舟山中远海运重工有限公司 浙江省舟山市 316131
摘要：伴随船舶行业的运行及发展，通过电气设备的运用，可以提高船舶产业运行的价值性。船舶电网以及陆地电网存在着一定的差异性，船舶电气设备的耗能相对较大，而且，在船舶运行中需要携带有效能源，若不能实现节能化的技术运用，会为船舶电力设备的运行造成影响，降低电力系统运行的安全性、稳定性。因此，在现阶段船舶行业运行中，需要按照节能理念进行电气设备使用方案的利用，通过节能管理工作的构建，进行电气设备的节能化的设备构建，以便有效提高船舶系统运行的稳定性。
关键词：节能理念；船舶；电气设备
1船舶电气设备节能技术的必要性
船舶电气设备的使用效率直接关系着节能技术的效果，由于船舶在行驶过程中部分电气设备持续运行，船舶固有能源处于不断消耗状态，故可以运用提升该类电气设备的使用效率的手段，逐渐实现电气设备节能环保的效果。针对不同的船舶电气设备，需要选择适宜的节能技术，才能实现各种电气设备节能的最佳效果。由于外界环境的变化对于船舶电气设备的运行影响较大，随着环境的变化往往会改变船舶电气设备的负载电压，增加船舶电气设备的能耗。同时，当环境变化引发船舶电气设备实际功率超过标准功率时，会导致电气设备运用电流增加，使得电气设备使用的独立电网发生损坏。另外，船舶电气设备受环境影响引发的高能耗，违背了节能环保的时代主题，严重影响着船舶业持续健康发展。因此，熟悉船舶电气设备节能技术的运行条件，并研究出船舶电气设备节能技术的具体应用方案迫在眉睫。
2船舶电气设备技术节能理念遵循原则
（1）功能性原则。在船舶电气设备运行中，应该按照节能设备运行原则，进行电力设备的功能性分析，通过功能性节能设计理念的运用，进行船舶电气照明、通风以及设备控制方案的完善，有效提高船舶电气运行的安全性。
（2）经济性原则。船舶电气设备作为工程项目的重点，应该积极构建节能性的设计原则，逐渐增加工程项目设计内容，通过科学选材、设备材料科学运用等，进行投资项目的完善，以便提高设备运行的安全性，为传播行业的发展提供参考。
（3）技术性原则。船舶电气设备使用中，应该按照节能理念构建先进技术方案，通过技术运用，充分发挥工程项目的设计价值，实现船舶电气设备使用有效性。
（4）节能性原则。通过对节能理念的分析，在船舶电力设备使用的过程中，应该遵循节能性的设备使用理念，通过节能措施的构建，避免无谓资源的损耗，节能管理部门应该考虑到设备利用的价值，例如，根据电气设备能量消耗状况，进行新能源的开发，将电气损耗降到最低状态。
3船舶电气设备节能技术的运行条件
3.1额定技术条件
额定技术条件，即确保船舶电气设备在规定条件下保持正常运行的额定功率、额定电压、额定频率与额定电流等。部分额定技术条件只能依靠外部环境得以实现，如电网提供用电设备的额定电压，一旦偏离额定电压作业，电气设备便无法正常工作运转，无法保证安全用电。部分额定技术条件属于设备本身固有的条件，如在规定温度条件下，用电设备允许通过的最大电流量即为额定电流。为了确保船舶电气设备的节能效果，在管理电气设备运行中，需要保证船舶电气设备在额定技术条件下运转，才能保证节能技术发挥应用效果。
3.2科学的工作制度
船舶电气设备的工作制，即船舶电气设备工作运转实践的连续性，其主要是由电气设备的工作温升决定。对于船舶电气设备工作制度，需要全面结合船舶电气设备的特点，以及综合考虑船舶电气设备的外在影响因素，制定出科学全面的工作制度，以确保船舶电气设备发挥实效性。船舶电气设备主要有长期连续工作制度、短时工作制度、反复短时工作制度三种。（1）长期连续工作制度，即电气设备处于长期持续运转状态，该工作制适宜负载较为稳定的电气设备。（2）短时工作制度，即电气设备运转工作时间相对较短，设备停歇时间极长，该工作制度适宜需求停歇时间远高于工作时间的电气设备。（3）反复短时工作制度，即停歇与工作运行时间呈现周期循环现象，电气设备实际温升低于额定温升，该工作制度适宜长期停歇与短期运行呈现周期循环的电气设备。当然，不同工作制度下的电气设备，由于其温升效果的不同，存在着结构差异。因此，船舶电气设备需要选择适宜的工作制度，才能有利于节能技术的有效应用，以最大程度发挥电气设备节能技术的使用效果。
4船舶电气设备的节能方案
4.1电动机节能技术
电动机是辅机运转的动力源，也是船舶电网主要的直接用电负荷，因此，电动机效率是节能与否的直接因素。另外，多数船舶辅机，如冷却水泵、主轴滑油泵、通风机、空调压缩机等，在整个航行期间均处于连续运行状态，连续运转的电动机，其效率的改善对降低电机能耗的影响尤为明显。由于运行时间较长，即使电动机效率只提高一点点，整个航行期间累计节省的电能也是相当可观的。
根据船舶电网电制的不同，目前的船舶辅机电动机包括直流电动机和交流异步电动机2大类。由于船舶航行工况发生变化，会引起辅机负载变动或电网电压产生变化，从而导致辅机电动机的输出功率偏离额定功率，出现“大马拉小车”的现象，此时电动机效率急剧降低，电能损耗大大升高。另外，对于交流异步电机而言，其功率因数一般为0.8左右，当辅机负载降低较多时（如接近空载时），功率因数也大大降低，导致电网电流的无功分量增大，网损增加；而直流电动机由于存在电刷，运行期间机械换向会引起电火花，需定期清理或更换电刷，电机维护工作量较大。
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近年来发展迅速的永磁同步电动机，为解决船舶辅机电动机存在的上述问题、提高电动机能效，提供了一条有效的技术途径。永磁同步电动机的转子由永磁体材料构成，转子侧无感应电流，不存在转子磁滞损耗和涡流损耗，提高了电机效率；由于无需转子励磁，电机功率因数可接近于，减小了定子电流，进一步提高了电机效率，同时也改善了电网品质，降低了网损；全功率范围内效率高，即使负载降低到额定负载的25%时，永磁电动机效率仍可达到90%以上。永磁电动机启动转矩大，可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的一般電机，较好地解决了“大马拉小车”的现象。此外，永磁电动机还具有温升低、体积小、重量轻的优点，并且不存在电刷，维护性好，特别适合作为船舶辅机电动机。随着稀土永磁材料生产工艺水平的提高和产量成本的下降，永磁电动机以其在高效节能方面无可比拟的优势，在发电、冶金、陶瓷、纺织等工业领域得到了广泛的应用。永磁同步电动机作为船舶辅机配套电机的应用条件已经成熟。
4.2运行控制节能技术
船舶辅机大多为风机、泵类负载。对于船舶这样一个中小型管网系统来说，风机、泵的流量需求经常随航行工况的不同而发生变化。由于船舶辅机的额定功率一般按满足最大流量需求的原则进行设计，因此，船舶辅机的流量调节大多为向下调节。目前，船舶辅机进行流量调节时，往往采用截流的方式，即减小出口处风门或阀门的开度，实质是通过增加管路阻力来限制流量，此时电动机的转速基本不变，电功率基本不变，大量电能白白浪费在管路损失上。
在空调装置节能上的管理方面，采用变频压缩机以及变频调速通风机，依据船舱内分人员分布、舱室温湿度、外部环境温度与冷媒水温度上的相关的信息，在满足人员需求与舱室环境需求的前提下，自动对制冷量进行调节，实现空调上的经济运行，空调装置是航行期间的能耗大户，服务的对象主要是人员，当空调区域人员减少或是舱室环境温度不是很高的情况下，可以通过调速对空调的功率进行自动的减小，当空调区没有人员存在时，及时关闭相应的空调制冷，对空调上的能耗进行降低。
在通风机组管理方面，根据舱室大气成分的含量、大气的气温湿度与空气压力等信息，对航行的状况的进行结合采用变频调速对风机上的供风量进行调节，当大气环境质量较好的时候，就可降低电机转速以减少风量上的供给。
4.3重视能耗使用的管理
目前，船舶辅机的使用管理在工作中体现的还是比较粗放的，大多仅为投切台数的简单性的管理，只要对基本的供水与供风上的需求进行满足，没有从提高全船电能利用效率的角度对辅机整个的运行实施最优的管理，由于辅机的额定功率输出一般会按照系统最大的需求进行满足，设计上也是根据这个原则作对比，依据设计上的规范，还需要对裕量进行一定的保留，保证辅机上的长期使用。但是，在系统实际的运行中并不能对最大的需求进行满足，而辅机使用的简单管理方式也没有办法根据系统工况上的变化负辅机能量输出进行实时的调节。因此就会存在能量上的浪费。所以在采用节能上的技术优化对全船辅机运行的过程进行管理时，应该从使用与管理的角度对辅机的运行效率进行提升，将辅机电气设备节能管理上的综合管理进行实现，这是辅机节上的又一大重要的技术途径。
节能综合管理的基本原理为：采用信息技术对系统上的实际运行情况与工况参数进行获取，依据系统实际情况上的需求采用变频调速，减载控制等技术手段实时对辅机的能量输出进行调节，实现能量的按需分配与精细管理。达到节能增效的目的，节能综合管理的主要对象包括船舶航行的期间长时间连续工作的辅机设备，如冷却水泵与空调上的装置等，这些设备工作时间长，其中流量上的供给往往会随航行工况上的变化而产生变化，因此，实施节能综合管理能带来很明显的节能效果。
在冷却水泵节能管理方面，可以根据河流环境上的温度与船舶热负荷工况状态以及冷却水泵上的温度信息，通过实施变频调速与冷却水泵运行台数控制等技术措施实时调节冷却水的供给量，当系统热负荷较低时或是外部河水温度较低，船舶换热效率较高时，可降低冷却水的供给量，既能满足系统温度降升控制上的要求。又可以在最大的程度上节约电能。
4.4关注利用新能源节能技术
由于风能、太阳能、水能等新能源具有绿色环保及节能减排等优势，船舶电气设备可以利用新能源节能技术，将太阳能、风能、水能等天然能源的供热、发电与制冷等技术应用于船舶航行中。船舶航域中新能源丰富充沛，可以选择具备综合性能的船舶电气设备，在天然能源充足的环境下，开启电气设备新能源运行模式，遇到天然能源不足的情况，则切换为电气设备传统能源运行模式，进而实现船舶电气设备节能减排的效能。如船舶空调设备，在阳光充沛的情况下，可以开启空调太阳能运转模式；当阳光不足时，可以切换为空调供电运行模式。同时，可以借助风能、太阳能、水能等天然能源进行小规模发电，以缓解能源的紧张状况。可见，利用新能源节能技术，能够有效地实现能源的节约，且有利于环保。
5结束语
总而言之，在现阶段船舶电气设备使用的过程中，存在着电力设备能耗过大的问题，若这种问题不能得到及时性的解决，会影响电力系統运行的稳定性。因此，在船舶行业发展中，应该结合节能理念进行技术创新，通过高性能电机、能耗管理理念以及新节等技术的综合运用，进行电气设备管理方案的完善，以便提高电气设备运行的价值性，降低电气设备的能耗损伤，为现代船舶电气行业的运行及发展提供支持。
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论文作者:夏斌挺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/21
标签：船舶论文; 电气设备论文; 节能论文; 辅机论文; 永磁论文; 电动机论文; 工作制度论文; 《防护工程》2018年第32期论文;