设备提供电能，实现能源的充分利用，减少能源损耗。

(5)2套推进器逆变装置从直流配电板取电，2台350 kW输出调频电源驱动交流变频电机拖动2台全回转推进器。

2 渡轮采用的节能减排创新技术及方法

(1)采用超级电容，实现能源削峰填谷

这种时候，他应该是比她更难过无助吧。她抱紧他说：“是的是的，没事的。我们积极配合治疗，很快就会好起来。”钱海燕抬起头的时候，看到周启明的眼圈红了。

超级电容系统以超级电容模组为基础单元，采用24串的连接方式配组。超级电容可以实时监测直流电网的用电负荷，实现能源的充分利用。

超级电容用以抑制负载波动和避免发电机组的负载突变，对柴油机的负载进行补充和释放，使之平缓地加、减速，达到节能效果。与锂电池相比，该电容器组具有功率密度大、循环寿命长、充电速度快，工作温度范围宽且绿色环保等特点。

超级电容系统会根据不同的用电情况，合理地、有计划地调节直流电压。当用电负荷下降时，超级电容快速充电以降低负荷高峰。当用电负荷增加时，超级电容快速放电，填补负荷低谷，减小电网负荷峰谷差。利用超级电容的快充快放特点，使发电机组运行稳定以及用电趋于平衡。

(2)采用变频推进电机，实现动力的快速传输，减少能量损耗

60 m全回转电推船采用变频推进电机，经过很短的传动轴直接驱动舵桨本体上的螺旋桨。

变频推进电机的控制采用闭环式的变频调速方式。变频调速运行是根据驾控台手柄指令给定值的变化，即舵桨转速变化的要求来改变供电的电流频率的，并且配合电压的调节以获得合理的电机运行工况，在不同的转速情况下均保持较高的运行效率以及稳定的转速需求。

传动轴的长度影响到能量的传输效率，传动轴越长，能量传输效率越差。以往渡轮，舵桨动力输入端的传动轴较长，能量传输效率会有所降低；60 m全回转电推船使用很短的联轴器直接将动力源与舵桨本体相连，实现能量的高效传输。

功率管理系统(PMS)是电力推进系统中必不可少的部分，它根据电力推进系统的功率需求，自动管理发电机组的运行和电能的分配。PMS具有节能、应急和航行三种自动模式。根据模式的不同，实时调整在网机组数量。在节能模式下，PMS实时调整在网机组台数和机组运行转速，在码头装车停靠时柴油机停车，超级电容对日用负载进行供电；在应急模式下，PMS将所有机组并网，并将机组转速调至柴油机额定转速；在航行模式下，PMS实时调整在网机组台数(但不停车)和机组运行转速。

功率管理系统适用于电力推进系统，模块化的设计使系统简洁、易于升级。PMS系统安装在直流配电柜中，根据功率的实时需求对每台柴油发电机组进行监控和协调各柴油发电机组工作，并可以对电站系统进行故障报警和处理，为推进系统和其他用电设备提供可靠、稳定及优化配置的电力能源。

PMS系统可以实现多台机组的启动、停止、并网、解列、功率分配的功能。在保障供电可靠性的基础上，整流器根据机组的负荷水平，对机组转速等参数进行实时控制，实现机组的节能控制策略，从而保

障机组在最佳工况下运行。通过该节能控制技术，机组燃油消耗水平得到大幅降低，机组排放、排气温度、噪声、磨损等不良影响均得到改善，将有助于延长机组使用寿命，改善机组长期运行性能。

(4)采用电喷式柴油机，精准控制喷油量

电喷式柴油机采用电控燃油喷射技术，是在高压油泵、压力传感器、 电脑控制单元(ECU)组成的封闭环境中，把喷射压力的产生和喷射过程完全分开的一种供油方式。电子喷射系统能够通过精确控制喷油时间、喷油速率来控制燃烧过程，对于喷油量可以实现精确控制，使得燃烧过程易于控制的同时能满足船舶大型柴油机的经济性和排放的要求。

同时PMS系统对于柴油机的速度控制，按照其燃油曲线发送给柴油机ECU相应的指令进行调速控制，通过自动调整柴油机转速，适配不同的输出功率，使柴油机始终运行在较低的燃油消耗区域，实现柴油机在最佳的燃油曲线状态下工作，实现燃油的充分消耗，避免不必要的燃油损耗。

(5)减轻自身重量，减少渡轮油耗

采用传统推进系统的船舶轴系长度往往占到船长的40%左右，采用电力推进系统的船舶省去了传动轴系、减速齿轮箱，大大节省了船舶空间，也减轻了船体的自身重量，从而减少油耗。同时，减低了船体的振动，增强船员的工作舒适感。

3 结语

节能减排、绿色发展是航运企业未来的发展方向，作为航运企业要积极落实国家发改委《“十三五”节能减排综合工作方案》、交通部《交通部水运“十三五”发展规划》及《公路水路交通运输科技“十三五”发展规划》。目前本单位采用直流组网电力推进系统结合PMS系统已经实现较好的节能减排效果，经过上述相关技术的应用，相较于同吨位常规轮渡的平均油耗节约8%左右。未来单位将在渡船节能减排方面做更进一步的改进升级，最终实现纯电力推进。