从节能角度谈船舶电气设备技术_顾张亮.pdf

第 31 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.31 No.1Jan.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言近 20 年来，中国的 CO2排放速度已超越世界的平均值。而交通行业历来是大气污染和温室气体排放的重要来源，与公路系统、航空系统相比，以往的环境保护程度更高，但随着船舶数目的增多和大型化船舶的大量开发，废气排放在逐年上升。面对当前形势，强化船舶的节能降耗是保护我国海洋资源和海洋生态环境的重要途径。我国政府在污染问题上，已清楚地表明：“节能减排”是我国的重大政策。为推动运输产业的可持续发展，以实现“绿色运输”为目标，船舶工业是一个巨大的能耗行业，需要积极研究和实践船舶节能技术，以促进可持续发展。伴随整个社会的快速发展以及科技的进步，船舶运行环境变得更加复杂，对电气设备技术的要求也越来越高。在整个船舶电网之中，船舶电气设备是非常重要的构成，其正常工作需要消耗大量的电能，最终产生巨大的船舶能源消耗，使船舶能源供给面临着比较大的挑战。一旦船舶能源供给出现短缺，就会影响电气设备的正常工作，从而对船舶正常运转带来很大的麻烦。鉴于此，从节约能源的角度出发，对船舶电力系统技术进行研究十分有意义。1 船舶电气设备节能技术的重要作用与汽车工业、航空工业相比，船舶用工业的能耗更从节能角度谈船舶电气设备技术顾张亮（中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214442）摘 要：新时代赋予船舶产业良好的发展条件，也在一定程度上促进了船舶设计生产的发展。船舶产业运行价值的提升，离不开电气设备的精准高效应用。对船舶的日常航行来说，电气设备在其中发挥的作用必不可少。相较于陆地上的电网，船上的电网有着很大的不同，船舶电气设备对能源的消耗量非常巨大，节能化发展是其重要的方向之一。就我国现如今船舶产业发展现状来说，一定要大力倡导节能理念，优化电气设备的运用方案，通过持续优化节能管理工作来提升船舶系统的可靠性。在信息技术快速发展的背景下，各种各样的新技术不断得到开发，使我国船舶电气设备的发展有了更多的技术支持。本文以我国船舶工业的发展实际作为基础，探讨了船舶电气设备节能技术的重要作用、节能理念所遵循的原则、运行的条件以及相关的节能方案等。关键词：船舶电气设备；电气设备技术；节能理念中图分类号：U665 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.01.030引用格式顾张亮.从节能角度谈船舶电气设备技术 J.船舶物资与市场,2023,31(1):93-95.收稿日期：2022-09-22作者简介：顾张亮（1986-），男，本科，工程师，研究方向为船舶电气。高。通过对船舶进行节能改造，实现其信息化、精细化、现代化的设计和经营，将使其获得更大的经济效益和社会效益。节能技术的运用如何，将影响到船舶电气设备的工作质效。在船舶实际运转的过程中，一些电气设备也需要长期处于不间断工作的状态，可以通过提高电器的利用率，逐步达到节约电能和环境保护的目的1。电气设备的种类不一样，所运用的节能技术也会有所不同，通过不同工艺、技术的合理运用，能够使电气设备的节能性更强。船舶电气设备的运行与外部环境有着很大的关联，环境的变化会使负载电压产生变化，使相应的设备能源消耗变得更大。当外界条件发生改变，致使船舶电力装置的工作能力持续提高时，有可能损坏独立电网。此外，因外部环境变化所导致的大量能源消耗，与我国的环境保护政策相违背，也不利于整个船舶行业的绿色发展。就当前我国船舶产业的发展来说，不断创新提升船舶电气设备节能技术是亟需做好的一项工作。2 船舶电气设备技术节能理念应遵循的原则船舶电气设备技术节能理念应遵循的原则包含很多不同的方面，比如节能性原则、经济性原则、技术性原则、功能性原则等2。所谓节能性原则，主要是指对很多节能理念加以深刻剖析，在船舶电气设备实际运转时，要尽可能地节约能源。通过采取合理的节能举措，规避一些不必要的能源船舶物资与市场第 31 卷 第 1 期 94 浪费。当然需要确保电气设备的运用价值，在这样的前提下开发新能源，有效节约能源；经济性原则是很重要的一项原则，主要针对不同的内容，进行合理的材料遴选，科学使用相关设备等，使各种举措都能够具备较好的经济效益；而技术性原则主要是指在船舶电气设备实际工作的过程中，相关工作者要秉持环保节能的理念，使技术方案获得不断的优化，保证技术的先进性、合理性。通过这样的技术应用，使电气设备展现出更大的价值；所谓功能性原则，主要是针对船舶电气设备展开的功能性分析，以实现更高的功能性节能目标。比如针对通风、照明等方面的完善，针对设备控制的优化等，这些都是依循功能性原则展开的。3 船舶电气设备节能技术的运行条件在船舶电力系统中的应用，需要满足不同的运行条件，比如需要科学的工作机制作为保障，需要满足额定技术条件等。3.1 科学的工作机制在船舶电气设备运转过程中，一定要保证其具备连续性，所以需要控制好其温升。建立科学、合理的船舶电力装置运行机理，要求有关部门充分了解其具体特性，综合考虑各种外在的影响，从而确保制订的制度更为合理、科学化，从而使电力装置能够充分地利用。舰载电力装备分为 3 类：1）电器的工作要保持一定的连续性，这种工作方式适用于电力装置的稳定性；2）短时作业制度，也就是电器的运行周期相对来说要短一些；3）反复短时作业制度，即工作时间的周期性变化，电器的温度比额定温度要低，这种工作系统适合长期停歇与短期运行呈现周期循环的电能设备。不同的电器装置，其温度的影响不同，其构造也会有很大的差异。因此，对于各种电器，必须采取适当的工作机理，以便更好地利用能源技术，达到节约能源的目的3。3.2 额定技术条件额定技术条件是指在一定的环境下，在一定的工况下，能够维持其相应的功率等级，包括额定电流、额定电压、额定功率等。一些额定技术条件的实现离不开外界环境，比如用电设备的电压供给需要通过电网来实现，在工作过程中一定要满足额定电压条件，不然会影响设备用电，继而影响设备正常功能的发挥4。一些额定技术条件取决于电气设备自身，在一定的温度条件下，最大功率电器的电流是指额定电流。因此，船上电器的工作，需要满足额定的技术条件。4 船舶电气设备的节能方案船舶电气设备的节能方案，包含新能源节能、运行控制节能、电动机节能、能源的利用等。4.1 大力发展新能源节能技术新能源的开发利用是一个重要的方向。船舶电气设备的节能目标实现，需要广泛利用太阳能、风能等新能源，利用这些新能源去促进发电、供热等技术的研究开发。在如今的船舶行业，可以利用的新能源种类较多。当天然能源相对充足时，电力装置可以采用新的能量为主，为船舶企业节约更多的能源5。比如船用空调，可以利用太阳能进行运转。如果阳光不足，可以利用电能进行运转。电力的获得，可以借助水、风、阳光等绿色能源。可以说，新能源节能技术的发展应用，能够实现船舶电气设备高效节能的目标，也有助于保护生态环境。4.2 运行控制节能技术首先，船舶辅机、风机、泵的流量需求受到外部环境的影响，其额定功率在设计过程中，需要满足最大流量需求。所以针对船舶辅机的流量调节，一般都是向下调节，截流是经常采取的一种形式。所谓截流，就是通过缩小出口处风门或阀门的开度，使管子的阻力增强，从而有效减小流量。这样的情况下电动机一般维持较为稳定的转速以及功率，这就需要消耗大量的电力。其次，空调设备的节电。它的运行通常使用的是变频调速器和变频器，再全盘考虑外界温度、内部湿度、船上人员的分布等因素，以满足船上人员需要以及舱室环境提升作为目标对制冷量加以调节，保证空调运转合理，更具经济性能。空调主要为船上人员运转，当船上人员数量不多或者舱室温度不是非常高时，便可以适当降低该类装置的功率。当船上无人员时，便可以关闭该装置6。最后，对通风机组的管理，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，结合船舶行驶的实际状况，以变频调速的形式对风机组的供风量加以调整。如果大气环境比较优质，相关人员可以结合实际情况降低转速，以降低供风量。4.3 电动机节能技术辅助设备的运行，必须由电机来驱动，而整个舰船的电力系统主要由电机来承担，所以应当大力研发电动机节能技术。就实际工作经验来看，诸如空调压缩机、冷却水泵、通风机等大部分辅机设备都需要长期不间断地运转，所以通过改善电动机的效率，可以非常明显地降低能耗。因为运转的时间不间断且旷日持久，只要通过合理的方式去提升电动机的效率，在船舶航行的全过程就会节省下来很多的电力能源。因电制方面的差别，船舶辅机电动机有交流异步和第 1 期 95 顾张亮：从节能角度谈船舶电气设备技术直流之分。因为船舶行驶情况的变化以及辅机负载的变化，这两类电动机都有可能使电损增加，相应的维护工作也很繁杂。而近些年永磁同步电动机的诞生及发展，这使得技术越来越多样化，以应对以上问题。采用永磁铁材质制成的永磁电机，在电机的一侧没有感应电流，因此不会出现滞后损失和涡流损失，从而大大提高了电机的效能。由于无需采用转子励磁，可以减少定子的电压，同时也大大减少了网络损耗。在高功率下，负荷下降至 25%的情况下，电机的效率仍然超过 90%。由于永磁体具有很高的起动扭矩，因此可以用体积更小的永磁体来代替大功率的常规电动机7。此外，和交流异步电机、直流电机相比较，永磁电动机的质量比较小、体积也不大，温升相对比较低、不存在电刷、维护性较佳，以上这些都是其具备的优势，是船舶辅机电动机未来发展的主要方向。现如今，稀土永磁材料研发力度越来越大，价格也有了一定的下降，使永磁电动机的生产、用途越来越广。目前，在船舶辅助设备中使用永磁体的情况下，为船舶企业的高效节能发挥了较大的作用。4.4 能耗利用管理方面目前，我国船舶辅机的使用管理远远没有达成精细化的目标，相对比较粗放，大部分都是投切台数的简单性管理。这样的管理只是满足了一些基本要求，比如供风、供水等，整船的电能利用率其实并不高。通常，辅助设备的额定功率都能根据最大的要求来提供，设计方面亦是遵循相应原则，在设计要求之中，还应保留出一定的裕量，以确保船舶辅机可以长时间连续正常工作。然而，在实际运行中，系统常常不能达到最大的运行要求，通常采用的是一种简易的控制方式，不能根据不同工作环境，对辅助设备的能源进行动态调整。这样一来，能源浪费在所难免。鉴于此，需要做好能耗使用管理，以有效提升辅机运行效率。节能管理的基本原则是利用信息化技术来获得系统的工作状态，根据系统的具体情况，通过变频器、减载等技术，对辅助设备的功率进行实时调整，从而达到更好的效果，达到节能减排的目的。节能的综合性管理主要针对的是在航程中持续运行的辅助设施，比如制冷泵、空调等，这些设施都是长周期运行的，其供水量也会根据运行情况而有所改变。如果实行全面节能，可以取得更好的节能效益。然后，冷却水泵的节能管理，是根据外界温度、船舶热负荷、水泵温度等数据进行实时调整的。在室外气温偏低、系统热负载偏小时，可以通过降低供水量来达到降低系统温升的目的，从而达到节能目的8。5 结语随着世界能源紧缺情况的日益加剧，各个国家都面临着巨大的生态环境保护压力，节能环保理念的重要性更加彰显，为世界各个国家所倡导。新时代我国经济社会发展不断提速，船舶工业亦获得了较快发展，促进了船舶技术理念的更新换代。面对能源紧缺的局面，在船舶电气设备中融入节能技术是大势所趋，理应得到更大范围的推广和应用。将节能理念以及技术注入到船舶电气设备，可有效节省各类资源，提升整个船舶的运行效率和质量，有效保护生态环境，也有利于船舶企业的降本增效。参考文献：1 徐文豪,周骥远.基于节能理念的船舶电气设备技术研究 J.交通节能与环保,2017,13(6):54-56.2 郭小松.基于节能理念的船舶电气设备技术研究 J.山东工业技术,2018(21):140.3 谢秉锋.船舶电气设备故障及维护技术探析 J.珠江水运,2021(16):84-85.4 张伟蓬.船舶电气设备故障及其检验技术探讨 J.电力系统装备,2021(8):114-115