先從另一個角度談談電力推進:
電力推進是指采用電動螺旋槳來推動船舶的方式。該系統一般由原動機、發電機、電動機、螺旋槳、舵以及各相應的控制器材組成。
20世紀初至20世紀40年代,盡管大功率蒸汽輪機作為船舶推進動力的技術已經成熟,但由於當時機械加工水平糊生產能力的不足,限制了蒸汽輪機推進方式的廣泛套用,因而電力推進仍保持著一枝獨秀的態勢,處於廣泛套用的流行期。據統計,當時美國就有二百多艘軍用艦船裝配蒸汽輪機帶動交流發電機為驅動螺旋槳的異步電動機供電的電力推進系統。在破冰船、科學考察船及其他特殊用途船舶上,也陸續裝備了電力推進系統。在此期間的船舶電力推進系統一般采用Ward-Leonard 直流調速系統,即G-M 系統。
20世紀40年代末,由於機械加工技術的進步,特別是齒輪傳動裝置的加工能力得到提高,為蒸汽輪機推進方式奠定了良好的技術基礎。柴油機自1896年問世以來,經過不斷的完善提高,開始顯示出它強大的生命力。與此同時,由於電機制造技術和調速技術的限制,電力推進技術未能得到相應的改善和提高。相比之下,電力推進裝置龐大笨重、效率低 、成本高等許多不足開始拖後腿,從而失去了船舶動力市場的主導地位。
20世紀70年代,套用電力電子技術的閘流體變流裝置取代了Ward-Leonard 調速裝置,成為電力推進系統的主要調速方式.
20世紀80年代以來,隨著電力電子技術的不斷進步,采用可關斷半導體開關的交流調速系統,逐步取代閘流體直流調速系統,逐漸發展成為目前船舶電力推進系統的主要調速方式。
20世紀90年代開始采用的「交-交變頻器供電+同步電動機驅動」的交流調速方式,是在20世紀80年代采用「交-直-交變頻器供電+感應電動機或同步電動機驅動」的交流調速方式的基礎上,更多選擇的向前發展。
當前電力推進在船舶上的套用形式,已發展到全方位推進,以及吊艙式全方位推進。
重新掀起的電力推進的使用熱潮,已不是過去電力推進技術的簡單重復,而是采用許多高新技術,使古老的電力推進技術固有的優點發揚,與其它推進方式相比具有更明顯的特點。
應該說,在艦船動力史上,電力推進和蒸汽機、柴油機共同淘汰了風力推進,彼此也在不斷相互競爭、此起彼伏。不能說誰取代了誰,只能說各自都在順應歷史和技術的發展。
回到這個問題,在以上的基礎上,如今的電力推進優勢有以下幾點(理想的情況下):
一、減少了燃油消耗和維護費用,降低了船舶的壽命周期成本,特別是當船舶負荷變化較大時效果更加顯著;
註1:柴油機所具有的燃油效率特性(當負載為60%至100%時,燃油效率最高),是柴油電力推進系統與傳統機械式推進系統產生不同功耗的重要原因。在柴油電力推進系統中,發電裝置由多個小型柴油機組成,因而可自由選擇實際執行柴油機的數量,以使每台柴油機的載荷為最優。另外,柴油發動機的額定值也可根據船舶的預期作業形態進行調整,以確保在船舶的大部份操作模式下和大部份執行時間內,推進系統都處於最佳配置。
註2:電推效率這塊,額定載荷時各電氣部件的電效率分別為:發電機 η=0.98-0.99,配電板 η=0.999,變壓器 η=0.99-0.995,變頻器 η=0.98-0.99,電動機 η=0.95-0.97。因此,整個柴油電力推進系統(從柴油機軸至推進電動機軸)滿載時的電效率約為0.88-0.92。由於原動機與螺旋槳軸之間增加的電器部件共造成了近10%的功率損耗,但不能直接說電推更耗油。變速定距螺旋槳比定速可調螺距螺旋槳具有更好的流體動力特征,柴油電力推進系統中定速更高負載率的原動機比機械式推進系統中負荷經常急劇變化的原動機具有更高的燃油效率,這兩點才是節約燃油的真正原因。特別當船舶進行動力定位和機動操縱等推進力不大的操作時,節約燃油的效果會更加明顯。
二、系統不易受到單個故障的影響,並且可以對原動機的負荷進行最佳化;
三、高中速柴油機質素更輕;
四、船體空間占用更少,空間利用也更加靈活,從而增加了船舶的有效載荷。傳統船舶軸系長度往往占到船長的40%左右,電力推進的船舶省卻了傳動軸系、減速齒輪箱,改善了機艙布置,使動力裝置安排更加合理,節省了大量空間。
五、推進透過電纜供電,可以不與原動機布置在一起,這就給推進的位置選擇帶來了靈活性;
六、透過使用全方位推進和吊艙式推進裝置,提高了船舶的機動能力;
七、由於傳動軸更短(吊艙式無傳動軸),而且原動機轉速固定,再加上所采用的拉式螺旋槳使水流更加均勻,削弱了空泡現象,從而使推進系統的雜訊和振動大大減輕;
八、噪音低,采用電力推進後,主要振動源-發動機安裝在彈性底座上,以恒定轉速執行,與軸系和船體也無直接聯結,大大減少了振動和雜訊,提高了船員和乘客舒適程度。
九、對同一功率船舶而言,電力推進中的中速柴油機可以始終在最佳工作區工作,燃油燃燒質素好,燃燒產物中的NOX 含量少。
缺點我也提兩個:
概念上,軍用和商用的電力推進系統並沒有太大的區別,但由於軍用艦艇對電力推進系統可用性和冗余性要求更加嚴格,套用於兩者的解決方案會有所不同,目前看全電在軍艦套用還不是很成熟。另外,電力變頻器在軍用艦艇中使用的必要前提就是必須具有良好的抗沖擊性和低噪音特性。
最後是瞎扯:
全電推進→動力定位→不用錨→減輕錨泊對珊瑚礁的破壞→保持生物多樣性√