探究船舶辅机电气设备的节能技术

石云鹏

（黑龙江省航道局）

摘 要：节能技术是缓解当前能源紧张形势重要的途径，也是造船以及运输行业经常研究的重点，文中通过对船舶辅机耗电量大会对续航能力造成影响的问题进行了相关的研究，从应用永磁机以提高船舶辅机电动机效率，电机运行时实施变频调速以及辅机的能量需求管理3个方面，对船舶辅机电气设备节能技术进行了详细的阐述，分析的结果表明，推广船舶辅机电气设备节能技术的应用带来的明显的节能降耗效果。仅供专业人士的参考。

关键词：船舶辅机；节能；永磁电机；变频调速；能量管理

相对于陆地电网来说，船舶电网是一个较为独立的小容量系统，而船舶辅机是船舶电网的主要电负荷之一，由于船舶携带的能源数量有限，辅机耗电量如果过大的话必然会对船舶助推设备所需的能源份额进行占领，这样就会使航运上的成本增加，也不符合国家能源政策中的节能减排上的要求。因此，对节能技术的采用，降低辅机能耗，是提升船舶续航能力降低运行成本的有效途径，在世界能源紧张的今天意义非常的巨大。

1电动机节能技术

电动机是辅机运转的动力源，也是船舶电网主要的直接用电负荷，因此，电动机效率是节能与否的直接因素。另外，多数船舶辅机，如冷却水泵、主轴滑油泵、通风机、空调压缩机等，在整个航行期间均处于连续运行状态，连续运转的电动机，其效率的改善对降低电机能耗的影响尤为明显。由于运行时间较长，即使电动机效率只提高一点点，整个航行期间累计节省的电能也是相当可观的。

根据船舶电网电制的不同，目前的船舶辅机电动机包括直流电动机和交流异步电动机2大类。由于船舶航行工况发生变化，会引起辅机负载变动或电网电压产生变化，从而导致辅机电动机的输出功率偏离额定功率，出现“大马拉小车”的现象，此时电动机效率急剧降低，电能损耗大大升高。另外，对于交流异步电机而言，其功率因数一般为0.8左右，当辅机负载降低较多时（如接近空载时），功率因数也大大降低，导致电网电流的无功分量增大，网损增加；而直流电动机由于存在电刷，运行期间机械换向会引起电火花，需定期清理或更换电刷，电机维护工作量较大。

近年来发展迅速的永磁同步电动机，为解决船舶辅机电动机存在的上述问题、提高电动机能效，提供了一条有效的技术途径。永磁同步电动机的转子由永磁体材料构成，转子侧无感应电流，不存在转子磁滞损耗和涡流损耗，提高了电机效率；由于无需转子励磁，电机功率因数可接近于，减小了定子电流，进一步提高了电机效率，同时也改善了电网品质，降低了网损；全功率范围内效率高，即使负载降低到额定负载的25%时，永磁电动机效率仍可达到90%以上。永磁电动机启动转矩大，可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的一般電机，较好地解决了“大马拉小车”的现象。此外，永磁电动机还具有温升低、体积小、重量轻的优点，并且不存在电刷，维护性好，特别适合作为船舶辅机电动机。随着稀土永磁材料生产工艺水平的提高和产量成本的下降，永磁电动机以其在高效节能方面无可比拟的优势，在发电、冶金、陶瓷、纺织等工业领域得到了广泛的应用。永磁同步电动机作为船舶辅机配套电机的应用条件已经成熟。

2运行控制节能技术

船舶辅机大多为风机、泵类负载。对于船舶这样一个中小型管网系统来说，风机、泵的流量需求经常随航行工况的不同而发生变化。由于船舶辅机的额定功率一般按满足最大流量需求的原则进行设计，因此，船舶辅机的流量调节大多为向下调节。目前，船舶辅机进行流量调节时，往往采用截流的方式，即减小出口处风门或阀门的开度，实质是通过增加管路阻力来限制流量，此时电动机的转速基本不变，电功率基本不变，大量电能白白浪费在管路损失上。

在空调装置节能上的管理方面，采用变频压缩机以及变频调速通风机，依据船舱内分人员分布、舱室温湿度、外部环境温度与冷媒水温度上的相关的信息，在满足人员需求与舱室环境需求的前提下，自动对制冷量进行调节，实现空调上的经济运行，空调装置是航行期间的能耗大户，服务的对象主要是人员，当空调区域人员减少或是舱室环境温度不是很高的情况下，可以通过调速对空调的功率进行自动的减小，当空调区没有人员存在时，及时关闭相应的空调制冷，对空调上的能耗进行降低。

在通风机组管理方面，根据舱室大气成分的含量、大气的气温湿度与空气压力等信息，对航行的状况的进行结合采用变频调速对风机上的供风量进行调节，当大气环境质量较好的时候，就可降低电机转速以减少风量上的供给。

3.使用管理中的节能技术

目前，船舶辅机的使用管理在工作中体现的还是比较粗放的，大多仅为投切台数的简单性的管理，只要对基本的供水与供风上的需求进行满足，没有从提高全船电能利用效率的角度对辅机整个的运行实施最优的管理，由于辅机的额定功率输出一般会按照系统最大的需求进行满足，设计上也是根据这个原则作对比，依据设计上的规范，还需要对裕量进行一定的保留，保证辅机上的长期使用。但是，在系统实际的运行中并不能对最大的需求进行满足，而辅机使用的简单管理方式也没有办法根据系统工况上的变化负辅机能量输出进行实时的调节。因此就会存在能量上的浪费。所以在采用节能上的技术优化对全船辅机运行的过程进行管理时，应该从使用与管理的角度对辅机的运行效率进行提升，将辅机电气设备节能管理上的综合管理进行实现，这是辅机节上的又一大重要的技术途径。

节能综合管理的基本原理为：采用信息技术对系统上的实际运行情况与工况参数进行获取，依据系统实际情况上的需求采用变频调速，减载控制等技术手段实时对辅机的能量输出进行调节，实现能量的按需分配与精细管理。达到节能增效的目的，节能综合管理的主要对象包括船舶航行的期间长时间连续工作的辅机设备，如冷却水泵与空调上的装置等，这些设备工作时间长，其中流量上的供给往往会随航行工况上的变化而产生变化，因此，实施节能综合管理能带来很明显的节能效果。

在冷却水泵节能管理方面，可以根据河流环境上的温度与船舶热负荷工况状态以及冷却水泵上的温度信息，通过实施变频调速与冷却水泵运行台数控制等技术措施实时调节冷却水的供给量，当系统热负荷较低时或是外部河水温度较低，船舶换热效率较高时，可降低冷却水的供给量，既能满足系统温度降升控制上的要求。又可以在最大的程度上节约电能。

4.结语

综上所述，船舶辅机电气设备在研究上的重点，在以前的研究过程中，学者将眼光一般放在综合自动化上，以实现无人机舱，远程监控为发展的方向。笔者认为在今后的船舶辅机电气设备发展中需要着重关注节能方面上的技术研究，用以提高全船辅机运行上的效率，将能耗上的浪费进行降低的处理，将船舶的续航能力进行提升，降低航运上的成本。相信在倡导节能减排的今天，这样的做法具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]邓勇.浅析智能控制下的船舶辅机节能技术[J].中国水运（下半月）.2012（11）

[2]阳世荣.船舶辅机节能控制与管理技术研究[J].中国造船.2012（S1）

[3]阳世荣.基于智能控制的船舶辅机节能技术研究[J].舰船电子工程.2012（02）