摘要：船舶电力推进技术在目前国际造船业中有非常广阔的发展空间。因此，本文简要地叙述了船舶使用电力推进的进程，接着介绍了电力推进在船舶上的应用，最后研究了船舶电力推进系统设计的相关内容。
关键词：船舶；推进装置；电力推进；系统设计
自上世纪末以来，伴随着电机、供电系统及电子科学技术等的不断发展，越来越多的船舶都使用了电力推进技术。相较于旧的船舶机械推进技术，电力推进具有明显的优势，比如排放低、噪声低及自动化操作水平高等。在现今政府倡导的“环保”、“绿色”、“零排放”的影响下，在船舶制造上，电力推进将会被越来越广泛的应用。为此，下文对电力推进在船舶上应用的相关方面进行了研究。
1 船舶上使用电力推进的相关进展资料
1860年，电力推进首次应用在船舶上。第一艘采用了电力推进技术的潜水艇建造完成。20世纪初，电力推进在潜水艇中得到了广泛的应用。在上个世纪，涌现出了各式各样的电力推进系统，极大地促进了船舶的快速发展。目前的船舶已经开始使用全方位的电力推进方式，其中较为先进的是全方位的吊舱式电力推进形式。
2 分析电力推进在船舶上的应用
相较于常规机械推进，电力推进具有经济性好、操纵性好、安全性好、节省空间、噪音低及船舶控制环境污染方便等优点。而现如今，电力推进系统一般用于具有特殊作业要求或采用多种运行模式的船舶上。
2.1渡轮和邮轮
客轮一般需要具有较高的舒适性，其噪声和振动等都不能过大，基于此，客轮采用了电力推进。而可用性及可靠性在乘客和客轮的安全方面发挥着巨大的作用。（吊舱式）电力推进可使客轮的机动性得以显著提高，同时燃料费用也可降低，而推进效率也能提升10%左右。当然客轮使用电力推进也与人们提倡的低碳理念相符。
2.2钻井装置、采油船及油轮
目前，石油钻探和开采逐渐向深海区域进军，船舶类钻井装置及采油船使用了辅助定位或动力定位等锚泊技术。而动力定位操纵常常是用于船舶行驶的，其包括全部或部分推进装置。对于这类船舶，一个电站就已足够，供电力推进、定位及生活用电等。
人们通过穿梭油轮将石油从海上运输到岸上。穿梭油轮一般都具有控位功能，以方便装卸油。同时这些穿梭油轮也都采用了电力推进系统，帮助其进行海上运输。
2.3 海上施工船和支援船
多操作模式的船舶常常采用柴油电力推进，因其可使船舶的耗油量显著减少，同时能降低废物排放量。有关资料显示，相较于机械推进，柴油电力推进的使用可省油30%至40%。潜水支援船等的操作模式主要采取的是动力定位，对电力推进系统的使用开始的较早。
2.4挖泥船和施工船
以挖泥船、施工船和风车安装船为代表的浅水作业船舶中，电力推进系统和控位系统也得到应用。在对船舶机动性和燃油效率要求比较高以及需要经常改变工作地点的应用场合，十分适宜采用电力推进系统。
2.5休闲艇和快艇
休闲艇和快艇类的船舶，对环境友好性及舒适性的要求较高，而电力推进系统具有振动低、效率高、噪声低的优势，现已在这类船舶中广泛应用。
2.6 冰区航行船和破冰船
冰区航行船和破冰船随时可能改变其推进负荷，所以它们的推进系统的动力性能必须优异，防止意外发生。自20纪80年代起至今，电力推进系统在冰区航行船和新建破冰船中得到了越来越广泛的应用。
2.7用于军事的舰艇
潜艇也使用了电力推进系统。军用舰艇对冗余性及可用性的要求更严，与商用船舶会不相同。除此以外，军用舰艇上采用的电力推进装置，其低噪声特点及抗冲击性能必须优异。
2.8 用于科学考察的船舶
海洋、地质及渔业等类型的考察船都要求严格控制水下噪声，其噪声应比其它船舶的低。这类船舶通过直流电机推进系统的使用及进行过滤和消减振、波动等来实现水下噪声的降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2.9其他类型的船舶
一直以来，其他类新船种对电力推进系统的使用人们都在积极主动地探索和评估。电力推进系统的使用会造成投资成本的增加，至今还没有应用在某些主要船种中。但是，船舶设计及操作方面的微小改进，便都可能使电力推进技术的应用范围扩大，因此其前景可观。
3 研究电力推进系统的设计
3.1 对电力推进装置配置的装置
决定推进功率的因素很多，常常结合船体的基本特征和各类航速等进行综合考虑，进而确定电力推进器的配置功率及数量。电力推进装置主要包括以下三种形式：Z型全方位推进、有轴系推进、吊舱式推进。装置形式的选用还要综合考虑船体结构、线型及安装位置等。
3.2 选择合适的电力推进方式
电力推进方式的选择主要根据船舶类型来进行的。进行选择时常常关心价格、功率、损耗功率及推进效率等指标。
3.3 对电站、电制及功率的管理方法
一般采用综合电站是电力推进船，它是公用电站，且包含全船的用电设备。船舶的最大负荷需求决定了电站容量。在做容量估算时主要应考虑大功率电子电力器件，如变频器、变压器等。
而电力推进船一般都采用比较大的电站容量，当电站容量升至系统短路电流值时，低压保护电器无法对其进行分辨，这时的电力推进系统便应改用中压电制，但是其他的配电系统仍可继续使用低压电制。以上这种形式广泛应用于电力推进船舶中。
在管理电力推进船的电站功率的过程中，船舶的常规自动电站功能除外，还附加了“限制推进功率”这项功能，也就是说一旦电站过载，推进电机便会降低输出功率，实现在控制发电机不过载的同时，又使船上的设备能照常运行使用。
3.4 控制谐波
大功率的电子元器件都运用在大部分电力推进系统，这些元件都具有非线性特性，常常产生谐波污染电站。电流波形和正弦电压畸变后会发出谐波，谐波常常会造成如下破坏：使功率耗散增大、电力设备的绝缘材料加速老化；使电子设备的负荷电流增大，导致电子设备功能失常且过热严重；使电磁干扰产生，进而使监测和保护装置的正常使用功能受到影响等。因此，出台了相关规范对谐波畸变提出了具体的要求和规定。
分析、计算和评估所有工况下的谐波畸变是设计系统前的必要步骤，并配合适当的措施，如采用高配置等，来控制电压畸变，以便确保设备不会发生功能故障等。如果有必要的话，可使用纯净电源对某些无线电设备进行供电等。
3.5 操纵电力推进系统和系统接口的使用
电力推进系统的操纵与一般机动船的操纵一致。全回转的推进器还具有控制推进方向的功能。电站容量会在操纵位置显示，有助于船员操纵电力推进系统。
在电力推进船舶的电力推进系统中，一般会有控制信号接口，方便对监测报警、动力定位及自动舵等系统的操纵。比如：监测报警系统会收到所有电力推进系统中的设备运行状态和报警信号信息，实现实时监测报警。
3.6 有关的其他注意事项
在相关标准或规范中，对于电力推进系统装置，要求至少执行器和调速器能保持一致，如果有必要的话，可以仿真分析全船电力系统等等都应给与重视。
4 结语
船舶电力推进系统具有低排放、低噪音等优势，在旅游风景区、湖泊、内河等水域中比较适合使用该类船舶。在现今大力倡导对绿色环保能源，进行开发使用的影响下，电力推进系统能够实现不降低船舶性能的同时提高环保效益，而且乘客的舒适性也能得以提升。随着相关电力推进电池技术、设备的持续发展，电力推进系统将更加广泛应用在船舶上。
参考文献：
[1]孙德胜.嵌入式系统在船舶电力推进集中控制的应用研究[D].哈尔滨工程大学，2005.
[2]张轶，陶勇.基于EDSA的船舶电力推进系统仿真研究[C]// 中国科学技术协会年会.2007.
[3]李霞林.船舶电力推进系统设计及选型软件开发[D].武汉理工大学，2013.
[4]王用鑫，彭华.ARM嵌入式仿真系统设计及在船舶电力推进中的应用[J].舰船科学技术，2016（8）：22-24.
论文作者:林旭岚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/26
标签：电力论文; 船舶论文; 系统论文; 电站论文; 装置论文; 谐波论文; 客轮论文; 《基层建设》2018年第29期论文;