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綜合電力系統成船舶動力第三次革命

2015/5/7 8:33:08      點擊:

“船舶綜合電力系統將傳統船舶相互獨立的機械推進系統和電力系統以電能的形式合二為一,通過電力網絡為船舶推進、通信導航、特種作業和日用設備等提供電能,實現了全船能源的綜合利用。因此,船舶動力采用綜合電力系統已成主流。”在日前于京舉行的“2014ieee亞太交通電氣化大會暨展覽會”上,中國工程院院士馬偉明如是說。

19世紀初,蒸汽機逐漸取代人力、風力作為船舶動力,標志著船舶動力的第一次革命開始。20世紀中葉以來,內燃機、燃氣輪機、核動力汽輪機逐步發展成熟并被應用于船舶動力,船舶動力的第二次革命由此開啟。

“綜合電力系統被譽為船舶動力的第三次革命。”馬偉明告訴記者。

他介紹說,自20世紀末以來,隨著各國海洋開發和海防建設的快速發展,船舶電能需求大幅增加,并對船舶動力的機動性、安靜性和燃油經濟性等性能要求顯著提高。同時,石油資源日益短缺,環境污染不斷惡化,各國正積極倡導發展綠色船舶,促進可再生能源在船舶動力中的應用。船舶采用綜合電力系統,不僅實現了船舶推進系統和電力系統的集成,而且更容易實現全船能量的精確高效控制以及多種再生能源的靈活接入,降低船舶動力對傳統化石燃料的依賴度。

“綜合電力系統技術也是交通行業的通用技術。近年來,綜合電力系統研究取得突破性進展,不僅使船舶動力從機械化走向電氣化、信息化和智能化,還被推廣應用于全電化特種車輛、多電飛機、軌道交通、新能源發電等軍民通用技術領域。大力發展綜合電力系統,將帶來巨大的軍事、經濟和社會效益。”馬偉明說。

在國外,船舶綜合電力系統首先應用于軍事領域。“美、英等西方發達國家自上世紀80年代開始進行綜合電力系統研究,近年來已經實現中壓交流綜合電力系統的工程應用。”馬偉明介紹說,2009年7月服役的英國45型驅逐艦,是世界上首艘采用中壓交流綜合電力系統的水面主戰艦艇。此外,英國cvf航母、美國ddg1000驅逐艦、法國“西北風”級兩棲攻擊艦等均采用了中壓交流綜合電力系統。

本世紀初,國外開始在民用船舶中應用綜合電力系統。“以中壓交流和低壓交流兩種電制形式為主,如美國‘亞特蘭蒂斯’號科考船、‘海洋綠洲’號郵輪、荷蘭‘藍色馬林魚’號半潛船等。”馬偉明說。

根據國外船舶綜合電力系統的發展情況,馬偉明將綜合電力系統分為第一代和第二代。

他表示,第一代綜合電力系統技術成熟,但存在設備體積和重量偏大、系統效率偏低、供電連續性不高等缺點;第二代綜合電力系統采用中壓直流電制,突破了系統頻率限制,降低了對原動機調速特性的要求,大幅減小了設備體積和重量,提高了系統效率和供電連續性,但技術發展尚未成熟。

馬偉明介紹說,我國綜合電力系統的發展以“十五”為起點,通過初期探索,形成了系統概念方案、主要設備和全系統的目標圖像,明確了綜合電力系統的技術發展路線,即軍用艦船要求裝機容量大、功率密度高、適裝性好,應優先采用中壓直流綜合電力系統;民用船舶要求建造成本低,現階段宜優先采用中壓交流或低壓交流綜合電力系統。

“‘十五’至‘十一五’,我們構建了綜合電力系統的基礎理論體系,先后攻克了系統網絡結構、集成化發電、先進感應推進等數十項關鍵技術。”馬偉明表示,“十二五”以來,我國在綜合電力系統研究方面更是取得不少進展。例如,海軍工程大學艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室提出一二代混合的綜合電力系統技術方案,牽頭并聯合國內船電行業優勢單位,構建了中壓直流綜合電力系統,同時完成全系統聯調試驗,使我國成為世界上首個實現中壓直流綜合電力系統的國家。