伍賽特

(上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司， 上海 200438)

0 引言

目前應(yīng)用的推進(jìn)系統(tǒng)主要有兩類(lèi)：機(jī)械式直接推進(jìn)(柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、熱機(jī)聯(lián)合直接推進(jìn))和電力推進(jìn)[1-2]。電力推進(jìn)又分為：采用獨(dú)立的推進(jìn)動(dòng)力電站為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)供電的傳統(tǒng)電力推進(jìn)和采用綜合電站同時(shí)為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)和其他用電設(shè)備(武器)供電的綜合電力推進(jìn)[3-4]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，大型專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真軟件提供的輔助設(shè)計(jì)手段加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程。功率器件容量的不斷提高使大功率變頻調(diào)速得以實(shí)現(xiàn)[5-6]；先進(jìn)制造和新材料技術(shù)的跨越正不斷克服大型船用設(shè)備的加工難題，以上進(jìn)展使新型船舶采用綜合電力推進(jìn)技術(shù)具備了發(fā)展前提。順應(yīng)這種技術(shù)進(jìn)步，新型船舶實(shí)現(xiàn)全船電氣化的基礎(chǔ)―“綜合電力推進(jìn)”技術(shù)走向成熟。

1 綜合電力推進(jìn)技術(shù)

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)是一種全新的系統(tǒng)，其采用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)、大功率電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，可大幅提高全艦?zāi)茉蠢煤妥儞Q的效率，為動(dòng)力和電力機(jī)械領(lǐng)域提供了最新研究成果。綜合電力推動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)施高度的模塊化和通用化，因而，既能發(fā)揚(yáng)電力推進(jìn)的長(zhǎng)處，又能提高電網(wǎng)供電的可靠性，為船舶作戰(zhàn)使用帶來(lái)更大的靈活性，使總體設(shè)計(jì)更能夠滿(mǎn)足未來(lái)船舶的各種需求。

2 國(guó)外船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r

1838年，俄國(guó)科學(xué)家雅柯賓首次用直流電動(dòng)機(jī)和蓄電池，做了一條小船的動(dòng)力試驗(yàn)，形成“電力推進(jìn)”的概念。1908年，美國(guó)芝加哥市第一艘電力推進(jìn)消防船開(kāi)創(chuàng)了船舶電力推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的先河，解決了當(dāng)時(shí)熱機(jī)轉(zhuǎn)速高、單機(jī)容量小、調(diào)速困難以致使內(nèi)燃機(jī)無(wú)法直接應(yīng)用于船舶推進(jìn)的難題，從而使電力推進(jìn)的應(yīng)用迅速發(fā)展，并在第二次世界大戰(zhàn)期間得以廣泛應(yīng)用于各類(lèi)型軍用艦艇。

第二次世界大戰(zhàn)后，由于機(jī)加工技術(shù)的進(jìn)步，大型齒輪加工工藝趨于成熟以及內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的大型化、船用化，使電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用退居到主要應(yīng)用于特種船舶的地位。20世紀(jì)80年代，隨著電力推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步以及對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)要求的提高，電力推進(jìn)又進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。

2.1 民用船舶綜合電力推進(jìn)的應(yīng)用發(fā)展

在新的發(fā)展時(shí)期，綜合電力推進(jìn)的應(yīng)用已突破了特種船舶的局限，快速向各類(lèi)型船舶應(yīng)用擴(kuò)展。特別是運(yùn)輸船類(lèi)，因更多地追求營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境的舒適性，迫切地趨向于采用綜合電力推進(jìn)，促進(jìn)了世界知名公司加大綜合電力推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)投入，并首先在民用船舶上取得突破性進(jìn)展。

2.2 綜合電力推進(jìn)在軍用艦艇上的應(yīng)用和發(fā)展

電力推進(jìn)在民用船舶，特別是大型游輪以及23型護(hù)衛(wèi)艦上的應(yīng)用，促使英、美開(kāi)始探索和研發(fā)綜合全電力推進(jìn)用于新型水面艦艇。

1986年，美國(guó)根據(jù)新時(shí)期全球戰(zhàn)略需求，需全面提升海軍艦隊(duì)的綜合能力，裝備新型高能武器，提高作戰(zhàn)能力，改進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，提高機(jī)動(dòng)能力，降低特征信號(hào)采取有效防護(hù)措施，提高隱身能力，改善能源水平，提高對(duì)陸支援能力等。早在1988年美國(guó)海軍即已明確提出海軍下代水面戰(zhàn)艦將采用電力推進(jìn)。

由美國(guó)水面戰(zhàn)艦計(jì)劃可明顯看出，2010年以后，采用綜合電力推進(jìn)的新型戰(zhàn)艦DD(X)、LCS、CG(X)等將逐步取代機(jī)械式直接推進(jìn)的艦艇[7]。

英國(guó)在23型護(hù)衛(wèi)艦采用巡航電力推進(jìn)之后，加大投資開(kāi)發(fā)未來(lái)船舶上的先進(jìn)電力推進(jìn)技術(shù)。其中包括一種中型航空母艦CVF、一種核動(dòng)力攻擊型潛艇、兩種水面戰(zhàn)艦―45型防空驅(qū)逐艦和未來(lái)水面戰(zhàn)艦FSC，軍輔船也將采用“綜合全電力推進(jìn)”系統(tǒng)。

德國(guó)根據(jù)本國(guó)以防衛(wèi)和護(hù)航為主的戰(zhàn)略思想，水面戰(zhàn)艦的發(fā)展以護(hù)衛(wèi)艦為重點(diǎn)，船舶的推進(jìn)系統(tǒng)完全摒棄了主軸系統(tǒng)。另一個(gè)特點(diǎn)是發(fā)電系統(tǒng)采用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與燃料電池的混合系統(tǒng)[8-10]。

法國(guó)、荷蘭、瑞典、俄羅斯以及澳大利亞，都根據(jù)戰(zhàn)略需求和本國(guó)的國(guó)情，開(kāi)展了相應(yīng)的全電力艦艇的研究開(kāi)發(fā)工作。

上述情況充分證實(shí)了“綜合全電力推進(jìn)”及“綜合電力系統(tǒng)”是未來(lái)海軍戰(zhàn)斗艦艇及軍輔船動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 國(guó)外船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)

2.3.1 制定綜合發(fā)展計(jì)劃，系統(tǒng)地開(kāi)展綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究

從20世紀(jì)80年代起，歐美等國(guó)就根據(jù)戰(zhàn)略和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求及現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的支撐，提出了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。

美國(guó)自1986年提出“海上革命”計(jì)劃后，制定了專(zhuān)項(xiàng)“綜合電力系統(tǒng)”(IPS)計(jì)劃。組織海軍研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)“電力船舶研發(fā)聯(lián)盟”、通用電氣公司、洛克希德?馬丁公司等，形成研發(fā)體系并投入926億美元，開(kāi)展綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)及設(shè)備的研究。

英國(guó)于1996年提出了“綜合全電力推進(jìn)”(IFED)發(fā)展計(jì)劃和“全電力艦艇”(AES)方案，與法國(guó)聯(lián)合，組織羅爾斯?羅依斯公司、阿爾斯通公司、熱蒙公司等，實(shí)施“電力艦艇艇”計(jì)劃，總投資約10億美元。

德國(guó)于1999年制定了FDZ-2020項(xiàng)目計(jì)劃，組織HDW船廠、西門(mén)子公司、MTU公司等實(shí)施未來(lái)護(hù)衛(wèi)艦計(jì)劃，投入3.37億歐元進(jìn)行先期開(kāi)發(fā)。

2.3.2 更新研究設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)理念，完成了由“經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)”向“模型設(shè)計(jì)”的過(guò)渡

世界各大知名公司，已利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、軟件技術(shù)的成果，開(kāi)展綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)及設(shè)備的仿真研究，建立了模型體系；綜合利用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的大量數(shù)據(jù)，建立比較完善的數(shù)據(jù)庫(kù)；建立了以系統(tǒng)和設(shè)備“模型”為主體，在數(shù)據(jù)庫(kù)支持下的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)和工程選型軟件系統(tǒng)，可將原來(lái)需要5～10年的全新系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)周期縮短到一年甚至幾個(gè)月，并大幅度提高設(shè)計(jì)精度。完成了由“經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)”向“模型設(shè)計(jì)的過(guò)渡。

2.3.3 重視演示驗(yàn)證系統(tǒng)建設(shè)，開(kāi)展演示驗(yàn)證研究

美國(guó)為了開(kāi)發(fā)綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)，并驗(yàn)證基礎(chǔ)技術(shù)的可行性、有效性、降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，分別在普渡大學(xué)和密蘇里大學(xué)建立了推進(jìn)和供電系統(tǒng)的半物理試驗(yàn)平臺(tái)，與英、法國(guó)防部聯(lián)手于1996年在費(fèi)城建立了工程實(shí)比例陸上試驗(yàn)站。英、法聯(lián)合在位于英格蘭的阿爾斯通研究中心建立了“電力艦艇艇”技術(shù)單軸系全尺寸演示驗(yàn)證中心，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的置信度和可靠性。

2.3.4 既重視基礎(chǔ)研究的同吋，又注重先期技術(shù)開(kāi)發(fā)，提高應(yīng)用技術(shù)儲(chǔ)備能力

各國(guó)在執(zhí)行“電力艦艇”計(jì)劃中，都包含有系統(tǒng)和設(shè)備的先期開(kāi)發(fā)，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能做必要的技術(shù)準(zhǔn)備。如美國(guó)在執(zhí)行“綜合電力系統(tǒng)”計(jì)劃中就包含了橫向磁通永磁電機(jī)的研究，并投資約1.4億美元研究高溫超導(dǎo)電機(jī)等，為進(jìn)一步提高綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的功率密度做出了前瞻性工作。

2.4 國(guó)外船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前國(guó)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 大容量系統(tǒng)技術(shù)。為提高動(dòng)力和作戰(zhàn)能力，動(dòng)力系統(tǒng)的容量不斷增大，民用船舶實(shí)現(xiàn)了單機(jī)功率達(dá)44 MW，軍用艦艇中美國(guó)DDG-1000艦單機(jī)功率可達(dá)36.5 MW。

(2) 設(shè)備高功率密度技術(shù)。為減輕動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量，縮小體積，除合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外，利用新材料、新技術(shù)提高主要設(shè)備的功率密度，如西門(mén)子公司IFR6839徑向永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度達(dá)448 kN·m/t(一體化結(jié)構(gòu)，含調(diào)速設(shè)備)，阿爾斯通新型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度高達(dá)11.928 kN·m/t。

(3) 綜合利用能源技術(shù)。從能量管理入于，通過(guò)合理調(diào)整工況的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)始終處于“最佳”狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能目的。

(4) 供電系統(tǒng)的中高壓技術(shù)。中大型船舶系統(tǒng)電壓不斷提高，一般系統(tǒng)電壓在6.6 kV以上，民用船舶最高電壓已達(dá)11 kV，美國(guó)DDG-1000的系統(tǒng)電壓為138 kV。

(5) 智能自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)。智能化是當(dāng)前系統(tǒng)自動(dòng)化的技術(shù)發(fā)展途徑，可以減少船員，提高系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化水平，是適應(yīng)“信息戰(zhàn)”的主要手段。

(6) 工程設(shè)計(jì)的通用化、系列化、組合化技術(shù)。以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、減少系統(tǒng)全壽命費(fèi)用，并為技術(shù)更新提供基礎(chǔ)條件。

(7) 高性能儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)是應(yīng)改善船用電網(wǎng)電能供應(yīng)需求及高能武器的能量供應(yīng)而提出的，同時(shí)也為動(dòng)力系統(tǒng)的生命力提供了保障途徑。

3 我國(guó)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

目前，我國(guó)只能夠自行設(shè)計(jì)傳統(tǒng)電力推進(jìn)系統(tǒng)并在少量軍民用船舶中服役。其主要特點(diǎn)是采用直流低壓(<1 000 V)技術(shù)，其應(yīng)用對(duì)象一般限于2 000 t級(jí)以下的特種船舶(主要是潛艇)。面對(duì)當(dāng)今世界快速發(fā)展的新型繞合電力推進(jìn)技術(shù)，我國(guó)尚處在一個(gè)重大技術(shù)轉(zhuǎn)型期的起步準(zhǔn)備階段。

3.1 我國(guó)電力推進(jìn)船舶發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

3.1.1 民用船舶

從建國(guó)起到20世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)建造的電力推進(jìn)相關(guān)的民用船舶只有兩艘：一艘是1962年江南造船廠自行設(shè)計(jì)制造的“浦江號(hào)”火車(chē)渡輪，采用的是直流電力推進(jìn)系統(tǒng)，由于技術(shù)不成熟等諸多因素的影響，僅運(yùn)行了一年多就退役；另一艘是1987年大連造船廠為國(guó)外船東建造的穿梭油輪，推進(jìn)系統(tǒng)仍是機(jī)械式直接推進(jìn)，雖然采用了新型電力系統(tǒng)為全船供電，但該電力系統(tǒng)是由ABB公司提供的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備[11]。

進(jìn)入21世紀(jì)，在市場(chǎng)需求的牽引下，我國(guó)對(duì)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的關(guān)注度日漸提升。近年來(lái)，國(guó)際上采用綜合電力推進(jìn)技術(shù)船舶的增長(zhǎng)勢(shì)頭加快，國(guó)內(nèi)造船企業(yè)的制造訂單也逐漸增多。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)建造電力推進(jìn)船型種類(lèi)已得以顯著擴(kuò)充。我國(guó)船舶總體設(shè)計(jì)單位逐漸參與新型船舶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別在集裝箱船、半潛式起重船、煙大鐵路渡輪、水聲測(cè)量船、海洋考察船等船型上開(kāi)展總體設(shè)計(jì)中取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。但是，相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)民用船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)處在被動(dòng)跟進(jìn)狀態(tài)[12]。

3.1.2 軍用艦艇

自20世紀(jì)60年代初，我國(guó)在蘇聯(lián)轉(zhuǎn)廠制造常規(guī)動(dòng)力潛艇動(dòng)力裝置的基礎(chǔ)上，研制了三代常規(guī)潛艇電力推進(jìn)系統(tǒng)，即一代研仿；自行設(shè)計(jì)第一代常規(guī)動(dòng)力潛艇電力推進(jìn)系統(tǒng)和第一代核動(dòng)力潛艇的應(yīng)急電力推進(jìn)以及巡航電力推進(jìn)系統(tǒng)。進(jìn)入八九十年代，自行設(shè)計(jì)了新一代常規(guī)動(dòng)力潛艇電力推進(jìn)系統(tǒng)。水面船舶只有消磁船，小型軍輔船采用低壓直流電力推進(jìn)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)還開(kāi)始了永磁電力推進(jìn)系統(tǒng)的預(yù)先研究工作，同期研制的采用直流永磁電機(jī)的電力推進(jìn)系統(tǒng)已裝備于船舶作深潛器；還設(shè)計(jì)研制了深潛救生艇的PWM型異步電動(dòng)機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)(包括主推進(jìn)器和側(cè)推)等[13]。21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)裝備預(yù)研以采用綜合電力系統(tǒng)的新型護(hù)衛(wèi)艦、驅(qū)逐艦、潛艇為目標(biāo)，啟動(dòng)并開(kāi)展了“船舶綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”。

3.2 國(guó)內(nèi)與國(guó)外的技術(shù)差距分析

我國(guó)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)與國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在基礎(chǔ)研究能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、試驗(yàn)驗(yàn)證能力等方面。沒(méi)有形成自主研發(fā)體系，導(dǎo)致技術(shù)發(fā)展落后，基礎(chǔ)科研能力和創(chuàng)新能力不強(qiáng)?，F(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外差距分述如下。

3.2.1 基礎(chǔ)研究能力方面

在國(guó)外，大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)主要承擔(dān)基礎(chǔ)研究工作，如美國(guó)的密蘇里大學(xué)、普渡大學(xué)、BWX技術(shù)公司(洛斯·阿拉莫斯國(guó)家安全小組四成員之一)、蘭德國(guó)防研究所、英國(guó)宇航系統(tǒng)公司(BAE)、法國(guó)艦艇建造局(DCN)、 Converteam(Alstom)公司、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)、西門(mén)子公司、ABB公司等。

國(guó)內(nèi)近階段進(jìn)行的基礎(chǔ)研究主要有：大容量高功率密度電力推進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究；仿真模型和虛擬試驗(yàn)平臺(tái)研究；新型船舶的電氣傳動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)基礎(chǔ)研究；高可靠性電力推進(jìn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)研究；脈沖電源和負(fù)載模擬的基礎(chǔ)研究；動(dòng)力系統(tǒng)減振降噪研究、燃料電池(PEM)；大功率元器件集成；電力、熱能、機(jī)械及控制的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析軟件等[14-15]。

在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，已形成對(duì)船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的支撐能力。國(guó)內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)現(xiàn)有“電力電子與電力傳動(dòng)”、“電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化”、“電機(jī)與電器”、“高電壓與絕緣技術(shù)”、“電工理論與新技術(shù)”等研究方向，并且開(kāi)展了如船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真、多相電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的理論體系、船用中壓電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、限流器設(shè)計(jì)方法、動(dòng)力定位技術(shù)、超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)研究等，但是總體來(lái)看，研究比較分散，基礎(chǔ)研究能力依然有待提升。

3.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力方面

在綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力上，我國(guó)與國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在科研組織體系、系統(tǒng)(集成)設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)手段四個(gè)方面。

美、英、法、德等海洋大國(guó)都于20世紀(jì)90年代通過(guò)實(shí)施有關(guān)船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃，組織研究設(shè)計(jì)單位、企業(yè)、大學(xué)等開(kāi)展了系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究工作；在掌握綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，已可對(duì)各種新型船舶所需綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用，并形成了系統(tǒng)和設(shè)備的仿真設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)系列軟件，以及整套的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系[16]。目前，絕大多數(shù)綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)及設(shè)備是由國(guó)外幾家大公司集成供貨，主要包括電力推進(jìn)領(lǐng)域內(nèi)的三大跨國(guó)電氣公司：ABB、阿爾斯通和西門(mén)子以及傳統(tǒng)的系統(tǒng)集成商如 IMTECH等，它們?cè)谙到y(tǒng)集成設(shè)計(jì)方面占有絕對(duì)的市場(chǎng)壟斷地位。

國(guó)內(nèi)的研發(fā)工作處于“萌芽”期，未形成系統(tǒng)的“合力”；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法上還處于學(xué)習(xí)和摸索階段，基本的工具軟件、仿貞軟件高級(jí)模塊、系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件受制于國(guó)外，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有自己的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；初步開(kāi)展的設(shè)備設(shè)計(jì)工作，仍存在不少技術(shù)難題；國(guó)內(nèi)僅有個(gè)別綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)集成的工程業(yè)績(jī)，但都局限于小功率等級(jí)船舶。

3.2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證能力方面

在試驗(yàn)驗(yàn)證能力上，我國(guó)與國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在研究性實(shí)驗(yàn)、工程化驗(yàn)證試驗(yàn)兩個(gè)方面。

發(fā)達(dá)國(guó)家已于20世紀(jì)90年代陸續(xù)建成了綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室以及全尺寸工程試驗(yàn)站。進(jìn)入21世紀(jì)后，其系統(tǒng)仿真試驗(yàn)的結(jié)果已通過(guò)實(shí)船驗(yàn)證(Superstar豪華游輪)，且全尺寸陸上工程試驗(yàn)已用于實(shí)船系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)合調(diào)試并裝船試航(45型驅(qū)逐艦)。

國(guó)內(nèi)除系統(tǒng)和設(shè)備仿真軟件存在較大差距外，通過(guò)近年來(lái)的保障條件建設(shè)投入，實(shí)驗(yàn)室仿真硬件條件和小比例樣機(jī)試驗(yàn)條件基本具備；全尺寸陸上工程試驗(yàn)條件正在建設(shè)中。另外，在生產(chǎn)制造能力上，目前國(guó)外可面向各種船型，全套提供各種功率等級(jí)的中、低壓電力推進(jìn)設(shè)備；國(guó)內(nèi)可對(duì)中小型船舶提供柴油發(fā)電機(jī)組、低壓配電屏和變壓器等，新型材料和大功率器件更多向國(guó)外購(gòu)買(mǎi)。在售后服務(wù)能力方面，國(guó)外可提供全球化現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)；我國(guó)主要對(duì)沿海和內(nèi)河船提供維修服務(wù)。

3.2.4 人才、科研組織體系方面

船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)涉及多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)技術(shù)。國(guó)外在開(kāi)展綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究時(shí)，都建立了一個(gè)由國(guó)家科研管理機(jī)構(gòu)、科研院所、企業(yè)、大學(xué)、海軍科研機(jī)構(gòu)等單位構(gòu)成的科研組織體系。其中，國(guó)家科研管理機(jī)構(gòu)通過(guò)制定政策法規(guī)以及管理科研經(jīng)費(fèi)的手段擔(dān)負(fù)著基礎(chǔ)科研和技術(shù)進(jìn)步的宏觀調(diào)控職能；企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)的需求和生存競(jìng)爭(zhēng)的需要成為高新技術(shù)研發(fā)的主力軍；大學(xué)和專(zhuān)門(mén)科研機(jī)構(gòu)則構(gòu)成了基礎(chǔ)研究和前沿科學(xué)研究的主要基地。國(guó)內(nèi)船舶的設(shè)計(jì)和研制由科研院所、大學(xué)、企業(yè)、海軍科研機(jī)構(gòu)等單位承擔(dān)，但還未形成科研組織體系，尚未開(kāi)展系統(tǒng)全面的研究工作。

3.3 造成差距的原因

國(guó)外的船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)早在20世紀(jì)期間即已經(jīng)歷了10～15年的歷程，自21世紀(jì)以來(lái)已進(jìn)入實(shí)用化、產(chǎn)品化階段。其在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，以本國(guó)為主注重國(guó)際合作，聯(lián)合開(kāi)發(fā)研究，逐步形成具有本國(guó)(或本公司)特色的系統(tǒng)和設(shè)備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了共性技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，以利開(kāi)展模塊化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成。在軍用領(lǐng)域，美、英、法等國(guó)更是注重國(guó)際合作，用最少的投資獲取最優(yōu)勢(shì)的設(shè)備，在進(jìn)行基礎(chǔ)研究的同時(shí)完成試驗(yàn)場(chǎng)地等保障條件建設(shè)，爭(zhēng)取用最短的時(shí)間完成新型作戰(zhàn)艦艇的研制。

通過(guò)對(duì)比分析，我國(guó)在船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的總體上與國(guó)外的差距明顯，形成差距的主要原因有：

(1) 缺乏船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展思路和發(fā)展規(guī)劃研究，沒(méi)有形成國(guó)家支持下的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展計(jì)劃。長(zhǎng)期以來(lái)，軍用艦艇重點(diǎn)發(fā)展?jié)撏?dòng)力需要的傳統(tǒng)電力推進(jìn)技術(shù)，而對(duì)民用船舶和水面艦艇綜合電力推進(jìn)新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用關(guān)注不夠。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位開(kāi)始了船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的預(yù)研工作，但仍然缺乏整體規(guī)劃和宏觀布局。

(2) 缺少船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究投入，影響深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。多年來(lái)，預(yù)研、科研投入的有限經(jīng)費(fèi)主要是為解決型號(hào)急需，未注重基礎(chǔ)技術(shù)研究的投入。研究力量分散，缺少相應(yīng)的組織協(xié)調(diào)，缺乏相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，使得研究的總體水平受到影響。

(3) 設(shè)計(jì)研究和試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)較晚，影響自主研發(fā)設(shè)計(jì)體系建設(shè)。長(zhǎng)期以來(lái)，研究試驗(yàn)的條件建設(shè)均以裝備的工程型號(hào)為背景，沒(méi)有從專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展所需系統(tǒng)地考慮基礎(chǔ)條件建設(shè)，未形成配套的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必要的系統(tǒng)仿真分析軟件、在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的試驗(yàn)設(shè)備和大容量的系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)等自主研發(fā)體系建設(shè)的必備條件。針對(duì)這題，國(guó)家有關(guān)部委正在加大投入，不久的將來(lái)在設(shè)計(jì)研究和試驗(yàn)驗(yàn)證能力上將大大縮小與國(guó)外的差距。

(4) 人才隊(duì)伍的培養(yǎng)急待加強(qiáng)。綜合電力推進(jìn)技術(shù)涉及的專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域廣而新，研發(fā)一線十分缺乏經(jīng)過(guò)實(shí)踐鍛煉的復(fù)合型人才。在設(shè)計(jì)理念、基礎(chǔ)研究創(chuàng)新能力發(fā)展上不利。我國(guó)目前對(duì)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的研究才剛剛起步，可提供工程應(yīng)用的新型推進(jìn)設(shè)備幾乎是空白，因此要縮短與國(guó)外的差距，必須有一段逐漸積累經(jīng)驗(yàn)的路要走。

4 加速發(fā)展國(guó)內(nèi)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的必要性

4.1 我國(guó)對(duì)綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的迫切需求

4.1.1 民用船舶需求

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著運(yùn)輸業(yè)和旅游業(yè)需求的日益增長(zhǎng)，給我國(guó)船舶行業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。我國(guó)的船舶工業(yè)的快速發(fā)展，給船舶配套設(shè)備發(fā)展帶來(lái)重要發(fā)展機(jī)遇。但是，目前利潤(rùn)豐厚的船舶配套設(shè)備仍然大多依賴(lài)進(jìn)口。面對(duì)航運(yùn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)迫切需要高技術(shù)船舶發(fā)展綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用將是重要因素之一。

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)外綜合電力推進(jìn)船舶中，推進(jìn)功率等級(jí)1～7.5 MW的中小型船需求量接近65%。國(guó)內(nèi)近幾年已基于國(guó)外技術(shù)建造了一些新型電力推進(jìn)船舶，加快我國(guó)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，從沿海和內(nèi)河中小型電力推進(jìn)船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)入于，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)和配套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化可以成為我國(guó)綜合電力推進(jìn)近期目標(biāo)；大型民用電力推進(jìn)船舶如海洋工程平臺(tái)、遠(yuǎn)洋貨輪的推進(jìn)功率等級(jí)一般在10～20 MW以上，特別是家華游輪屬技術(shù)含量很高的高端產(chǎn)品，可作為二期目標(biāo)滿(mǎn)足需求。

4.1.2 軍用艦艇需求

軍用艦艇動(dòng)力系統(tǒng)的性能直接影響著海軍武器裝備的作戰(zhàn)效能，世界各海軍強(qiáng)國(guó)都在爭(zhēng)先發(fā)展綜合電力系統(tǒng)技術(shù)。為維護(hù)和平和祖國(guó)統(tǒng)一、適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，研發(fā)和建造具有世界先進(jìn)水平的綜合電力推進(jìn)艦艇將是我國(guó)海軍快速提升作戰(zhàn)能力的重要舉措。依據(jù)我國(guó)海軍的發(fā)展目標(biāo)，要不斷提高軍用艦艇的動(dòng)力性能，必須加快綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)研發(fā)。

4.2 加快綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的必要性

船舶配套業(yè)是船舶工業(yè)的重要組成部分和做大做強(qiáng)的基礎(chǔ)，船舶配套業(yè)發(fā)展水平是影響船舶工業(yè)綜合實(shí)力的重要因素。我國(guó)船舶配套業(yè)落后，嚴(yán)重制約著海軍武器裝備的升級(jí)換代和民用船舶產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的提高。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著造船業(yè)的快速發(fā)展，船舶配套發(fā)展滯后問(wèn)題變得日益嚴(yán)峻。作為船舶配套重要項(xiàng)目之一的船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)與世界先進(jìn)國(guó)家相比差距史大，因此必須盡快采取措施改變落后狀態(tài)。為此需充分認(rèn)識(shí)加快船舶綜合電力推進(jìn)發(fā)展的必要性。

加快發(fā)展船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的需要。發(fā)達(dá)國(guó)家于20世紀(jì)80年代以來(lái)快速發(fā)展的綜合電力推進(jìn)技術(shù)，已成為新型船舶動(dòng)力技術(shù)的一種主流發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)尚未充分掌握船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)，且技術(shù)上的存量資源不足，這在新的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中處于十分不利的地位，因此必須盡快啟動(dòng)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)研究，加快和加大研究工作的步伐和力度，才能跟上新技術(shù)的發(fā)展，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力。需通過(guò)全面、持續(xù)的科研投入，堅(jiān)持以打基礎(chǔ)、建體系為目的的反復(fù)多輪的研究、試驗(yàn)驗(yàn)證和總結(jié)提高，形成研究設(shè)計(jì)平臺(tái)、試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)和應(yīng)用評(píng)估平臺(tái)，支撐自主研發(fā)先進(jìn)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)體系。搶抓機(jī)遇，集中解決船舶配套瓶頸，提升我國(guó)船舶工業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略任務(wù)。

加快發(fā)展船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)軍民結(jié)合產(chǎn)業(yè)化、推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)是典型的軍民結(jié)合產(chǎn)品，市場(chǎng)的需求推動(dòng)了技術(shù)的快速發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了軍民用船舶的廣泛應(yīng)用。綜合電力推進(jìn)技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)其他行業(yè)發(fā)展還將起到帶動(dòng)作用。通過(guò)綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究，可以加快大容量變頻拖動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)與之配套的電力電子、材料、機(jī)械加工等制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，支持國(guó)家經(jīng)濟(jì)和其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及軍備競(jìng)賽的環(huán)境中，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)新型船舶的技術(shù)限制和技術(shù)封鎖隨處可見(jiàn)。在核心技術(shù)受?chē)?guó)外制約的現(xiàn)實(shí)情況下，單靠引進(jìn)不可取。在民用船舶方面，由于國(guó)外大公司壟斷了系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)，其設(shè)計(jì)費(fèi)用極高，達(dá)到設(shè)備費(fèi)用的1.5倍。同時(shí)，相關(guān)的設(shè)備必須由外國(guó)公司指導(dǎo)采購(gòu)，使船舶建造的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力受到極大影響。因此，必須加快發(fā)展自己的綜合電力推進(jìn)技術(shù)，才可沖破制約，避免長(zhǎng)期處于被動(dòng)地位，以滿(mǎn)足我國(guó)船舶發(fā)展需要。

5 未來(lái)發(fā)展船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的研究方向

5.1 制定國(guó)家船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃

世界先進(jìn)國(guó)家船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展迅速，民用船舶、軍用艦艇的需求旺盛。各發(fā)達(dá)國(guó)家在十幾、二十年前就根據(jù)自身的需求和基礎(chǔ)，制定了相關(guān)發(fā)展計(jì)劃，促進(jìn)了綜合電力推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步。我國(guó)起步晚，技術(shù)落后，嚴(yán)重制約了我國(guó)船舶動(dòng)力技術(shù)的現(xiàn)代化，影響了我國(guó)造船業(yè)和海軍裝備的發(fā)展。建議國(guó)家盡快根據(jù)我國(guó)國(guó)情，制定我國(guó)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目計(jì)劃，組建專(zhuān)項(xiàng)協(xié)調(diào)委員會(huì)，組織計(jì)劃的實(shí)施，組建專(zhuān)家委員會(huì)，開(kāi)展頂層設(shè)計(jì)，專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目技術(shù)咨詢(xún)與評(píng)估工作。

5.2 建設(shè)和完善船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)體系

我國(guó)船舶動(dòng)力技術(shù)發(fā)展已有數(shù)十余年歷史，在潛艇和軍輔船電力推進(jìn)系統(tǒng)和設(shè)備方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。近十余年來(lái)，國(guó)內(nèi)采用綜合電力推進(jìn)的民用船舶逐漸增多，總體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成技術(shù)研究已起步。部分大學(xué)開(kāi)展了相關(guān)的研究工作，鍛煉和培養(yǎng)了一定的專(zhuān)業(yè)研究設(shè)計(jì)人才。

根據(jù)軍工科研生產(chǎn)任務(wù)的需求，國(guó)家逐步加大了國(guó)防科研和生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入，目前基本具備開(kāi)展船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究條件。需在船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)迅猛發(fā)展的形勢(shì)下，急需抓住機(jī)遇，充分利用和整合現(xiàn)有資源，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，相對(duì)緊密地將有關(guān)企業(yè)、研究院所和院校聯(lián)合起來(lái)，組成軍民需求結(jié)合、基礎(chǔ)研究與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)結(jié)合的技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，逐步形成完善的船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)體系。

5.3 盡快啟動(dòng)船舶綜合電力推進(jìn)基礎(chǔ)技術(shù)的研究

船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究，需要一定的周期和大量的技術(shù)儲(chǔ)備，需貫徹動(dòng)力先行的原則，加大動(dòng)力系統(tǒng)基礎(chǔ)研究的投入力度，盡快啟動(dòng)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)研究，滿(mǎn)足軍民用船舶舶動(dòng)力的需求。

6 結(jié)論及展望

綜合全電力推進(jìn)技術(shù)是船舶動(dòng)力系統(tǒng)的一種特殊傳動(dòng)形式，伴隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，已逐步形成當(dāng)今高技術(shù)船舶動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的主流趨勢(shì)。隨著民用船舶應(yīng)用的增多，技術(shù)優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，軍用艦艇研發(fā)投入力度的加大。自 21世紀(jì)以來(lái)，綜合電力推進(jìn)技術(shù)已成為船舶動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)之一。