船舶直流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)

楊 光，牟照欣，吳 迪，賈顏培，孫 遜

(大連測(cè)控技術(shù)研究所, 遼寧 大連 116013)

船舶直流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)

楊 光，牟照欣，吳 迪，賈顏培，孫 遜

(大連測(cè)控技術(shù)研究所, 遼寧 大連 116013)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外多型試驗(yàn)船舶建設(shè)方案編制論證、參與設(shè)計(jì)、全程監(jiān)造并總結(jié)多年實(shí)際用船經(jīng)驗(yàn)，分析了幾種船型推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)歸納船舶直流組網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)與發(fā)展?jié)摿?，找到?guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域技術(shù)差距，為我國(guó)未來(lái)試驗(yàn)船研制提供參考。

試驗(yàn)船；直流組網(wǎng)；電力推進(jìn)

0 引 言

海洋占地球表面積71%，蘊(yùn)藏著豐富各種能源。21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，面對(duì)日趨枯竭的地球資源，世界各軍事發(fā)達(dá)國(guó)家把海洋資源的爭(zhēng)奪由近海逐漸推向深遠(yuǎn)海，我國(guó)政府也適時(shí)做出了海軍裝備發(fā)展由“近海防御”向“遠(yuǎn)海防衛(wèi)”的戰(zhàn)略決策。近幾年來(lái)，隨著遠(yuǎn)航考察、試驗(yàn)和執(zhí)法任務(wù)的急劇增多，國(guó)家也加大投入力度建造了多型多艘深?？疾齑?、試驗(yàn)船以及公務(wù)執(zhí)法船，如具有代表性“科學(xué)”號(hào)、“向陽(yáng)紅01”船等。這些船舶的投入建造和陸續(xù)交付使用，一方面保證了國(guó)家深遠(yuǎn)?？疾?、試驗(yàn)和執(zhí)法任務(wù)的順利開展和完成，但同時(shí)也帶來(lái)了船舶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境保護(hù)等方面問(wèn)題。特別是在船舶設(shè)計(jì)、建造技術(shù)高速發(fā)展的今天，其“先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、可維性”的使用理念深得用戶的一致認(rèn)可，而且在推進(jìn)船舶建造技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中具有重要意義。

本文通過(guò)對(duì)大連測(cè)控技術(shù)研究所目前現(xiàn)有試驗(yàn)船推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用情況的綜合分析和對(duì)船舶交流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)與直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)組成、技術(shù)性能進(jìn)行比較，探討更適合執(zhí)行特殊作業(yè)船舶的推進(jìn)方式，為后續(xù)深海裝備特種試驗(yàn)船推進(jìn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、確定提供必要的參考。

1 現(xiàn)有試驗(yàn)船推進(jìn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大連測(cè)控技術(shù)研究所通過(guò)多年國(guó)家固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目投入，先后建造了各型試驗(yàn)船12艘，其中以高性能船型為代表的穿浪型雙體船型（簡(jiǎn)稱：“東遠(yuǎn)01”船）、小水線面雙體船型（簡(jiǎn)稱：“東遠(yuǎn)02”船）、單體多用途船型（簡(jiǎn)稱：“東遠(yuǎn)03”船）以其良好的適航性、操縱性和經(jīng)濟(jì)性得到了使用部門和來(lái)所參試的行業(yè)內(nèi)外用戶的一致好評(píng)。這些試驗(yàn)船因使命任務(wù)、功能要求不同，選用推進(jìn)系統(tǒng)方式也有差異。

1.1 “東遠(yuǎn)01”試驗(yàn)船

“東遠(yuǎn)01”試驗(yàn)船2007年9月開工建造，2009年12月交付并投入使用。該船采用的是穿浪雙體船船型，全鋁合金結(jié)構(gòu)，推進(jìn)方式采用高速柴油機(jī)—四機(jī)四泵噴水泵推進(jìn)，也是目前我國(guó)目前同型船排水量最大的船舶。較其他高性能船相比，具有快速性、興波阻力小、耐波性好、裝載容積大、穩(wěn)性及操縱性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)原地360°回轉(zhuǎn)。

表 1“東遠(yuǎn)01”試驗(yàn)船主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 1 Dongyuan 01 trial vessel main specifications

1.1.1 主要技術(shù)指標(biāo)

1.1.2 推進(jìn)系統(tǒng)

由于作業(yè)工況需要，“東遠(yuǎn)01”試驗(yàn)船推進(jìn)系統(tǒng)選用4臺(tái)TBD620V16高速柴油機(jī)做為推進(jìn)主機(jī)，通過(guò)高彈性聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、傳動(dòng)軸帶動(dòng)4臺(tái)進(jìn)口MJP750混流式噴水泵推進(jìn)，4套推進(jìn)裝置之間相互獨(dú)立，總功率約8 000 kW，進(jìn)水流道為玻璃鋼材質(zhì)。該系統(tǒng)具有大功率、高航速、靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在尾部設(shè)置航向穩(wěn)定系統(tǒng)，使得船舶在高速航行過(guò)程中具有很好的穩(wěn)定性。主要指標(biāo)如表2所示。

表 2“東遠(yuǎn)01”推進(jìn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 2 Dongyuan 01 main specifications of propulsion system

1.2“東遠(yuǎn)02”試驗(yàn)船

“東遠(yuǎn)02”船于2005年12月開工建造，2008年4月建成交付并投入使用。該船是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第1艘千噸級(jí)小水線面雙體船。推進(jìn)系統(tǒng)采用交流組網(wǎng)電力推進(jìn)方式，鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)。該船具有耐波性好、操縱性好、油耗低、作業(yè)甲板寬敞、特裝技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，可在低航速下開展試驗(yàn)、海洋工程施工、海上救援等任務(wù)。

1.2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

“東遠(yuǎn)02”試驗(yàn)船主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

表 3“東遠(yuǎn)02”試驗(yàn)船主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 3 Dongyuan 02 trial vessel main specifications

1.2.2 推進(jìn)系統(tǒng)

“東遠(yuǎn)02”是我國(guó)第1艘動(dòng)力采用交流組網(wǎng)電力推進(jìn)方式的船舶。推進(jìn)系統(tǒng)分別選用2臺(tái)1 000 kW型號(hào)為CCFJ1000、2臺(tái)400 kW型號(hào)為CCFJ400柴油發(fā)電機(jī)組做為主推進(jìn)電站，變頻器、推進(jìn)變壓器均由德國(guó)西門子引進(jìn)，2臺(tái)西門子電動(dòng)機(jī)作為主推進(jìn)電機(jī)，通過(guò)高彈性聯(lián)軸器、止推軸承、推力聯(lián)軸器進(jìn)行推進(jìn)，電站總功率約2 800 kW，單軸推進(jìn)功率約1 000 kW。該推進(jìn)系統(tǒng)具有油耗低、噪聲小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可在低速下開展調(diào)查試驗(yàn)。主要指標(biāo)如表4所示。

1.3“東遠(yuǎn)03”試驗(yàn)船

“東遠(yuǎn)03”船是單體鋼質(zhì)多用途試驗(yàn)船，2000年12月建成交付并使用，動(dòng)力采用中速柴油機(jī)直接推進(jìn)方式，雙機(jī)雙槳。該船具有推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定、操縱性好、改裝裕度大、作業(yè)甲板寬敞、特裝技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。2012年通過(guò)改裝油艙、水艙，提升了船舶的續(xù)航力、自持力等主要技術(shù)指標(biāo)。

1.3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

“東遠(yuǎn)03”試驗(yàn)船主要技術(shù)指標(biāo)見表5。

1.3.2 推進(jìn)系統(tǒng)

“東遠(yuǎn)03”船推進(jìn)系統(tǒng)采用常規(guī)柴油機(jī)直接推進(jìn)。選用2臺(tái)型號(hào)MAK-6M453C單臺(tái)功率2 200 kW的低速柴油機(jī)，通過(guò)2根傳動(dòng)軸帶動(dòng)槳葉直接推進(jìn)方式，總功率約4 400 kW。推進(jìn)系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、推進(jìn)功率大、推進(jìn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。主要指標(biāo)見表6。

表 4 東遠(yuǎn)02試驗(yàn)船推進(jìn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 4 Dongyuan 02 trial vessel main specifications of propulsion system

表 5“東遠(yuǎn)03”船主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 5 Dongyuan 03 trial vessel main specifications

表 6“東遠(yuǎn)03”試驗(yàn)船推進(jìn)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)Tab. 6 Dongyuan 03 trial vessel main specifications of propulsion system

上述3種推進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于目前國(guó)內(nèi)建造的科考、海洋調(diào)查等船舶。其中交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用較多，形式如直推、吊艙式等，相關(guān)配套設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并且實(shí)船應(yīng)用效果較好。但就從柴油機(jī)等重要設(shè)備使用來(lái)看，進(jìn)口設(shè)備相對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備而言運(yùn)行更加穩(wěn)定、故障率更低。

2 船舶交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展

從1995年以來(lái)，國(guó)際造船市場(chǎng)出現(xiàn)了船舶動(dòng)力由電力推進(jìn)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)柴油機(jī)直接推進(jìn)方式的一個(gè)明顯的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。就國(guó)外軍品應(yīng)用為例，英國(guó)主流T45型驅(qū)逐艦在全部使用交流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)，其電力推進(jìn)總承供應(yīng)商為通用電氣公司（GE）。之后的加拿大、美國(guó)、澳大利亞的類似船型幾乎全部采用交流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)東遠(yuǎn)02船在2004年開展方案設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)反復(fù)論證和國(guó)內(nèi)外推進(jìn)系統(tǒng)的多方案比較，最終采用了以交流組網(wǎng)電力推進(jìn)為動(dòng)力的技術(shù)方案，這也開啟了我國(guó)交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)在實(shí)船應(yīng)用的先例。由于受當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展的限制，其推進(jìn)系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備如變頻器、變壓器、主推進(jìn)電機(jī)等均需要從國(guó)外進(jìn)口。近些年，隨著電力推進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)船舶市場(chǎng)的飛速發(fā)展，交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)已廣泛應(yīng)用試驗(yàn)船、科考船、調(diào)查船、海工平臺(tái)、鉆井船、平臺(tái)供應(yīng)船、平臺(tái)工程船、風(fēng)電安裝船、挖泥船、鋪管船等眾多領(lǐng)域。

典型的交流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)的能量傳動(dòng)路線如圖4所示。

這種配置形式的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)如下：

1）無(wú)論推進(jìn)螺旋槳工作在任何轉(zhuǎn)速下，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)分配柴油機(jī)的臺(tái)數(shù)甚至轉(zhuǎn)速?gòu)亩ＷC柴油機(jī)運(yùn)行在較高效率曲線上，燃油效率比傳統(tǒng)機(jī)械式推進(jìn)模式節(jié)約10%以上；

2）推進(jìn)動(dòng)態(tài)特性、操控性能更好，能夠滿足DP2甚至更高的動(dòng)力定位系統(tǒng)要求；

3）柴油機(jī)和螺旋槳無(wú)須布置在同一根主軸上。相應(yīng)的上圖中所示的系統(tǒng)更多的需要采用電纜進(jìn)行連接，而電纜連接的靈活性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了機(jī)械軸的連接，因此客觀上降低了機(jī)械布置的難度，同時(shí)增加了機(jī)械布置的靈活性；

4）減少了機(jī)械傳動(dòng)裝置，從而降低噪聲。

隨著海工技術(shù)對(duì)船舶動(dòng)力定位及操控性能的要求越來(lái)越高，以及國(guó)際上對(duì)于船舶排放量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)作為綠色船舶的典型技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)前景也越來(lái)越被看好。

在1995-2010年期間，船舶電力推進(jìn)方案基本都采用交流組網(wǎng)技術(shù)，以1個(gè)4臺(tái)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)為例，采用傳統(tǒng)的交流組網(wǎng)技術(shù)的單線圖請(qǐng)參見圖5。

從圖5中可看到，交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)和普通的陸用組網(wǎng)系統(tǒng)一致，區(qū)別僅僅在于交流電源的輸入不是固定的電網(wǎng)，而是由若干柴油機(jī)組通過(guò)配電板組成的弱電網(wǎng)。顯而易見，由于各個(gè)發(fā)電機(jī)組的頻率必須一致，所以船用電站的頻率和電壓幅值是固定的。

那么在不同的發(fā)電機(jī)組互相之間需要一個(gè)并網(wǎng)開關(guān)，配電板在保證交流電壓的頻率、相位和幅值都相等的前提下，才能閉合開關(guān)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)（增機(jī)）。

通過(guò)一個(gè)交-直-交的變頻器（交-直部分稱為整流器，恒定的交流電壓變換成直流電，直-交部分稱為逆變器，將直流電再變換成交流電），將恒定的船用電站頻率轉(zhuǎn)化成可調(diào)的頻率，驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器。實(shí)現(xiàn)對(duì)于推進(jìn)器的調(diào)速功能，同時(shí)需要在變頻器的輸入側(cè)增加一個(gè)變壓器，保證實(shí)現(xiàn)電氣上的隔離。

在近20年的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，交流組網(wǎng)電力推進(jìn)的應(yīng)用廣泛，技術(shù)發(fā)展也非常成熟。但本身也存在一定的局限性，最明顯的一點(diǎn)在于系統(tǒng)需要增加額外的電氣設(shè)備包括：發(fā)電機(jī)、配電盤、整流變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)等，會(huì)帶來(lái)相應(yīng)設(shè)備體積、重量的增加，安裝、布置困難，以及額外增加冷卻通風(fēng)設(shè)備等一系列問(wèn)題。一定程度地影響了船舶的艙容空間以及帶來(lái)船舶使用經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計(jì)改裝難度。

目前國(guó)際上的船用電力推進(jìn)的發(fā)展方向是盡可能避免在電力推進(jìn)系統(tǒng)中額外增加電氣設(shè)備和相應(yīng)的計(jì)算、改裝工作量。

3 船舶直流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展

船舶直流組網(wǎng)電力技術(shù)由德國(guó)E-MS公司最先研發(fā)，系統(tǒng)命名為E-PP。第1套系統(tǒng)在2007年研發(fā)成功，并在2009年首次在郵輪“維京”號(hào)得到應(yīng)用。整套技術(shù)應(yīng)用成功后被世界海工領(lǐng)域發(fā)行量最大的行業(yè)雜志《海事報(bào)道》、《海工混合及電力推進(jìn)技術(shù)》等十?dāng)?shù)家媒體爭(zhēng)相報(bào)道，引起業(yè)內(nèi)轟動(dòng)。從2009-2015年，E-PP直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大量應(yīng)用，截止到2015年，已經(jīng)有50艘船舶交付使用并且正在運(yùn)行直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)，得到廣大用戶好評(píng)。在德國(guó)蒂森·克虜伯海事系統(tǒng)公司基爾造船廠建造的“白珍珠”號(hào)豪華郵輪也應(yīng)用了直流組網(wǎng)技術(shù)，目前已經(jīng)完成試航，其高效、清潔的推進(jìn)系統(tǒng)是該船重要亮點(diǎn)之一。直流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)屬于剛起步階段，上海泰和集團(tuán)旗下的2 100 t小水線面雙體船首先采用該技術(shù)，目前已進(jìn)入設(shè)備研制階段。

以1個(gè)4臺(tái)發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)為例，1個(gè)典型的直流組網(wǎng)系統(tǒng)的單線圖可參見圖7。

直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）盡管整個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)方式是直流電網(wǎng)，但是發(fā)電機(jī)組仍然是交流發(fā)電機(jī)組，通過(guò)整流器將交流電壓變換成直流電壓，組建1個(gè)直流電站。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也仍然是傳統(tǒng)的逆變器，即將直流電壓轉(zhuǎn)換成了可變頻率的交流電壓驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。從另一種角度來(lái)說(shuō)，直流組網(wǎng)中的交-直-交變頻器的交-直整流器轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)側(cè)，經(jīng)過(guò)整流后將直流母線作為公共連接點(diǎn)，以取代原有的交流發(fā)電機(jī)側(cè)的交流母線公共連接點(diǎn)；

2）直流電網(wǎng)的連接不存在頻率和相位的匹配，因此不需要傳統(tǒng)的配電板進(jìn)行相關(guān)的控制，所以可以去除發(fā)電機(jī)組之間的交流并網(wǎng)開關(guān)，甚至整個(gè)交流配電板；

3）所有的發(fā)電機(jī)組通過(guò)整流模塊和直流電網(wǎng)相連接，因此理論上每組發(fā)電機(jī)組可以工作在不同的轉(zhuǎn)速下。這樣顯著增加了系統(tǒng)的靈活性；

4）直流電網(wǎng)不能直接通過(guò)變壓器給船用220 V負(fù)載提供電源，而是需要1個(gè)逆變器將直流母線轉(zhuǎn)換成交流電源，然后連接變壓器給負(fù)載供電。由于逆變器采用正弦波濾波器，輸出電壓的波形質(zhì)量比傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電源更為清潔，引入的諧波污染更小。

與交流組網(wǎng)系統(tǒng)相比，直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)具有如下的顯著優(yōu)勢(shì)：

1）直流組網(wǎng)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于其系統(tǒng)集成度更高，由于省去了配電板和部分變壓器，整體系統(tǒng)的體積和重量都會(huì)大大降低，相對(duì)于傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)，可以節(jié)省30%的體積和40%的重量；

2）直流組網(wǎng)系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機(jī)組可以根據(jù)不同的負(fù)載條件調(diào)整轉(zhuǎn)速，以保證系統(tǒng)工作在最優(yōu)的能耗曲線上，這樣可以提升整體系統(tǒng)的效率，降低能耗和排放。相對(duì)于傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)，一般認(rèn)為整體的效率提升可以達(dá)到10%甚至更高；

3）直流母排和各種儲(chǔ)能設(shè)備以及變頻甲板機(jī)械具有更優(yōu)的技術(shù)兼容性。設(shè)備的接口更簡(jiǎn)單，相應(yīng)接口設(shè)備體積和重量皆有明顯降低；

4）直流組網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)，盡管直流組網(wǎng)的變頻配電設(shè)備的成本高于傳統(tǒng)方案，但去除了配電盤、變壓器等設(shè)備，直流組網(wǎng)系統(tǒng)的總計(jì)設(shè)備成本略低于傳統(tǒng)交流方案。但由于簡(jiǎn)化了相應(yīng)設(shè)備，其配電盤、變壓器等設(shè)備相應(yīng)的冷卻、通風(fēng)及安裝施工費(fèi)用被節(jié)省，相應(yīng)的電纜費(fèi)用降低，再加上直流組網(wǎng)油耗上的優(yōu)勢(shì)將大幅降低船舶的運(yùn)行費(fèi)用。因此，綜合考慮直流組網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性具備明顯優(yōu)勢(shì)。

在基于直流組網(wǎng)的電力推進(jìn)系統(tǒng)廣泛得到應(yīng)用后，國(guó)際上的幾大知名電氣廠商也開始計(jì)劃研制這種技術(shù)，并開始逐步推出類似系統(tǒng)。例如：2013年ABB公司在首艘“狄娜星”平臺(tái)供應(yīng)船上應(yīng)用了基于直流網(wǎng)的電力推進(jìn)系統(tǒng) Onboard DC Grid并作為其低壓電力推進(jìn)系統(tǒng)包括400V，690V的主推方案。ABB公司就公布的資料表明總共交付了4艘直流組網(wǎng)電力推進(jìn)的船舶。

西門子公司幾乎也在同時(shí)推出了BlueDrive PlusC的基于直流網(wǎng)的電力推進(jìn)系統(tǒng)。在2015年上海海事展中也明確提出將直流組網(wǎng)作為其優(yōu)先推行的技術(shù)路線，西門子就公布的資料表明總共交付了13條直流組網(wǎng)的電力推進(jìn)系統(tǒng)，另外還有若干艘船舶已經(jīng)獲得商務(wù)合同。

與此同時(shí)，由于基于E-PP的直流網(wǎng)系統(tǒng)的成功應(yīng)用，以及西門子、ABB等公司的后續(xù)研發(fā)，越來(lái)越多的國(guó)際知名船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商也開始推出適用于直流組網(wǎng)的變速柴油機(jī)產(chǎn)品組合。如：曼恩公司推出了自己的變速柴油機(jī)組以及直流組網(wǎng)系統(tǒng)，康明斯公司也推出了針對(duì)直流網(wǎng)的變速柴油機(jī)型號(hào)QSK50-Variable speed，其他柴油機(jī)供應(yīng)商如MTU、卡特彼勒也推出了相應(yīng)的改型產(chǎn)品。

因此，就市場(chǎng)需求以及船舶行業(yè)的其他船舶配套單位的技術(shù)路線來(lái)看，已經(jīng)充分證明了基于直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)確實(shí)是船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

4 未來(lái)試驗(yàn)船采用直流組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

“深海裝備綜合試驗(yàn)船”采用了雙體小水線面船型，航速不小于15 kn，總電站功率約9.5 MW，單軸功率約3.3 MW。這種高航速特殊船型對(duì)船舶推進(jìn)動(dòng)力和總體設(shè)計(jì)提出了更高要求。受小水線面特殊船型的限制，船體水線以下可利用面積較小且線型不規(guī)則，給推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備選型、艙室布置提出了較苛刻要求，同時(shí)該船型對(duì)重量重心控制也是船舶設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，要求裝船設(shè)備重量輕、體積小。如采用直流組網(wǎng)電力推進(jìn)方式，相比傳統(tǒng)交流電力推進(jìn)系統(tǒng)而言，能夠節(jié)省推進(jìn)變壓器、變頻器等裝置，整合配電設(shè)備，在設(shè)計(jì)上更有利于船舶總體布置，也大大減少設(shè)備裝船重量和推進(jìn)系統(tǒng)綜合造價(jià)。

“深海裝備綜合試驗(yàn)船”在試驗(yàn)期間因需要大量精密測(cè)試設(shè)備儀器裝船，因此，對(duì)船舶本身電站諧波控制有較高要求。在這一點(diǎn)上采用E-PP技術(shù)直流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)相比較，可解決諧波對(duì)船載科研儀器設(shè)備帶來(lái)的沖擊和影響。目前，該技術(shù)已經(jīng)被系統(tǒng)內(nèi)專業(yè)廠家引進(jìn)消化，并已開啟實(shí)船應(yīng)用的先河。因此，“深海裝備綜合試驗(yàn)船”如采用直流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)，不僅解決總體布置難、重量重心控制、電站諧波、節(jié)能環(huán)保等諸多設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)能夠?yàn)槲覈?guó)后續(xù)類似船型研制提供有力借鑒。

總之，未來(lái)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展將是多元化的，基于直流組網(wǎng)的電力推進(jìn)技術(shù)可以認(rèn)為是繼柴油機(jī)機(jī)械傳動(dòng)推進(jìn)、傳統(tǒng)交流組網(wǎng)電力推進(jìn)技術(shù)之后的又一次新技術(shù)變革，同時(shí)也是第3代船舶推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的前沿技術(shù)路線，應(yīng)用潛力十分巨大。

[1]葛緯楨. 從250噸到2560噸小水線面雙體船研制的回顧與體會(huì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2012, 34(S2): 35–46.

[2]孫遜, 曲健夫. 小水線面雙體船技術(shù)在實(shí)船上的應(yīng)用[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2012, 34(S2): 65–69.

[3]孫遜, 楊光, 曲健夫, 等. 高性能船舶設(shè)計(jì)制造技術(shù)在實(shí)船上的應(yīng)用[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2014, 36(S1): 43-51

[4]七六〇研究所, 七〇一研究所. “東遠(yuǎn)01”船技術(shù)規(guī)格書、“東遠(yuǎn)02”船技術(shù)規(guī)格書、“東遠(yuǎn)03”船技術(shù)規(guī)格書[Z]大連.

The development advantages of electricity propulsion technology for ship's DC Network

YANG Guang, MU Zhao-xin, WU Di, JIA Yan-pei, SUN Xun
(The 760 Research Institute of CSIC, Dalian 116013, China)

Based on the experience of ship building plan, ship design, ship building supervision, as well as ship management, the advantages and disadvantages of different ship propulsion systems are analyzed in this paper, meanwhile, the potential and advantages of ship's DC network are summarized and the technical gap between domestic and abroad is identified, which can be regarded as reference for the national ship building in the future

trial vessel；DC network；electric propulsion

U674.951

A

1672 – 7649(2017)07 – 0008 – 07

10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.07.002

2016 – 09 – 02

楊光(1985 – )，男，工程師，研究方向?yàn)榇拜啓C(jī)工程。