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船舶新能源动力系统现状与发展趋势

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：房智超

[导读] 现代科学技术的进步与船舶技术的发展有关，船舶技术的性能越来越重要，因为船舶动力系统是关键要素。

江南造船（集团）有限责任公司房智超

摘要：现代科学技术的进步与船舶技术的发展有关，船舶技术的性能越来越重要，因为船舶动力系统是关键要素。船舶系统为船舶提供动力，以确保船舶运行期间的稳定性，并为整个船舶建立安全行驶环境。阐述了柴油机、燃气轮机和动力系统在船舶动力系统中的状态，分析了改进现有动力系统的方法，并研究了新动力系统的未来方向。
关键词：船舶动力系统；现状；发展趋势
        随着航运业的发展，现代船舶变得越来越快、越来越大、自动化。提高动力系统的可靠性和经济性一直是航运业关注的优先事项。船舶性能是整个船舶的重要组成部分。质量不仅取决于航运，而且取决于船舶的稳定性、可靠性和经济性。
        经济水平与性别密切相关。因此，深入研究船舶动力系统的状况和趋势具有很高的价值和价值。
        一、推广应用船舶新能源动力系统的意义
        95%以上的船舶动力是柴油机动力，船舶能效和环保方面的主要缺陷是:(1)柴油或来自不可再生能源的重油。鉴于石油储备耗尽，我们必须寻找替代能源，最好是可再生能源。(2)尽管航运业严格控制柴油发动机的排放，污染大气的程度低于许多旧发动机，特别是内河船舶柴油机，以及由于维修保养费用等因素造成的空气污染。（3）特别是对于许多小型内陆船舶来说，由于体积小和缺乏集控室，较长时间地振动、噪音情况可能会对轮机人员造成严重损害。
        二、船舶动力系统的现状
        1.柴油动力系统。当柴油系统在船舶上运行时，由于其运行性能好、安全性高、功率范围大等优点，在现代造船中经常被用作主机。根据传动形式，柴油机功率系统可分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。实质上，由于二冲程柴油机转速不同，转速较低，系统可直接驱动螺旋桨。直驱动后由于周转速度低，可适用于大中型海运船舶；另一方面，与二冲程柴油机相比，四冲程柴油机主要适用于中小型船舶，因为其转速较高，其原理是通过变速箱减速驱动轴和螺旋桨，以获得良好的控制。由于开发和引进了专门技术，我国的柴油推进系统在为全世界船舶建造柴油推进系统方面具有很强的市场竞争力。
        2.燃气轮机动力系统。与柴油机相比，燃气轮机有很大的优势，主要体现在质量和体积上。因为燃气轮机具有极好的加速性能，所以受到许多高速客轮的青睐。但是，由于正常情况下燃料不足，燃气轮机消耗大量燃料，并使用清洁和昂贵的石油进行蒸馏，燃气轮机的供电系统逐渐出现缺陷。为此，大多数航空公司都很难使用燃气轮机。尽管燃气轮机的缺陷已经被暴露出来，但它也有优点燃气轮机本身具有重量轻、功率大的特点，结合柴油机的组合装置，能够克服功率低、油耗高的特点，形成完善的协调，实现燃气轮机热效率低排放。燃气轮机特别适合转发器的使用条件，广泛应用于各种领域。
        3.电力推动系统。目前，大多数船舶推进系统由高速柴油机或少数燃气轮机供电。然而，船舶的电力系统主要依靠电力。它更具成本效益、操作性更强、体积更小，从而节省了空间并产生了更少的污染气体。根据发动机布局，可分为舱型和舱型根据能源来源，电动推进系统可分为燃气轮机电动推进系统和柴油机电动推进系统。电力推进系统广泛应用于军舰、铁路和远洋船舶的各个领域，具有安全、作业能力、环境舒适性和经济便利性等优点。
        三、船舶新能源动力系统的应用现状及发展趋势
        1.船舶使用太阳能的现状和趋势。发展太阳能船舶，特别是大型太阳能船舶，需要研究、管理、改进以下关键技术:(1)平台研究太阳能船舶的形式是一般船舶技术的一部分，包括分析和示范船舶模型的应用研究。（2）研制高效太阳能光伏器件。

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太阳能的能源密度不高，太阳能光电器件的能量转换效率对太阳能船舶的发展非常重要。（3）容量大，输出功率大光靠提高光电装置的效率不足以保证大型船舶的全天候太阳导航，使用储能装置也是一项关键技术。（4）氢燃料电池是太阳能船舶最有希望的储能装置。（5）氢燃料电池是利用氢作为燃料、氧气作为氧气并通过化学反应产生电流的储能装置。
        2.民用核动力船舶的发展。由于其特点，整个系统的结构和设备不同于传统船舶。因此，在船舶设计、造船、适航以及船舶开发和部署的各个阶段都需要较高的技术要求。它通常不适合使用民用船只。
        3.再生生物质能方面的现状和趋势。当前，生物柴油主要是生产柴油机生物质能，其热量比柴油低10%左右，但密度比柴油高。燃烧后的氧效应比柴油燃烧速率高。关于生物柴油在发动机中应用的大多数研究都是基于不容忽视的原则。
        柴油机动态燃烧排放性能的研究需要生物柴油的混合物。但一方面混合生物柴油的比例有限，所以很难开发大型柴油机的应用。
        4.LNG供动力应系统。天然气和二氧化碳排放量仅占石油的71.34%，氮氧化物排放量比石油低80%，硫氧化物排放量比石油低100%微粒排放比石油低92%。选择天然气作为船舶动力可以大大提高船舶的环境性能。除了环境效益之外，燃气发动机也比柴油发动机便宜。此外，天然气发动机的平均寿命为70万小时，大大高于船舶。换句话说，天然气发动机的复盖率很高。
        5.燃料电池动力系统。将燃料电池动力系统应用于船上能源系统的核心是在燃料电池动力系统的基础上为船舶的推进提供主动或辅助支持。燃料电池是一种将电力中的化学物质转化为电化学反应的装置。燃料电池具有能源转换率高和不间断供电的优点，并且广泛用于海运系统，甚至用于船舶供油系统的模块。在现有技术条件的支持下，燃料电池技术已进入运作阶段。它具有一系列特性和优点，例如能效、无污染和噪音，广泛用于中小型观测船、军用通信船、LNG船、科学检验船和其他电力系统。然而，随着执行经验的积累，燃料电池越来越受欢迎
        燃料电池成本高、燃料供应困难和技术不成熟等问题正在出现，在某种程度上限制了燃料电池发电系统的推广。
        6.混合系统。混合系统是指使用两种或两种以上的能源或储能装置来支持船舶推进的系统。目前，在技术条件的支持下，我们对混合动力船舶技术的研究尚未完成，但仍然存在挑战空间和潜力巨大。可分为几种:一是柴油机混合热推进系统。在现有技术条件下，柴油机热效率的最佳维护范围为45.0~50.0%。在这种情况下，柴油机排放的冷水热量较少，废气中的热量空间大于废气中的热量空间。
        第二，太阳能混合系统。在现有技术条件的支持下，太阳能和柴油主要用于太阳能电力混合系统，用于使用发电技术的船舶的运行和推进。实际上，可以计算船体的使用功率，并对船舶进行调整，即使是根据实际情况进行调整，以实现合理的节能和减少排放的目标；三是基于超级电容器混合推进系统。基于超级电容器混合动力的船舶动力系统通常指混合动力、充电系统、驱动操作系统等。，并且系统中的超级电容器充电速度比电池快。他能在短时间内做很多工作更重要的是，它可以免受污染，特别是为了可持续发展。噪音相对较低，可以大大提高船上工作人员的舒适度。
        鉴于上述情况，本文分析了船舶动力系统的现状和发展趋势。船舶工业的发展越来越重视船舶推进系统的卓越性特点。新技术的出现促进了造船的发展和船舶电力系统的巨大潜力的发展。因此，船舶动力系统的研究与发展在船舶发展领域越来越重要。
参考文献：
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［２］杜华．船舶动力系统的发展趋势研究［Ｊ］．现代制造技术与装备，2019（09）：74-75．
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