浅谈柴电混合动力系统在船舶行业中的应用

作者:网站采编
关键词:
摘要：1 混合动力系统的定义及组成 混合动力系统，顾名思义即由多种动力来驱动推进器的系统。柴电混合推进应该是比较主流的混合动力系统，主要是通过对船上的柴油机机械推进设备与电

1 混合动力系统的定义及组成

混合动力系统，顾名思义即由多种动力来驱动推进器的系统。柴电混合推进应该是比较主流的混合动力系统，主要是通过对船上的柴油机机械推进设备与电力设备进行系统分析、有效结合，并通过马达/发电机系统为全船的推进及电力分配提供最佳的解决方案。

图1 混合动力系统组成

柴电混合动力系统包含有推进系统、马达/发电机系统、电力系统以及混合动力监视系统等几大部分。包括的主要设备有柴油发动机、离合器、马达发电机、舵桨、发电机（或蓄电池）、配电板、变频柜等。以下为几大系统的简单介绍说明：

（1）推进系统：该系统包含的主要有柴油机、离合器、马达发电机、舵桨、推进操作控制系统等多种设备。为船舶的航行提供动力来源。

（2）马达发电机系统：该系统在混合动力系统中占有至关重要的地位。发电模式（PTO）、马达模式（PTI）的切换都是通过该系统执行，从而达到为用电设备提供电能以及为推进器提供机械能的目的。主要的设备有多传动双向变频器、隔离变压器、马达发电机（PTI）以及马达发电机控制系统等。

（3）电力系统：该系统是负责对全船的用电负载提供电力供应，包含电力的提供、分配、保护及控制等。主要设备有发电机组（蓄电池）、配电板、马达发电机（PTO）以及电力管理控制系统。

（4）混合动力监视系统：该系统是用于对混合动力系统中的主要设备，如主机、辅助发电机组、马达/发电机、推进系统、电力系统、冷却系统以及通讯系统的监视及报警。

2 混合动力系统的工作模式

柴电混合动力推进不是简单的将多种动力源进行组合，而是船舶在不同的运营工况下，根据船舶负载的使用需求，通过混合动力控制系统来选择合适的方式。从动力结构来分析来看，可以有柴油机-机械推进、柴油机-电力推进、纯电力推进以及柴电并联混合推进等多种工作方式。用户可以根据不同工况选择不同的推进方式，从而达到节能、减排等效果。

（1）柴油机-机械推进：这种方式就是传统的只以柴油机为推进动力的方式，一般适合在正常航行或者快速航行的模式下。对于配有混合动力系统的船舶来说，在该中模式下，如主机还有剩余的容量可用，那么可以通过马达发电机（PTO）及其控制系统进行逻辑处理，从而可以实现给电力设备供电，见图2。

（2）柴油机-电力推进：该方式为目前海工领域广泛使用到的电力推进方式，其主要动力来自与辅助发电机或蓄电池，然后通过马达发电机（PTI）及其控制系统驱动螺旋桨来提供动力。此种工况下，由于负载需求的功率偏小，随意主机是可以不参与运行的。考虑到辅助发电机功率相对柴油机偏小，且主机在低负载情况系油耗相对偏高（通过对柴油机厂家所提供的大量数据进行分析，大多数的柴油机效率最高的工况，基本都在85%负载时。燃油经济性最高的工况为65%～90%负载；当负载小于50%及以下时，油耗急剧增加），因此可以达到节能减排的效果。

图2 柴油机-机械推进

图3 柴油机-电力推进

（3）纯电力推进：该方式主要是针对船舶上配有蓄电池组的项目。在如巡逻、停泊等低航速工况下，可以切换为蓄电池供电。不仅可以实现节能减排，还能营造一个舒适的工作环境。

图4 纯电力推进

（4）柴电并联混合推进：该方式主要是应用在高速航行的工况下，推进装置的动力可以同时由主机及辅助发电机组（或蓄电池）一同提供。此时马达发电机做为PTI 使用。

图5 柴电并联混合推进

3 混合动力系统中控制系统的简述

柴电混合动力系统中除了上面提到的设备外，还包含了发电控制系统（PGS）、马达发电机控制系统（SGMS）以及推进控制系统（PCS）。

发电控制系统（PGS）系统是一套在独立电网中控制调节发电的系统。该系统可以维持向负载提供足够的电力供应并在任何运行状态下尽量确保供电的连续性。PGS 系统的功能包含有对电网的保护以及电能的汇总。同时PGS 系统也是一套模块化的硬件及软件系统，目前控制系统的硬件主要有PLC 跟触摸屏。

马达发电机控制系统（SGMS）主要是用于对马达发电机、变频器及变压器的控制。电机通过离合器连接到船舶的推进轴，当系统由主机提供动力时，该系统为主配电板提供电能（PTO 模式）；当该系统由主配电板供电时，系统为推进器提供机械能（PTI 模式）。以下为PTO 模式及PTI模式的示意图，见图6、图7。

文章来源：《能源与节能》 网址: http://www.nyyjnzz.cn/qikandaodu/2020/1229/780.html

上一篇：高速公路工程节能与环保施工对策研究
下一篇：油漆车间能源智能化管理系统规划与应用