基于節(jié)能理念的船舶電氣設(shè)備技術(shù)研究

卜國風(fēng)

（舟山中遠(yuǎn)海運重工有限公司，浙江 舟山 316131）

0 引言

隨著人們對船舶運行環(huán)境的深入了解，逐漸意識到船舶運行環(huán)境的特殊性，船舶電氣設(shè)備使用的電網(wǎng)為獨立電網(wǎng)。由于船舶電氣設(shè)備作為船舶電網(wǎng)的重要構(gòu)成要素，且船舶電氣設(shè)備能耗較高，從而引發(fā)船舶能源的巨大消耗，為船舶能源的及時供給帶來較大壓力。因此，遠(yuǎn)行船舶一旦出現(xiàn)能源供給有限的現(xiàn)象，其電氣設(shè)備便可能運行遲緩，直接影響船舶的正常航行，在節(jié)能環(huán)保時代背景下，對船舶電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)的研究日益深入。

1 船舶電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)闡述

1.1 船舶電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，船舶的電力系統(tǒng)存在電氣設(shè)備能耗過大的問題，這種問題如果長期得不到解決，會對船舶系統(tǒng)的正常運行造成一定影響。此外，在船舶電氣設(shè)備的使用過程中，要注意運用科學(xué)調(diào)控風(fēng)機門、泵閥門的方法來限制能耗，提高電力資源的利用率，避免能源浪費[1]。

1.2 船舶電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)的必要性

節(jié)能技術(shù)在船舶系統(tǒng)中運用的效果如何，與電氣設(shè)備的使用情況有直接聯(lián)系。一些電氣設(shè)備必須處于持續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)才能保證船舶的正常行駛，因此，在船舶行駛過程中，能源不斷消耗。要想減少這種消耗，必須通過降低電氣設(shè)備能耗，提高其使用效率的方式來實現(xiàn)。不同的電氣設(shè)備的能耗是不一樣的，所以要針對它們的能耗特點來選擇最合適的節(jié)能技術(shù)，以此來達(dá)到最優(yōu)節(jié)能效果。受外界環(huán)境因素的影響，船舶電氣設(shè)備在運行的過程中也會受到不同程度的影響，船舶電氣設(shè)備的負(fù)載壓力會隨著外界環(huán)境的變化而發(fā)生改變，而負(fù)載壓力則會直接影響電氣設(shè)備的能耗情況。環(huán)境的變化還會改變電氣設(shè)備的實際功率，進(jìn)而增加運用電流，甚至破壞電網(wǎng)。受環(huán)境因素的影響，船舶電氣還會出現(xiàn)高能耗的問題，與節(jié)約環(huán)保的理念相違背，甚至直接影響到船舶業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此，必須對節(jié)能技術(shù)的使用環(huán)境和運行條件進(jìn)行全面分析，從而選擇最適合船舶電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)，最大程度地保證節(jié)能效果。

1.3 船舶電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)遵循的原則

1）功能性原則。首先要了解節(jié)能設(shè)備的運行條件和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原則，在遵循原則的基礎(chǔ)上充分保證電氣設(shè)備，發(fā)揮其應(yīng)有的功能。對于船舶中的電氣照明設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等要優(yōu)化技能方案，保證運行安全。2）經(jīng)濟(jì)性原則。船舶電氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格秉承經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計原則，逐漸增加工程項目的設(shè)計內(nèi)容，合理使用多種類型的設(shè)備材料，優(yōu)化投資項目，保證設(shè)備安全運行。3）節(jié)能性原則。大力實踐節(jié)能理念，秉持節(jié)能減排原則，提高能源利用率。節(jié)能管理部門應(yīng)綜合考慮設(shè)備的利用價值，明確電氣設(shè)備的能量消耗情況，將電氣損耗降至最低。4）技術(shù)性原則。使用船舶電氣設(shè)備的過程中，嚴(yán)格根據(jù)節(jié)能理念所構(gòu)建的方案開展各項工作，將工程項目的設(shè)計價值最大限度凸顯出來，提高船舶電氣設(shè)備的實用價值[2]。

2 船舶電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)的運行條件

2.1 額定條件技術(shù)

額定條件技術(shù)是要讓船舶電氣設(shè)備按照相關(guān)規(guī)定，保證額定的功率、電壓、頻率等電力條件達(dá)標(biāo)。對于部分額定技術(shù)條件來說，它的正常運用必須依賴于外部環(huán)境條件的滿足。例如，電氣設(shè)備的正常運行必須滿足額定電壓，如果實際電壓沒有達(dá)到額定數(shù)值，設(shè)備要么不能運行，要么存在安全隱患。并不是所有的額定條件都屬于外部因素，也有一些屬于設(shè)備的內(nèi)在因素。在環(huán)境溫度符合要求的情況下，額定電流是指用電設(shè)備所能承載通過的最大電流量，必須保證船舶電氣設(shè)備是在額定技術(shù)條件下開展工作的，這是充分發(fā)揮節(jié)能技術(shù)效果的必要條件。

2.2 科學(xué)工作制度

船舶電氣設(shè)備的工作制度是指設(shè)備持續(xù)運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)下所遵循的制度。電氣設(shè)備的各項工作開展與它的溫升問題息息相關(guān)。船舶電氣設(shè)備的工作制度要充分考慮設(shè)備自身的特點和外部環(huán)境因素的影響，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實際，制定科學(xué)的工作制度。工作制度為船舶電氣設(shè)備實效性的發(fā)揮提供支持和保證。對于船舶電氣設(shè)備的運轉(zhuǎn)來說，主要包括：1）持續(xù)性工作制度，由于電氣設(shè)備長期處于運行狀態(tài)，需要通過該項工作制度來保證設(shè)備負(fù)載的穩(wěn)定性和安全性。2）短時工作制度，這一制度是針對那些工作時間較短，但停歇時間較長的設(shè)備。3）反復(fù)短時工作制度，這種工作制度所針對的電氣設(shè)備存在以下工作特點：設(shè)備的停歇與運轉(zhuǎn)呈現(xiàn)出周期循環(huán)的特征。如果電氣設(shè)備的實際溫升比額定溫升低，有時候停歇時間要長于運行時間，有時候又相反，則該項工作制度比較適用。電氣設(shè)備的應(yīng)用工作制度不同，它們的溫升效果、結(jié)構(gòu)也會表現(xiàn)出很大的不同。因此，確定工作制度時，船舶電氣設(shè)備要根據(jù)自身情況作出最優(yōu)選擇，以發(fā)揮節(jié)能技術(shù)的最優(yōu)效果為目標(biāo)導(dǎo)向，盡可能節(jié)約能耗[3]。

3 船舶電氣設(shè)備的安全管理與維護(hù)

3.1 完善設(shè)備管理制度

在船舶電氣設(shè)備運行的過程中，完善的管理制度具有現(xiàn)實意義，在對船舶電氣設(shè)備進(jìn)行安全管理的過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循船舶用電安全管理制度，進(jìn)而保證船舶電氣設(shè)備的安全運行。船舶工作人員應(yīng)將保證電氣設(shè)備安全用電作為重點，時刻保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，分析船舶整體設(shè)施的勘察結(jié)果數(shù)據(jù)，在實踐的過程中對船舶電氣設(shè)備管理制度進(jìn)行完善[4]。

3.2 提高人員防范意識

歷經(jīng)多年的發(fā)展，我國在船舶航行探索的歷程中取得了顯著成效，航運事業(yè)的建設(shè)工作得到了高度重視，但船舶電氣設(shè)備安全管理工作的開展情況，尚未滿足具體的需求，船舶工作人員自身的安全防范意識有待提高。船舶電氣設(shè)備安全管理工作，理應(yīng)得到船舶工作人員的高度重視，并在日常的運行過程中做到防患未然。

3.3 增強技術(shù)檢驗水平

船舶工作人員應(yīng)提高自身檢驗技術(shù)水平，為設(shè)備安全管理工作提供保障，在投入到自身工作之前需接受專業(yè)的檢驗技術(shù)培訓(xùn)，還可安排工作經(jīng)驗豐富的船舶工作人員，對新上崗的工作人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。另外，在船舶電氣設(shè)備運行的過程中，需要工作人員進(jìn)行正確的技術(shù)指導(dǎo)。

3.4 規(guī)范設(shè)備使用操作

開展采購工作之前，需要做好相應(yīng)的市場調(diào)研工作，船舶工作人員應(yīng)充分了解船舶電氣設(shè)備的使用情況與操作方式。另外，在使用船舶電氣設(shè)備的初始階段，工作人員需對船舶電氣設(shè)備的交接試驗配套工作進(jìn)行完善，做好電力協(xié)調(diào)方工作，在針對船舶電氣類設(shè)備實施交接試驗活動時，從根本避免交叉作業(yè)情況的出現(xiàn)，保存好各項原始數(shù)據(jù)，保證交接試驗計算結(jié)果的精確性。最后，開展船舶電氣設(shè)備交接試驗的前期，工作人員需對船舶電氣設(shè)備交接試驗儀器的界限進(jìn)行仔細(xì)研讀，在確保沒有任何問題之后才能夠開展交接試驗。在時間充足的情況下，還可學(xué)習(xí)其他交接試驗方式，提高結(jié)果的精確性。

3.5 定期保養(yǎng)電氣設(shè)備

若要保證船舶航行的平穩(wěn)性，船舶電氣設(shè)備在其中起著重要作用，在日常工作當(dāng)中做好對電氣設(shè)備的保養(yǎng)工作，及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備當(dāng)中存在的問題，避免電氣設(shè)備出現(xiàn)老化現(xiàn)象，保證船舶電氣設(shè)備的正常運行。另外，船舶用電設(shè)備的使用壽命，也會受到船舶電氣設(shè)備選型標(biāo)準(zhǔn)的影響。做好設(shè)備選型工作，采購可靠性較高的船舶電氣設(shè)備還能夠節(jié)約后期的維修費用。因此，開展電氣設(shè)備采購工作之前，應(yīng)盡可能選擇統(tǒng)一的機型，便于替換原本的部件模型與組件，方便后期維修工作的開展。若單純注重眼前的利益，缺乏長遠(yuǎn)的眼光，采購質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的船舶電氣設(shè)備，必定會影響后期工作的開展。

4 船舶電氣設(shè)備技術(shù)中的節(jié)能理念

4.1 使用高性能電動機

對于船舶電氣類設(shè)備而言，其運行以發(fā)動機為依托，從整個船舶電網(wǎng)來看，其中的發(fā)動機是耗費電能的主要因素，運行效率表現(xiàn)會直接影響到節(jié)能的效果。但是，不同船舶電網(wǎng)其性質(zhì)往往也不同，而國內(nèi)船舶電氣類設(shè)備運行需要的發(fā)動機一般有2類，一類為交流異步，另一類為直流異步，一旦船舶航行過程中海洋環(huán)境發(fā)生變化，就會導(dǎo)致電氣設(shè)備產(chǎn)生負(fù)載上的變化，因此其額定功率同機電輸出功率兩者之間差值極高，由此使得電動機初選運行效率下降。另外，在交流異步形式電動機方面，一旦電氣設(shè)備出現(xiàn)大幅的負(fù)載下降，則會損害到船舶電網(wǎng)。而直流形式的異步電動機在使用時需要按時更換電刷，而且還要定時清理，處理起來比較復(fù)雜，因此其維護(hù)活動需要投入大量的時間與人力。所以在電動機選擇方面，技能應(yīng)當(dāng)作為關(guān)注的重點。

現(xiàn)階段，永磁同步電動機獲得高度發(fā)展，此類電動機一般是利用永磁體材料制成的，這類材料不存在電流感應(yīng)，所以電動機轉(zhuǎn)子也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流或是運行方面的消耗，由此電動機設(shè)備可以更加高效運行。與此同時，此類電動機轉(zhuǎn)子不必借助勵磁的作用，也就是說功率因數(shù)能夠逐漸靠近理想因數(shù)水平，這樣就能夠讓電動機進(jìn)一步高效率地工作，而且船舶電網(wǎng)自身的品質(zhì)也會得到改善，發(fā)生損壞的可能性隨之減小。當(dāng)電機設(shè)備出現(xiàn)大幅度負(fù)載下降的情況，使用此類電動機時，其工作效率并不會發(fā)生較大改變，所受到的影響相對較小。體積小、材質(zhì)輕巧、溫升較低等均是永磁電動機的優(yōu)點，成為船舶電氣設(shè)備的最佳選擇。同時，這類電動機相關(guān)的技術(shù)對于船舶上電氣設(shè)備實現(xiàn)節(jié)能也有著重要意義。

4.2 運用技能控制技術(shù)

在船舶上的各類電氣設(shè)備里面，空調(diào)設(shè)備可使用變頻調(diào)速通風(fēng)機及壓縮機，同時根據(jù)人員有關(guān)情況以及溫濕度條件以及船域水溫方面的情況等進(jìn)行具體的考慮，盡可能全面滿足艙中各類人員的使用需求，還要盡量達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，以自動方式實現(xiàn)制冷/制熱量方面的調(diào)節(jié)，保證運行過程中滿足相關(guān)節(jié)能要求。

而在針對通風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)量方面的調(diào)節(jié)時，需要將包括航行狀態(tài)以及溫濕度還有大氣含量等方面的內(nèi)容綜合考慮進(jìn)去，以讓節(jié)能效果最優(yōu)化。

4.3 重視能耗使用的管理

從目前的情況來看，針對船舶上使用的電氣設(shè)備開展的管理活動還沒有達(dá)到精細(xì)化的程度，因此當(dāng)電氣設(shè)備在運行狀態(tài)存在明顯的能量浪費情況時，需要發(fā)揮先進(jìn)的整合性節(jié)能管理的作用，呈現(xiàn)出最好的節(jié)能效果。在開展此類管理活動時，應(yīng)當(dāng)將信息設(shè)備有效融合來獲得系統(tǒng)運行狀態(tài)方面的信息以及一些參數(shù)內(nèi)容，還應(yīng)當(dāng)將變頻調(diào)速之類的技術(shù)應(yīng)用其中，對設(shè)備進(jìn)行能量輸出方面的調(diào)節(jié)，從而讓設(shè)備可以根據(jù)實際的需求來運行，并且讓其管理活動變得更加精細(xì)化。在船舶航行過程中，各類電氣設(shè)備長時間持續(xù)不斷地工作，而它們就是此類管理活動的焦點。以冷卻水泵為例，此類設(shè)備在此方式進(jìn)行管理后，其節(jié)能效果更加令人滿意。采用這種方式來完成冷卻水泵設(shè)備的管理時，還需要將包括船舶熱負(fù)荷在內(nèi)的一些方面的情況考慮進(jìn)去，有針對性地對冷卻水的供水量進(jìn)行調(diào)控，最終取得最佳的節(jié)能效果。

4.4 運用新能源節(jié)能技術(shù)

以太陽能以及風(fēng)能和水能為代表的新能源，一方面比較環(huán)保，另一方面也能夠發(fā)揮節(jié)能減排方面的價值，對于船舶上各類電氣設(shè)備來說，也可以積極發(fā)揮此類能源的節(jié)能價值，對各種技術(shù)進(jìn)行整合運用。在使用過程中，可以在新能源以及傳統(tǒng)能源之間視情況進(jìn)行靈活切換，從而更好地滿足船舶使用需求，并讓設(shè)備的平穩(wěn)運行得到保證。另外，風(fēng)能以及太陽能等一些天然能源還可以用來發(fā)電，從而在特殊情況下滿足能源使用需求。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，船舶技術(shù)發(fā)展迅速，其中所使用的機電設(shè)備也日益升級，朝著自動化邁進(jìn)，以無人機艙以及遠(yuǎn)程控制為代表的相關(guān)技術(shù)不斷呈現(xiàn)上升趨勢。但因能源緊缺問題的存在，在船舶輔機電氣設(shè)備當(dāng)中，節(jié)能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，同時也引起了航運領(lǐng)域以及制造業(yè)有關(guān)人員的關(guān)注。對船舶而言，使用節(jié)能型的電氣設(shè)備，能夠讓其更高效地運行，提高能源利用率并減少污染物的排放，海洋環(huán)境與大氣環(huán)境均能夠得到極大的改善，節(jié)能綠色逐漸成為船舶行業(yè)的核心。