关键词：新能源；电力电子；电力传动控制；船舶；推进系统
引言
当前，在全球石油天然气能源逐渐减少，燃油占船舶运输成本越来越大的情况下，进一步做好船舶的节能工作，从而有效降低运输成本已迫在眉睫;同时如何高效燃烧和降低污染排放已引起国际海事组织的高度重视，世界远洋航运业日益受到高油价以及环保的挑战，面临着极大的节能减排压力。为了适应这一新形势的需要，绿色船舶成为其中最重要的解决渠道和未来船舶发展的方向，其中新型能源在船舶上的应用是最具有革新性和代表性的技术。
1新能源的特点和优势
（1）应用范围广泛。在船上使用新型能源或复合新型能源可以不受环境条件的限制，随时保证电源的持续供电。例如，在船上使用发电机组对周围环境就有特别要求：如周围环境温度为45摄氏度，纵倾为15度道25度，横倾为15度到25度，相对湿度为60%等。如果超过这些条件的要求，发电机组将无法正常工作。另外，有的发电机组为了解决部分环境的要求，增加一些配置，例如，有的发电机组加装电热器，这样在湿度比较大的情况下可以先给发电机组加热一段时间后再启动发电机，而且加热线路与发电机组的启动线路联锁，这样就影响发电机使用的方便。使用新型能源特别是复合新型能源，除了不受上述环境要求外，还可以根据使用环境的不同而采用不同的形式能源，例如天气晴朗，阳光充足，我们就可以使用太阳能转换为电能的形式;如果天气不好,风比较大时,我们就可以使用风能转换为电能的形式;如果上述天气条件都不具备时，我们可以采用核能或水能的形式转换为电能，保证复合新能源能够充足的随时供电给船上。总之，采用新能源或复合新能源形式，将使人类彻底摆脱客观环境对人类使用能源的约束，使人类更好的在船上生活。例如，在2000年澳大利亚开发出世界上第一艘商用太阳能和风能混合动力双体客船，是一种即可以单独使用太阳能转换为电能的形式，也可以单独使用风能的形式，还可以两种能源复合使用的新型船舶。（2）降低造船的成本。使用新能源或复合新型能源,将大大降低造船成本。因为在船舶建造前的初期阶段主要是进行船舶技术准备，包括根据规格书和总布置图及其他方面技术要求设计图纸，确定建造方案。设计图纸主要有船体，轮机，电气，涂装等各专业设计。如果新能源或复合新能源转换成电能，在船舶上使用，我们可以大胆的把电气设计方面分成两大部分，一部分船舶电气设备主要由新型能源或复合新型能源转化成的电能供电，另一部分船舶电气设备主要由发电机供电。在新能源或复合型新能源转化成电能供电的系统有：照明系统，应急照明系统，船舶上船员上生活的电气设备，内通系统，报警系统等。如果把这部分转化的电能再通过逆变，升压，调频或变压器等转换后，它可以用来控制部分电力设备，例如甲板机械，机舱内部分泵蒲设备等。由发电机负责供电的主要设备为船舶上大型的，重要的设备，例如主机，锚机，舵机，首侧推等设备。我们也可以把新能源或复合新能源转换成的电能作为备用主电源或备用应急电源在船上使用。
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2新能源在船舶上的应用形式
2.1太阳能
太阳能的利用主要有两个方面的技术，即光热技术和光伏技术。光热技术是利用太阳光的热辐射，其应用最为成功的领域是太阳能热水器。该项技术的进一步延伸是太阳能热发电，即利用集热器把太阳辐射热能集中起来给水加热产生蒸汽，再通过汽轮机、发电机来发电。考虑到船舶运行过程中对于热水的需求量不高，进行热电转换在有限的船舶空间内难以实施，故而光热利用的可行性不是很高。但是应用光热技术代替常用的蒸汽盘管和电加热盘管对船舶所使用的重油进行预加热，是一个值得关注的方向。光伏技术是对太阳光中的短波辐射能照射于硅质半导体上所产生的电能进行调制后加以利用，亦称为光生伏打效应。随着太阳能光伏技术的不断深入发展，其效率、可靠性和稳定性均有了很大的提升，因而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向。太阳能具有取之不尽、用之不竭特点，且分布遍及世界各地，不产生任何污染物或废弃物，但其强度受到季节、地区、气候等各种因素的影响。目前，将太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向。
2.2风能
以风能作为动力的使用由来已久，我国古代就是利用风帆作为动力来驱动船舶。但由于受风帆使用及自身的一些限制，如稳性太差、操作繁琐、方向不易控制、碰到恶劣天气，给船舶的安全性带来严重隐患、占用面积空间过大，给货物装卸带来不便以及相对大型船只其功率仍不够等方面的限制，现代船舶很少再用风帆作为动力来驱动船舶。但是随着现代控制技术的进一步发展，传统风帆船技术的的一些缺点有望逐步得到改善和部分克服。比如研发自适应型可调可倒可收的风帆，当风向风力稳定进在预期范围时，风帆升起，而风向风力不利时，则放倒。目前日本的研究已经展开，并在1980年8月，日本建成世界上第一艘现代风帆油船—1,600dwt的“新爱德丸”号。后来又制造了10艘沿海现代风帆船和1艘远洋现代风帆船投入营，其中最大的为26,000dwt。研究表明，风帆助航技术的应用可以降低燃油消耗，提高船舶的环保特性。目前，现代船舶主要以柴油机为主动力风帆为辅动力，在实际航行中根据天气的情况利用风能给船舶提供一定的动力，从而减少柴油机燃油的消耗，带来节能减排的效果。
2.3生物质能
生物质能来源于植物及其加工产品贮存的能量，可分为液体燃料与沼气两种能源。其中液体燃料包括生物燃料、生物柴油以及生物质油。船舶属于一个相对独立且空间区域较为有限的结构体。机舱内电、气、热设备和系统高度集成，考虑在船舶内附加安装生物质能转换装置有着不可避免的局限性，故而可行性不高。
结语
由于船舶的结构复杂，结构有限，如果采用普通的能源转换设备，将影响船舶使用。转换成的电能或动能非常有限，不能满足船舶上更多设备的使用。如何更有效的改进能源转换设备，也是人类正在研究的一个课题，例如在如何利用太阳能方面，甚至有的专家和学者提出采用纳米技术生产能源转换材料，这样可以大大节省能源转换设备使用空间，提高新型能源的利用率；在风能转换形式上进行修改，以保证能更好的转换更多的电能；在利用核能和氢能方面，人类也同样在寻求利用最小的空间，采用更新和更有效的方法和手段转换更多电能。
参考文献
[1]陈小慧,胡成春.愿新能源不断发展壮大[J].风能,2015.
[2]林文立,刘志刚,沈茂盛,赖东林.新型船舶综合全电力推进模拟实验系统研究[J].北京交通大学学报,2016.
[3]徐剑华.运输船舶替代能源前景展望［J］.上海海事大学，2017（1）：54-58.
论文作者:利嘉成
论文发表刊物:《中国电业》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/24
标签：船舶论文; 新能源论文; 电能论文; 能源论文; 风帆论文; 风能论文; 太阳能论文; 《中国电业》2020年第1期论文;