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，也是造船以及運輸行業(yè)經(jīng)常研究的重點，文中通過對船舶輔機耗電量大會對續(xù)航能力造成影響的問題進行了相關(guān)的研究，從應(yīng)用永磁機以提高船舶輔機電動機效率，電機運行時實施變頻調(diào)速以及輔機的能量需求管理3個方面，對船舶輔機電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)進行了詳細的闡述，分析的結(jié)果表明，推廣船舶輔機電氣設(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；節(jié)能；永磁電機；變頻調(diào)速；能量管理

相對于陸地電網(wǎng)來說，船舶電網(wǎng)是一個較為獨立的小容量系統(tǒng)，而船舶輔機是船舶電網(wǎng)的主要電負荷之一，由于船舶攜帶的能源數(shù)量有限，輔機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行占領(lǐng)，這樣就會使航運上的成本增加，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，降低輔機能耗，是提升船舶續(xù)航能力降低運行成本的有效途徑，在世界能源緊張的今天意義非常的巨大。

1電動機節(jié)能技術(shù)

電動機是輔機運轉(zhuǎn)的動力源，也是船舶電網(wǎng)主要的直接用電負荷，因此，電動機效率是節(jié)能與否的直接因素。另外，多數(shù)船舶輔機，如冷卻水泵、主軸滑油泵、通風(fēng)機、空調(diào)壓縮機等，在整個航行期間均處于連續(xù)運行狀態(tài)，連續(xù)運轉(zhuǎn)的電動機，其效率的改善對降低電機能耗的影響尤為明顯。由于運行時間較長，即使電動機效率只提高一點點，整個航行期間累計節(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，目前的船舶輔機電動機包括直流電動機和交流異步電動機2大類。由于船舶航行工況發(fā)生變化，會引起輔機負載變動或電網(wǎng)電壓產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致輔機電動機的輸出功率偏離額定功率，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，此時電動機效率急劇降低，電能損耗大大升高。另外，對于交流異步電機而言，其功率因數(shù)一般為0.8左右，當(dāng)輔機負載降低較多時（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；而直流電動機由于存在電刷，運行期間機械換向會引起電火花，需定期清理或更換電刷，電機維護工作量較大。

近年來發(fā)展迅速的永磁同步電動機，為解決船舶輔機電動機存在的上述問題、提高電動機能效，提供了一條有效的技術(shù)途徑。永磁同步電動機的轉(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，提高了電機效率；由于無需轉(zhuǎn)子勵磁，電機功率因數(shù)可接近于，減小了定子電流，進一步提高了電機效率，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，即使負載降低到額定負載的25%時，永磁電動機效率仍可達到90%以上。永磁電動機啟動轉(zhuǎn)矩大，可以用較小容量的永磁電機替代較大容量的一般電機，較好地解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象。此外，永磁電動機還具有溫升低、體積小、重量輕的優(yōu)點，并且不存在電刷，維護性好，特別適合作為船舶輔機電動機。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。永磁同步電動機作為船舶輔機配套電機的應(yīng)用條件已經(jīng)成熟。

2運行控制節(jié)能技術(shù)

船舶輔機大多為風(fēng)機、泵類負載。對于船舶這樣一個中小型管網(wǎng)系統(tǒng)來說，風(fēng)機、泵的流量需求經(jīng)常隨航行工況的不同而發(fā)生變化。由于船舶輔機的額定功率一般按滿足最大流量需求的原則進行設(shè)計，因此，船舶輔機的流量調(diào)節(jié)大多為向下調(diào)節(jié)。目前，船舶輔機進行流量調(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，實質(zhì)是通過增加管路阻力來限制流量，此時電動機的轉(zhuǎn)速基本不變，電功率基本不變，大量電能白白浪費在管路損失上。

在空調(diào)裝置節(jié)能上的管理方面，采用變頻壓縮機以及變頻調(diào)速通風(fēng)機，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，自動對制冷量進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)空調(diào)上的經(jīng)濟運行，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)上的能耗進行降低。

在通風(fēng)機組管理方面，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，對航行的狀況的進行結(jié)合采用變頻調(diào)速對風(fēng)機上的供風(fēng)量進行調(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)上的需求進行滿足，沒有從提高全船電能利用效率的角度對輔機整個的運行實施最優(yōu)的管理，由于輔機的額定功率輸出一般會按照系統(tǒng)最大的需求進行滿足，設(shè)計上也是根據(jù)這個原則作對比，依據(jù)設(shè)計上的規(guī)范，還需要對裕量進行一定的保留，保證輔機上的長期使用。但是，在系統(tǒng)實際的運行中并不能對最大的需求進行滿足，而輔機使用的簡單管理方式也沒有辦法根據(jù)系統(tǒng)工況上的變化負輔機能量輸出進行實時的調(diào)節(jié)。因此就會存在能量上的浪費。所以在采用節(jié)能上的技術(shù)優(yōu)化對全船輔機運行的過程進行管理時，應(yīng)該從使用與管理的角度對輔機的運行效率進行提升，將輔機電氣設(shè)備節(jié)能管理上的綜合管理進行實現(xiàn)，這是輔機節(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)上的實際運行情況與工況參數(shù)進行獲取，依據(jù)系統(tǒng)實際情況上的需求采用變頻調(diào)速，減載控制等技術(shù)手段實時對輔機的能量輸出進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)能量的按需分配與精細管理。達到節(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荷工況狀態(tài)以及冷卻水泵上的溫度信息，通過實施變頻調(diào)速與冷卻水泵運行臺數(shù)控制等技術(shù)措施實時調(diào)節(jié)冷卻水的供給量，當(dāng)系統(tǒng)熱負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，船舶輔機電氣設(shè)備在研究上的重點，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，以實現(xiàn)無人機艙，遠程監(jiān)控為發(fā)展的方向。筆者認為在今后的船舶輔機電氣設(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，用以提高全船輔機運行上的效率，將能耗上的浪費進行降低的處理，將船舶的續(xù)航能力進行提升，降低航運上的成本。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。

參考文獻：

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