电力推进在海洋工程船舶中的技术应用研究

引言

海洋工程作为全球资源开发与利用的重要领域，涵盖了海上油气开采、海洋可再生能源开发、海底矿产勘探等众多关键业务。海洋工程船舶作为执行这些任务的核心装备，其性能与可靠性直接影响着作业的效率与安全性。传统的船舶推进方式如柴油机直接推进、汽轮机推进等，在面对日益复杂的海洋作业环境和严格的环保要求时，逐渐暴露出一些局限性。电力推进技术凭借其在节能减排、提升操控性能、降低噪音等方面的显著优势，在海洋工程船舶领域得到了越来越广泛的关注与应用。研究电力推进在海洋工程船舶中的技术应用，对于提高我国海洋工程装备水平，增强在全球海洋资源开发竞争中的实力具有重要意义。

1 电力推进的好处

由于电力推进的功耗较大，采用电力推进的船舶通常采用中压电力系统，以有效地减少电力设备的体积，减少电网传输过程中的电能损耗，从而提高电力系统的运行效率。换流单元的优点是不会将中压电网的谐波（由于电力推进的变频调速，会产生大量的谐波）输送到低压电网。但是，由于换流单元体积大，以及电流谐波抑制技术的发展，目前常采用变压器代替换流单元。电力推进是一种高效率的发动机，它可以使发动机和螺旋桨以最佳速度运行，或根据需要减少功率输入。例如，巡航时，配备两个推进发动机的发电机发动机；必要时打开所有发电机主机。这样，节能甚至可以将燃油效率提高 10%～30% 。加速性能的改善可以减少主机的功率储备，自然减少主机的功率、重量和体积，并提高燃油效率。同样，燃料可以航行更长的距离，提高战舰的作战能力。其次，由于电力驱动技术的进步，电力驱动的性能优于机械驱动。看看电动汽车有多安静，机械传动系统需要变速，结构复杂；需要减速，档位有噪音。采用电力驱动，所有减速和调速均由电机调速系统完成，该系统体积小、重量轻、噪音低。此外，电气系统的冗余度很高，电气系统的冗余很容易通过切换来完成，而机械系统的不同主机和减速器交叉传输功率非常复杂。

2 电力推进系统技术工作流程

在海洋工程船舶运行过程中，发电装置产生的电能首先被输送至配电系统。配电系统根据船舶的用电需求，对电能进行合理分配。当船舶需要推进时，配电系统将电能输送给推进电机，推进电机在控制器的调控下，按照设定的转速和转矩运行，带动螺旋桨旋转，产生推进力推动船舶前行。在整个过程中，控制器会实时监测船舶的运行状态、推进电机的工作参数等信息，并根据预设的控制策略对推进电机进行调整，以保证船舶能够稳定、高效地运行。例如，在船舶进行动态定位作业时，控制器会根据船舶的位置传感器反馈信息，快速调整推进电机的输出，使船舶能够准确保持在预定位置。

3 电力推进在海洋工程船舶中的应用形式

3.1 全电力推进

全电力推进是指船舶完全依靠电力驱动推进装置，取消了传统的机械传动装置。这种推进形式在一些对机动性和定位精度要求极高的海洋工程船舶中应用广泛，如海洋科考船、海上钻井平台供应船等。以海洋科考船为例，在进行深海探测作业时，需要船舶能够在不同方向、不同速度下精确移动，全电力推进系统能够快速响应控制指令，实现船舶的灵活操纵，为科考作业提供稳定的平台。

3.2 混合电力推进

混合电力推进结合了传统动力源（如柴油机）和电力推进系统。在船舶正常航行时，主要由传统动力源提供动力，而在需要精确操纵或低速作业时，启动电力推进系统。这种推进形式综合了传统动力和电力推进的优点，既能保证船舶在长距离航行时的经济性，又能满足在复杂作业环境下对操纵性的要求。例如，一些海洋工程辅助船在进行物资运输时，使用柴油机驱动，而在靠近海上平台进行物资装卸时，切换到电力推进模式，以提高操纵的精准度和稳定性。

4 未来发展趋势

4.1 技术创新方向

（1）智能电力推进系统。随着人工智能、大数据、物联网等技术的快速发展，智能电力推进系统将成为未来海洋工程船舶的重要发展方向。通过在电力推进系统中引入智能算法和传感器技术，实现对船舶运行状态、电力系统参数、设备健康状况等信息的实时监测与分析，进而实现电力推进系统的智能化控制和优化管理。例如，利用大数据分析预测设备故障，提前进行维护，提高系统的可靠性和可用性；通过智能能量管理系统，根据船舶实时工况和外部环境，自动调整发电装置和推进电机的运行参数，实现能源的高效利用。（2）新型电力推进设备研发。研发新型电力推进设备，进一步提高推进系统的性能。例如，研发更高功率密度、更高效率的推进电机，如高温超导电机，其具有低电阻、高电流密度等特性，可显著提高电机的功率密度，减少电机体积和重量，同时降低能耗。此外，开发新型电力电子器件和变流技术，提高电力推进系统的电能转换效率和控制精度，也是未来技术创新的重要方向。

4.2 应用拓展趋势

（1）深海及极地作业船舶应用。随着海洋资源开发向深海和极地地区拓展，对适用于这些特殊环境的海洋工程船舶需求日益增加。电力推进系统凭借其良好的操控性能和适应复杂工况的能力，在深海采矿船、极地科考船、极地破冰船等船舶中的应用将不断扩大。例如，在极地地区，船舶需要频繁进行破冰、转向等操作，电力推进系统能够更好地满足这些特殊作业要求，提高船舶在极地环境下的作业安全性和效率。（2）与新能源融合应用。为了进一步实现节能减排目标，海洋工程船舶电力推进系统将更多地与新能源融合应用。除了现有的风力发电、太阳能发电在船舶上的应用尝试外，未来氢燃料电池、氨燃料电池等新型清洁能源也有望在海洋工程船舶电力推进系统中得到应用。通过将这些新能源与传统发电装置相结合，构建多元化的船舶能源供应体系，降低船舶对传统化石能源的依赖，减少碳排放，推动海洋工程船舶向绿色、可持续方向发展。

结语

电力推进技术在海洋工程船舶中的应用，为海洋工程作业带来了诸多优势，包括节能减排、提升操控性能、降低噪音振动以及优化船舶设计等。尽管目前在技术稳定性、成本控制等方面面临挑战，但随着技术创新的不断推进，如智能电力推进系统和新型电力推进设备的研发，以及应用领域的持续拓展，特别是在深海、极地作业船舶和与新能源融合应用方面，电力推进技术在海洋工程船舶领域具有广阔的发展前景。我国应加大在电力推进技术研发方面的投入，加强产学研合作，突破关键技术瓶颈，提高电力推进系统的国产化水平，降低成本，推动我国海洋工程船舶产业实现高质量发展，提升在全球海洋资源开发中的竞争力，为我国海洋强国战略的实施提供有力支撑。

参考文献

[1]苏科伟,高海波,林治国,何业兰,潘志强,代建.基于置信规则库的船舶电力推进系统状态评估研究[J].科技与创新,2022(12):88-91.

[2]李涛,朱志红,金奕新,程威涛.海事系统首制电力推进后甲板作业中型航标船使用评估及优化建议[J].中国海事,2022(04):53-56.

[3]丁春利,邓甜甜,尹琳,张亚东.海洋工程船舶及从业船员行业发展研究[J].天津航海,2019(04):48-50.