江蘇路渡3011渡輪節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

杜廣棣，孫向勇，劉海艦

(江蘇省鎮(zhèn)揚(yáng)汽車輪渡管理處，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

十八大以來，交通運(yùn)輸部一直在推進(jìn)節(jié)能減排工作。《交通運(yùn)輸節(jié)能環(huán)?！笆濉卑l(fā)展規(guī)劃》中指出在“十三五”期間, 水路運(yùn)輸節(jié)能減排技術(shù)是其主要方向之一[1]。作為能源消耗的主體，船舶交通運(yùn)輸企業(yè)應(yīng)積極響應(yīng)國空節(jié)能減排的號(hào)召，加大節(jié)能技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，采取有效措施，減少污染，防低成本。

國際油輪獨(dú)立船東協(xié)會(huì)的研究報(bào)告指出, 航運(yùn)業(yè)是全球主要的溫室氣體排放大戶之一,特別是其二氧化硫和一氧化二氮的排放量, 分別占全球排放總量的10%和25%[2]。

目前，在長江內(nèi)河以及沿海的渡船，以柴油機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?。隨著新型推進(jìn)技術(shù)、電噴技術(shù)的出現(xiàn)，部分船舶的推進(jìn)系統(tǒng)采用電力推進(jìn)裝置。本文對江蘇路渡3011輪應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行研究，從而達(dá)到提高能源利用率，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

1 新型渡輪簡述

根據(jù)國家節(jié)能減排的要求以及結(jié)合單位發(fā)展方向，建造了60 m大噸級(jí)直流組網(wǎng)電力推進(jìn)全回轉(zhuǎn)渡船。該船電力系統(tǒng)采用直流網(wǎng)絡(luò)型電源方案，即交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)整流裝置后直流組網(wǎng)，通過直流配電板將能量輸送給推進(jìn)器和日用電逆變裝置，驅(qū)動(dòng)推進(jìn)電機(jī)和其他日用負(fù)載。交直流系統(tǒng)為對地絕緣系統(tǒng)。

本船動(dòng)力系統(tǒng)包括電站系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)四大部分。其主要設(shè)備配置如下：

(1)配置2套380 kW主柴油發(fā)電機(jī)組為全船提供電能。2套柴油發(fā)電機(jī)組輸出交流電源，整流后并網(wǎng)，經(jīng)由1座直流配電板給推進(jìn)器和日用電逆變裝置供電。

(2)日用電逆變裝置分路，與備用發(fā)電機(jī)組聯(lián)鎖。日用電逆變裝置輸出400 V 3相 50 Hz交流動(dòng)力電，400 V/230 V變壓器變壓輸出220 V電源用于照明及控制。日用電逆變電源、備用發(fā)電機(jī)組和岸電之間設(shè)置聯(lián)鎖。

(3)電源系統(tǒng)具備自動(dòng)電站的功能，發(fā)電機(jī)組、直流配電板和推進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由集控室監(jiān)控。

(4)直流母排并有一路超級(jí)電容，可以快速充電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷功能，存儲(chǔ)更多的電能。同時(shí)可以在節(jié)能模式下，為在網(wǎng)設(shè)備提供電能，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，減少能源損耗。

(5)2套推進(jìn)器逆變裝置從直流配電板取電，2臺(tái)350 kW輸出調(diào)頻電源驅(qū)動(dòng)交流變頻電機(jī)拖動(dòng)2臺(tái)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。

2 渡輪采用的節(jié)能減排創(chuàng)新技術(shù)及方法

(1)采用超級(jí)電容，實(shí)現(xiàn)能源削峰填谷

這種時(shí)候，他應(yīng)該是比她更難過無助吧。她抱緊他說：“是的是的，沒事的。我們積極配合治療，很快就會(huì)好起來?！卞X海燕抬起頭的時(shí)候，看到周啟明的眼圈紅了。

超級(jí)電容系統(tǒng)以超級(jí)電容模組為基礎(chǔ)單元，采用24串的連接方式配組。超級(jí)電容可以實(shí)時(shí)監(jiān)測直流電網(wǎng)的用電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用。

超級(jí)電容用以抑制負(fù)載波動(dòng)和避免發(fā)電機(jī)組的負(fù)載突變，對柴油機(jī)的負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)充和釋放，使之平緩地加、減速，達(dá)到節(jié)能效果。與鋰電池相比，該電容器組具有功率密度大、循環(huán)壽命長、充電速度快，工作溫度范圍寬且綠色環(huán)保等特點(diǎn)。

超級(jí)電容系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同的用電情況，合理地、有計(jì)劃地調(diào)節(jié)直流電壓。當(dāng)用電負(fù)荷下降時(shí)，超級(jí)電容快速充電以降低負(fù)荷高峰。當(dāng)用電負(fù)荷增加時(shí)，超級(jí)電容快速放電，填補(bǔ)負(fù)荷低谷，減小電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差。利用超級(jí)電容的快充快放特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定以及用電趨于平衡。

(2)采用變頻推進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的快速傳輸，減少能量損耗

60 m全回轉(zhuǎn)電推船采用變頻推進(jìn)電機(jī)，經(jīng)過很短的傳動(dòng)軸直接驅(qū)動(dòng)舵槳本體上的螺旋槳。

變頻推進(jìn)電機(jī)的控制采用閉環(huán)式的變頻調(diào)速方式。變頻調(diào)速運(yùn)行是根據(jù)駕控臺(tái)手柄指令給定值的變化，即舵槳轉(zhuǎn)速變化的要求來改變供電的電流頻率的，并且配合電壓的調(diào)節(jié)以獲得合理的電機(jī)運(yùn)行工況，在不同的轉(zhuǎn)速情況下均保持較高的運(yùn)行效率以及穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速需求。

傳動(dòng)軸的長度影響到能量的傳輸效率，傳動(dòng)軸越長，能量傳輸效率越差。以往渡輪，舵槳?jiǎng)恿斎攵说膫鲃?dòng)軸較長，能量傳輸效率會(huì)有所降低；60 m全回轉(zhuǎn)電推船使用很短的聯(lián)軸器直接將動(dòng)力源與舵槳本體相連，實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸。

功率管理系統(tǒng)(PMS)是電力推進(jìn)系統(tǒng)中必不可少的部分，它根據(jù)電力推進(jìn)系統(tǒng)的功率需求，自動(dòng)管理發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和電能的分配。PMS具有節(jié)能、應(yīng)急和航行三種自動(dòng)模式。根據(jù)模式的不同，實(shí)時(shí)調(diào)整在網(wǎng)機(jī)組數(shù)量。在節(jié)能模式下，PMS實(shí)時(shí)調(diào)整在網(wǎng)機(jī)組臺(tái)數(shù)和機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速，在碼頭裝車?？繒r(shí)柴油機(jī)停車，超級(jí)電容對日用負(fù)載進(jìn)行供電；在應(yīng)急模式下，PMS將所有機(jī)組并網(wǎng)，并將機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)至柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速；在航行模式下，PMS實(shí)時(shí)調(diào)整在網(wǎng)機(jī)組臺(tái)數(shù)(但不停車)和機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速。

功率管理系統(tǒng)適用于電力推進(jìn)系統(tǒng)，模塊化的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)簡潔、易于升級(jí)。PMS系統(tǒng)安裝在直流配電柜中，根據(jù)功率的實(shí)時(shí)需求對每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控和協(xié)調(diào)各柴油發(fā)電機(jī)組工作，并可以對電站系統(tǒng)進(jìn)行故障報(bào)警和處理，為推進(jìn)系統(tǒng)和其他用電設(shè)備提供可靠、穩(wěn)定及優(yōu)化配置的電力能源。

PMS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)、停止、并網(wǎng)、解列、功率分配的功能。在保障供電可靠性的基礎(chǔ)上，整流器根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷水平，對機(jī)組轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的節(jié)能控制策略，從而保

障機(jī)組在最佳工況下運(yùn)行。通過該節(jié)能控制技術(shù)，機(jī)組燃油消耗水平得到大幅降低，機(jī)組排放、排氣溫度、噪聲、磨損等不良影響均得到改善，將有助于延長機(jī)組使用壽命，改善機(jī)組長期運(yùn)行性能。

(4)采用電噴式柴油機(jī)，精準(zhǔn)控制噴油量

電噴式柴油機(jī)采用電控燃油噴射技術(shù)，是在高壓油泵、壓力傳感器、 電腦控制單元(ECU)組成的封閉環(huán)境中，把噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程完全分開的一種供油方式。電子噴射系統(tǒng)能夠通過精確控制噴油時(shí)間、噴油速率來控制燃燒過程，對于噴油量可以實(shí)現(xiàn)精確控制，使得燃燒過程易于控制的同時(shí)能滿足船舶大型柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放的要求。

同時(shí)PMS系統(tǒng)對于柴油機(jī)的速度控制，按照其燃油曲線發(fā)送給柴油機(jī)ECU相應(yīng)的指令進(jìn)行調(diào)速控制，通過自動(dòng)調(diào)整柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，適配不同的輸出功率，使柴油機(jī)始終運(yùn)行在較低的燃油消耗區(qū)域，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在最佳的燃油曲線狀態(tài)下工作，實(shí)現(xiàn)燃油的充分消耗，避免不必要的燃油損耗。

(5)減輕自身重量，減少渡輪油耗

采用傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)的船舶軸系長度往往占到船長的40%左右，采用電力推進(jìn)系統(tǒng)的船舶省去了傳動(dòng)軸系、減速齒輪箱，大大節(jié)省了船舶空間，也減輕了船體的自身重量，從而減少油耗。同時(shí)，減低了船體的振動(dòng)，增強(qiáng)船員的工作舒適感。

3 結(jié)語

節(jié)能減排、綠色發(fā)展是航運(yùn)企業(yè)未來的發(fā)展方向，作為航運(yùn)企業(yè)要積極落實(shí)國家發(fā)改委《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》、交通部《交通部水運(yùn)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》及《公路水路交通運(yùn)輸科技“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。目前本單位采用直流組網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)合PMS系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能減排效果，經(jīng)過上述相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，相較于同噸位常規(guī)輪渡的平均油耗節(jié)約8%左右。未來單位將在渡船節(jié)能減排方面做更進(jìn)一步的改進(jìn)升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)純電力推進(jìn)。