基于能量管理的长江船舶柴电混合动力系统设计与优化

本文以一艘长江散货船为研究对象,从柴电混合动力系统的优化与设计出发,基于模糊识别与优化控制理论,通过制定运行模式判别方法与动力分配优化控制策略构建柴电混合动力船舶的能量管理系统.结合长江复杂工况下的航段划分,以提高船舶经济性与绿色性为目标,开展基于能量管理的柴电混合动力系统设计方案评估与分段航速优化.在船舶往返航程内燃油消耗量与碳排放量最小的情况下,获得了柴电系统的最优选型设计方案以及各航段的最佳经济航速,实现了柴电动力能源经济高效的综合利用.

油电混合动力船舶动力系统研究

为了响应国家对航运业绿色可持续发展的需求,以某小型油电混合动力客船为研究对象,进行动力系统研究。根据船舶基本参数与设计指标,给出混合动力系统总成方案。在满足船舶动力性指标要求的前提下,对船舶混合动力系统进行参数匹配;并进一步提出了油电混合动力船舶能量控制策略,最后在混合动力实验平台上进行仿真试验验证。实验结果表明,相同工况下,混合动力船舶会比柴油发动机作为主机的船舶消耗更少的燃料,可以有效提高船舶的经济性并改善其排放性能。

舰用倒车汽轮机技术特点及运行过程研究

概要介绍汽轮机的概念与分类,并由此引入其在水面舰船领域的应用。由于汽轮机的结构特点,以及喷嘴和工作叶片的相对位置,在完成安装后,汽轮机的转子只能实现单方向的转动。在水面舰船作机动航行时,汽轮机必须提高倒车功率以提高舰船的机动性,满足航行的需要,保证舰船的航行安全,从而引入倒车汽轮机的定义。重点介绍倒车汽轮机的结构特性、运作过程及工况特点,并将其与能实现反向旋转的柴油机进行对比。除传统的机械式结构外,汽轮机也可与电力推进系统实现搭配,从而提供倒车功率,该类方案则无须配备倒车汽轮机。

船用动力装置前景展望

用于船舶推进的发动机被称为主推进发动机(亦称“主机”),其对整个船用动力装置的性能起决定作用,通常会以不同的主机来划分船用动力装置的类型。现代船舶的主机主要有柴油机、汽轮机、燃气轮机及核动力装置等几类。就目前而言,大部分民用船舶,以及部分中、小型军用舰船均采用柴油机;大、中型舰船多采用汽轮机或燃气轮机;联合动力装置可满足水面舰船不同航行工况下的需求;核动力装置能显著提升船舶的续航力和自给力,但需要采用屏蔽装置,重量大、结构复杂,适用于大型航空母舰,大、中型潜艇,以及破冰船与部分大型民用船舶。中、小型潜艇可利用柴油机驱动发电机发电,以电力推进的方式驱动潜艇前行。通过研究船用动力装置,有利于快速掌握其类型、结构、技术特点、使用及管理方法,从而提升其在船舶航行过程中的实际运用效果,提升船舶整体的动力性能。

气垫船推进系统技术特点研究及未来前景展望

简要介绍了气垫船的技术特点、气垫船推进系统的总体组成,重点对高速柴油机及燃气轮机等推进主机及其技术特点进行了阐述,随后详细介绍了用于气垫船的各类推进器及其技术特点,并对气垫船推进系统未来的发展趋势进行了展望。未来,气垫船主机仍会以高速柴油机及燃气轮机等传统热力发动机为主流,并有望采用电力推进。核动力装置虽然能为船舶提供较强的动力性及续航力,但考虑到其高昂的成本、复杂的结构、庞大的尺寸及重量,以及核泄漏等安全性问题,一定程度上限制了其在气垫船等高性能船舶领域的应用。

柴-电混合动力系统应急推进模式仿真研究

柴-电混合动力的应急推进(PTH)模式是将轴带电机作为电动机单独推进,增加了船舶的安全性.应用AMESim软件,对柴-电混合动力船舶的应急推进模式进行建模和仿真,研究通过控制离合器接排压力实现柔性接排,以及调距桨螺距加载方法实现顺利起航,仿真结果可为柴-电混合动力船舶应急推进系统设计提供参考和指导.

海洋科学考察船动力系统发展现状及趋势

结合国内外海洋科学考察船及其动力系统的发展现状,分析科考船动力系统在电力推进、柴电混合推进等新型动力型式方面的发展趋势,提出我国海洋科学考察船动力系统大型化、集成化、低噪声、智能化、节能环保等方向的发展建议,对我国海洋科学考察船动力系统选配、设计提供借鉴。

渔船柴电混合动力系统油耗分析

为了探索海洋渔船推进系统的节油减排,以一艘安装有柴电混合动力系统,成功实现节能减排的金枪鱼延绳钓船为例,通过剖析柴电混合动力系统的结构,柴油机理论负荷特性,结合渔船实际使用情况,分析其节能原因。结果显示,渔船柴电混合动力系统在使用过程中,可根据工况需要,随意切换常规动力与电力推进系统;通过选择合理的主机工况,提高柴油机输出效率,降低柴油机油耗率;综合各种工况,能节油15%以上。研究表明,现阶段在金枪鱼延绳钓渔船上使用混合动力技术是可行的,能起到节能减排的作用。在核心技术不变的情况下,运用一些创新技术手段,如采用多机多桨拆分系统,赋予系统更高的智能调配作用,可以把混合动力系统推广到拖网渔船和围网渔船上。

电力推进金枪鱼延绳钓船的经济性分析与试验验证

以49.5 m南海金枪鱼延绳钓船为例,根据其渔法特点和作业模式,存在投绳航行、自由航行、起绳航行3种典型航行工况。作为新一代电力推进金枪鱼延绳钓船,采用了先进的AFE整流技术及最新应用在渔船电力推进上的有源前端(AFE)方案,可以提高金枪鱼延绳钓船放钓、收钓作业工况下的操纵灵活性,利于作业,提高产量,同时船舶电网容量大能满足超低温冷藏加工的要求,与传统主机推进系统相比,能实现节能和节省生产成本。根据该船型的使用特点,分析了电力推进在金枪鱼延绳钓船上的节能性和优越性。

科学考察船电力推进系统的低噪声设计

科学考察船电力推进系统的系统设计和设备性能与船舶的水下噪声有着密切联系,而船体的水下噪声等级将会显著影响科考作业的精度。通过对电力推进系统和重要噪声源设备进行低噪声设计,可有效降低科学考察船的水下噪声。国内已有实船验证低噪声设计的有效性,为后续科学考察船的设计提供参考价值。

内河船舶电力推进系统的节能与环境效益评估

为了适应我国船舶排放控制的要求,内河船必须采取节能减排措施。以两艘实船为基础,分析柴油机直接推进和电力推进系统的能耗和排放数据,得出电力推进系统具有更好的节能优势和较大的环境效益。我国正加大力度研究电力推进的核心技术和关键设备,也必能促进电力推进产品的发展,提高相应产品的质量并且降低价格,将来内河船有望逐步拓展采用电力推进系统。

LNG船推进系统动态性能建模与仿真

介绍了LNG船柴油机推进系统和电力推进系统的结构、特点及性能,讨论了其数学模型,并利用MATLAB实现了对这两种推进系统的数字仿真。采用了分层结构和模块化设计,能够实现船舶推进系统的稳态、动态仿真等计算功能。通过对仿真结果的比较,综合分析了两种推进方式的优缺点以及在未来LNG船上的应用前景。

LNG船电力推进船型的方案决策

由于无法利用LNG船液货舱内自然蒸发的天然气,传统的采用柴油发电机组作为中心电站的电力推进技术一直无法在大型LNG船上使用。但是随着双燃料发动机的出现,这种局面开始发生变化。对预研中的大型LNG船采用双燃料电力推进技术进行了技术、经济性分析,论证了双燃料电力系统的可行性及电力推进系统的配置情况,以探讨LNG船电力推进船型的特点。

船舶电站转速转矩复合的自校正控制

为了研究船舶电力推进系统(MEPS)中船舶电站与电力推进系统的动态特性及其相互关系,提出了一种与吊舱推进器SSP相结合的柴油机复合控制策略.将电力上的互联推进电机动态特性及发电机负荷特性充分应用于柴油机的转速转矩复合控制,利用Lyapunov分析法对复合控制权重参数进行在线自校正调节.建立了基于SIMOTION的SSP MEPS实物仿真系统,仿真结果表明,转速转矩复合控制能实现柴油机平滑的功率与转矩控制,具有较好的动态性能.

船舶柴电混合动力系统Booster模式下的“柴-电”方式并车控制技术研究

在对典型柴电混合动力系统Booster工作模式和柴电并车方式进行介绍的基础上,着重对并车控制系统设计和"柴-电"方式的并车控制策略进行说明;针对某TBD234V6柴电混合动力系统,在AMESim平台上搭建了系统仿真模型,对并车控制策略以及时间速度阈值进行可行性分析,最后在TBD234V6柴电混合动力系统上进行试验验证,结果表明"柴-电"方式并车控制策略能有效地实现Booster模式下主机和轴带电机的柔性并车。

船舶柴电混合动力系统轴带电机不同起动方式的仿真研究

柴电混合动力推进系统的电力推进(PTH)模式是将轴带电机作为电动机运行并单独驱动螺旋桨推进,作为紧急推进的一种有效方式,能加强船舶运行的可靠性。在切换至PTH模式时,轴带电机不能自启动,必须借助其他方式。应用AMESim软件,对船舶柴电混合动力系统进行建模并稳态校核,仿真计算PTH模式下轴带电机不同起动方式对系统性能的影响,研究轴带电机稳定起动的控制策略。仿真结果可为船舶柴电混合动力系统的设计提供参考和指导。

船舶柴电混合动力系统能量管理控制策略

为了使船舶在航行过程中动力推进系统处于最合理的工况下运行,以某船舶四机双桨混合动力推进系统为研究对象,对该系统的4种单机模式、6种PTI模式和2种并车模式的运行工况特点及其对应的能量流进行研究;提取船舶航行工况的特征参数并建立标准航行工况,运用所建立的航行工况模糊模式识别模型识别样本所属的航行工况,提出了基于工况识别的规则能量管理控制策略对船舶柴电混合动力推进系统能量进行统一管理和分配。在船舶航行过程中,利用上述方法实时对航行工况进行识别,从而通过切换离合器状态指令,使船舶在最优工况下航行以降低燃油消耗与减少排放。

综合电力推进邮轮动力系统负荷优化

为研究综合全电力推进邮轮动力系统全航程范围内经济性最优的可行性方法,通过对综合全电力推进邮轮的柴油机发电机组的机组组合和推进负荷分配进行优化以提高邮轮航行的经济性。首先,将机组组合和负荷分配问题联系统一,形成整体的数学模型,然后基于问题模型开发混合优化算法求得最优输出功率组合,并通过理论计算对比验证顺序启动规则下和混合优化算法优化后启动规则下的发电机组发电成本。研究表明:针对不同负荷模式优化发电的机组组合能够降低邮轮发电机组的运行成本,最理想的原动机并车解列顺序应能按照船舶运行负载实时调整在网机组的数量与类型,通过与一代基因遗传算法相比较发现采用多算法混合的优化算法计算效果能够更加适应所建立的代价函数模型,采用所开发的混合优化方法能有效提高计算结果的准确性。

多功能远洋渔船主推进系统和电站配置研究综述

明确了多功能远洋渔船的发展前景及意义,结合中国远洋渔船发展现状,分析了典型的多功能远洋渔船运行工况,并以此为基础给出了柴油机推进方案、电力推进方案、轴带发电机方案以及混合电力推进方案研究方法。强调了每种设计方案的重点,并分析了每种方案的优缺点,为后继开展更为深入的研究和实际工程应用提供了参考。

船舶动力装置发展的新趋势

除了介绍一些动力装置的技术发展变化外，着重阐述了船型发展引起船舶动力装置发展的新趋势。