先从另一个角度谈谈电力推进:
电力推进是指采用电动螺旋桨来推动船舶的方式。该系统一般由原动机、发电机、电动机、螺旋桨、舵以及各相应的控制设备组成。
20世纪初至20世纪40年代,尽管大功率蒸汽轮机作为船舶推进动力的技术已经成熟,但由于当时机械加工水平和生产能力的不足,限制了蒸汽轮机推进方式的广泛应用,因而电力推进仍保持着一枝独秀的态势,处于广泛应用的流行期。据统计,当时美国就有二百多艘军用舰船装配蒸汽轮机带动交流发电机为驱动螺旋桨的异步电动机供电的电力推进系统。在破冰船、科学考察船及其他特殊用途船舶上,也陆续装备了电力推进系统。在此期间的船舶电力推进系统一般采用Ward-Leonard 直流调速系统,即G-M 系统。
20世纪40年代末,由于机械加工技术的进步,特别是齿轮传动装置的加工能力得到提高,为蒸汽轮机推进方式奠定了良好的技术基础。柴油机自1896年问世以来,经过不断的完善提高,开始显示出它强大的生命力。与此同时,由于电机制造技术和调速技术的限制,电力推进技术未能得到相应的改善和提高。相比之下,电力推进装置庞大笨重、效率低 、成本高等许多不足开始拖后腿,从而失去了船舶动力市场的主导地位。
20世纪70年代,应用电力电子技术的晶闸管变流装置取代了Ward-Leonard 调速装置,成为电力推进系统的主要调速方式.
20世纪80年代以来,随着电力电子技术的不断进步,采用可关断半导体开关的交流调速系统,逐步取代晶闸管直流调速系统,逐渐发展成为目前船舶电力推进系统的主要调速方式。
20世纪90年代开始采用的「交-交变频器供电+同步电动机驱动」的交流调速方式,是在20世纪80年代采用「交-直-交变频器供电+感应电动机或同步电动机驱动」的交流调速方式的基础上,更多选择的向前发展。
当前电力推进在船舶上的应用形式,已发展到全方位推进,以及吊舱式全方位推进。
重新掀起的电力推进的使用热潮,已不是过去电力推进技术的简单重复,而是采用许多高新技术,使古老的电力推进技术固有的优点发扬,与其它推进方式相比具有更明显的特点。
应该说,在舰船动力史上,电力推进和蒸汽机、柴油机共同淘汰了风力推进,彼此也在不断相互竞争、此起彼伏。不能说谁取代了谁,只能说各自都在顺应历史和技术的发展。
回到这个问题,在以上的基础上,如今的电力推进优势有以下几点(理想的情况下):
一、减少了燃油消耗和维护费用,降低了船舶的寿命周期成本,特别是当船舶负荷变化较大时效果更加显著;
注1:柴油机所具有的燃油效率特性(当负载为60%至100%时,燃油效率最高),是柴油电力推进系统与传统机械式推进系统产生不同功耗的重要原因。在柴油电力推进系统中,发电装置由多个小型柴油机组成,因而可自由选择实际运行柴油机的数量,以使每台柴油机的载荷为最优。另外,柴油发动机的额定值也可根据船舶的预期作业形态进行调整,以确保在船舶的大部分操作模式下和大部分运行时间内,推进系统都处于最佳配置。
注2:电推效率这块,额定载荷时各电气部件的电效率分别为:发电机 η=0.98-0.99,配电板 η=0.999,变压器 η=0.99-0.995,变频器 η=0.98-0.99,电动机 η=0.95-0.97。因此,整个柴油电力推进系统(从柴油机轴至推进电动机轴)满载时的电效率约为0.88-0.92。由于原动机与螺旋桨轴之间增加的电器部件共造成了近10%的功率损耗,但不能直接说电推更耗油。变速定距螺旋桨比定速可调螺距螺旋桨具有更好的流体动力特征,柴油电力推进系统中定速更高负载率的原动机比机械式推进系统中负荷经常急剧变化的原动机具有更高的燃油效率,这两点才是节约燃油的真正原因。特别当船舶进行动力定位和机动操纵等推进力不大的操作时,节约燃油的效果会更加明显。
二、系统不易受到单个故障的影响,并且可以对原动机的负荷进行优化;
三、高中速柴油机质量更轻;
四、船体空间占用更少,空间利用也更加灵活,从而增加了船舶的有效载荷。传统船舶轴系长度往往占到船长的40%左右,电力推进的船舶省却了传动轴系、减速齿轮箱,改善了机舱布置,使动力装置安排更加合理,节省了大量空间。
五、推进通过电缆供电,可以不与原动机布置在一起,这就给推进的位置选择带来了灵活性;
六、通过使用全方位推进和吊舱式推进装置,提高了船舶的机动能力;
七、由于传动轴更短(吊舱式无传动轴),而且原动机转速固定,再加上所采用的拉式螺旋桨使水流更加均匀,削弱了空泡现象,从而使推进系统的噪声和振动大大减轻;
八、噪音低,采用电力推进后,主要振动源-发动机安装在弹性底座上,以恒定转速运行,与轴系和船体也无直接联结,大大减少了振动和噪声,提高了船员和乘客舒适程度。
九、对同一功率船舶而言,电力推进中的中速柴油机可以始终在最佳工作区工作,燃油燃烧质量好,燃烧产物中的NOX 含量少。
缺点我也提两个:
概念上,军用和商用的电力推进系统并没有太大的区别,但由于军用舰艇对电力推进系统可用性和冗余性要求更加严格,应用于两者的解决方案会有所不同,目前看全电在军舰应用还不是很成熟。另外,电力变频器在军用舰艇中使用的必要前提就是必须具有良好的抗冲击性和低噪音特性。
最后是瞎扯:
全电推进→动力定位→不用锚→减轻锚泊对珊瑚礁的破坏→保持生物多样性√