[发明专利]一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统

说明书

 

技术领域

本发明属于船舶动力系统技术领域，具体涉及一种运用于内河运输船舶的油电自混合动力推进系统。

 

背景技术

交通运输业是能源消耗和排放的重点领域之一，而船舶作为交通运输中载运量比例最大的载运工具，其节能效果的好坏，对国民经济的影响很大。节能减排已成为世界各国造船界和航运界研究的重要课题，它关系到节约燃料资源和费用、降低废气排放、环境保护以及船舶运营的经济效益等问题，发展低碳经济，也是实现交通运输发展方式转变的重要途径。

2011年，国际海事组织海洋环境保护委员会通过了国际海运温室气体减排措施强制规定，确定了新船设计能效指数EEDI和船舶能效管理计划SEEMP两项船舶能效标准。我国《内河绿色船舶规范》也已生效，对内河运输船舶的能效指标、排放控制及噪声污染等提出了明确的要求。

目前内河运输船舶存在的主要问题：

1、航道复杂多变，主机功率冗余

我国内河航道水域辽阔，航线延绵，航道复杂，为适应不同的航道水流港口码头等地理环境的需要，通常内河运输船舶的主机功率在设计时都有一定的冗余度，以便在恶劣工况时，可以保证船舶推进的安全性，这就使得主机在大量的工作时间都没有运行在其最佳工况，即最节能和效率最高点。

2、受吃水限制，螺旋桨效率较低

许多内河航道的支线情况还处于5级航道以下，水深较浅，水下杂草丛生，河道淤泥堆积，即便是河道经过渠化，但由于河面狭窄、船舶在交汇或超越时，与岸边极近，为避免螺旋桨与河堤的碰擦，再加上受吃水限制的影响，通常内河船舶的螺旋桨的直径都较小，导致推进效率较低。

3、航道穿越城市或风景旅游区，环境污染严重

内河航运与沿岸居民生活息息相关，柴油机的排放及噪声，已严重影响两岸居民的生活，成为环境空气污染方面不可忽视的问题。

鉴于上述原因，目前内河运输船舶急需寻求各种新能源、新产品、新技术，以节能能源、减少排放、降低噪声为根本目的。船舶混合动力推进系统是目前的研究方向之一。

（一）目前国外关于船舶混合动力推进系统的研究现状

混合动力船舶技术目前尚处在不断探索和研究的阶段。在国际上，有不少科研院提出了一些相关理论和方法，并在潜艇和游艇领域有所实现——世界上第一艘燃料电池和柴一电混合动力系统的潜艇已于2003年4月在德国基尔港开始首次试航。2010年1月，意大利和斯洛维尼亚联合研制了GREENLINE 33 混合动力游艇，是首艘混合了电池组、太阳能和柴油机动力的游艇。近些年, 船舶设计者开始把这个概念运用于商用船舶, 尤其是深海作业多用途工作船。

国外目前使用的船舶混合动力推进系统是结合了机械推进和电力推进的一种新的推进方式之一，是将机械（主柴油机）推进和电力（发电机组）推进结合在一起，根据不同工况、不同的需求，切换主柴油机驱动螺旋桨或者主柴油机与轴带电机同时驱动螺旋桨，有效地解决了船舶短时间内工况多变和输出较大推力的需求，减少了船舶的总燃油消耗量和废气排放，可节省船舶的运营成本，同时提高船舶运行的可靠性。

（二）国内船舶混合动力推进系统的发展情况

国内在船舶混合动力推进领域方面起步较晚，成功应用的例子并不多。目前阐述较多的混合动力主要是指“新能源混合电力船舶”。常用作船舶动力的新能源有太阳能、风能等，风能由于受区域限制以及稳定性、连续性和可靠性差，作为内河小型船舶能源并不合适。而电力推进装置的电池主要有燃料电池、超级电容器和动力电池等，其中以动力电池作为船舶动力源最为合适，同时，为提高船舶的续航能力和冗余性，混合动力船舶中采用技术成熟的柴油发电机组作为辅助动力。

油电混合动力系统的船舶在国内应用较少，即便应用，也是不同工况的切换使用，即电力推进作为柴油机推进的补充，在小负荷工况时，采用电力推进，在大负荷工况时切换至柴油机推进，以弥补柴油机在低转速低扭矩时排放指标过大，油耗指标差的缺陷。

（三）油电混合动力推进系统在内河船舶应用遇到的主要问题

国内在混合动力船舶领域方面起步较晚，成功应用的例子并不多。主要原因有：

1.系统复杂，研发技术难度大