船用混合動(dòng)力技術(shù)研究

1、PAGE 9 -船用混合動(dòng)力技術(shù)研究杜一民摘要隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)也在穩(wěn)步開(kāi)展，但是隨之而來(lái)的是環(huán)境污染問(wèn)題。在用船方面依靠柴油機(jī)的發(fā)電技術(shù)來(lái)促進(jìn)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，該技術(shù)不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且對(duì)排放有更嚴(yán)格的限制。而越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注，使用電池驅(qū)動(dòng)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)雙結(jié)合的混合動(dòng)力技術(shù)，作為更切實(shí)可行的混合動(dòng)力技術(shù)支持。除此之外，隨著石油資源越來(lái)越稀缺的情況，大氣污染和環(huán)境污染更加嚴(yán)重，國(guó)家不僅將大量的資金投入綠色發(fā)展建設(shè)中，而且還要求航運(yùn)業(yè)采用更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。基于此，文章主要介紹目前國(guó)內(nèi)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析油電混合動(dòng)力的主要配置和并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，最后說(shuō)明混合動(dòng)力傳

2、播的工作模式，為我國(guó)航運(yùn)業(yè)使用油電混合動(dòng)力技術(shù)提供更有價(jià)值的參考意見(jiàn)。關(guān)鍵詞航運(yùn)船只;混合動(dòng)力;技術(shù)發(fā)展;運(yùn)行系統(tǒng);配置形式中圖分類號(hào)U664.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼A文章編號(hào)20956487（2022）030003AnalysisofMarineHybridTechnologyDuYi-minAbstractWiththecontinuousdevelopmentoftheshippingindustry，Chinaseconomicconstructionisalsogrowingsteadily，buttheattendantproblemisenvironmentalpollution.Inte

3、rmsofshipuse，itisfarfromenoughtorelyonthepowergenerationtechnologyofdieselenginetoimprovethedevelopmentoftheshippingindustry，andthistechnologywillnotonlyseriouslypollutetheenvironment，butalsohavestricterrestrictionsonemissions.Moreandmorepeoplebegintofocusontheuseofbatterydrivenanddieseldrivenhybrid

4、technologyasamorepracticalsupportfortheuseofhybridtechnology.Inaddition，withtheincreasingscarcityofoilresources，airpollutionandenvironmentalpollutionbecomemoreserious.Thestatenotonlyinvestsalotoffundsingreendevelopmentandconstruction，butalsorequiresstricteremissionstandardsintheadoptionofshippingind

5、ustry.Basedonthis，thispapermainlyintroducesthecurrentdevelopmentstatusofdomesticshippingindustry，analyzesthemainconfigurationofoilelectrichybridandparallelhybridsystem，andfinallyexplainstheworkingmodeofhybridtransmission，soastoprovidemorevaluablereferencefortheuseofoilelectrichybridtechnologyinChina

6、sshippingindustryinthefuture.Keywordsshippingvessel;hybrid;technologicaldevelopment;operationsystem;configurationform為了應(yīng)對(duì)綠色發(fā)展所提出的節(jié)能減排要求，國(guó)內(nèi)航運(yùn)使用的柴油發(fā)電機(jī)要受到嚴(yán)格的排放管理，不僅如此，各地區(qū)之間能源匱乏的情況也不相同，要想保證本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，就需要尋找清潔能源來(lái)代替柴油發(fā)電機(jī)，才能夠保證地區(qū)的發(fā)展健康穩(wěn)定。與此同時(shí)，也在尋找新型的動(dòng)力技術(shù)來(lái)緩解航運(yùn)的壓力，提高對(duì)船只的利用率。目前僅僅依靠柴油發(fā)電來(lái)提高我國(guó)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，并且隨著排放要求不斷

7、嚴(yán)格，我國(guó)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展也會(huì)越來(lái)越困難，電池驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種混合動(dòng)力技術(shù)，已然成為一種新型的動(dòng)力技術(shù)，不僅可以緩解航運(yùn)業(yè)發(fā)展的壓力，還能夠整合不同的資源，對(duì)于我國(guó)航運(yùn)業(yè)發(fā)展以及保護(hù)環(huán)境都有極大的益處。我國(guó)對(duì)于動(dòng)力方面提出的要求不僅僅是在航運(yùn)用船方面，更是要對(duì)自然環(huán)境起到保護(hù)和防治作用，特別是對(duì)重要水源地進(jìn)行常態(tài)化的嚴(yán)密監(jiān)控，同時(shí)還需要船用進(jìn)行升級(jí)改造。綠色發(fā)展已經(jīng)成為我國(guó)目前的重要趨勢(shì)，因此綠色航運(yùn)同樣也成為我國(guó)在航運(yùn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，油電混合動(dòng)力就是能夠完成綠色航運(yùn)的重要技術(shù)保障。1船用混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展情況混合動(dòng)力系統(tǒng)在20個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)，并且在隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，混合動(dòng)力系統(tǒng)也會(huì)有所進(jìn)

8、步，在發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上確保閉合軸帶電機(jī)與齒輪箱之間的離合器有更好的結(jié)合，這樣的系統(tǒng)構(gòu)造能夠?qū)⒍嘤嗟哪芰總鬏數(shù)浇涣麟娋W(wǎng)中，保證有充足的電能供其他設(shè)備使用。采用使用混合電力計(jì)數(shù)時(shí)，閉合輔助電機(jī)與電機(jī)之間的離合器進(jìn)行變頻帶動(dòng)輔助電能傳輸，從而帶動(dòng)軸帶電機(jī)加速至額定轉(zhuǎn)速，在并入船用電網(wǎng)中完成一整個(gè)電力傳輸過(guò)程，實(shí)現(xiàn)軸帶電機(jī)的電動(dòng)動(dòng)能，這也是目前混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的主要技術(shù)結(jié)構(gòu)。隨著近幾年對(duì)于混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究加深，混聯(lián)式混合電力系統(tǒng)是在并聯(lián)式混動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)發(fā)電機(jī)，確保能夠?yàn)檎麄€(gè)機(jī)體提供更充足的機(jī)械能和電能，并且同時(shí)還能夠不斷蓄電，這樣就可以保證系統(tǒng)在工作的情況下達(dá)到高效率的動(dòng)力輸出效果。然而這

9、樣的混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)操作難度較大，技術(shù)要求高且成本和投資較高，目前在國(guó)內(nèi)的航運(yùn)業(yè)很少應(yīng)用。隨著大功率機(jī)器的出現(xiàn)，在信息化的背景下，要采用數(shù)字信息號(hào)進(jìn)行處理，這就使得混合動(dòng)力系統(tǒng)又進(jìn)一步發(fā)展，不僅有強(qiáng)大的變頻軸帶混合系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，并且在該系統(tǒng)的幫助下還可以用電機(jī)改變電能的傳輸方式，采取不同頻道的變頻器去調(diào)節(jié)交流電壓轉(zhuǎn)化成變頻電壓信號(hào)。想要保證變頻器所帶來(lái)的影響，就需要做到對(duì)電機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)做到轉(zhuǎn)速度的控制，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的運(yùn)行模式，同樣這也是綠色行業(yè)發(fā)展的最高要求。近幾年，隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展以及技術(shù)保障的支持，國(guó)家對(duì)于綠色發(fā)展節(jié)能環(huán)保的要求也會(huì)越來(lái)越高，船只的動(dòng)力系統(tǒng)同樣也需要控制，保證

10、綠色航運(yùn)業(yè)的有效發(fā)展。與傳統(tǒng)的船只相比，混合電力系統(tǒng)的船只運(yùn)作方式不僅可以提高動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行速度，還可以控制船只的排污排放，可以說(shuō)混合動(dòng)力系統(tǒng)是目前最好的動(dòng)力技術(shù)，這對(duì)于我國(guó)未來(lái)發(fā)展具有重要的影響。通過(guò)多年的研究可以得知，不同類型的能源替代會(huì)有不同的節(jié)省耗油的潛能。在柴油發(fā)電的時(shí)代，要做到節(jié)能排放是非常困難的，但是使用柴油發(fā)電與電能兩種形式相結(jié)合的情況下，會(huì)極大地降低油耗。目前，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始應(yīng)用混合電力技術(shù)，這對(duì)于船舶的動(dòng)力系統(tǒng)是非常有益處的，這也證實(shí)了目前的動(dòng)力系統(tǒng)中混合電力技術(shù)的前景較好。2船用混合動(dòng)力技術(shù)的配置形式2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)采用串聯(lián)式的混合動(dòng)力系統(tǒng)，主要是以電機(jī)和內(nèi)燃

11、機(jī)作為基礎(chǔ)，通過(guò)發(fā)電機(jī)和蓄電池等零部件進(jìn)行調(diào)節(jié)，其主要?jiǎng)恿褪强績(jī)?nèi)燃機(jī)的功率來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)能夠運(yùn)作起來(lái)，但是一旦超出過(guò)內(nèi)燃機(jī)的存在量時(shí)，就會(huì)改變電子的輸出，給電動(dòng)機(jī)帶來(lái)不小的壓力。只想靠?jī)?nèi)燃機(jī)進(jìn)行大規(guī)模的發(fā)電是不可能的，大負(fù)荷的功率必須靠發(fā)電機(jī)，根據(jù)發(fā)出的電驅(qū)動(dòng)，保證整個(gè)電動(dòng)機(jī)能夠帶動(dòng)船只的運(yùn)作。當(dāng)船處于運(yùn)作和加速度的狀態(tài)時(shí)，要利用一定荷載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)也無(wú)能為力時(shí)，就需要提供蓄電池中的電能，當(dāng)輪船處于低速狀態(tài)時(shí)，就需要讓電池組驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以此來(lái)保證內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)能夠?yàn)榇?lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)雙向發(fā)展。2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，主要是由電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、充電器以及變壓器幾部分

12、組成，它與串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成部分相似，但不同的是主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)，用內(nèi)燃機(jī)給蓄電池蓄電，相對(duì)串聯(lián)式的混合電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然較為單一簡(jiǎn)單，但是想要靠一套更加復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)能夠運(yùn)作是非常困難的，要在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中保證船只的航行安全。因此并聯(lián)式的混合動(dòng)力系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)更加優(yōu)秀變速器來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)擁有更高效的運(yùn)作性能，這對(duì)于完成整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行是非常重要的。這也是并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的核心部分，因此更需要在并聯(lián)式上多下功夫，確保電力系統(tǒng)能夠?yàn)檎麄€(gè)船只的運(yùn)作提供充足的動(dòng)力。2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)采用混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，主要是由電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)、動(dòng)

13、力分離裝置、變壓器以及轉(zhuǎn)換器等零部件組成。這類動(dòng)力系統(tǒng)，主要是依靠電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)整個(gè)船槳，與此同時(shí)也可以通過(guò)多個(gè)動(dòng)力分離裝置將內(nèi)燃機(jī)的電能為電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電力，同時(shí)還能夠給蓄電池充電，這樣一來(lái)就可以保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)有充足的動(dòng)力可以為整個(gè)船只輸送電能。實(shí)際上，理論和實(shí)踐已經(jīng)證明，混聯(lián)式混合電力系統(tǒng)在這樣的設(shè)計(jì)中。以低速度高效率的輸出方式，保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)以更好的輸出方式提供電能。因此，這樣的混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠在任何工作狀態(tài)下，都進(jìn)行高效率的輸出，這也是未來(lái)我國(guó)航運(yùn)業(yè)發(fā)展主要的混合動(dòng)力技術(shù)，確保該技術(shù)能夠?yàn)槲覈?guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供高質(zhì)量的技術(shù)支持。3船用混合動(dòng)力技術(shù)為航運(yùn)業(yè)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)混合動(dòng)力

14、對(duì)于船只常規(guī)的發(fā)電和運(yùn)行都具備非常強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，相比于常規(guī)的動(dòng)力技術(shù)混合的方式，可以憑借對(duì)于能量的控制和管理，做到整體性能的大幅度提高。通過(guò)分析不同功率的需求，可以為不同類型的船只制定能量管理的方案，同時(shí)不同的系統(tǒng)在控制過(guò)程中也可以根據(jù)負(fù)荷和功率來(lái)保證驅(qū)動(dòng)的能力。不同的驅(qū)動(dòng)模式需要不同的動(dòng)力支持，而這樣的方式既會(huì)增加了自由選擇的程度，而且還能夠保證在所有的工作狀態(tài)下，能夠讓船只在航行的時(shí)候更加安全?；旌蟿?dòng)力技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，就在于不僅能夠提高船只的運(yùn)行效率，還能夠進(jìn)一步保證船只運(yùn)作的綠色環(huán)保，通過(guò)對(duì)整個(gè)船只的控制達(dá)到節(jié)能環(huán)保、降低排放的效果。如果要用蓄電池設(shè)備中的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)發(fā)電機(jī)，可保證能夠與

15、內(nèi)燃機(jī)達(dá)到共同驅(qū)動(dòng)匹配的效果。于是內(nèi)燃機(jī)便可以在多種工作狀態(tài)下依舊保持工作最優(yōu)配置，并且在儲(chǔ)存電能方面依舊充滿多余的能量，因此在許多航運(yùn)發(fā)展有特殊要求的情況下，都可以運(yùn)用混合動(dòng)力技術(shù)作為支撐，關(guān)掉內(nèi)燃機(jī)，實(shí)現(xiàn)靜音運(yùn)作，就可以保證零排放無(wú)污染，從而為我國(guó)航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展提供更多的保障。混合船只電動(dòng)技術(shù)具有很強(qiáng)的發(fā)展?jié)撃芎桶l(fā)展優(yōu)勢(shì)，雖然目前的技術(shù)還不夠先進(jìn)，并且在投資費(fèi)用上較高，但是對(duì)于我國(guó)未來(lái)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅可以促進(jìn)我國(guó)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，提高船只的工作效率，還能夠明顯減少燃料燃油的消耗和碳排放，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。4混合動(dòng)力船只的工作模式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般包括柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組、配電柜主機(jī)以及

16、綢帶發(fā)電機(jī)，通過(guò)這些零部件可以控制整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，確保電池和電容管理更加健全完善，這類混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式主要有3種。本文主要分析的就是混合動(dòng)力系統(tǒng)下船只的工作模式，確保不同類型的船只有更好的工作性能。4.1軸帶電模式軸帶發(fā)電機(jī)的主要工作模式就是通過(guò)發(fā)電機(jī)自主機(jī)軸獲取能量，向儲(chǔ)能系統(tǒng)輸入能量。船只在起步階段，內(nèi)燃機(jī)并不能在低速的模式下輸出較大的動(dòng)力，但是電機(jī)可以在低速的狀態(tài)下高效地完成整個(gè)輸送電力任務(wù)，混合動(dòng)力系統(tǒng)就是利用電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)低速的狀態(tài)下保證蓄電池能夠有充足的電力，啟動(dòng)整個(gè)軸帶發(fā)電機(jī)，這時(shí)的內(nèi)燃機(jī)不參與任何動(dòng)力輸出，目的就是在低速的狀態(tài)下能夠做到節(jié)能減排。4.2軸帶電動(dòng)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式軸帶

17、電動(dòng)機(jī)由組成系統(tǒng)獲取一定的電能后，向主機(jī)輸送大量能量，確保整個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行整體驅(qū)動(dòng)輸送更多的動(dòng)力。船只在中低速行駛階段時(shí)，要保證電機(jī)在低速的時(shí)候保持高效率的輸出。因此，船只就要在中低速狀態(tài)時(shí)，保證整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)使用蓄電池有充足的電能，為電動(dòng)機(jī)的高效驅(qū)動(dòng)輸送動(dòng)力，但如果此時(shí)的蓄電池電量不足，那么整個(gè)電機(jī)的動(dòng)力就會(huì)來(lái)源于內(nèi)燃機(jī)的帶動(dòng)，通過(guò)發(fā)電輸送一定的動(dòng)力，因此讓整個(gè)蓄電池保持充足的電能是非常有必要的，既能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，又能夠達(dá)到綠色發(fā)展的排放要求。4.3軸帶電動(dòng)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式軸帶電單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的模式是指通過(guò)相應(yīng)的系統(tǒng)向整個(gè)軸帶電機(jī)輸送大量的能力，保證軸帶電動(dòng)機(jī)能夠代替主機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，在此時(shí)就

18、可以讓柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)行組裝和運(yùn)行提供大量的能量。船只在正常的狀態(tài)下會(huì)因?yàn)樨?fù)荷較大的情況，使得內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，油耗較低，系統(tǒng)正是以內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力作為整個(gè)支持，確保動(dòng)力源來(lái)源充足，讓內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生直接的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)整個(gè)船只運(yùn)行。另外，還需要注意船只的運(yùn)行情況，確保船只的工作效率和驅(qū)動(dòng)模式相匹配，即便是在負(fù)荷較低的情況下，也能夠?qū)?dòng)力合理分配到各個(gè)系統(tǒng)中。發(fā)電機(jī)或蓄電池都要存在相應(yīng)的工作，才能夠保證整個(gè)系統(tǒng)能將多余的電力轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，確保船只的輸出功率達(dá)到最優(yōu)配置。5結(jié)語(yǔ)當(dāng)今電子技術(shù)的快速發(fā)展，為整個(gè)行業(yè)的蓬勃向上提供了充足的技術(shù)支持，對(duì)于航運(yùn)業(yè)來(lái)說(shuō)將會(huì)以新型技術(shù)確保船只能夠有更高效的動(dòng)力支持。混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，會(huì)為船只的推進(jìn)系統(tǒng)提供更多的優(yōu)勢(shì)。比如，電機(jī)的高效率、機(jī)械化輕量化以及高性能的工作優(yōu)勢(shì)，使得電力轉(zhuǎn)化效率能夠得到明顯提高。隨著資源日益匱乏和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始重視對(duì)環(huán)保和綠色發(fā)展的重要性，有很多的動(dòng)力學(xué)研究專家，將目光放在了混合動(dòng)力上，想通過(guò)混合動(dòng)力系統(tǒng)的模式，為目前我國(guó)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持，通過(guò)不斷切換和組裝內(nèi)燃機(jī)