石云鵬

（黑龍江省航道局）

摘 要：節(jié)能技術(shù)是緩解當(dāng)前能源緊張形勢重要的途徑，也是造船以及運(yùn)輸行業(yè)經(jīng)常研究的重點(diǎn)，文中通過對船舶輔機(jī)耗電量大會對續(xù)航能力造成影響的問題進(jìn)行了相關(guān)的研究，從應(yīng)用永磁機(jī)以提高船舶輔機(jī)電動機(jī)效率，電機(jī)運(yùn)行時實(shí)施變頻調(diào)速以及輔機(jī)的能量需求管理3個方面，對船舶輔機(jī)電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，分析的結(jié)果表明，推廣船舶輔機(jī)電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用帶來的明顯的節(jié)能降耗效果。僅供專業(yè)人士的參考。

關(guān)鍵詞：船舶輔機(jī)；節(jié)能；永磁電機(jī)；變頻調(diào)速；能量管理

相對于陸地電網(wǎng)來說，船舶電網(wǎng)是一個較為獨(dú)立的小容量系統(tǒng)，而船舶輔機(jī)是船舶電網(wǎng)的主要電負(fù)荷之一，由于船舶攜帶的能源數(shù)量有限，輔機(jī)耗電量如果過大的話必然會對船舶助推設(shè)備所需的能源份額進(jìn)行占領(lǐng)，這樣就會使航運(yùn)上的成本增加，也不符合國家能源政策中的節(jié)能減排上的要求。因此，對節(jié)能技術(shù)的采用，降低輔機(jī)能耗，是提升船舶續(xù)航能力降低運(yùn)行成本的有效途徑，在世界能源緊張的今天意義非常的巨大。

1電動機(jī)節(jié)能技術(shù)

電動機(jī)是輔機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的動力源，也是船舶電網(wǎng)主要的直接用電負(fù)荷，因此，電動機(jī)效率是節(jié)能與否的直接因素。另外，多數(shù)船舶輔機(jī)，如冷卻水泵、主軸滑油泵、通風(fēng)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)等，在整個航行期間均處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)，其效率的改善對降低電機(jī)能耗的影響尤為明顯。由于運(yùn)行時間較長，即使電動機(jī)效率只提高一點(diǎn)點(diǎn)，整個航行期間累計(jì)節(jié)省的電能也是相當(dāng)可觀的。

根據(jù)船舶電網(wǎng)電制的不同，目前的船舶輔機(jī)電動機(jī)包括直流電動機(jī)和交流異步電動機(jī)2大類。由于船舶航行工況發(fā)生變化，會引起輔機(jī)負(fù)載變動或電網(wǎng)電壓產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致輔機(jī)電動機(jī)的輸出功率偏離額定功率，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，此時電動機(jī)效率急劇降低，電能損耗大大升高。另外，對于交流異步電機(jī)而言，其功率因數(shù)一般為0.8左右，當(dāng)輔機(jī)負(fù)載降低較多時（如接近空載時），功率因數(shù)也大大降低，導(dǎo)致電網(wǎng)電流的無功分量增大，網(wǎng)損增加；而直流電動機(jī)由于存在電刷，運(yùn)行期間機(jī)械換向會引起電火花，需定期清理或更換電刷，電機(jī)維護(hù)工作量較大。

近年來發(fā)展迅速的永磁同步電動機(jī)，為解決船舶輔機(jī)電動機(jī)存在的上述問題、提高電動機(jī)能效，提供了一條有效的技術(shù)途徑。永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由永磁體材料構(gòu)成，轉(zhuǎn)子側(cè)無感應(yīng)電流，不存在轉(zhuǎn)子磁滯損耗和渦流損耗，提高了電機(jī)效率；由于無需轉(zhuǎn)子勵磁，電機(jī)功率因數(shù)可接近于，減小了定子電流，進(jìn)一步提高了電機(jī)效率，同時也改善了電網(wǎng)品質(zhì)，降低了網(wǎng)損；全功率范圍內(nèi)效率高，即使負(fù)載降低到額定負(fù)載的25%時，永磁電動機(jī)效率仍可達(dá)到90%以上。永磁電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩大，可以用較小容量的永磁電機(jī)替代較大容量的一般電機(jī)，較好地解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。此外，永磁電動機(jī)還具有溫升低、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，并且不存在電刷，維護(hù)性好，特別適合作為船舶輔機(jī)電動機(jī)。隨著稀土永磁材料生產(chǎn)工藝水平的提高和產(chǎn)量成本的下降，永磁電動機(jī)以其在高效節(jié)能方面無可比擬的優(yōu)勢，在發(fā)電、冶金、陶瓷、紡織等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁同步電動機(jī)作為船舶輔機(jī)配套電機(jī)的應(yīng)用條件已經(jīng)成熟。

2運(yùn)行控制節(jié)能技術(shù)

船舶輔機(jī)大多為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載。對于船舶這樣一個中小型管網(wǎng)系統(tǒng)來說，風(fēng)機(jī)、泵的流量需求經(jīng)常隨航行工況的不同而發(fā)生變化。由于船舶輔機(jī)的額定功率一般按滿足最大流量需求的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，船舶輔機(jī)的流量調(diào)節(jié)大多為向下調(diào)節(jié)。目前，船舶輔機(jī)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時，往往采用截流的方式，即減小出口處風(fēng)門或閥門的開度，實(shí)質(zhì)是通過增加管路阻力來限制流量，此時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速基本不變，電功率基本不變，大量電能白白浪費(fèi)在管路損失上。

在空調(diào)裝置節(jié)能上的管理方面，采用變頻壓縮機(jī)以及變頻調(diào)速通風(fēng)機(jī)，依據(jù)船艙內(nèi)分人員分布、艙室溫濕度、外部環(huán)境溫度與冷媒水溫度上的相關(guān)的信息，在滿足人員需求與艙室環(huán)境需求的前提下，自動對制冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)上的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，空調(diào)裝置是航行期間的能耗大戶，服務(wù)的對象主要是人員，當(dāng)空調(diào)區(qū)域人員減少或是艙室環(huán)境溫度不是很高的情況下，可以通過調(diào)速對空調(diào)的功率進(jìn)行自動的減小，當(dāng)空調(diào)區(qū)沒有人員存在時，及時關(guān)閉相應(yīng)的空調(diào)制冷，對空調(diào)上的能耗進(jìn)行降低。

在通風(fēng)機(jī)組管理方面，根據(jù)艙室大氣成分的含量、大氣的氣溫濕度與空氣壓力等信息，對航行的狀況的進(jìn)行結(jié)合采用變頻調(diào)速對風(fēng)機(jī)上的供風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)大氣環(huán)境質(zhì)量較好的時候，就可降低電機(jī)轉(zhuǎn)速以減少風(fēng)量上的供給。

3.使用管理中的節(jié)能技術(shù)

目前，船舶輔機(jī)的使用管理在工作中體現(xiàn)的還是比較粗放的，大多僅為投切臺數(shù)的簡單性的管理，只要對基本的供水與供風(fēng)上的需求進(jìn)行滿足，沒有從提高全船電能利用效率的角度對輔機(jī)整個的運(yùn)行實(shí)施最優(yōu)的管理，由于輔機(jī)的額定功率輸出一般會按照系統(tǒng)最大的需求進(jìn)行滿足，設(shè)計(jì)上也是根據(jù)這個原則作對比，依據(jù)設(shè)計(jì)上的規(guī)范，還需要對裕量進(jìn)行一定的保留，保證輔機(jī)上的長期使用。但是，在系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行中并不能對最大的需求進(jìn)行滿足，而輔機(jī)使用的簡單管理方式也沒有辦法根據(jù)系統(tǒng)工況上的變化負(fù)輔機(jī)能量輸出進(jìn)行實(shí)時的調(diào)節(jié)。因此就會存在能量上的浪費(fèi)。所以在采用節(jié)能上的技術(shù)優(yōu)化對全船輔機(jī)運(yùn)行的過程進(jìn)行管理時，應(yīng)該從使用與管理的角度對輔機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)行提升，將輔機(jī)電氣設(shè)備節(jié)能管理上的綜合管理進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這是輔機(jī)節(jié)上的又一大重要的技術(shù)途徑。

節(jié)能綜合管理的基本原理為：采用信息技術(shù)對系統(tǒng)上的實(shí)際運(yùn)行情況與工況參數(shù)進(jìn)行獲取，依據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況上的需求采用變頻調(diào)速，減載控制等技術(shù)手段實(shí)時對輔機(jī)的能量輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)能量的按需分配與精細(xì)管理。達(dá)到節(jié)能增效的目的，節(jié)能綜合管理的主要對象包括船舶航行的期間長時間連續(xù)工作的輔機(jī)設(shè)備，如冷卻水泵與空調(diào)上的裝置等，這些設(shè)備工作時間長，其中流量上的供給往往會隨航行工況上的變化而產(chǎn)生變化，因此，實(shí)施節(jié)能綜合管理能帶來很明顯的節(jié)能效果。

在冷卻水泵節(jié)能管理方面，可以根據(jù)河流環(huán)境上的溫度與船舶熱負(fù)荷工況狀態(tài)以及冷卻水泵上的溫度信息，通過實(shí)施變頻調(diào)速與冷卻水泵運(yùn)行臺數(shù)控制等技術(shù)措施實(shí)時調(diào)節(jié)冷卻水的供給量，當(dāng)系統(tǒng)熱負(fù)荷較低時或是外部河水溫度較低，船舶換熱效率較高時，可降低冷卻水的供給量，既能滿足系統(tǒng)溫度降升控制上的要求。又可以在最大的程度上節(jié)約電能。

4.結(jié)語

綜上所述，船舶輔機(jī)電氣設(shè)備在研究上的重點(diǎn)，在以前的研究過程中，學(xué)者將眼光一般放在綜合自動化上，以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙，遠(yuǎn)程監(jiān)控為發(fā)展的方向。筆者認(rèn)為在今后的船舶輔機(jī)電氣設(shè)備發(fā)展中需要著重關(guān)注節(jié)能方面上的技術(shù)研究，用以提高全船輔機(jī)運(yùn)行上的效率，將能耗上的浪費(fèi)進(jìn)行降低的處理，將船舶的續(xù)航能力進(jìn)行提升，降低航運(yùn)上的成本。相信在倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，這樣的做法具有十分重要的意義。

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