李靜磊 孟 寧 周 峰

（92569部隊(duì)）

0 引言

作為船舶動(dòng)力推進(jìn)的方式之一，電力推進(jìn)雖然起步較早，但受到科技水平、經(jīng)濟(jì)蕭條、戰(zhàn)爭(zhēng)等諸多因素的影響，船舶電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展較為曲折。第二次世界大戰(zhàn)期間，電力推進(jìn)技術(shù)有過一段發(fā)展，主要采用直流電技術(shù)，在功率、轉(zhuǎn)速等問題上存在一定的技術(shù)難題，應(yīng)用范圍較窄，主要應(yīng)用在一些特定的工程船舶和潛艇上，電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展受到一定的限制。直到20世紀(jì)80年代，科技迅猛發(fā)展，大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為電力推進(jìn)技術(shù)在船舶上的應(yīng)用提供了良好的契機(jī)，滿足了各國(guó)對(duì)船舶性能的多種需求。時(shí)至今日，電力推進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型油輪、水面戰(zhàn)艦、各類工程船舶、觀光旅游船和潛艇等各類船舶，電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展達(dá)到新的高峰。

1 船舶電力推進(jìn)的基本特點(diǎn)

船舶電力推進(jìn)是指利用船舶綜合電站向船舶提供推進(jìn)動(dòng)力、輔機(jī)和日用電力，從而完成相關(guān)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)使命的完整系統(tǒng)。電力推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備由發(fā)動(dòng)機(jī)、原動(dòng)機(jī)、變流調(diào)速裝置、配電及保護(hù)系統(tǒng)和推進(jìn)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。電力推進(jìn)系統(tǒng)有以下基本特點(diǎn)：①該系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的集成系統(tǒng)，涉及了變頻調(diào)速、電子自動(dòng)化、供配電和電機(jī)等，高度綜合了系統(tǒng)控制策略、系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、集成設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析手段；②該系統(tǒng)科技含量較高，對(duì)系統(tǒng)電壓等級(jí)要求高，設(shè)備容量大，國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和設(shè)備的研發(fā)水平對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)能力有較大影響；③電力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，其良好的隱身性能和可控強(qiáng)等特點(diǎn)，在民用船舶和艦艇等方面有廣闊的發(fā)展前景。

2 船舶電力推進(jìn)的優(yōu)勢(shì)

和傳統(tǒng)的機(jī)械式推進(jìn)系統(tǒng)相比，電力推進(jìn)系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

綜合經(jīng)濟(jì)性高。從初期投資來看，電力推進(jìn)系統(tǒng)比機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的造價(jià)高出15%左右，但由于在維護(hù)成本和維護(hù)次數(shù)方面大大降低，從長(zhǎng)期來看，電力推進(jìn)系統(tǒng)的總造價(jià)比機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)要低，而且維持運(yùn)營(yíng)的成本較少，對(duì)環(huán)境的污染也大大降低。

可靠性高。通過對(duì)發(fā)電機(jī)組數(shù)量的有效調(diào)節(jié)和整合，電力推進(jìn)系統(tǒng)可以確保原動(dòng)機(jī)在最佳工作狀態(tài)，減少原動(dòng)機(jī)冗余的設(shè)備，在發(fā)電機(jī)組配置、供電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式方面進(jìn)行有效保護(hù)，整個(gè)電力推進(jìn)系統(tǒng)有很強(qiáng)的自愈功能和抵抗故障的能力。

良好的艙室環(huán)境。電力推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用，使得原動(dòng)機(jī)可以脫離推進(jìn)軸系，在布置上更加靈活，其轉(zhuǎn)速可以穩(wěn)定控制，在降低機(jī)械噪聲上十分有利，這可以在很大程度上為艙室創(chuàng)造良好的環(huán)境和舒適度。

提高有效艙容面積。電力推進(jìn)系統(tǒng)可以錯(cuò)峰使用電負(fù)荷，這樣電能的綜合利用管理提高，原動(dòng)機(jī)裝船容量減少了20%以上，且發(fā)電機(jī)布置更加靈活，船舶的艙容面積提高。

操作性能提高。電力推進(jìn)系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)能力、可操作性等方面比機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)提高，在電動(dòng)機(jī)的加減速、反轉(zhuǎn)控制方面更加便捷、迅速，更容易在速度加大或緊急情況時(shí)實(shí)現(xiàn)急停、倒車等操作，回轉(zhuǎn)半徑也大大降低，實(shí)現(xiàn)了無極調(diào)速等操作。時(shí)至今日，電力推進(jìn)系統(tǒng)的各種優(yōu)勢(shì)成為船舶動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)，船舶動(dòng)力新的熱潮正在蓬勃發(fā)展。

3 我國(guó)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

3.1 我國(guó)電力推進(jìn)船舶發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

我國(guó)電力推進(jìn)的船舶發(fā)展起步較晚，由于技術(shù)落后，在數(shù)十年間，我國(guó)船舶電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展緩慢，尤其是民用船舶，在電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方面處于停滯不前的狀況。進(jìn)入新世紀(jì)以來，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展催生了船舶在電力推進(jìn)技術(shù)方面的發(fā)展，依托國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)，大批造船企業(yè)開始生產(chǎn)新型電力船舶，由于自主研發(fā)能力較弱，我國(guó)民用船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)大多采用發(fā)達(dá)國(guó)家集成設(shè)計(jì)，在一段時(shí)期內(nèi)會(huì)處于依賴和被動(dòng)的狀態(tài)。

3.2 我國(guó)與國(guó)外的差距及原因分析

3.2.1 主要差距

造成我國(guó)船舶電力推進(jìn)技術(shù)落后的原因有很多，在起步方面，發(fā)達(dá)國(guó)家研究比我國(guó)早了近30年，無論是實(shí)踐方面還是理論方面都有豐富的經(jīng)驗(yàn)累積。我國(guó)在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)能力較差。我國(guó)在電力推進(jìn)技術(shù)方面只能在有限的船舶上開展集成設(shè)計(jì)，而發(fā)達(dá)國(guó)家主要發(fā)展模塊化設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)總功率方面達(dá)到百兆瓦級(jí)，在變頻器和電機(jī)功率方面也達(dá)到了數(shù)十兆瓦級(jí)，具備最新電力推進(jìn)船舶的動(dòng)力需求；關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)備存在代差。我國(guó)在關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)備方面和西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，只能進(jìn)行一些原理樣機(jī)方面的試驗(yàn)，而一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已解決高轉(zhuǎn)矩密度推進(jìn)電機(jī)、大容量電流、智能自動(dòng)化等關(guān)鍵技術(shù)，例如 20兆瓦級(jí)別的先進(jìn)感應(yīng)電機(jī)已在實(shí)船上應(yīng)用，我國(guó)在這方面還處于理論階段，設(shè)計(jì)方法滯后。我國(guó)在設(shè)計(jì)手段上還處于“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的探索階段，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了模型設(shè)計(jì)基地，由“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”向“模型設(shè)計(jì)”的方向轉(zhuǎn)變。

3.2.2 造成差距的原因

總體而言，我國(guó)船舶電力推進(jìn)技術(shù)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，一方面是缺乏總體的發(fā)展規(guī)劃，起步晚，很多關(guān)鍵技術(shù)不夠成熟，科研成果無法形成技術(shù)上突破；另一方面，資金、技術(shù)、政策的不到位，我國(guó)在前沿科技領(lǐng)域方面投入的經(jīng)費(fèi)較少，總體研究水平難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍；最后，在基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)科研工作方面，缺乏有效的系統(tǒng)布局，配套的數(shù)據(jù)庫和設(shè)計(jì)軟件缺失。

4 加速發(fā)展船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)的必要性

4.1 我國(guó)對(duì)綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的迫切需求

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國(guó)工業(yè)的崛起帶動(dòng)了船舶工業(yè)的興起，船舶配套設(shè)施也迎來了新的發(fā)展契機(jī)，電力推進(jìn)技術(shù)因其多種優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)在電力推進(jìn)船舶方面需求巨大。

4.2 我國(guó)綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的必要性與迫切性

由于技術(shù)的不足，電力推進(jìn)船舶的發(fā)展和發(fā)達(dá)國(guó)家有拉大的征兆，所以必須盡快采取措施改變落后的現(xiàn)狀。

4.2.1 大力發(fā)展船舶電力推進(jìn)技術(shù)有助于提高核心競(jìng)爭(zhēng)力

動(dòng)力作為船舶的核心技術(shù)和關(guān)鍵性產(chǎn)品，對(duì)船舶設(shè)計(jì)和裝備業(yè)的發(fā)展有著重大影響，20世紀(jì)50年代以來，我國(guó)在船舶電力推進(jìn)技術(shù)方面一直處于落后狀態(tài)，并且技術(shù)上的差距越來越大。要想在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得主動(dòng)權(quán)，需要盡早加快對(duì)電力推進(jìn)技術(shù)的研究工作，加大投入力度和突破性研究，提高在國(guó)際上的核心競(jìng)爭(zhēng)力，努力建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家。

4.2.2 加快發(fā)展船舶電力推進(jìn)技術(shù)有利于推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

我國(guó)在“十五”曾制定了船舶工業(yè)的發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)，力爭(zhēng)在2020年，整體自主創(chuàng)新能力和發(fā)展水平達(dá)到先進(jìn)國(guó)家行列。很明顯，我國(guó)船舶工業(yè)水平離國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距，國(guó)產(chǎn)配套率還不到50%，電力推進(jìn)設(shè)備主要向發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口，對(duì)整體國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不利。

4.2.3 加快發(fā)展船舶電力推進(jìn)技術(shù)有助于帶動(dòng)國(guó)內(nèi)裝備制造行業(yè)整體的發(fā)展

電力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)涉及面較廣，包括鋼鐵、石化、采礦、冶煉等多種制造行業(yè)，加大船舶電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，有助于帶動(dòng)相關(guān)制造業(yè)的整體繁榮和發(fā)展，還可以對(duì)電力電子、機(jī)械加工、材料設(shè)備等工業(yè)有很大的推動(dòng)作用。

5 我國(guó)船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展設(shè)想

國(guó)家的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃為船舶電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展提供了一定的研究和試驗(yàn)條件，為我國(guó)電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。總體來看，我國(guó)在船舶電力推進(jìn)長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃方面仍存在不足，尤其在資金、人才和資源整合方面，在技術(shù)研究領(lǐng)域也處于起步階段。筆者認(rèn)為，發(fā)展船舶電力推進(jìn)技術(shù)，要注重以下幾點(diǎn)。

5.1 指導(dǎo)思想

電力推進(jìn)更側(cè)重于整體基礎(chǔ)能力的提高，在指導(dǎo)思想方面要重視以下幾個(gè)方面：①夯實(shí)基礎(chǔ)，建立體系。技術(shù)基礎(chǔ)是電力推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展的重要前提，能有效提高研究設(shè)計(jì)的整體水平，同時(shí)充分整合和利用技術(shù)資源，建立相應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫，形成以模型設(shè)計(jì)為主要發(fā)展目標(biāo)、以數(shù)據(jù)庫支撐電力推進(jìn)系統(tǒng)研究的完整體系。②自力更生，不斷創(chuàng)新。針對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家在電力推進(jìn)系統(tǒng)方面的技術(shù)封鎖，我國(guó)應(yīng)結(jié)合當(dāng)前國(guó)情，充分利用現(xiàn)有資源，自力更生，借鑒先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，不斷創(chuàng)新，努力實(shí)現(xiàn)質(zhì)的發(fā)展。③全局規(guī)劃，突出重點(diǎn)。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)樣式復(fù)雜多變，制定發(fā)展規(guī)劃應(yīng)統(tǒng)籌安排，突出重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)，比如重點(diǎn)發(fā)展電力推進(jìn)和供輸電系統(tǒng)，為船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的全面開展做好基礎(chǔ)研究工作。

5.2 發(fā)展目標(biāo)

在發(fā)展目標(biāo)上應(yīng)制定兩個(gè)階段。首先，應(yīng)著手打造研發(fā)設(shè)計(jì)體系的整體框架，具備基本的電力推進(jìn)系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)能力，初步建立中小型民用船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的集成和生產(chǎn)配套設(shè)備的水平，實(shí)現(xiàn)從無到有的技術(shù)突破。其次，逐步建立健全整體研發(fā)和設(shè)計(jì)框架。通過整體規(guī)劃和長(zhǎng)期的發(fā)展，逐步形成具有自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造的電力推進(jìn)體系，應(yīng)用于大型艦船、潛艇等綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)和相關(guān)配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

6 結(jié)束語

從20世紀(jì)90年代以來，電力推進(jìn)系統(tǒng)在大型民用船舶和艦艇等方面得到了大范圍的應(yīng)用，其運(yùn)行狀況和良好的工作性能得到了世界各國(guó)的認(rèn)可，值得進(jìn)一步地研究和推廣。我國(guó)在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展較晚，經(jīng)過近些年的發(fā)展，在變頻調(diào)速、發(fā)電機(jī)應(yīng)用和供輸電領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，但在總體電力推進(jìn)系統(tǒng)方面和西方先進(jìn)國(guó)家還存在不小的差距。中國(guó)在船舶電力推進(jìn)技術(shù)方面還有很長(zhǎng)的路要走，在指導(dǎo)思想和發(fā)展規(guī)劃上要從全局出發(fā)，在加強(qiáng)國(guó)際交流與合作的基礎(chǔ)上堅(jiān)持研究與創(chuàng)新，不斷開發(fā)和應(yīng)用電力推進(jìn)系統(tǒng)，才能有效增強(qiáng)我國(guó)在船舶電力推進(jìn)領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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