電力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用于燈光圍網(wǎng)漁船的經(jīng)濟(jì)及節(jié)能效果分析

朱銘鍇，李德堂，李同蘭，李同升

（1.浙江海洋大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，浙江舟山 316022；2.舟山市卓林船舶設(shè)計(jì)有限公司，浙江舟山 316022）

·研究簡(jiǎn)報(bào)·

電力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用于燈光圍網(wǎng)漁船的經(jīng)濟(jì)及節(jié)能效果分析

朱銘鍇1，李德堂1，李同蘭2，李同升2

（1.浙江海洋大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，浙江舟山 316022；2.舟山市卓林船舶設(shè)計(jì)有限公司，浙江舟山 316022）

以64 m電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船為例，對(duì)漁船電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，并將電力推進(jìn)漁船與同級(jí)別的常規(guī)動(dòng)力漁船的單航次油耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。從數(shù)據(jù)方面證明了電力推進(jìn)系統(tǒng)的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性，體現(xiàn)了其在燈光圍網(wǎng)漁船上應(yīng)用的優(yōu)越性。

燈光圍網(wǎng)漁船；電力推進(jìn)系統(tǒng)；節(jié)能新技術(shù)；油耗對(duì)比

我國(guó)的海洋漁業(yè)發(fā)展迅速，截止到2014年年底，我國(guó)有從事漁業(yè)人口兩千多萬(wàn)，海域捕撈產(chǎn)量高達(dá)1.3×107t[1]。但我國(guó)大多數(shù)的舊式漁船所面臨的高油耗問(wèn)題，使得漁民苦不堪言，毫不夸張的說(shuō)，如果沒(méi)有政府的燃油補(bǔ)貼，沒(méi)有多少漁民是愿意出海捕魚的。更有漁民船東，不出海捕魚卻通過(guò)種種手段來(lái)騙取政府給予的高額燃油補(bǔ)貼，其行為令人發(fā)指。因此，采用新技術(shù)、新設(shè)備、新政策，從根本上解決我國(guó)海洋漁業(yè)所面臨的問(wèn)題，顯得尤為重要。

電力推進(jìn)技術(shù)作為目前各國(guó)船舶制造業(yè)節(jié)能技術(shù)的研究重心，正在被廣泛地推廣和應(yīng)用。本文所涉及的內(nèi)容是舟山卓林船舶設(shè)計(jì)有限公司所設(shè)計(jì)的64 m電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船，可以按照不同工況的需求來(lái)選擇發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行模式，使?jié)O船時(shí)刻處于最佳的運(yùn)行和工作狀態(tài)，使得發(fā)電機(jī)組的負(fù)載率以及燃油效率保持在一個(gè)相對(duì)比較高、比較經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。

1 電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船的主要性能

本漁船目標(biāo)作業(yè)海域?yàn)榻胶^(qū)，采用鋼質(zhì)、單舵、單槳的推進(jìn)方式。

圍網(wǎng)漁船在進(jìn)行海上捕撈作業(yè)時(shí)，通常是在白天對(duì)捕獲的漁獲物進(jìn)行整理和速凍，晚上開(kāi)燈集魚圍網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)作業(yè)。因?yàn)槭窃谶h(yuǎn)離陸地的海上，海況瞬息萬(wàn)變，對(duì)漁船的整體可靠性、操作性能以及電機(jī)響應(yīng)速度都提出了更高的要求[2]。

表1 64 m電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 64 m electric propulsion light seiner main technical parameters

當(dāng)漁船處于航行工況或捕撈作業(yè)工況下，全船由主發(fā)電機(jī)組供電，4臺(tái)主發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行最大可為全船提供1 600 kW電力，供推進(jìn)、速凍保溫、作業(yè)設(shè)備和日用負(fù)載使用，其中主發(fā)電機(jī)為3相4線制接法，可直接取相電壓為誘魚燈供電；錨泊工況下，全船由50 kW停泊發(fā)電機(jī)組供電，供基本日用負(fù)載使用；?？看a頭時(shí)，可接入岸電為船上用電設(shè)備供電[3]。

推進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)主要參數(shù)見(jiàn)表2，電力推進(jìn)系統(tǒng)單線圖和功率-航速曲線圖如圖1、圖2所示。

表2 推進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)Tab.2 Main parameters of the propulsion motor

圖1 電力推進(jìn)系統(tǒng)單線圖Fig.1 Electric propulsion system one-line diagram

圖2 功率-航速曲線圖Fig.2 Power-Speed graph

2 漁船主要工作設(shè)備以及工況分析

本船主要工作設(shè)備包括動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)組、電站變電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制冷貯藏系統(tǒng)、燈光誘魚系統(tǒng)等，這些與常規(guī)漁船的配備基本相同。主要區(qū)別在于電力推進(jìn)漁船采用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)螺旋槳使?jié)O船航行，代替了常規(guī)漁船的“主柴油機(jī)—減速箱—螺旋槳”驅(qū)動(dòng)模式，因此需要功率更大的發(fā)電機(jī)組[4]。單個(gè)航次中不同工況下各設(shè)備運(yùn)行狀況見(jiàn)表3。

表3 單航次中不同工況下各設(shè)備運(yùn)行狀況Tab.3 Single voyage in different conditions of each device operating conditions

漁船主要工作設(shè)備功率見(jiàn)表4。

表4 圍網(wǎng)漁船主要工作設(shè)備功率表Tab.4 Seiner equipment power statistics

3 漁船各工況燃油對(duì)比分析

本文對(duì)比綜合參考了漁船的總長(zhǎng)、型深、型寬、吃水深度和排水量等因素[5]，選取各項(xiàng)數(shù)據(jù)與本文研究的64 m電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船相仿的常規(guī)漁船，電力推進(jìn)方式與常規(guī)推進(jìn)方式的裝機(jī)功率數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 電力推進(jìn)與常規(guī)推進(jìn)裝機(jī)功率對(duì)比Tab.5 Electric propulsion and conventional propulsion installed power comparison

由表5可知，電力推進(jìn)漁船在裝機(jī)總功率上比常規(guī)推進(jìn)漁船要少400 kW。

綜合燈光圍網(wǎng)漁船在不同工況時(shí)的設(shè)備運(yùn)行狀況，保障不同工況下的相應(yīng)航速所需的推進(jìn)功率和其他設(shè)備工作時(shí)的用電功率需求，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行細(xì)化調(diào)整，并對(duì)電站負(fù)載率進(jìn)行估算和分析，電力推進(jìn)和常規(guī)推進(jìn)的電站負(fù)載率對(duì)比見(jiàn)表6[6-7]。

表6 電力推進(jìn)與常規(guī)推進(jìn)負(fù)載率對(duì)比Tab.6 Electric propulsion and conventional propulsion load rate comparison

由表6可知，采用電力推進(jìn)的漁船在整體的綜合工況下，負(fù)載率方面要比常規(guī)漁船有更大優(yōu)勢(shì)。其中，工況1和工況2中電力推進(jìn)漁船與常規(guī)推進(jìn)漁船的負(fù)載率相當(dāng)，主要是因?yàn)楣r1和2分別處于全速航行和靜止誘魚作業(yè)狀態(tài)下，一個(gè)是推進(jìn)系統(tǒng)功率最大狀態(tài)，另一個(gè)是推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)法體現(xiàn)電力推進(jìn)漁船電站功率靈活分配的優(yōu)勢(shì)[8]。另外需要說(shuō)明的是，在工況3中，圍網(wǎng)時(shí)要求漁船盡可能快而穩(wěn)地完成圍網(wǎng)，需要較高的船速。但是為了防止船體側(cè)傾，速度也不宜過(guò)快[9]。漁船需要以一個(gè)相對(duì)較低的速度完成收網(wǎng)工作，而且需要在短時(shí)間內(nèi)頻繁地調(diào)整航速，這樣的作業(yè)特性對(duì)于常規(guī)漁船的主機(jī)和電力推進(jìn)漁船的推進(jìn)電機(jī)的變速特性提出了更高要求。主機(jī)的啟停和變速會(huì)消耗更多的燃油，大約為常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下的1.5倍。此處為了便于計(jì)算，統(tǒng)一按700 kW的功率來(lái)計(jì)算（已在圖2功率航速曲線圖中標(biāo)注），實(shí)際工作中，電力推進(jìn)漁船的工況3應(yīng)該會(huì)比常規(guī)漁船的油耗更低、對(duì)機(jī)器整體的損傷更小。

經(jīng)過(guò)對(duì)各工況下的電站綜合負(fù)載率的計(jì)算分析可以得出初步結(jié)論，電力推進(jìn)相比于常規(guī)推進(jìn)方式，擁有更低的裝機(jī)功率，并且能夠根據(jù)當(dāng)前工況所需的功率來(lái)調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)運(yùn)行的數(shù)量，從而獲得當(dāng)前工況下相對(duì)更高的負(fù)載率。既可以避免發(fā)電機(jī)組等設(shè)備在低功率工況下運(yùn)行的壽命損耗和能源浪費(fèi)，又能夠提高整體工作效率[10]。

經(jīng)過(guò)調(diào)研得知漁船單航次每種工況下作業(yè)的時(shí)長(zhǎng)，見(jiàn)表7，以及各組柴油機(jī)的油耗，見(jiàn)表8；根據(jù)表7和表8中的數(shù)據(jù)，由此對(duì)電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船和對(duì)比船只的單航次燃油消耗進(jìn)行估算和對(duì)比，詳情參見(jiàn)表9。

表7 各組柴油機(jī)油耗表Tab.7 Diesel fuel consumption

表8 單航次各工況作業(yè)時(shí)長(zhǎng)Tab.8 Each work condition duration

表9 電力推進(jìn)與常規(guī)推進(jìn)單航次燃油消耗量對(duì)比Tab.9 Electric propulsion and conventional propulsion single voyage fuel consumption comparison

單航次燃油消耗量Q的計(jì)算公式為：

其中：p是該工況下柴油機(jī)功率，單位是kW；

g是柴油發(fā)電機(jī)每發(fā)出1 kW·h的電，或者做相應(yīng)的功所消耗的燃油量，單位是kg/（kW·h）；

t是單航次下燈光圍網(wǎng)漁船處于該工況的作業(yè)時(shí)間，單位是h。

從表7、表8和表9中的數(shù)據(jù)可以得出，電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船在單航次中各個(gè)工況下的綜合油耗要比常規(guī)推進(jìn)方式的燈光圍網(wǎng)漁船低11.28 t。而且，因?yàn)殡娏ν七M(jìn)漁船的綜合負(fù)載率更高，整體的廢氣排放狀況也要明顯優(yōu)于常規(guī)推進(jìn)漁船，更容易達(dá)到國(guó)際海事組織所設(shè)定的船只廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)[11]。經(jīng)過(guò)調(diào)研得知，漁民每個(gè)航次所需時(shí)間為15 d左右，每年大約15個(gè)航次，燃油價(jià)格按照5 500元/噸進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比常規(guī)推進(jìn)方式與電力推進(jìn)方式的經(jīng)濟(jì)效益，見(jiàn)表10。

表10 常規(guī)推進(jìn)方式與電力推進(jìn)方式的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比Tab.10 Conventional propulsion and electric propulsion mode of economic comparison

由表10可以得知，電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船相比常規(guī)推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船，每年僅燃油費(fèi)這一項(xiàng)就能夠節(jié)省93.06萬(wàn)元。另外，漁船在航行作業(yè)時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)需要頻繁啟停、正車倒車、怠速，考慮到電力推進(jìn)漁船的調(diào)速方式，以上各種狀態(tài)下對(duì)于推進(jìn)電機(jī)本身的損害是很小的。因此，相對(duì)于常規(guī)漁船的推進(jìn)主機(jī)來(lái)說(shuō)，電力推進(jìn)漁船有著更好的操作性能和使用壽命，以及更低的保養(yǎng)成本，這些優(yōu)越性都是表格中的數(shù)據(jù)所無(wú)法體現(xiàn)的。

電力推進(jìn)漁船的初期投資一般高于傳統(tǒng)漁船，從全船投資來(lái)看，一般增加15%左右[12]。本船型的常規(guī)推進(jìn)漁船初始投資為1 450萬(wàn)元，電力推進(jìn)漁船需增加217.5萬(wàn)元，達(dá)到1667.5萬(wàn)元，而電力推進(jìn)漁船每年僅燃油費(fèi)用一項(xiàng)就可以節(jié)省約93萬(wàn)元（這還不包括常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)維修等費(fèi)用，綜合這些因素之后，由于電力推進(jìn)方式的先進(jìn)性，每年節(jié)省的費(fèi)用會(huì)更多），船東只需要2年多的時(shí)間就可以收回追加的投資。以每艘船20年的船齡進(jìn)行計(jì)算，收回追加投資之后的17年可節(jié)省1 700萬(wàn)元左右，已經(jīng)超過(guò)了1艘新船的制造價(jià)格。因此從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)，以上數(shù)據(jù)足以證明電力推進(jìn)船型的全船壽命周期內(nèi)的所花費(fèi)的總費(fèi)用比傳統(tǒng)船型要低很多。

4 結(jié)論

電力推進(jìn)漁船目前仍處于發(fā)展的初期階段，各項(xiàng)技術(shù)和鼓勵(lì)政策還不夠完善，但經(jīng)過(guò)以上的一系列對(duì)比，已經(jīng)可以看出電力推進(jìn)漁船在效率、能耗、環(huán)保等方面相比于傳統(tǒng)漁船都有很大優(yōu)勢(shì)。不僅減少了裝機(jī)功率，還降低了燃油消耗和廢氣排放，同時(shí)減少了油污水等排放物的處理成本。在我國(guó)當(dāng)前倡導(dǎo)大力發(fā)展綠色漁業(yè)、節(jié)能減排、漁船技術(shù)革新的大背景下，電力推進(jìn)漁船有著很高的實(shí)用價(jià)值。電力推進(jìn)系統(tǒng)在本64 m電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船上的成功應(yīng)用，不僅可以為船東節(jié)省燃油和維護(hù)費(fèi)用，也為電力推進(jìn)系統(tǒng)在其他漁船上的推廣和應(yīng)用打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

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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

企業(yè)自主研發(fā)課題（64 m電力推進(jìn)燈光圍網(wǎng)漁船）

朱銘鍇（1992-），男，山西侯馬人，碩士研究生，研究方向：現(xiàn)代漁船及捕撈設(shè)備.E-mail:869228000@qq.com

李德堂（1965-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：船舶與海洋工程及海洋新能源開(kāi)發(fā).E-mail:Lidetang2008@163.com