探究船舶輔機電氣設備的節(jié)能技術

石云鵬

（黑龍江省航道局）

摘 要：節(jié)能技術是緩解當前能源緊張形勢重要的途徑，也是造船以及運輸行業(yè)經(jīng)常研究的重點，文中通過對船舶輔機耗電量大會對續(xù)航能力造成影響的問題進行了相關的研究，從應用永磁機以提高船舶輔機電動機效率，電機運行時實施變頻調(diào)速以及輔機的能量需求管理3個方面，對船舶輔機電氣設備節(jié)能技術進行了詳細的闡述，分析的結(jié)果表明，推廣船舶輔機電氣設備節(jié)能技術的應用帶來的明顯的節(jié)能降耗效果。僅供專業(yè)人士的參考。

關鍵詞：船舶輔機；節(jié)能；永磁電機；變頻調(diào)速；能量管理

相對于陸地電網(wǎng)來說，船舶電網(wǎng)是一個較為獨立的小容量系統(tǒng)，而船舶輔機是船舶電網(wǎng)的主要電負荷之一，由于船舶攜帶的能源數(shù)量有限，輔機耗電量如果過大的話必然會對船舶助推設備所需的能源份額進行占領，這樣就會使航運上的成本增加，也不符合國家能源政策中的節(jié)能減排上的要求。因此，對節(jié)能技術的采用，降低輔機能耗，是提升船舶續(xù)航能力降低運行成本的有效途徑，在世界能源緊張的今天意義非常的巨大。

1電動機節(jié)能技術

電動機是輔機運轉(zhuǎn)的動力源，也是船舶電網(wǎng)主要的直接用電負荷，因此，電動機效率是節(jié)能與否的直接因素。另外，多數(shù)船舶輔機，如冷卻水泵、主軸滑油泵、通風機、空調(diào)壓縮機等，在整個航行期間均處于連續(xù)運行狀態(tài)，連續(xù)運轉(zhuǎn)的電動機，其效率的改善對降低電機能耗的影響尤為明顯。由于運行時間較長，即使電動機效率只提高一點點，整個航行期間累計節(jié)省的電能也是相當可觀的。

根據(jù)船舶電網(wǎng)電制的不同，目前的船舶輔機電動機包括直流電動機和交流異步電動機2大類。由于船舶航行工況發(fā)生變化，會引起輔機負載變動或電網(wǎng)電壓產(chǎn)生變化，從而導致輔機電動機的輸出功率偏離額定功率，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，此時電動機效率急劇降低，電能損耗大大升高。另外，對于交流異步電機而言，其功率因數(shù)一般為0.8左右，當輔機負載降低較多時（如接近空載時），功率因數(shù)也大大降低，導致電網(wǎng)電流的無功分量增大，網(wǎng)損增加；而直流電動機由于存在電刷，運行期間機械換向會引起電火花，需定期清理或更換電刷，電機維護工作量較大。

近年來發(fā)展迅速的永磁同步電動機，為解決船舶輔機電動機存在的上述問題、提高電動機能效，提供了一條有效的技術途徑。永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子由永磁體材料構(gòu)成，轉(zhuǎn)子側(cè)無感應電流，不存在轉(zhuǎn)子磁滯損耗和渦流損耗，提高了電機效率；由于無需轉(zhuǎn)子勵磁，電機功率因數(shù)可接近于，減小了定子電流，進一步提高了電機效率，同時也改善了電網(wǎng)品質(zhì)，降低了網(wǎng)損；全功率范圍內(nèi)效率高，即使負載降低到額定負載的25%時，永磁電動機效率仍可達到90%以上。永磁電動機啟動轉(zhuǎn)矩大，可以用較小容量的永磁電機替代較大容量的一般電機，較好地解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。此外，永磁電動機還具有溫升低、體積小、重量輕的優(yōu)點，并且不存在電刷，維護性好，特別適合作為船舶輔機電動機。隨著稀土永磁材料生產(chǎn)工藝水平的提高和產(chǎn)量成本的下降，永磁電動機以其在高效節(jié)能方面無可比擬的優(yōu)勢，在發(fā)電、冶金、陶瓷、紡織等工業(yè)領域得到了廣泛的應用。永磁同步電動機作為船舶輔機配套電機的應用條件已經(jīng)成熟。

2運行控制節(jié)能技術

船舶輔機大多為風機、泵類負載。對于船舶這樣一個中小型管網(wǎng)系統(tǒng)來說，風機、泵的流量需求經(jīng)常隨航行工況的不同而發(fā)生變化。由于船舶輔機的額定功率一般按滿足最大流量需求的原則進行設計，因此，船舶輔機的流量調(diào)節(jié)大多為向下調(diào)節(jié)。目前，船舶輔機進行流量調(diào)節(jié)時，往往采用截流的方式，即減小出口處風門或閥門的開度，實質(zhì)是通過增加管路阻力來限制流量，此時電動機的轉(zhuǎn)速基本不變，電功率基本不變，大量電能白白浪費在管路損失上。

在空調(diào)裝置節(jié)能上的管理方面，采用變頻壓縮機以及變頻調(diào)速通風機，依據(jù)船艙內(nèi)分人員分布、艙室溫濕度、外部環(huán)境溫度與冷媒水溫度上的相關的信息，在滿足人員需求與艙室環(huán)境需求的前提下，自動對制冷量進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)空調(diào)上的經(jīng)濟運行，空調(diào)裝置是航行期間的能耗大戶，服務的對象主要是人員，當空調(diào)區(qū)域人員減少或是艙室環(huán)境溫度不是很高的情況下，可以通過調(diào)速對空調(diào)的功率進行自動的減小，當空調(diào)區(qū)沒有人員存在時，及時關閉相應的空調(diào)制冷，對空調(diào)上的能耗進行降低。

在通風機組管理方面，根據(jù)艙室大氣成分的含量、大氣的氣溫濕度與空氣壓力等信息，對航行的狀況的進行結(jié)合采用變頻調(diào)速對風機上的供風量進行調(diào)節(jié)，當大氣環(huán)境質(zhì)量較好的時候，就可降低電機轉(zhuǎn)速以減少風量上的供給。

3.使用管理中的節(jié)能技術

目前，船舶輔機的使用管理在工作中體現(xiàn)的還是比較粗放的，大多僅為投切臺數(shù)的簡單性的管理，只要對基本的供水與供風上的需求進行滿足，沒有從提高全船電能利用效率的角度對輔機整個的運行實施最優(yōu)的管理，由于輔機的額定功率輸出一般會按照系統(tǒng)最大的需求進行滿足，設計上也是根據(jù)這個原則作對比，依據(jù)設計上的規(guī)范，還需要對裕量進行一定的保留，保證輔機上的長期使用。但是，在系統(tǒng)實際的運行中并不能對最大的需求進行滿足，而輔機使用的簡單管理方式也沒有辦法根據(jù)系統(tǒng)工況上的變化負輔機能量輸出進行實時的調(diào)節(jié)。因此就會存在能量上的浪費。所以在采用節(jié)能上的技術優(yōu)化對全船輔機運行的過程進行管理時，應該從使用與管理的角度對輔機的運行效率進行提升，將輔機電氣設備節(jié)能管理上的綜合管理進行實現(xiàn)，這是輔機節(jié)上的又一大重要的技術途徑。

節(jié)能綜合管理的基本原理為：采用信息技術對系統(tǒng)上的實際運行情況與工況參數(shù)進行獲取，依據(jù)系統(tǒng)實際情況上的需求采用變頻調(diào)速，減載控制等技術手段實時對輔機的能量輸出進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)能量的按需分配與精細管理。達到節(jié)能增效的目的，節(jié)能綜合管理的主要對象包括船舶航行的期間長時間連續(xù)工作的輔機設備，如冷卻水泵與空調(diào)上的裝置等，這些設備工作時間長，其中流量上的供給往往會隨航行工況上的變化而產(chǎn)生變化，因此，實施節(jié)能綜合管理能帶來很明顯的節(jié)能效果。

在冷卻水泵節(jié)能管理方面，可以根據(jù)河流環(huán)境上的溫度與船舶熱負荷工況狀態(tài)以及冷卻水泵上的溫度信息，通過實施變頻調(diào)速與冷卻水泵運行臺數(shù)控制等技術措施實時調(diào)節(jié)冷卻水的供給量，當系統(tǒng)熱負荷較低時或是外部河水溫度較低，船舶換熱效率較高時，可降低冷卻水的供給量，既能滿足系統(tǒng)溫度降升控制上的要求。又可以在最大的程度上節(jié)約電能。

4.結(jié)語

綜上所述，船舶輔機電氣設備在研究上的重點，在以前的研究過程中，學者將眼光一般放在綜合自動化上，以實現(xiàn)無人機艙，遠程監(jiān)控為發(fā)展的方向。筆者認為在今后的船舶輔機電氣設備發(fā)展中需要著重關注節(jié)能方面上的技術研究，用以提高全船輔機運行上的效率，將能耗上的浪費進行降低的處理，將船舶的續(xù)航能力進行提升，降低航運上的成本。相信在倡導節(jié)能減排的今天，這樣的做法具有十分重要的意義。

參考文獻：

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