王樂，徐夢(mèng)婷，賀振洋

新能源船型研發(fā)——以南湖42客位太陽能船為例＊

王樂，徐夢(mèng)婷，賀振洋

（嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院 船建分院，浙江 嘉興 314031）

21世紀(jì)，世界能源需求量仍將繼續(xù)增長(zhǎng)，新能源的利用在船舶行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。太陽能可以用來聚熱取暖，光伏發(fā)電，為船上設(shè)施提供相對(duì)獨(dú)立的能量來源，在降低船舶發(fā)電機(jī)或主機(jī)能耗的同時(shí)保證船舶的正常航行；在船舶上太陽能主要通過布置在船舶上的太陽能電池板等裝置進(jìn)行能量收集，隨后轉(zhuǎn)換成光伏電能直接應(yīng)用于電氣設(shè)備或儲(chǔ)存起來。針對(duì)新能源船型研發(fā)，以嘉興南湖景區(qū)42客位旅游船型為例進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。通過對(duì)南湖水域清潔能源動(dòng)力船型的技術(shù)研究、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、實(shí)用等方面進(jìn)行可行性分析，以點(diǎn)帶面加快推進(jìn)清潔能源技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

清潔能源；太陽能；南湖；船舶

從全球發(fā)展趨勢(shì)看，隨著全球能源需求不斷擴(kuò)大，石油、煤炭、天然氣、水力、核能將各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，可再生能源由于其無污染將日益受到重視。今后國家將更加重視開發(fā)新能源和可再生能源，并努力降低能耗和利用替代能源。太陽能可用來聚熱取暖和光伏發(fā)電，為船上設(shè)施提供相對(duì)獨(dú)立的能量來源，在降低船舶發(fā)電機(jī)或主機(jī)能耗的同時(shí)保證船舶的正常航行；在船舶上，太陽能主要通過布置在船舶上的太陽能電池板等裝置收集能量，隨后轉(zhuǎn)換成光伏電能直接應(yīng)用于電氣設(shè)備或儲(chǔ)存起來。因此，太陽能等清潔能源動(dòng)力船型的推行是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

澳大利亞、德國、瑞士和日本太陽能船舶的研究較多，也有成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。2000年，澳大利亞建成了利用太陽能、風(fēng)能、燃料電池、油混合的能源雙體渡船。該船的8片可調(diào)控的翼覆蓋著太陽能發(fā)電裝置，并可用作風(fēng)帆，船長(zhǎng)約21 m，可搭載100人。澳大利亞還設(shè)計(jì)了采用太陽能、風(fēng)能、燃油混合動(dòng)力能源的大型水船，為各大城市供水。2006年，美國與澳大利亞合作設(shè)計(jì)了太陽能風(fēng)翼大型三體游船，該船可搭載600名乘客。

2006-10-16，瑞士全太陽能動(dòng)力船“太陽21號(hào)”從瑞士巴塞爾起航前往紐約，開始首次跨越大西洋的旅程，于2007-05-08到達(dá)紐約，它是世界上第一艘完全靠太陽能行駛并橫跨大西洋的船只，通過實(shí)船航行證實(shí)了太陽能船遠(yuǎn)洋航行的可能性。

中國船舶科學(xué)研究中心、中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院以及上學(xué)等科研院所、高校也在開展或關(guān)注太陽能等可再生能源動(dòng)力船船的研究，并建造了一些太陽能動(dòng)力小艇。綜合國內(nèi)外太陽能動(dòng)力船舶的研究發(fā)展現(xiàn)狀和化石燃料的有限性，太陽能動(dòng)力船舶具有十分誘人的發(fā)展前景。太陽能動(dòng)力船舶目前雖多用作小型船艇，但這種可再生能源動(dòng)力船舶也可以大型化，在交通工具中船體構(gòu)型與岸上建筑物較為接近，如果采用三體、四體五體與雙體船船型則船體平臺(tái)可提供寬敞的空間布置太陽能動(dòng)力裝置、系統(tǒng)。此外，太陽能動(dòng)力船舶還可以采用風(fēng)能、海流能、波浪能等可再生能源，最終實(shí)現(xiàn)大型化、全天候零排放的目標(biāo)。

2 太陽能動(dòng)力船舶船體平臺(tái)的研究

太陽能動(dòng)力船舶船體平臺(tái)的研究實(shí)際上是對(duì)太陽能電池板布置優(yōu)化的研究，即分析太陽能電池板（光伏陣列）如何在船上布置、在何種船上布置具有比較好的效果。這項(xiàng)研究屬于船體總體設(shè)計(jì)技術(shù)，包括適用的船型方案論證設(shè)計(jì)、船舶類型分析論證及其水動(dòng)力性能研究分析、太陽能動(dòng)力系統(tǒng)的布置問題等。對(duì)設(shè)計(jì)要求巡航速度不低于10 km/h，續(xù)航力不低于8 h，節(jié)約能源40%以上的南湖42客位觀光雙體新能源船進(jìn)行研究。

2.1 船體主要要素設(shè)計(jì)

船型主尺度如表1所示。

2.2 太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

船舶光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.3 船型總布置設(shè)計(jì)

船舶總布置設(shè)計(jì)如圖2所示。

表1 船型主尺度

序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目參數(shù) 1總長(zhǎng)LOA/m13.808設(shè)計(jì)吃水d/m0.80 2垂線間長(zhǎng)LPP/m13.009排水量Δ/t≈27.35 3最大寬度BMAX/m5.1010乘員/船員42/1 4雙體船總寬B/m5.0011設(shè)計(jì)航速/（km/h）10 5片體型寬b/m1.8012肋距/m0.50 6片體間距k/m1.4013續(xù)航力/h10 7型深D/m1.3014航區(qū)內(nèi)河B級(jí)

圖1 船舶光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

圖2 船舶總布置設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)束語

太陽能動(dòng)力船舶船體平臺(tái)的研究實(shí)際上是對(duì)太陽能電池板布置優(yōu)化研究，即分析太陽能電池板（光伏陣列）如何在船上布置、在何種船上布置具有比較好的效果。船舶與汽車、飛機(jī)相比，由于船舶尺度大，因此具有更大的受光面積；同時(shí)，由于船舶行駛速度相對(duì)較低，便于在船舶上安裝各種太陽能利用裝置；裝設(shè)的太陽能利用裝置對(duì)船舶的自重、外形與穩(wěn)定性等不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

［1］王績(jī)宏，俞國春.關(guān)于推進(jìn)綠色造船技術(shù)的建設(shè)與思考［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2018（12）：177.

［2］蔡薇.綠色造船技術(shù)［M］.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.

［3］劉建峰，盧軍國，邵丹.綠色船舶與綠色造船技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展［C］//第十六屆中國科協(xié)年會(huì)——分8綠色造船與安全航運(yùn)論壇，2014.

［4］管榮輝.綠色造船在船舶行業(yè)清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.污染防治技術(shù)，2013（12）：26-29.

U674.92

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.009

2095－6835（2019）14－0024－02

王樂（1990—），男，研究方向?yàn)榇八畡?dòng)力性能分析、新能源船型研發(fā)。

嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院“三個(gè)一百”工程一般科研項(xiàng)目（編號(hào)：p30018ky003）

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕