方 舟，翁方勇，徐文豪

（1.嘉興南洋職業(yè)技術學院，浙江 嘉興 314031；2.嘉興市金航船舶設計有限公司，浙江 嘉興 314000）

浙江內河水系、湖泊的水上旅游資源豐富，乘坐游覽船觀光是湖上娛樂的重要項目之一，游船的需求量與日俱增。隨著“兩山”理論的提出，綠色發(fā)展的理念深入各行各業(yè)，以南湖、西湖、烏鎮(zhèn)等熱點景區(qū)為代表的水域，對于船舶污染排放的控制指標日益嚴格，湖泊管理單位大多要求湖區(qū)內零污染，鼓勵使用電力推進船舶，并且很快將禁止使用帶有污染排放的旅游船舶。嘉興南湖景區(qū)現(xiàn)有在冊營運游船近50 艘，暫無以清潔能源作為動力的船舶。由于柴油機推進船舶船型老舊、油耗高、排放嚴重超標、噪聲污染大，南湖游船公司計劃逐步將其淘汰。為此，本項目開展嘉興市內河景區(qū)游船鋰電池電力推進系統(tǒng)的首次實船應用研究。

1 船舶概況

本船為鋼質、單底、單甲板、單機、單舵的旅游客船，采用畫舫的船舶造型，用于嘉興南湖風景名勝區(qū)的旅游接待任務。主要依據(jù)中華人民共和國海事局《船舶與海上設施法定檢驗規(guī)則》（內河小型船舶檢驗技術規(guī)則）（2016）及修改通報（2019），按C 級航區(qū)設計，屬第5 類載客船舶。

船舶主尺度如下：最大船長LE=11.75 m，總長L0A=11.55 m，滿載水線長Ls=11.15 m，垂線間長Lpp=10.66 m，總寬Boa=2.65 m，船寬B=2.45 m，型深D=1.00 m，設計吃水d=0.55 m。

2 船體設計

本船主甲板以下設#0、#4、#7、#18 共4 道水密艙壁，如圖1 所示，將主船體分為：艉—#0 為艉尖艙，#0—#4 為機艙，#4—#7 為電池艙，#7—#18 為客艙，#18—艏為艏尖艙。主甲板以上依次為尾—#7 為尾甲板，設有仿古系樁、艙口蓋等，其中#0—#7 設頂棚?？团搩仍O2 排座椅、2 個茶幾和1 個茶水柜，其中#15—#18 右舷設駕駛椅和駕控臺，駕駛室椅后面做屏風，屏風上面裝電視機；客艙底部及兩舷需填充發(fā)泡。#18—首為首甲板，設有水密人孔蓋、仿古系樁等。

圖1 南湖20 客位鋰電池電力推進游船總布置圖

結構形式采用橫骨架式，船體材料采用CCSA 級船用鋼材，甲板室采用鋼架結構，外覆仿古菠蘿格木材，全船露天及涼亭下面設菠蘿格地板，護舷為橡膠護舷。甲板室的襯檔、天花板為不燃材料或低播焰性的材料。

本船有固定碼頭?？浚O仿古系樁4 座，不設錨設備；系船索配三股丙綸索Φ14 兩根，破斷拉力大于29.89 kN，每根長30 m。救生設施配備救生圈2 只、救生衣29 件（其中船員2 件、兒童救生衣7 件、乘客20 件）。消防設施配置為機艙設5 kg 手提式干粉滅火器1 具和9 升泡沫滅火器1 具，客艙兼駕駛室設5 kg 手提式干粉滅火器共2 具、消防水桶2只、2 kg 手提式七氟丙烷滅火器4 具。

3 輪機設計

本船動力裝置為額定功率5.5 kW、額定轉速750 r/min的推進電機1 臺，位于#2—#4 肋位之間，縱向布置于機艙中部。機艙內設置艙底水手搖泵1 臺，可將艉尖艙、機艙、空艙、電池艙、首尖艙的艙底水從各自的吸入口，經(jīng)吸入及排出閥件排至舷外。所有艙底水閥件和舷外排水口均配置止回閥件。尾尖艙、空艙、首尖艙均設空氣管，并延伸至主甲板以上200 mm 高度。在機艙內設有1 臺離心通風機，在尾部甲板設置1 臺軸流通風機，用于機艙及電池艙內強制機械通風。供推進電機的電池組位于#4—#7 肋位間。

本船為單軸系，直接傳動，推進電機通過可拆聯(lián)軸節(jié)連接艉軸驅動螺旋槳。軸系位于機艙內中部，理論中心線與基線傾斜7°，且#-1高于基線60 mm。尾軸基本軸徑為Φ38 mm，材料為#35 鋼，總長約1 108.4 mm，尾軸采用油潤滑艉密封裝置。駕駛室內設有推進電機控遙裝置，通過操縱臺的手柄可實現(xiàn)調速、換向、起動和停車。正常航行時，由駕駛室對推進電機進行遙控操縱；發(fā)生故障時，可通過駕駛室與機艙的通訊，在機旁操作推進電機的起停、調速和換向。駕駛室操縱臺還設有舵機操縱器、舵角指示器及其他電氣儀表和開關等。

4 電氣設計

本船選用的保證船舶安全航行所必需的電氣設備和裝置應持有船用產(chǎn)品證書或合格證或應經(jīng)船舶檢驗機構認可。其中蓄電池和電纜需具有船用產(chǎn)品證書。電氣設備安裝，除特殊要求外，均按《船舶電氣設備安裝工藝規(guī)范》進行。

4.1 電制

鋰電池電力系統(tǒng)和電力推進系統(tǒng)為DC110 V，直流絕緣系統(tǒng)。照明系統(tǒng)和助航、船內通訊、無線電系統(tǒng)為AC220 V，50 Hz，交流單相雙線絕緣系統(tǒng)。

4.2 電源設備

4.2.1 鋰電池組

全船共設有磷酸鐵鋰電池三簇，其中兩簇磷酸鐵鋰電池組成一組電池組（1#），另一簇組成一組電池組（2#），作為全船主電源，由岸電充電樁對其進行充電。每組電池直流母線電壓約為110 V，1#電池組容量為56 kW·h，2#電池組容量為28 kW·h，總容量84 kW·h，每組電池組均能滿足船舶安全航行所必需的用電設備4 h 的供電要求。

4.2.2 逆變電源

全船日常用電由鋰電池經(jīng)逆變?yōu)锳C220 V、50 Hz 交流電，逆變電源裝置由鋰電池系統(tǒng)廠家配套供應，輸入電壓DC110 V，輸出電壓AC220 V，額定功率5 kW。逆變電源設置具有欠壓保護、過壓保護、過載保護、短路保護等功能。

4.2.3 不間斷電源（UPS）

本船設有不間斷電源（UPS）（含電池）1 套，輸入電壓AC220 V，50 Hz，輸出電壓DC24 V，額定容量500 W，供電時間30 min。

4.3 配電設備

4.3.1 高壓箱

本船配有高壓箱1 臺，由鋰電池系統(tǒng)廠家配套供應。高壓箱安裝于機艙，內部設置有保護裝置、域管理單元（BAMS）、電池簇管理單元（BMMS）、模塊管理單元（BCMS）等。

4.3.2 直流電源箱

直流電源箱由直流母排、熔斷器、岸電進線接觸器等組成，其中直流母排用于連接電池電源以及岸電、推進負載、日用負載，熔斷器設置在各支路上，對全船直流系統(tǒng)進行保護，為船舶直流母排提供穩(wěn)定可靠的DC110 V 直流供電。

4.3.3 主配電板

本船設有主配電板1 塊，用于對日常用電設備進行供電及保護。配電板根據(jù)需要配備電壓表、電流表等測量儀表和轉換開關、按鈕和指示燈。測量儀表的精密度等級應不低于1.5 級。電流互感器的次級繞組應可靠接地。配電板設有電網(wǎng)絕緣檢測裝置，可對電網(wǎng)的絕緣進行檢測。

4.3.4 電力推進控制系統(tǒng)

本船設有電力推進控制系統(tǒng)1 套，由推進控制電源箱、推進手柄、顯示面板組成，能夠控制推進電機的轉速，依靠優(yōu)化的人機操縱界面和完備的控制及保護策略，操縱人員能夠安全、可靠、便捷地實現(xiàn)對船舶推進系統(tǒng)的各種操作。監(jiān)測推進系統(tǒng)內所有設備的運行狀態(tài)，確保推進系統(tǒng)的安全運行，并且將設備運行信息顯示給操作人員?？刂圃谡嚭偷管嚂r可從零速至全速連續(xù)調節(jié)。

4.3.5 綜合控制系統(tǒng)（ICS）

本船采用直流系統(tǒng)，針對全船綜合控制系統(tǒng)和推進控制系統(tǒng)采用一體化設計，統(tǒng)稱為綜合控制系統(tǒng)（ICS），其在控制功能和控制策略上對能量的產(chǎn)生、使用和調度進行一體化設計，將完成船舶控制的全自動化功能，系統(tǒng)能夠監(jiān)測系統(tǒng)內所有設備的運行狀態(tài)，具備完整的保護功能，其中一些是用來防止推進系統(tǒng)內的設備過載的，另外一些是用來保護供電系統(tǒng)。當局部設備發(fā)生故障時，通過功率限制等快速保護功能切斷故障點，確保船舶動力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。其在硬件上由兩個主要部分組成：①綜合控制箱。主要包含控制模塊、電源模塊、繼電器、端子等，用于對整船的電氣系統(tǒng)進行綜合控制，同時參與推進支路的轉速控制；具有對采集信號進行邏輯處理、配電和用電的管理、系統(tǒng)保護功能的實現(xiàn)、工況和負載的調配等功能。②遠程控制站。主要包括觸摸屏、操縱手柄、急停按鈕、安裝面板等，用于對全船電池、電力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)進行監(jiān)測、顯示及操作。

4.4 照明系統(tǒng)

本船的各艙室照明應滿足各艙室工作環(huán)境和居住環(huán)境的照度要求。對于不同區(qū)域采用不同的燈具，駕駛室、客艙采用頂燈， AC220V/8W/IP22； 室外采用艙頂燈，AC220V/13W/IP56。

4.5 通導設備

本船在駕駛室設有航行安全信息接收裝置（船用收擴音機具備此功能）1 套，帶調頻收音功能，頂棚甲板設有25 W高音揚聲器，駕駛室、客艙等設有1 W 揚聲器。配有B 級自動識別系統(tǒng)（AIS）1 套，按船東要求設有船聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)1 套。

4.6 信號設備

本船在駕控臺上設有航行信號燈控制板1 塊，具有斷電檢測和聲光報警功能。航行燈根據(jù)規(guī)范要求設置，當航行燈發(fā)生故障時，航行信號燈控制板上對應的指示燈應發(fā)出閃光信號，同時能發(fā)出聲響報警。

4.7 避雷與接地

本船在主桅頂上安裝銅質的接閃器一根，直徑為8 mm，并應至少高出桅頂或桅頂上電氣設備300 mm，避雷針與船體進行可靠連接。全船所有設備（工作電壓低于50 V 的除外）的金屬外殼，除直接緊固在船體的金屬結構上或堅固在與船體金屬結構有可靠電氣連接的底座上外，均要設專用導體進行可靠接地，接地材料及截面積均應符合規(guī)范要求。電纜的金屬護套或金屬外護層應作可靠接地，接地電阻均不超過0.02 Ω。接地必須按《船舶電氣設備安裝工藝規(guī)范》和《船舶電氣設備和電纜接地工藝規(guī)范》要求進行施工。

5 總結和展望

通過本項目的研究和應用，在嘉興南湖景區(qū)建設綠色旅游船舶示范工程，以綠色的理念擦亮“金色”的名片，踐行“綠水青山就是金山銀山”。經(jīng)過積累使用經(jīng)驗，不斷完善技術方案，為后續(xù)鋰電池電力推進系統(tǒng)在內河游船上的推廣應用提供技術支持，逐步實現(xiàn)景區(qū)游船的碳、硫等廢氣污染物及PM2.5顆粒物的零排放、零污染，同時降低船舶振動噪聲，營造和諧、舒適的水上旅游環(huán)境。順應國家和地方重大需求導向，有利于推動產(chǎn)業(yè)轉型升級，對促進浙江省水上旅游業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展具有顯著的環(huán)保意義和社會效益。