新型船用軸帶發(fā)電機(jī)的應(yīng)用

王敬東

摘要：隨著調(diào)頻技術(shù)的成熟，主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)凸顯，有利于節(jié)能減排、設(shè)備管理。目前，此項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有被廣大管理者接受，沒(méi)有在船上得到普遍使用，在此以自身的實(shí)踐，介紹其在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢(shì)，以期推廣。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排;維護(hù)簡(jiǎn)單;降低成本;減少配備

1軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

節(jié)能減排技術(shù)日新月異，船舶所有人不斷嘗試各種節(jié)能減排、降本增效的措施，其中新型船舶主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)是熱門選項(xiàng)。新型主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)能減排，充分利用船舶主機(jī)的冗余功率;2.維護(hù)方便，大幅度減少船舶發(fā)電柴油機(jī)的使用時(shí)間;3.可以減少發(fā)電柴油機(jī)的配備，節(jié)約了空間，大幅度減少發(fā)電柴油機(jī)的保養(yǎng)力度和保養(yǎng)所需備件物料。該設(shè)備初次投資費(fèi)用較高，但是成本很快就能收回。

筆者曾有幸跟過(guò)阿拉伯航運(yùn)1艘2012年韓國(guó)造13500TEU集裝箱船，主機(jī)是MAN-B&W 12K98ME，該型船舶加裝了主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)，由于安裝的是老款軸帶，正常使用需從67rpm開始（據(jù)權(quán)威資料，現(xiàn)代最新款軸帶可以從50rpm開始覆蓋幾乎可以正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速）。另外，該輪還使用了高效鍋爐和燃?xì)馔钙揭黄鸬慕M合發(fā)電機(jī)，以適應(yīng)主機(jī)高速運(yùn)行的工況。該輪還安裝了柴油發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)高效廢氣鍋爐，保證了停泊狀態(tài)主機(jī)和油柜的保溫，確保了HFO的使用，減少了燃油輔鍋爐使用時(shí)間和燃油消耗，充分顯示了節(jié)能減排的效果。

在人們的印象中，傳統(tǒng)的軸帶發(fā)電機(jī)需要一個(gè)clutch嚙合系統(tǒng)，而且主機(jī)轉(zhuǎn)速是恒定的，隨著調(diào)頻技術(shù)的提高，這些已經(jīng)成為歷史?，F(xiàn)代的軸帶發(fā)電機(jī)是做在主機(jī)中間軸上的，不需要占用過(guò)大的空間。金陵船廠為ABB公司提供了首套“低速抱軸式”軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)，包括軸帶發(fā)電機(jī)、動(dòng)力輸出（PTO凌頻器（ACS880）、變壓器及遠(yuǎn)程診斷（RDS）系統(tǒng)，見圖1。其他如瓦錫蘭公司等也為一些船舶安裝了“抱軸式”軸帶發(fā)電機(jī)，見圖2。

與傳統(tǒng)的定速軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相比，抱軸式PTO系統(tǒng)不需要齒輪箱，減小了機(jī)械損耗的同時(shí)避免了傳統(tǒng)方式下齒輪箱帶來(lái)的維護(hù)成本。PTO系統(tǒng)通過(guò)變頻器將電能輸出至配電系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在主機(jī)變速運(yùn)行時(shí)，仍能向主電網(wǎng)輸送符合電壓和頻率要求的電源，并能和柴油發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定并聯(lián)運(yùn)行。這使得主機(jī)可以根據(jù)航行l(wèi)青況優(yōu)化主機(jī)轉(zhuǎn)速，降低了CO2的排放量，以優(yōu)化船舶在每條航線的運(yùn)行。當(dāng)主機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速（例如約60%的額定轉(zhuǎn)速），可以實(shí)現(xiàn)軸帶發(fā)電機(jī)單獨(dú)穩(wěn)定供電運(yùn)行。

2軸帶發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

2.1節(jié)能減排

使用軸帶發(fā)電機(jī)可以降低船舶CQ排放，船舶在選用主機(jī)時(shí)，要考慮功率儲(chǔ)備。該儲(chǔ)備通常達(dá)到額定功率的10%-15%。船舶主柴油機(jī)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，而在低于75%-85%額定功率的低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性將下降，特別是現(xiàn)代大型集裝箱船舶，實(shí)行經(jīng)濟(jì)航速，如果利用軸帶發(fā)電機(jī)，可以使主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在相對(duì)較高負(fù)荷下運(yùn)行，從而使得主機(jī)具有更加良好的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于普通貨船，其電站功率通常為主機(jī)額定功率的5%左右，軸帶發(fā)電機(jī)完全能滿足船舶正常航行的電力需求。主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)因其良好的經(jīng)濟(jì)性而得到廣泛應(yīng)用。眾所周知，低速機(jī)的效率往往高于中速機(jī)，現(xiàn)代船用主機(jī)大多使用低速機(jī)，特別是使用了智能柴油機(jī)，大大降低了油耗，使得每千瓦時(shí)耗油率低到170g左右（實(shí)船使用可能會(huì)略大一點(diǎn)），而現(xiàn)在使用的發(fā)電柴油機(jī)大多采用中速機(jī)，實(shí)際油耗通常不小于210g/kW.h時(shí)，實(shí)際每千瓦時(shí)油耗差值約為30-40g?，F(xiàn)代主機(jī)冗余功率很大，若使用軸帶發(fā)電機(jī)將提高主機(jī)效率，據(jù)權(quán)威估算使用軸帶發(fā)電機(jī)一般情況下，可以在2-4年內(nèi)收回投資成本（不包括節(jié)省配備一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的成本），這一點(diǎn)在主機(jī)使用率高的集裝箱班輪上尤其突出?，F(xiàn)代大型萬(wàn)箱以上集裝箱的拖動(dòng)用電通常都在2 000kW以上，每天大概需要耗油量10t左右，如果使用主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)，那么可以減少消耗接近20%，那么每天少用約接近2t燃油。權(quán)威資料顯示，現(xiàn)代船舶使用軸帶發(fā)電機(jī)通常是主機(jī)轉(zhuǎn)速的60%-110%之間，也就是說(shuō)大部分情況下可以考慮，最低穩(wěn)定使用軸帶發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的主機(jī)負(fù)荷約為21.6%，這個(gè)轉(zhuǎn)速非常接近我們的最低經(jīng)濟(jì)航速，在這種負(fù)荷下主機(jī)冗余功率更大，更便于使用軸帶發(fā)電機(jī)。例如：12S90ME主機(jī)額定轉(zhuǎn)速84.1rpm，可以使用軸帶的轉(zhuǎn)速為50.46rpm，因?yàn)樾碌恼{(diào)頻調(diào)壓技術(shù)被使用，超過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)速均可使用軸帶發(fā)電機(jī)。

2.2降低發(fā)電原動(dòng)機(jī)備件物料和維護(hù)保養(yǎng)成本

使用軸帶發(fā)電機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單，與使用柴油發(fā)電機(jī)相比大幅度減少了柴油發(fā)電原動(dòng)機(jī)的使用時(shí)間，減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，大大降低了發(fā)電原動(dòng)機(jī)的備件和物料成本，降低了保養(yǎng)人工成本?，F(xiàn)代大型集裝箱未使用軸帶的船舶，通常配4臺(tái)發(fā)電機(jī)，使用軸帶發(fā)電機(jī)的船舶，可以選配3臺(tái)主柴油發(fā)電機(jī)，一般集裝箱船每月平均一般在500-600h，除去機(jī)動(dòng)航行和惡劣海況每月可以使用軸帶發(fā)電機(jī)至少400h以上，也就是說(shuō)，主發(fā)電機(jī)可以每月只使用不到一半的時(shí)間。這項(xiàng)綜合效益還是比較可觀的。

2.3改善了工作環(huán)境和條件，裝有軸電發(fā)機(jī)的船舶能配備較小容量的發(fā)電機(jī)，有利于擴(kuò)大機(jī)艙的空間、降低機(jī)艙溫度并減少了機(jī)艙的噪聲。

2.4軸帶發(fā)電機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)成本較低，由于輔助柴油發(fā)電機(jī)組總工作時(shí)間縮短，使用軸帶發(fā)電機(jī)時(shí)，往往會(huì)減少1臺(tái)輔機(jī)，對(duì)船舶得初投資會(huì)有一定的減輕。

綜上所述，使用低速機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)大大的降低了船舶燃油的成本，大大降低主柴油發(fā)電機(jī)的備件物料和管理成本，利大于弊。目前，國(guó)內(nèi)船舶公司使用軸帶技術(shù)的船舶還不是很多，但我相信，新生事物會(huì)逐漸被人們接受和使用，這項(xiàng)技術(shù)就像主機(jī)氣缸油電子注油和主機(jī)電噴技術(shù)一樣會(huì)逐步進(jìn)入船舶使用的主流，其實(shí)我們生活中的汽車（除了純電動(dòng)汽車）基本已經(jīng)普及了軸帶發(fā)電技術(shù)，相信不久的將來(lái)，船舶主機(jī)軸帶發(fā)電機(jī)將被更多的船舶所有人所接受和利用。