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船舶电力推进系统设计与应用摘要：船舶电力推进系统是一种新型的船舶推进方式，其能够通过电动机驱动船舶进行推进，从而取代传统的燃油推进系统。
传统的燃油推进系统使用燃料燃烧产生的能量进行推进，存在着燃料消耗大、污染排放高等问题。
而船舶电力推进系统则通过将电能转化为机械能，以电动机驱动船舶进行推进，具备着节能环保的特点。
关键词：船舶电力；系统设计；应用1船舶电力推进系统设计1.1电力推进系统概述船舶电力推进系统是一种基于电动机驱动的船舶推进方式，用以取代传统的燃油推进系统。
本节将对船舶电力推进系统进行概述，并介绍其背景和研究意义。
在过去的几十年中，船舶的推进系统主要依赖于燃油推进，其中内燃机和蒸汽涡轮机是常见的推进装置。
然而，随着环境保护意识的增强和对能源效率的要求不断提高，船舶电力推进系统逐渐受到人们的关注。
与传统的燃油推进系统相比，电力推进系统具有许多优势。
船舶电力推进系统的主要驱动装置是电动机，其能够实现高效能转换，并具备可调速性和可逆性。
这使得船舶在不同负载条件下能够灵活调节推进力，提高船舶的操控性和航行性能。
船舶电力推进系统采用电能作为能源，相比传统的燃油推进系统具有低污染排放和环境友好性。
以燃油推进的船舶在运行过程中会产生大量的气体和颗粒物排放，对海洋环境和大气环境造成严重污染。
而电力推进系统则几乎不产生污染物排放，能够有效改善航运产业对环境的影响，保护生态环境。
1.2电力推进系统的组成船舶电力推进系统由多个组成部分构成，包括发电装置、电动机、传动装置和推进装置。
本节将详细讨论每个组成部分的功能和特点。
1.2.1发电装置发电装置是船舶电力推进系统的核心组成部分，用于产生电能以供给电动机驱动船舶的推进。
发电装置通常由柴油机发电机组构成，根据船舶的功率需求选择适当的发电机容量。
对于大型船舶，常采用主机发电方式，即主机（如柴油机）直接驱动发电机发电；而对于小型船舶，则常采用辅助发电机，即辅助发动机或发电机组通过输油管道输送柴油，然后发电机将柴油转化为电能。
50000吨级半潜船电力推进系统概述作者：李明珠来源：《中国水运》2018年第02期摘要：作为新一代大型半潜船，50000吨级半潜船具有超强的载货能力，操作也十分的灵活方便，而且非常安全环保。
因为半潜船的特殊用途，使电力推进比传统的柴油机更具有竞争力。
本文首先介绍了50000吨级半潜船的基础信息，详细阐述了其电力推进系统设计，根据该船型的使用特点，分析了尚且存在的不足并给出了合理的改进建议。
关键词：50000吨；半潜船；电力推进系统；合理建议中图分类号：U665.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）2-0054-02全球石油消费的迅速增长，油价的不断攀升，深海油气工程的发展，油气生产设备、钻井平台等相关设备的运输需求与日俱增，这些现实问题的出现就促进了海上运输行业的发展。
半潜船（Semi-submersible Heavy Lift Vessel）因为自身高效安全的特点，顺理成章地成为运输这些价值高、种类特殊货物的不二之选。
在近十几年的时间里，船舶电力推进在机动性、可靠性、运行效率、推进功率等方面都有了突破性的进展，成为柴油机直接带动螺旋桨推进方式的强有力的竞争者。
半潜船正是应用了电力推进技术。
本文以50000吨级半潜船为例，详细阐述了其电力推进系统设计，为了半潜船的未来发展，提出了合理的建议。
1 50000吨级半潜船50000吨级半潜船特殊的货物装载方式决定了其独特的船型及主尺度参数。
就船体本身而言，除了载重量以外，对甲板面积也有要求。
以“祥瑞口”号50000吨级半潜船为例，其拥有7000多平方米的装货甲板总面积，可下潜至26米，能够托起5万吨重、25米高的钻井平台，全球90%以上的石油钻井平台和大型海洋工程产品均可以利用其承运。
2 电力推进系统母型船采用6600V中压给两台电力推进马达供电，两个推动船舶的定距桨由变频器驱动。
因为采用了电力推进系统和入级RPS附加标志的原因，该船型的推进系统需要进行设计。
科技成果——船舶综合电力推进系统技术开发单位中国船舶重工集团公司第七一二研究所技术简介船舶综合电力推进系统是近年来在船舶行业兴起的一种新的推进技术，具有节能降耗、低噪音振动、提升舱室有效空间、操作灵活方便等诸多优点，在工程、游船、海洋工程船、现代渔船等多种船型上非常适用，目前正在被越来越多的国内外船东接受并实际应用。
其系统包括了柴油发电机组、变压器、变频器、推进电动机等核心设备，之前只有国外少数几家企业具备其技术开发和产品供货能力。
技术开发单位是目前国内唯一具备船舶电力推进系统集成和自主核心设备供货的单位，形成了具有完全自主知识产权的电力推进系统及变频器、推进电机、功率管理系统等核心设备系列化产品研制生产能力，并建立了产业化生产基地，是国内唯一通过CCS系列化产品型式认可的产品；同时还具备20MW以下核心设备的定制供货能力。
主要技术指标低压690V/中压3300V，20MW及以下各类船舶电力推进系统集成能力，包括DFE、AFE、直流、混合等多种模式；低压690V、功率3MW以下，中压3300V、功率10MW以下船用变频器系列化产品；低压690V、功率3MW以下，中压3300V、功率10MW以下高、低速船用推进电动机系列化产品。
技术特点具有为船舶提供电力推进系统提供完整解决方案的能力；船用水冷变频器具有效率高、模块化、调速能力强等优点；推进电机具有功率因数高、效率高等优点；功率管理系统具有良好的人机互动、系统兼容型强等优点。
技术水平国际先进适用范围挖泥船、游船、豪华邮轮、海洋工程船、科考船、渔船等多种电力推进船舶；海洋工程平台、生活平台等各类海工平台变频驱动领域。
专利状态授权专利10余项。
技术状态批量生产、成熟应用阶段合作方式市场合作：与有行业资源或资金实力的相关单位开展市场合作，拓展自主知识产权电力推进系统的市场，为用户提供性价比高的电力推进系统及核心设备。
预期效益在船舶电力推进领域，目前国内越来越多船东接受和使用电力推进系统，电力推进系统属于典型的高技术含量装备，一般一船套系统价值都在千万元人民币左右，年产值可达数亿元，毛利润率在30%以上。
浅析船舶综合电力系统1.引言船舶综合电力系统是船舶动力的发展方向，是造船技术发展史上的又一个革命性的跨越，其主要特点是将推进动力与电站动力合二为一。
该项技术正在逐步成熟、完善。
以美、英、法为代表的发达国家率先引入综合电力系统这一概念，并积极开展研究、试验和应用到船艇。
2.综合电力系统概述综合电力系统的思想基础是降低未来船舶的总成本，优化船舶总体、系统和设备的组成。
其设计理念是突出系统化、集成化和模块化。
在船舶平台上的具体实现途径是将全船所需的能源以电力的形式集中提供，统一调度、分配和管理。
美国海军提出的综合电力系统主要包括发电、配电、电力变换、电力控制、平台负载、推进电机、能量储存等七个模块。
其中，发电模块将其它形式的能量转化为电能，经全船环形电网向各区域配电系统供电；电力控制模块对配电模块实行电能分配和监控；配电模块将电力输送到电力负荷中心，再分配到各用电设备；电力变换模块将一种形式的配电模块转化为另一种形式的配电模块；推进电机模块用于船舶推进；平台负载模块是一个或多个配电模块的用户；能量储存模块用于储存电能，维持整个供电系统的稳定。
采用综合电力系统的船舶与传统船舶比较，具有的主要优势为：便于采用分段和模块化建造，使用维护费用低，经济性好；噪音低，可提高船舶的安静性和舒适性，提高舰艇的战斗力和生命力；调速性能好，控制方便，倒车简便、迅速，提高船舶的机动性；布置灵活、设计方便、可靠性高，可维修性好、生命力强；便于实现自动化，减少船员；适用性强，可广泛采用各种电子设备和先进的推进技术，对于舰艇而言，可以使用诸如激光武器、电磁炮等高能武器。
3.综合电力系统的发展现状近十来年，船舶的电力推进技术已进入应用阶段。
目前，不同类型的船舶，如一些科考船、破冰船以及邮轮采用了电力推进系统。
推进电机采用直流、交流同步电动机或交流感应电动机。
研究报告显示，虽然商船的综合电力推进系统提高了船的建造费用，但其运行和支持费用，及其生命周期里的整个费用却降低了。
船舶电力推进系统综述报告 张文超 2 一、船舶电力推进系统的发展 船舶电力推进系统已有近百年历史，但是由于受各种因素制约，发展缓慢，且大多数只使用在特种船舶上。从20世纪80年代起，供电系统、推进电机和微电子及信息技术的迅猛发展，使船舶电力推进装置打破了长期徘徊局面，得到了大力的发展。电力推进系统基本由机械原动机(柴油机、燃气轮机或核动力)构成，用以驱动交流发电机，发电机再为推进电动机提供动力。电动机可能是直流、交流同步电动机或交流感应电动机。同传统的机械推进方式相比，采用电力推进系统的船舶在经济性、振动噪声、船舶操纵、布置和安全可靠性等方面具有明显优点。船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理，是现行船舶平台的电力和动力两大系统发展的综合；它不是电力推进加自动电站的简单组合，而是从概念到方案、组成、配置、技术等均发生重大变化，给未来的船舶带来一场革命。 二、电力推进系统的组成 船舶电力推进装置一般由原动机﹑发电机﹑电动机﹑螺旋桨以及控制单元组成。 原动机带动发电机，发电机带动推进电机，电机驱动螺旋桨，推动船舶航行。因螺旋桨所需功率很大，一般需要设置两个单独的电站：推进电机电站和辅机电站，分别给推进电机和辅机供电。目前的原动机一般使用高速或中高速的柴油机，推进装置一般有直流电力推进和交流电力推进两种。 目前世界上使用电力推进的船舶，主要可分为两类：一类是电力推进和其他发动机推进结合的混合推进；另一类是全电力推进，即使用一个电站供电给推进装置和其他辅助装置。 三、船舶电力推进方式的优缺点 1．电力推进方式的优点 （1）操纵灵活，机动性能好，靠离码头时可不需拖轮协助，有更好的经济性； （2）电力推进装置的操纵由驾驶台直接控制，应付紧急状态能力强，有利于提高安全。 （3）有很好的低速特性，恒功率特性，恒电流特性和陡转特性； （4）因省去了主机和螺旋桨之间的轴系以及舵，节省了大量的空间，可以增加船舶有效空间和有效载荷； （5）可采用中高速的非反转原动机，主机的选择有很大的灵活性； （6）原动机和螺旋桨系柔性连接，使得螺旋桨的转速不受原动机转速的限制，彼此都可以工作在最佳状态； （7）噪声小，震动小，废气NOx排放减少； （8）若采用吊舱式电力推进系统，省去了长轴系，操舵装置和舵，可不设舵机房，也省去了bow throuster，减轻了设备的重量，增加了有效载荷。另外，模块化设计原理使吊舱模块可以在船舶建造完成时安装，缩短了建造时间；不需要进坞就可以维修螺旋桨，吊舱装置可以在水下安装。 2．电力推进方式存在的问题 （1）由于经过两次能量转换，在电气能量转换中，若采用交-直-交变频调速，还有两次电能的能量转换，使得电力推进比传统推进效率降低。额定工况时，一般直接传动为：98%，直流电力推进为：85%～90%，交流电机推进为：94%～95%； （2）初期投资成本较高。例：中远广州公司18000t半潜船采用SSP吊舱式电力推进系统，比传统推进采购费多300万美元，有资料表明，采用全电力推进比机械推进所需初期费用贵25%左右； （3）需要高技术的电气工程师做维修保养工作。 四、电力推进的国内外发展现状 1. 国外的发展状况 世界上采用过电力推进的民船种类繁多，包括：运输船、海洋开发用船、工程船、渔业船舶、拖带船舶、港务船、农用船等等。 近20年以来，船舶电力推进使用达到了空前的繁荣。世界上各大船用设备厂家如ABB、SIEMENS、ALSTOM、STNATLAS等公司都已开发出成套的电力推进系列产品。其中尤以ABB开发的吊舱式电力推进器AZIPOD最为成功，并得到广泛使用。 AZIPOD是将马达装入一个流线型壳体内，螺旋桨置于壳体前段，操作十分方便，可以在很低转速下运行，又可作为转向装置，推进效率高于常规螺旋桨。 如大型旅游船Elation号上装配有14000kwAZIPOD，其航速比装有常规推进的姐妹船快0.5kn,推进效率高8%，回转半径减少30%，从全速前进到全速后退仅需20s。从1987年到2003年之间，ABB公司的交流电力推进的装机总功率达到2318MW，仅吊舱推进总功率就达到826MW。 从1980年起，ALSTOM的电力推进系统装船多达110艘，总装机超过1500000kW，动力定位系统装船已达160多艘，其和瑞典Kamewa公司联合开发的Mermaid推进器，也称“美人鱼”推进器，在最近两年内完成订单近40套。“美人鱼”电力推进器功率范围为5-25MW，该系统的独特设计在于轴封甚至整个吊舱都可以在水下进行更换。 2. 国内的发展状况 和国外相比，我国在船舶电力推进使用方面起步较晚。近年来，通过国内船舶行业各部门的不懈努力，我国民用船舶电力推进系统的发展已经取得了可喜的成绩，目前已使用到海上石油工作船、科考船、货运船、火车渡轮，以及其他专业性船舶等方面，举例如下： 2000年，上海爱德华造船有限公司为瑞典公司建造了的“帕劳思佩拉”化学品船，是我国第一次采用POD电力推进系统的船舶。2002年广船国际为COSCO建造的18000T级半潜船“泰安口”，是中国第一艘自己建造的海洋工程大型特种船舶，采用两套SSP吊舱电力推进系统，是同类船舶中目前最为先进的首制船。2006年投入试运行的烟大火车渡轮是我国首次自行设计、采用电力推进方式的船舶。同年10月，天津新港造船厂建造的我国首艘采用全电力推进系统的火车滚装船“中铁渤海一号”顺利交工，该船总吨位达到25000T，这是我国自行设计、建造吨位最大的全电力推进船舶。 其它还有912消磁船、浮式生产储油轮、991水声测量船、502TEU多用途集装箱船等等。 五．电力推进关键技术分析 1.综合电力系统总体技术研究 由于综合全电力系统的设计是当今先进的电力电子技术、交流调速技术、电机制造技术、永磁材料技术、计算机控制技术、原动机技术等的综合运用，技术含量高。许多不同专业的各个设备的研制需要相互协调，功 能相当且接口一致。为满足系统和总体的需求，需要全面、综合、系统、深入地开展研究，对各子系统提出要求，确保这一复杂工程有序、顺利的开展。 综合电力系统各个模块是否运行良好并相互协调以发挥系统最佳效能,是事关整个系统优劣和良好运行的关键。因此需要开展构成综合电力系统的各个模块，以及各模块集成的技术研究，主要包括： （1）发电模块关键技术研究，包括原动机的选择和新型原动机的研制，高功率、高能量密度的交流或直流发电机的研制，全船环形电网关键技术的研究等。 （2）配电模块关键技术研究，主要包括区域配电模式研究等。 （3）电力变换模块关键技术研究，主要包括大容量电能变换技术研究，中、高压电网的安全性研究等。 （4）电力控制模块关键技术研究，主要包括电力系统智能化综合监控和管理技术研究等。 （5）推进电机模块关键技术研究，主要包括现有推进电机使用系统的研究，新型推进电机及其使用系统的可行性研究等。 （6）能量储存模块关键技术研究。开展新型储能技术，如超导储能技术、蓄电池储能技术、飞轮储能技术研究以及能量管理模式研究，可提高船舶电力系统的可靠性和供电品质。 （7）系统集成技术研究。系统集成的核心在于系统的综合优化和系统的控制和管理，因此应开展包括系统模块化及综合优化技术、系统综合智能监控技术、系统稳定控制技术、系统保护技术、系统综合智能管理等技术的研究。 2.推进电机技术研究 推进电机是综合电力系统的重要组成部分。永磁推进电动机机相比，具有体积小、重量轻、高比功率、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维护性好等优点，是船舶推进电机的理想选择，目前大部分船舶电力推进装置都采用永磁同步电机。 随着高温超导材料的发展，为超导电机的发展创造了良好的条件。作为 舰船推进用的高温超导电机和普通感应电机相比具有极为突出的优越性，主要有：提高功率密度，减小电机质量和体积，在整个功率范围内都具有不变的高效率等。高温超导电机很适合使用于吊舱式电力推进装置。2002年7月，美国超导公司宣布世界上第一台3.7MW，1800r/min高温超导同步电机研制成功，其使用对象是海军舰船和商业船舶。 3.综合电力系统适装性技术研究 综合电力系统装备船舶，不仅需要研究其和船舶总体的关系，还应考虑其和船上其它系统、设备的关系。主要需要开展以下方面的研究船舶的适装性问题，并研究和此相关的对船舶安全性、可靠性等的影响，以及系统对船舶海洋环境的适装性问题等，解决系统内部及和其它船用电子设备之间的电磁兼容性问题 。 六、推进电机技术研究 1.现代舰船电力推进系统的基本组成 一般来说，综合电力推进系统由供电系统、配电系统、变电系统、变频调速系统、推进电机和螺旋桨等几个环节组成。舰船若采用综合全电力系统，舰船电力系统网络的容量则将数倍的增加，这对供配电系统提出了更高的要求。本文主要从影响推进电机技术发展的几个关键技术出发，分析目前国内外针对推进电机技术开展的研究工作、取得的进展和推进电机技术的主要发展趋势。 2.现代舰船电力推进系统中推进电机需要考虑的几项主要性能指标 关于电力推进讨论的一个关键因素就是推进电机的型式。 从舰船用电力推进系统的使用角度出发，对推进电机技术关注的主要有以下几个问题： （1）推进电机的功率等级、效率和转矩密度； （2）推进电机的功率—体积密度； （3）推进电机的功率－重量密度； （4）推进电机的特征信号和抗冲击性能； （5）推进电机的可靠性和使用维护性； （6）推进电机的研制风险和单位投入等。 大型舰艇电力推进系统可能采用的推进电机主要包括五种类型：电励磁
