船舶电力推进系统的应用
小型内河船舶电力推进技术的应用及发展
第33卷第6期2016年12月江苏船舶JIANGSU SHIPVol.33 No.6Dec.2016小型内河船舶电力推进技术的应用及发展付如愿\郑晖\高海波2(1.南车株洲电力机车研究所有限公司，湖南株洲412001 ;2.武汉理工大学，湖北武汉430063)摘要:分析了内河航运的特点和电力推进技术适用于内河船舶的原因，介绍了电力推进应用于小型内河船舶 上需要解决的关键技术和成功应用案例,并对其国产化现状做出分析，指出LNG发动机匹配电力推进方式和纯 电动船会是未来小型内河船舶的发展方向。
关键词：内河运输;电力推进船;液化天然气中图分类号:U664. 14 文献标志码:A〇引言内河航运拥有以下特点:航道深浅不一且宽窄 各异，时常伴有浅滩和弯道;航道通行能力随季节变 化，丰水期和枯水期迥异;繁忙航段需要过往船只相 互避让;不同的航段水流速度差异很大;顺水和逆水 航行时动力装置的功率需求不同;离靠码头频繁，工 况多变。
基于以上特点，内河船舶应该满足以下要 求:灵便的转弯性能;较小的转弯半径;平滑的变速 能力;逆水航行时应有充裕的冲滩动力;顺水航行时 能稳定地输出动力，保持船速平稳[1]。
要满足以上 复杂的航运环境及多种功能要求，同时又要求原动 机始终有较高的运行效率，节约燃料，降低排放，电力推进无疑是目前最佳的成熟推进方式。
国内的内河小型机动船舶，多数船长为5 ~ 20 m，总装机容量一般在2 000 kW以下，推进功率 一般在1 500 kW以下，95%以上采用柴油机匹配齿 轮箱驱动螺旋桨的推进方式[2]。
因而，内河小型船 舶电力推进系统的推广应用，方兴未艾。
电力推进一般采用柴油机驱动发电机，恒速运 行，工况平稳，燃烧充分，废气排放少，变频电动机驱 动螺旋桨调速方便，赋予船舶良好的操纵性。
电力 推进船舶是目前获得航运界认可的新型绿色船舶。
为了更好地推广电力推进系统，本文介绍了小 型内河船舶电力推进系统关键技术，分析了该推进收稿日期:2016-06-07基金项目：国家自然科学基金项目（51579200)作者简介:付如愿（1983—），男，工程师，从事船舶电力推进系统变频产品的开发应用研究工作;郑晖（1985—），男，工程师，从事船舶电力推进系统变频产品的开发应用研究工作;高海波（1975—），男，博士，副教授,从事船舶电力推进系统仿真研究。
船舶电力推进系统
船舶电力推进系统船舶电力推进系统是现代船舶设计中的重要部分，它的作用是为船舶提供高效、可靠的动力，以满足船舶的各种需求。
本文将详细介绍船舶电力推进系统的构成、特点、应用场景及其发展趋势。
一、系统构成船舶电力推进系统主要由发电机、变压器、配电板、变频器、推进器等组成。
其中，发电机负责将机械能转化为电能，变压器则将发电机输出的电压和电流进行调节，配电板负责对电能进行分配和控制，变频器则将电源频率转换为推进器所需的频率，推进器则最终将电能转化为机械能，推动船舶前行。
二、系统特点船舶电力推进系统具有以下优点：1、能量利用率高：电力推进系统中的电动机能量转换效率高达90%以上，相比传统燃油发动机，能量利用率更高。
2、航行平稳：由于电力推进系统可以通过调节电动机的转速和转向来控制推进器，因此可以实现船舶的平稳航行，减少震动和噪音。
3、维护方便：电力推进系统的机械部件相对较少，因此维护相对简单，寿命也更长。
4、环保：由于电力推进系统使用的燃料是电力，因此不会产生废气和噪音，对环境更加友好。
三、应用场景电力推进系统在船舶中的应用非常广泛，尤其是在大型船舶、高速船和军舰中，电力推进系统的优势更加明显。
例如，在大型油轮中，电力推进系统可以更好地满足油轮的平稳航行和货物运输需求；在高速船中，电力推进系统可以实现更高的航速和更好的舒适性；在军舰中，电力推进系统可以提高舰船的隐蔽性和作战能力。
四、发展趋势随着科技的不断进步，船舶电力推进系统也在不断发展。
未来，电力推进系统将更加智能化、高效化和环保化。
具体来说，以下是一些发展趋势：1、智能控制：未来的电力推进系统将更加智能化，可以通过传感器和人工智能技术实现自动化控制和优化，提高系统的效率和可靠性。
2、高效能源：未来的电力推进系统将更加注重能源的高效利用，例如采用更高效的发电机和电动机，以及更先进的能量储存技术，以提高系统的能量利用率。
3、环保技术：未来的电力推进系统将更加注重环保，例如采用更环保的燃料电池或太阳能等可再生能源技术，以减少对环境的影响。
船舶电力系统了解船舶电力系统的最新技术和应用案例
船舶电力系统了解船舶电力系统的最新技术和应用案例船舶电力系统：了解船舶电力系统的最新技术和应用案例船舶电力系统是指船舶上用于供电和驱动船舶各项设备的电力系统。
随着技术的不断进步和航行需求的增加，船舶电力系统也在不断更新和创新。
本文将介绍船舶电力系统的最新技术和应用案例，以便更好地了解其发展趋势和未来应用的可能性。
一、船舶电力系统的概述船舶电力系统主要包括发电、配电和用电三个环节。
发电环节通过柴油发电机、涡轮发电机或气体轮机等产生电能，并传输到配电系统。
配电系统将电能分配给各个用电设备，如推进器、船舶测控系统、通信系统、照明设备等。
船舶电力系统的设计要求是稳定可靠、高效节能、安全可控。
二、船舶电力系统的最新技术1. 直流微网技术直流微网技术将可再生能源、能量存储系统和传统发电系统相结合，形成具有自治性和互连性的微网。
船舶作为一个封闭的环境，适合采用直流微网技术，可以提高能源的利用效率，减少二氧化碳排放。
2. 高效配电系统传统的船舶配电系统采用交流电供电方式，存在能量传输损失和线缆过重的问题。
高效配电系统利用电力电子器件，将电能转换为直流电，并通过高压直流输电，降低线损和线缆重量。
3. 智能电网技术智能电网技术可以实现对船舶电力系统的运行状态进行监测和控制，优化能源调度和运行管理。
通过传感器和数据通信技术，实现对船舶各个设备的远程监控和故障诊断。
三、船舶电力系统的应用案例1. 混合动力船舶混合动力船舶将传统船舶动力系统与可再生能源设备相结合，实现节能减排。
以液化天然气（LNG）为主要燃料的混合动力船舶在减少碳排放和空气污染方面具有显著效果。
2. 电动推进系统电动推进系统将电能转换为推进力，比传统的机械推进系统更高效节能。
一些船舶采用电动推进系统，如电动小艇、电动巡航船等，减少了噪音和环境污染。
3. 船舶智能化控制系统船舶智能化控制系统通过传感器和自动控制技术，实现对船舶各个设备的智能控制和优化管理。
电机驱动技术在船舶运动控制中的应用
电机驱动技术在船舶运动控制中的应用船舶作为一种重要的交通工具，其运动控制是确保航行安全和运输效率的关键。
随着科技的不断发展和进步，电机驱动技术在船舶运动控制中的应用越来越广泛。
本文将重点探讨电机驱动技术在船舶运动控制中的应用，包括电机驱动系统的基本原理、电机类型及其优势、应用案例等。
一、电机驱动系统的基本原理船舶运动控制的基本原理是利用电机驱动系统实现对船舶的动力输出和运动控制。
电机驱动系统由电机、电力电子变换器、控制器等组成。
电机作为核心部件，通过电力电子变换器将电能转换为机械能，再通过控制器对其进行精确控制，从而实现船舶的运动控制。
二、电机类型及其优势1. 直流电机：直流电机具有转速范围广、起动扭矩大、转速调节范围宽等优点，适用于低速高扭矩的工况。
船舶在停靠、靠泊等低速工况下，直流电机能够提供足够的扭矩以保证安全和稳定性。
2. 交流感应电机：交流感应电机具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优势，广泛应用于船舶的动力传动系统中。
其适用于中低速运行工况，可满足大多数船舶运动控制的需求。
3. 无刷直流电机：无刷直流电机具有高效率、高功率密度、寿命长等优点，被广泛应用于新能源船舶等领域。
其在船舶运动控制中能够提供高效、可靠的动力输出。
三、电机驱动技术在船舶运动控制中的应用案例1. 船舶推进系统：电机驱动技术广泛应用于船舶推进系统中，通过电机驱动船舶螺旋桨，实现对船舶前进、后退、转向等运动的控制。
这一技术应用使得航行更加精确、平稳，提高了船舶的操控性和运输效率。
2. 船舶平衡系统：电机驱动技术在船舶平衡系统中起到关键作用。
例如，通过对电机的精确控制，可以实现对船舶的倾斜、抗浪等运动的平衡控制，使船舶在恶劣海况下保持稳定，保护货物和乘客的安全。
3. 载重船舶卸货系统：电机驱动技术在载重船舶卸货系统中应用广泛。
通过电机驱动卸货机械臂、输送带等设备，实现对货物的自动卸载和运输，提高了卸货效率和操作安全性。
4. 船舶辅助设备控制：电机驱动技术还广泛应用于船舶辅助设备控制中，如发电机组、压缩机、泵等设备。
PMS能量管理系统及其在电力推进型船舶中的应用
PMS能量管理系统及其在电力推进型船舶中的应用随着我国船舶行业逐渐向现代化和大型化方向发展，电力推进系统被大力推广，传统的电站系统已经不能满足时代发展的需求。
PMS能量管理系统能够实现发电自动化、用电设备管理、系统检测报警等功能，提高了大型船舶电力系统的稳定性和安全性。
本文主要分析PMS能量管理系统在电力推进型船舶中的应用。
【关键词】PMS系统电力推进型船舶PMS系统是船舶自动化系统的重要组成部分，应用于大型船舶中能降低燃油消耗、防止失电，同时能够保护电力设备安全运行，提高船舶性能。
PMS系统应用于电力推进型船舶中必须要分析电力推进的优点和系统配置，并分析其控制层次结构、具体功能，从而最大限度的满足使用工况。
1 PMS系统概述PMS系统是一个集监测、控制、管理与保护为一体的综合性船舶管理系统。
该系统涉及的技术比较多，比如网络通信技术、信息处理技术、系统决策技术、传感技术以及计算机技术等。
其运行的目标是根据船舶的实际工况来确定功率应用。
PMS系统主要由5个部分构成，其系统功能框架见图1。
1.1 PMS控制原理电力推进型船舶自动化系统主要包含发电机控制系统、推进系统、配电板以及PMS功率管理系统，其中PMS系统一般利用配电板集中分配船舶的电能，可以直接控制发电机的转速，并调节电网的工作频率，合理分配船舶电站负荷，限制船舶大功率负荷，保障电站供电质量和安全。
1.2 PMS系统的重要器件选择1.2.1 电子调配器PMS系统对调速器性能要求比较高，因为船舶环境比较复杂，通常模拟量调节信号容易受到电磁信号的干扰，所以必须实施速度调控处理，PMS系统在利用数字量信号实施调控时要尽量选择性能较高的数字量调速器，提高电能调控的准确性。
1.2.2 控制系统PMS系统一般选择德国西门子SIMATICH冗余处理器400H系列CPU412H型号，实现数据的备份处理。
在系统运行的过程中对整数和浮点数的运算量要求比较大，所以在这之前必须对系统运算实施预估计算分析，412H处理器运算速度能够达到预期效果。
船舶直流组网电力推进技术发展优势报告
船舶直流组网电力推进技术发展优势报告随着船舶行业的发展，船舶电力推进技术也不断得到了改进和优化。
其中，船舶直流组网电力推进技术是当前较为先进的一种技术。
本文主要介绍船舶直流组网电力推进技术的发展优势。
一、提高船舶效率采用船舶直流组网电力推进技术可以有效提高船舶的效率。
相比于传统的交流电系统，直流电系统具有更高的电能转化效率和更低的能量损耗。
在船舶的电力供应和储存方面，直流电池和充电器具有更高的充电效率和更长的电池寿命，从而使得船舶运行更加高效。
二、提升船舶的可靠性在传统的交流电系统中，一旦发生短路或电路故障，整个电力系统就可能会瘫痪。
而直流电系统则可以更加灵活地应对这些故障，因为故障发生后只会影响到一个或几个电池单元，而不会影响到整个电力系统。
这种特性可以提高船舶的可靠性和安全性，从而降低船舶的维修成本和运营风险。
三、降低船舶的碳排放船舶是主要的碳排放来源之一。
采用船舶直流组网电力推进技术可以减少碳排放，因为直流电池和充电器所需的电源可以来自可再生能源，例如太阳能和风能。
此外，使用直流电推进系统可以减少能源的浪费，从而降低船舶的碳排放。
四、支持智能化船舶随着智能化技术的快速发展，越来越多的船舶需要智能化技术的支持。
船舶直流组网电力推进技术可以为智能化船舶提供更好的平台，因为它可以与各种智能化方案集成，如远程监控、自主导航、自动调节和自适应控制等。
这些功能帮助船舶更好地适应未来的智能化趋势，提高生产效率并减少人为干扰。
综上所述，船舶直流组网电力推进技术具有很多优势，在提高船舶效率、提升可靠性、降低碳排放、支持智能化船舶等方面都有显着表现。
这种技术的进步将使船舶更加清洁、高效和安全。
船舶直流组网电力推进技术的发展不仅在理论计算和实验室观测方面有所突破，在实际应用中也取得了不俗表现。
以下将选取相关数据进行分析。
一、直流电系统的效率比交流电系统高5-10%直流电系统具有更高的电能转化效率和更低的能量损耗，这也是船舶直流组网电力推进技术优势之一。
船舶电机与电力拖动系统
集成化
将电机与电力电子、控 制和监测系统集成在一 起，形成一体化的电力
拖动系统。
02 船舶电力拖动系统基础
船舶电力拖动系统的组成与原理
船舶电力拖动系统的组成
船舶电力拖动系统主要由电机、传动装置、控制系统和负载等部分组成。
船舶电力拖动系统的原理
船舶电力拖动系统通过电机产生动力，经过传动装置传递给负载，实现船舶的 推进和控制。
这些设备通常需要连续运行，因此船 舶电机需要具备高效率和长寿命等特 点，以确保辅助系统的稳定运行。
船舶电力拖动系统在船舶系统中的应用实例
船舶电力拖动系统在船舶系统中 广泛应用于各种场合，如货船的 起货机、客船的电梯和输送带等。
以货船的起货机为例，电力拖动 系统通过电动机的驱动，实现起 货机的升降和旋转运动，确保货
系统优化
通过优化设计，提高船舶电力拖动 系统的效率、可靠性和经济性。
控制系统设计
根据航行需求，设计合理的控制系 统，实现船舶的稳定、安全航行。
03 船舶电机与电力拖动系统 的应用
船舶电机在推进系统中的应用
船舶电机在推进系统中主要用于驱动船舶的主发动机，如柴油机、燃气轮机等。
船舶电机需要具备高功率、高效率、高可靠性以及良好的调速性能，以满足推进系 统的要求。
新型材料如碳纤维、钛合金等将在船舶电机和电力拖动系统中得到应用，以提高 设备的强度、轻量化和耐腐蚀性。
新工艺
随着3D打印等新工艺的发展，船舶电机和电力拖动系统的制造将更加灵活、高 效，降低生产成本。
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船舶电力推进系统
船舶电力推进系统Edited by 阳光的cxf 第一章1. 电力推进系统的优缺点P10优点：（1）机动性能好（2）机舱小，布置灵活可增加船舶的载货载客能力（3）推进效率高（4）节能，有利于环保（5）适合于特种船舶的应用P47优点：（1）通过减少燃料消耗和维护费用减少生命周期成本，尤其是在负载变化大的地方（2）增强了系统对单一故障的抵抗性，使优化原动机负载分配成为可能（3）中高速柴油机重量轻（4）占用空间少，甲板空间利用更加灵活（5）推进器位置布置更加灵活（6）更好的机动性（7）更小的推进噪声和震动缺点：（1）初始投资增加（2）原动机和推进器之间有额外的器件，增加了满负荷运行时的损耗（3）新型设备需要不同的操作，维护策略2. 不同推进方式船舶操纵性能对比项目机械推进常规电力推进POD推进回转直径120% 100% 75%零航速回转180 度所需时间118% 100% 41%全速回转180 度所需时间145% 100% 42%全速到停止所需时间280% 100% 42%零航速至全速所需时间210% 100% 90%第二章3. 电力推进系统类型（1）可控硅整流器+直流电动机。
应用：船舶推进所应用的直流推进电机的容量，在2～3MW 之间。
优点：1）启动电流和启动转矩接近零2）动态响应快缺点：1）转矩控制不精准2）换向器易发生故障3）谐波污染较大4）直流电动机结构复杂，成本高，体积大，维护困难，效率低（2）交流异步电动机+可调螺距螺旋桨模式。
应用：这种推进方式只适合于中、小功率船舶，或1000kW 以下的侧推装置，因为微软起动器目前还只有中、小功率的低压产品。
优点1）几乎没有谐波污染2）转矩稳定没有脉动3）设计点运行效率高缺点：1）启动电流大2）启动瞬间机械轴承受转矩大3）功率因数低4）功率及转矩动态响应慢5）反转慢，制动距离长6）变矩桨结构复杂，价格贵，可靠性差7）变距桨液压控制系统复杂（3）电流型变频器CSI (Current Source Inverter) + 交流同步电动机。
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地球表面的71%被水覆盖
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钻井平台
英国的海洋钻井平台
钻井平台
英国的海洋钻井平台
钻井平台
• 据统计，全球海洋石油蕴藏量约1000亿吨，其中已探明储 量的为380亿吨。 • 数年前，发现丰富的浅水区域的油气资源是可以开发利用， 通过固定的钻井平台和生产装置开采得到。在北海、墨西 哥湾以及巴西还有一些其他地方，新发现的油气资源都在 深水海域，不太容易开采。这些油气田需要较经济型的方 法来开采才能得到可以接受的经济效益和利润。
动机
• 废气(COX,NOX,SOX）排放方面的限制和惩罚导致了新建的海湾和海峡 渡轮纷纷采用电力推进系统。 • 对于经常穿梭横渡及停靠码头的渡轮来说，采用吊舱推进器可以获得良 好的机动性，极大降低油耗。
功率范围
• 推进功率根据船的大小而不同，从小渡轮的几个MW到大的班轮的3040MW。 • 生活负载也是整个装机容量中一个很大的部分，比如一个大的班轮典 型的生活负载达到10-15MW。
船舶电力推进系统
The Application of Marine Electric Propulsion System (MEPS) 第二讲 应用
第二讲要点
• 1、了解电力推进系统在游轮和渡轮中的应用； • 2、了解电力推进系统在油气探测和开采船舶中的应用； • 3、了解电力推进系统在现场支持船舶和海上作业船舶中 的应用； • 4、了解电力推进系统在挖泥船和海上工程建设船舶中的 应用； • 5、了解电力推进系统在游艇和娱乐船的应用； • 6、了解电力推进系统在破冰船和冰区航行船舶的应用； • 7、了解电力推进系统在军舰中的应用； • 8、了解电力推进系统在调查船中的应用； • 9、了解发展趋势和新的应用
动机
• 对环境的关注也在不断增加，减排和防污染的要求，减少船锚泊时对 珊瑚礁的损害等关注都在不断增加。因此，船舶必须能够独立通过 DP控制侧推器和主推进器实现定位，这也增加了游轮市场中对电力 推进和吊舱推进器的份额。
DP
• DP(Dynamic positioning):动力定位就是船舶或海上平台不借助于锚 泊系统的作用，而是利用自身装备的各类传感器测出船舶的运动状态与 位置变化，以及外界风力、波浪、海流等扰动力的大小与方向，利用计 算机进行复杂的实时计算，控制船舶主副推力装置产生适当的推力与力 矩，以抵消扰动力，使船舶尽可能保持目标船位与艏向。 • 有的动力定位系统，还可根据风力的变化，提前发出信号来抵消风力 的影响。
• 采用动力定位或侧推辅助定位的锚泊方式实现深水钻探及 漂浮作业开采是可能的。侧推器辅助的定位被应用于北海， 加拿大，及其他一些环境恶劣的地区。在巴西，西非及规 划中的墨西哥湾油田装置中，人们倾向于依赖动力定位来 实现深水钻探和漂浮作业开采。
钻井平台
钻井平台
Dynamic Positioning
“玛丽女王2号”
• “玛丽女王2号”的豪华程度也丝毫不逊色于“泰坦尼克”号。船上 有14个风格各异的酒吧和俱乐部，6个装饰精美、流光溢彩的豪华餐 厅，5个宽敞的游泳池，1个可以上演精彩大节目的戏院，1个藏书丰 富的图书馆，1个迪斯科舞厅，1个娱乐场，还有2000个浴室、3000 部电话、4500级台阶以及数百件美术作品。这样豪华巨大的邮轮，船 票自然也是高得惊人，据说最低也需要3000美元，最贵则高达6万美 元。 • 其电力推进系统由公司提供.
渡轮
渡轮
烟大渡轮
• 国际电力和自动化技术巨头ABB获得了国家铁道 建设重点项目烟台－大连铁路轮渡项目提供渡船 电力推进系统的合同，这意味着全国首次采用全 电力推进的滚轮船出现在烟大线上。
• 与粤海铁路轮渡采用的机械式推进系统不同，此 次烟大线渡船采用的是目前世界上先进的电力推 进系统。据ABB全球船舶业务经理芮尼克介绍， 该系统具有明显的经济性、良好的操控性和更好 的环保性。
动机 • 客船，游轮和渡轮对船上舒适性要求很高，不能 有大的振动和噪音。另外，考虑到乘客和船舶的 安全，推进装置的可靠性和可用性要求很严。因 此，电力推进很早就被评估满足以上要求并被投 入应用。 • 今天，游轮采用电力推进的案例名单有一大长串 并在不断增加。因为电力推进在机动性和油耗方 面有明显改善，推进效率可增加10%，新建船舶 中很大一部分比例的船舶指定要采用电力推进系 统，比例还在不断增加。
烟大渡轮
• 该轮渡可承运480名旅客、50节火车车厢、50辆卡车和25 辆汽车。 • 两艘渡船分别在2006年6月和12月，由天津新港船厂建成 并交付中铁渤海铁路轮渡有限责任公司。
• ABB于2002年在中国开展船舶业务，烟大线轮渡项目是其 在中国的最大一笔船舶订单。芮尼克认为，2015年中国有 望成为全球最大造船国，中国市场的潜力无限，ABB对此 十分看好。
海洋油气资源 • 目前，我国的进口石油依赖程度达40%，须知，石 油安全关系到一个国家的经济安全。因此，降低进 口石油依赖度是十分重要的任务。 • 我国陆上含油气盆地中主力油田大部分已有30多 年的开采历史，多数油田原油采出程度高达70%， 进一步扩大产量的空间十分有限。 • 相对来说，海洋油气资源还是一块尚未开垦的处女 地，在海域油气勘探上有新突破，是破解我国石油 困局的一剂良方。
钻井平台
“希望1号”海洋钻井平台借助拖船的牵引通过长江江苏段水域
春晓油田
春晓油田
日本巡逻机闯入中国春晓油气田上空监视
中国海军舰艇在东海中方春晓气田附近巡逻
春晓油田
• 日本《每日新闻》2010年2月21日报道称，围绕着日中两国之间成为 悬案的东海油气田问题，日本政府决定采取新的对应方针，不惜使出 将中国诉诸国际海事法院等法律手段。
游轮
“玛丽女王2号” 停靠上海外高桥码 头
• “玛丽女王2号” 是世界上最大、最长、 最昂贵的豪华邮轮之一，由全球最大 的邮轮经营集团美国嘉年华公司订购， 历时两年建造而成，总共耗资约10亿 美元。该邮轮长345米、宽41米，吃水 线以上高度为72米，吨位为15万吨， 时速30海里。 • 这条船上的发电量足可供应有30万居 民的城市。