新型混合動(dòng)力電動(dòng)船的發(fā)展現(xiàn)狀淺析

高潔

（南通理工學(xué)院電氣與能源學(xué)院,江蘇南通，226002）

新型混合動(dòng)力電動(dòng)船的發(fā)展現(xiàn)狀淺析

高潔

（南通理工學(xué)院電氣與能源學(xué)院,江蘇南通，226002）

“混合動(dòng)力電動(dòng)船”是利用能量轉(zhuǎn)換器將兩種或者兩種以上的能量源的能力轉(zhuǎn)換成電能作為船舶的主要?jiǎng)恿υ吹拇?。本文主要介紹了一種風(fēng)光能、電能互補(bǔ)的混合動(dòng)力電動(dòng)船，將其與原有柴油驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船作比較，并對(duì)其現(xiàn)在發(fā)展受制約的原因進(jìn)行分析，為接下來進(jìn)一步對(duì)其改造選定方向。

混合動(dòng)力；電動(dòng)船；動(dòng)力系統(tǒng)

0 引言

“混合動(dòng)力電動(dòng)船”是利用能量轉(zhuǎn)換器將兩種或者兩種以上的能量源的能力轉(zhuǎn)換成電能作為船舶的主要?jiǎng)恿υ吹拇弧ｋS著環(huán)境污染日益嚴(yán)重、能源日趨匱乏，擺脫對(duì)燃油的依賴，能夠?qū)⒍喾N能源同時(shí)使用的驅(qū)動(dòng)方式日益受到人們關(guān)注。在現(xiàn)代，此技術(shù)最早被運(yùn)用在潛艇上，主要是柴電和燃料電池混合動(dòng)力，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)將化學(xué)能先轉(zhuǎn)換為電能再到動(dòng)能，比先前的化學(xué)能到動(dòng)能可控性更強(qiáng)，同時(shí)能減少變速帶來的能量損耗，大大提高潛艇動(dòng)力。2010年意大利研制了混合動(dòng)力游艇，該游艇混合了電池組、 柴油機(jī)和太陽能動(dòng)力。新能源的進(jìn)入，開啟了船舶動(dòng)力的綠色發(fā)展。

1 混合動(dòng)力電動(dòng)船優(yōu)勢(shì)分析

混合動(dòng)力電動(dòng)船是一個(gè)很好的過度產(chǎn)品。在能源日益缺乏的今天，對(duì)船舶動(dòng)力源的改造刻不容緩，要直接將原有的柴油直接由電能、LNG完全替換，那改造成本較高，且技術(shù)不成熟，很多船舶甚至面臨提前報(bào)廢，從經(jīng)濟(jì)角度分析，這種改造不合適。由此混合動(dòng)力電動(dòng)船優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來，它可在原有柴油驅(qū)動(dòng)電動(dòng)船的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，大大降低改造成本。同時(shí)它與傳統(tǒng)柴油機(jī)船舶比較也具備以下優(yōu)勢(shì)。

例如：航速10kn，推進(jìn)動(dòng)力95kw，年航行時(shí)間4000h的船舶，性能比較如表1所示。

表1 性能比較l列表

廢氣排放每小時(shí)煙氣排放為768kg，其中CO排放61kg。無廢氣排放運(yùn)營成本以柴油6元/L計(jì)算,柴油機(jī)每小時(shí)運(yùn)行花費(fèi)220元電動(dòng)每小時(shí)約120元

從表1可看出，在能耗方面，混合動(dòng)力的能耗低，每年可節(jié)約能源 12t 左右標(biāo)準(zhǔn)煤；廢氣排放方面，混合動(dòng)力基本0排放，每年減少煙氣排放量3072t，其中CO2 排放也減少244t。運(yùn)營成本方面，目前優(yōu)勢(shì)已一目了然，再加上在國際石油價(jià)格不斷攀升，節(jié)約成本的效果將更加明顯。

2 混合動(dòng)力電動(dòng)船動(dòng)力系統(tǒng)的組成及不足

本文所設(shè)計(jì)的混合動(dòng)力電動(dòng)船是以電能作為驅(qū)動(dòng)能，柴油機(jī)發(fā)電組、動(dòng)力電池、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)作為主要的電能來源。正常航行時(shí)，由動(dòng)力電池供電；風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)在晴日里將太陽能和水上的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存于備用電池中，當(dāng)主動(dòng)力電池電不足時(shí)做備用。柴油機(jī)發(fā)電組平時(shí)不工作，只在惡劣環(huán)境時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)設(shè)備不能啟用，電池電量不足時(shí)，作為電能來源維持船的正常運(yùn)行。系統(tǒng)組成如圖1所示。

這樣的結(jié)構(gòu)有一定的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，但也有它的不足，便是能源控制系統(tǒng)復(fù)雜。這個(gè)缺點(diǎn)，恰恰導(dǎo)致了混合動(dòng)力船舶的發(fā)展緩慢。

能源控制系統(tǒng)有動(dòng)態(tài)檢測(cè)、狀態(tài)控制、協(xié)調(diào)控制三大模塊組成。它需要通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊對(duì)各環(huán)節(jié)不同時(shí)間的不同狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的功率、電量、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)送往控制模塊進(jìn)行分析處理，根據(jù)不同的情況對(duì)各環(huán)節(jié)的開關(guān)量進(jìn)行控制切換供電模塊。同時(shí)協(xié)調(diào)控制模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)過程，并在主控制單元控制力不夠時(shí)給予補(bǔ)充控制，確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 混合動(dòng)力電動(dòng)船系統(tǒng)組成圖

從系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理不難看出制約混合動(dòng)力電動(dòng)船發(fā)展的主要原因在于：1、數(shù)據(jù)檢測(cè)的精準(zhǔn)，實(shí)用性。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受環(huán)境因素影響較大，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。檢測(cè)數(shù)據(jù)間隔時(shí)間較大會(huì)錯(cuò)過該測(cè)的變化點(diǎn)，實(shí)用性不強(qiáng)，影響控制效果；檢測(cè)數(shù)據(jù)間隔時(shí)間小，將會(huì)大致控制系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)量太大，是系統(tǒng)癱瘓。數(shù)據(jù)檢測(cè)間隔時(shí)間的選定尤為關(guān)鍵。2、控制系統(tǒng)的控制能力。由于所控制的不是單一信號(hào)，且對(duì)象變化組合種類多樣，原有固定模型的控制系統(tǒng)沒有辦法適應(yīng)各種組合情況，導(dǎo)致控制效果不佳，從而使節(jié)能的優(yōu)勢(shì)不能很好的體現(xiàn)。

3 結(jié)語

如果我們能檢測(cè)出合適的數(shù)據(jù)采集時(shí)間并能建立能夠自調(diào)節(jié)的模糊控制系統(tǒng)，那么就能在一定程度上提高混合動(dòng)力船舶的混合供電系統(tǒng)，從而使混合動(dòng)力電動(dòng)船體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，得到更好的發(fā)展。

[1]電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃.

[2]劉陽春,快速充電電動(dòng)船,電世界,2012-1,53.

[3]中興進(jìn)軍汽車大功率無線充電和高端芯片領(lǐng)域,集成電路應(yīng)用,2015-1,43.

[4] 張燃，陳磊田佳燊，等電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響及其高頻變壓器的設(shè)計(jì),四川電力技術(shù),2011,34(3),53-56.

Analysis on the development of new hybrid electric ship

Gao Jie
(Nantong Polytechnic College School of electrical and energy,Nantong Jiangsu, 226002)

“Hybrid electric boat”is the use of energy converters to two or more than two energy sources into the power of the ship as the main source of power ship. This paper mainly introduces a kind of wind energy and electric energy complementary hybrid electric boat, with the original diesel powered electric boat for comparison, and its development now the reason that restricted the analysis, for the next further transformation of the selected direction.

Hybrid power；Electric ship；Power system

高潔（1983.5-）女 ，講師工程師，碩士，主要研究方向自動(dòng)控制、無線充電技術(shù)等。

市級(jí)課題基于無線充電的內(nèi)河船純電推技術(shù)研究。（GY12015024）；省級(jí)課題純電推內(nèi)河船充電方式的研究。（16KJD580001）