試論船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

萬(wàn)靖 吉宏飛

摘 要：本文通過(guò)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)分類情況，以及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)格局進(jìn)行介紹，同時(shí)針對(duì)船舶柴油機(jī)在排放、振動(dòng)、噪音等應(yīng)用上存在的不足進(jìn)行深究，對(duì)船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀，以及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究，希望能夠起到一些積極的參考作用。

關(guān)鍵詞：船舶；新能源；動(dòng)力系統(tǒng)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)相關(guān)資料顯示，在當(dāng)前的船舶動(dòng)力研發(fā)系統(tǒng)中，占據(jù)壟斷地位的仍舊是美國(guó)、日本這些國(guó)家，并且在蒸汽輪機(jī)、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)和電力推進(jìn)裝置的制造上，也被這些國(guó)家的企業(yè)所掌控。在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著我國(guó)船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)研究力度的不斷強(qiáng)化，當(dāng)前占據(jù)船舶動(dòng)力系統(tǒng)較大比例的柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)制造工作，也逐漸轉(zhuǎn)移到我國(guó)。

1.船舶動(dòng)力系統(tǒng)種類

在船舶的動(dòng)力系統(tǒng)中，其主要由船舶主機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)所構(gòu)成，是船舶上的重要設(shè)備。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，其在全船設(shè)備的總成本中約占據(jù)35%的成本內(nèi)容，在整體造價(jià)中，約達(dá)到20%的比例。在當(dāng)前世界上，各類船舶動(dòng)力系統(tǒng)的推進(jìn)方式，主要可以分為以下這幾種：

首先，往復(fù)式蒸汽機(jī)被蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)所取代，緊接著，柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)又取代了這種方式，在當(dāng)前LNG船舶，以及核動(dòng)力軍船上，蒸汽輪機(jī)表現(xiàn)出了機(jī)動(dòng)性、操縱性和簡(jiǎn)化性的特點(diǎn)；其次，柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)演變成主要的船舶動(dòng)力，在各類船舶上有較為優(yōu)越的應(yīng)用成效；然后，燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)是上個(gè)世紀(jì)中葉商船上的主機(jī)，但是這項(xiàng)技術(shù)并未得到較大規(guī)模的推廣，主要在軍船上進(jìn)行使用，是燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的主要設(shè)備；最后，截至到上世界九十年代，電力推進(jìn)系統(tǒng)開(kāi)始在船舶領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，除了軍船之外，一些小型商船也開(kāi)始使用，當(dāng)然，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前采用電力推進(jìn)系統(tǒng)的船舶，其所占據(jù)的比例還有待提升。

2.船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的推廣意義

當(dāng)前的船舶動(dòng)力裝置系統(tǒng)中，柴油機(jī)動(dòng)力裝置的應(yīng)用比例較高，但是其在節(jié)能、環(huán)保等方面還存在著一定的問(wèn)題，所以，應(yīng)用新能源動(dòng)力系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的意義：首先，在石油資源日漸枯竭的狀況下，新能源能夠發(fā)揮較好的可再生作用；其次，雖然航運(yùn)界對(duì)于船舶柴油機(jī)的廢氣排放要求比較嚴(yán)格，但是一些老舊的柴油機(jī)，其排放性能越來(lái)越惡劣，尤其是那些內(nèi)河船舶，帶來(lái)的污染問(wèn)題更加嚴(yán)重；最后，柴油機(jī)的自身結(jié)構(gòu)，以及工作原理，決定了其噪聲、震動(dòng)問(wèn)題，應(yīng)用新能源動(dòng)力系統(tǒng)，可以解決這方面的情況。

3.船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀

3.1風(fēng)能應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能主要是將風(fēng)作為動(dòng)力來(lái)源，同時(shí)利用風(fēng)力發(fā)電的形式來(lái)構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng)。在船舶的應(yīng)用上，風(fēng)能比較偏向于航行的主動(dòng)力和輔助動(dòng)力，當(dāng)前只有少數(shù)船舶應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)內(nèi)容。懸掛在貨輪上的巨型風(fēng)箏，具有較高的強(qiáng)度，且抗風(fēng)化的能力較強(qiáng)，其在風(fēng)力的作用下，為船舶提供一定的輔助動(dòng)力。風(fēng)帆的結(jié)構(gòu)多為雙層，并且風(fēng)帆的內(nèi)部，也會(huì)設(shè)置氣室，借助牽引繩索，風(fēng)帆能夠與船體進(jìn)行連接。在風(fēng)帆的下面，會(huì)懸掛控制箱，該項(xiàng)裝置主要是對(duì)風(fēng)帆的飛行軌跡進(jìn)行控制，與風(fēng)帆有關(guān)的電子控制器件、機(jī)械驅(qū)動(dòng)器，均在該裝置中。當(dāng)然，由于航道風(fēng)力的約束，所以這項(xiàng)技術(shù)難以得到大規(guī)模的推廣。

3.2太陽(yáng)能應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀

在發(fā)展太陽(yáng)能動(dòng)力船舶的過(guò)程中，當(dāng)前需要對(duì)以下這幾項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行完善：第一，是太陽(yáng)能動(dòng)力船舶船體平臺(tái)的研究工作，關(guān)于太陽(yáng)能動(dòng)力系統(tǒng)的整體布局，工作人員需要就船舶的類型、船型的方案等展開(kāi)設(shè)計(jì)；第二，是高效率的太陽(yáng)能光伏裝置的研究，太陽(yáng)能自身的能量密度不高，而太陽(yáng)能光伏裝置所發(fā)揮的效率轉(zhuǎn)換作用，對(duì)于太陽(yáng)能船舶而言至關(guān)重要；第三，大容量高輸出功率的儲(chǔ)能裝置問(wèn)題，要想確保大型船舶可以全天候的運(yùn)行，僅僅依靠太陽(yáng)能光伏裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要設(shè)立太陽(yáng)能儲(chǔ)能裝置；第四，在太陽(yáng)能船舶的研究中，燃料電池是一項(xiàng)極具發(fā)展前景的研究?jī)?nèi)容。

3.3燃料電池應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀

在實(shí)際研究工作中，經(jīng)過(guò)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組合燃料電池的功率進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，燃料電池已經(jīng)具備了同等的效果，并且在環(huán)保性和功率性的問(wèn)題上，其所表現(xiàn)出的性能指標(biāo)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是在進(jìn)一步的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前燃料電池裝置還處在研制的階段，其產(chǎn)業(yè)化的程度有待提升，并且一套燃料電池的裝置成本較高，所以只能在那些附加值較高的船舶上進(jìn)行使用。與此同時(shí)，在對(duì)燃料電池這種新能源進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，還存在著一些亟待解決的重要問(wèn)題，如何減少損耗，提升功率，改善工藝，強(qiáng)化穩(wěn)定性，都需要工作人員提出進(jìn)一步的策略，在短期內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模的推廣還不太現(xiàn)實(shí)。

3.4生物質(zhì)能應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀

生物柴油的應(yīng)用，還局限在一些車用小型柴油機(jī)上。根據(jù)數(shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，生物柴油要比柴油低10個(gè)左右的熱值，但是其密度要高于柴油。當(dāng)前，多數(shù)關(guān)于生物柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)，其研究的前提都是不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)作出任何的改變，以摻混一定量的生物柴油，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能進(jìn)行提升。但是在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，一方面生物柴油的摻混比例不高，另一方面，生物柴油也會(huì)耗費(fèi)一定量的糧食，所以很難在船舶動(dòng)力系統(tǒng)上進(jìn)行大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。

3.5其它新能源的應(yīng)用、發(fā)展分析

在前幾年，相關(guān)研究人員提出了便攜式船用發(fā)電機(jī)的構(gòu)想，主要是對(duì)海流能進(jìn)行應(yīng)用，這樣為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的小型化發(fā)展提供了理論依據(jù)；還有一種觀點(diǎn)是利用水輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，主要是借助江河自由水的落差，將水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這種新能源技術(shù)的適用性較為廣泛，且所需要的能耗較?。蛔詈?，對(duì)于將LNG作為船用燃料的觀點(diǎn)，也得到了國(guó)內(nèi)外研究人員的一致重視，相關(guān)研究組織公開(kāi)表示，如果這項(xiàng)技術(shù)得到推廣，那么全球的航運(yùn)界，有望在2030年后達(dá)到減排30%的目的。

總而言之，隨著能源枯竭、污染加劇等問(wèn)題的影響，各國(guó)都應(yīng)該就船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的研究工作，我國(guó)應(yīng)該給予相應(yīng)的重視，推動(dòng)新能源動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展，提出一些切實(shí)可行的發(fā)展舉措，改善船舶的航運(yùn)質(zhì)量。

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