淺談船舶電站和船上電氣設(shè)備的節(jié)能減排方法

史先法

摘? 要：當(dāng)前，能源問(wèn)題已經(jīng)是所有行業(yè)共同面臨的問(wèn)題。在航運(yùn)過(guò)程中使用有效的節(jié)能減排方式可以節(jié)約船舶航行的成本。隨著船舶航行的油價(jià)不斷上漲，船舶電站以及電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。使用節(jié)能減排技術(shù)可節(jié)約能源消耗，減輕航運(yùn)過(guò)程對(duì)環(huán)境造成的污染，獲得經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙重效益。該文簡(jiǎn)述了船舶電站以及船上電氣設(shè)備的節(jié)能減排的重要性，分別從壓載水系統(tǒng)改裝、安裝脫硫系統(tǒng)和應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)三方面闡述具體節(jié)能減排方法的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：船舶;電站;電氣設(shè)備;節(jié)能減排方法

中圖分類號(hào)：U665? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在船舶行業(yè)中，電站屬于高能動(dòng)力源，為電力系統(tǒng)核心，可保障船舶穩(wěn)定運(yùn)行。在船舶自動(dòng)化要求逐漸提升的背景下，智能化、節(jié)能化的電站為主要趨勢(shì)，壓載水系統(tǒng)改裝，加裝脫硫系統(tǒng)以及變頻技術(shù)等的應(yīng)用成為船舶電站節(jié)能減排的主要方式，受到了人們的重視。

1 船舶電站與船上電氣設(shè)備節(jié)能減排的重要意義

在船舶航運(yùn)環(huán)節(jié)中，燃料費(fèi)用的消耗占據(jù)60%，所以對(duì)資源進(jìn)行高效利用，可保障船舶航行的經(jīng)濟(jì)效益。其中電站節(jié)能為重點(diǎn)方向，這主要是通過(guò)提高廢氣的熱回收效率，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。利用重油替換柴油，通過(guò)重油發(fā)電，減少燃料以及潤(rùn)滑油的使用，不但可降低發(fā)電機(jī)組內(nèi)柴油機(jī)零件的損耗，還能節(jié)約燃油費(fèi)用。結(jié)合TG系統(tǒng)以及SG系統(tǒng)，在負(fù)載產(chǎn)生變化時(shí)保持穩(wěn)定運(yùn)行，快速調(diào)節(jié)負(fù)載平衡，提高節(jié)能效果。此外，還可使用SSG發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，保障主機(jī)以及發(fā)電機(jī)之間相互傳輸功率，提高對(duì)廢熱的回收效率。在節(jié)能方式的應(yīng)用下，保障船舶順利運(yùn)行，減小燃料消耗，提高航行經(jīng)濟(jì)效益。

2 船舶電站和船上電氣設(shè)備節(jié)能減排方法

2.1 改裝壓載水系統(tǒng)

在應(yīng)用壓載水系統(tǒng)時(shí)，主要包括過(guò)濾、電解和中和3個(gè)過(guò)程。其中過(guò)濾環(huán)節(jié)為壓載過(guò)程，主要使用過(guò)濾器過(guò)濾壓載水，在此環(huán)節(jié)可將粒徑>50μm細(xì)微顆粒以及生物過(guò)濾出去。電解過(guò)程從主管路將壓載水引入電解裝置中，通過(guò)電解產(chǎn)生的溶液將浮游生物殺滅，利用分析儀以及控制系統(tǒng)對(duì)管路進(jìn)行控制。中和環(huán)節(jié)按照壓載水中的含氯濃度和IMO值對(duì)比，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制中和劑量。

對(duì)裝載水系統(tǒng)進(jìn)行改裝，可提升船舶電站中設(shè)備的節(jié)能性。在改裝過(guò)程主要對(duì)過(guò)濾、電解、中和3個(gè)單元進(jìn)行改裝。選用型號(hào)為BC-5000的裝置，此裝置的額定處理量可達(dá)4 000 m3/h～5 000 m3/h，電解海水量45 m3/h，其電解單元的尺寸為3500mm×3600mm×770mm，過(guò)濾器尺寸為4000mm×2800mm×2600mm。這種船舶中含有體積較小的過(guò)濾裝置，占地面積相對(duì)適中，同時(shí)過(guò)濾裝置的水處理量較大，可起到良好的過(guò)濾效果。過(guò)濾過(guò)程對(duì)壓頭產(chǎn)生的影響較小，沖洗過(guò)程不產(chǎn)生水?dāng)嗔髑闆r，適合在環(huán)境較為惡劣的條件下對(duì)海水進(jìn)行過(guò)濾。除此之外，改裝后的過(guò)濾單元還可以完成手動(dòng)控制時(shí)間與壓差。在電解單元的改裝方面，可選用體積小，并且效率高的開(kāi)關(guān)電源，配合管板式的電解槽電解設(shè)備，這種設(shè)備具有較高的海水電解效率，并且結(jié)實(shí)耐用。在待處理的水量增加的時(shí)候，電解模塊中產(chǎn)生的體積變化較小，此裝置中的電解槽為核心部件，使用壽命和船舶相同。在中和單元中，如果壓載水排放TRO濃度小于IMO預(yù)設(shè)值時(shí)，此系統(tǒng)可暫時(shí)不啟動(dòng)中和單元，將符合減排要求的水排到船舷外部;當(dāng)TRO濃度大于IMO預(yù)設(shè)值時(shí)，此時(shí)中和單元即可立即啟動(dòng)，同時(shí)向水管內(nèi)注入適量藥劑，中和TRO，實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)控制。

經(jīng)過(guò)改裝后的裝置滅火技術(shù)成熟可靠，可處理較為渾濁的海水。使用先進(jìn)的技術(shù)改造電解支路，只從壓載管路將1～2%的主管路海水引入電解槽中即可，不需要將壓載水全部流通過(guò)電解槽中，也不需要對(duì)主管路進(jìn)行改動(dòng)，便于各種新型船舶的設(shè)計(jì)以及傳統(tǒng)船舶的改造。該裝置長(zhǎng)電解單元的尺寸較小，因此具有高電解率以及低功率消耗的特點(diǎn)。在新型船舶的設(shè)計(jì)方面，可使用模塊化整體設(shè)計(jì)方式，保障合理利用船舶空間。在舊船改造方面，可將設(shè)備整體拆分成3～7個(gè)不同的模塊，并將其設(shè)計(jì)在船舶較為狹窄的空間內(nèi)，同時(shí)各個(gè)模塊的獨(dú)立功能較好，可適用在不同航線當(dāng)中。改裝后的壓載水系統(tǒng)運(yùn)行成本和維修費(fèi)用較低，擁有良好的節(jié)能減排特征。

2.2 加裝脫硫系統(tǒng)

為了減少船舶航行過(guò)程產(chǎn)生的硫氧化合物對(duì)環(huán)境造成的污染，同時(shí)降低船舶能量消耗，可以在船舶當(dāng)中加裝脫硫系統(tǒng)，利用脫硫技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。當(dāng)前常使用海水脫硫、石膏脫硫、干燥脫硫3種技術(shù)類型。海水脫硫方面，主要是依賴海水天然中和能力以及酸堿緩沖性能將煙氣中的SO2脫除，此工藝需要借助海水供排系統(tǒng)、水質(zhì)恢復(fù)、煙氣系統(tǒng)以及SO2吸收等系統(tǒng)共同完成。由于海水脫硫過(guò)程簡(jiǎn)單，應(yīng)用環(huán)節(jié)節(jié)能環(huán)保，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染較小，因此成為船舶尾氣處理的主要方式之一。在石膏脫硫方面，主要是利用石灰石，將其磨碎成粉，加入適當(dāng)清水配置成石灰漿，中和氧化后，生成石膏。當(dāng)前，此工藝在煙氣脫硫過(guò)程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，在添加適當(dāng)?shù)乃嵝曰瘜W(xué)物質(zhì)之后，可將脫硫效率提升超過(guò)90%。在船舶尾氣的處理方面，可優(yōu)化工藝的應(yīng)用過(guò)程，加裝脫硫系統(tǒng)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理流程，減小系統(tǒng)占據(jù)空間，提高脫硫效率，防止對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較大的腐蝕與磨損。在煙氣脫硫方面，主要是利用石灰石漿液作為制備系統(tǒng)，配合反應(yīng)塔、凈化裝置、輸送裝置、控制系統(tǒng)等共同作用。其脫硫效率可達(dá)70%～95%，可在低硫燃料的處理中取得良好效果。船舶航行通常使用重燃料，其中含硫量較高，因此，需要將尾氣處理工藝進(jìn)行改善，增設(shè)脫硫裝置，使用脫硫吸收劑，最大限度將產(chǎn)物回收再利用，防止脫硫過(guò)程需要使用大量濃度較高的石灰石液體，導(dǎo)致設(shè)備被腐蝕以及堵塞等問(wèn)題。

2.3 高效利用變頻技術(shù)

某船舶為高效利用能源，使用變頻系統(tǒng)，設(shè)置變頻系統(tǒng)在電網(wǎng)內(nèi)輸入三項(xiàng)交流電，在預(yù)充電、濾波、整流、制動(dòng)斬波等回路的應(yīng)用后，將其轉(zhuǎn)變成直流電，然后輸送到不同的變頻器當(dāng)中。控制系統(tǒng)接收到船上控制系統(tǒng)指令之后，控制變頻器的輸出頻率及電壓，保障電機(jī)之間協(xié)同運(yùn)行。在變頻系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的變頻器經(jīng)過(guò)熔斷器和公共直流電線路相連，這種設(shè)計(jì)方式可在不改變?cè)凶冾l器的前提下，將其前端整流功能隔斷，滿足電機(jī)正常運(yùn)行的要求。

該變頻系統(tǒng)的節(jié)能原理為，在各個(gè)變頻器中存在2種運(yùn)行狀態(tài)。1）電動(dòng)牽引。2）制動(dòng)發(fā)電。船舶作業(yè)在航行過(guò)程中，直流母線可有效發(fā)揮其互饋能量的優(yōu)勢(shì)，部分變頻器在電動(dòng)牽引的工況下，其他變頻器在制動(dòng)發(fā)電的工況下，此時(shí)制動(dòng)工況下變頻器中的電能即可回饋給直流公共母線，電動(dòng)工況變頻器就可以將其加以利用，解決了獨(dú)立的變頻器系統(tǒng)制動(dòng)環(huán)節(jié)消耗的斬波電阻過(guò)高問(wèn)題。例如在船舶航行過(guò)程中，放纜是隨收纜進(jìn)行的，收纜環(huán)節(jié)消耗的能量高于放纜環(huán)節(jié)。因此，在收攬時(shí)需要變頻器利用直流母線中的能量大于放纜過(guò)程中頻頻器向直流母線回饋的能量。在放纜過(guò)程變頻器向母線中回饋的能量可被變頻器全部利用，無(wú)需考慮到制動(dòng)斬波問(wèn)題。應(yīng)用變頻系統(tǒng)時(shí)，對(duì)船舶電站產(chǎn)生的沖擊較小，同時(shí)對(duì)電站容量的要求不高，因?yàn)槎鄠€(gè)變頻器協(xié)同作業(yè)的時(shí)候，在公共母線中處于不同的電能利用狀態(tài)，系統(tǒng)可對(duì)其中的能量展開(kāi)循環(huán)利用，進(jìn)而減少系統(tǒng)消耗大量的電網(wǎng)電能，起到良好的節(jié)能效果。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在能源緊缺和環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格的今天，全球?qū)Ω餍袠I(yè)節(jié)能減排的要求逐漸提升，促使船舶電站各項(xiàng)節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的更新和發(fā)展。為保障船舶行業(yè)的發(fā)展符合市場(chǎng)規(guī)律，應(yīng)在電站和電氣設(shè)備的應(yīng)用上采取各類節(jié)能方式，保障船舶運(yùn)行環(huán)節(jié)的高效性和節(jié)能性，促使船舶行業(yè)不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]付文秀，楊帆，高瑋.含軸帶發(fā)電機(jī)的船舶電站協(xié)調(diào)控制[J].船舶工程，2016（2）：69-73.

[2]具備PTO/PTI功能的船舶電站建模與控制研究[D].武漢理工大學(xué)，2014.