船舶电力推进系统的应用

船舶电力推进系统TheApplicationofMarineElectricPropulsionSystem(MEPS)第二讲应用第二讲要点1、了解电力推进系统在游轮和渡轮中的应用；2、了解电力推进系统在油气探测和开采船舶中的应用；3、了解电力推进系统在现场支持船舶和海上作业船舶中的应用；4、了解电力推进系统在挖泥船和海上工程建设船舶中的应用；5、了解电力推进系统在游艇和娱乐船的应用；6、了解电力推进系统在破冰船和冰区航行船舶的应用；7、了解电力推进系统在军舰中的应用；8、了解电力推进系统在调查船中的应用；9、了解发展趋势和新的应用游轮“玛丽女王2号”停靠上海外高桥码头

“玛丽女王2号”是世界上最大、最长、最昂贵的豪华邮轮之一，由全球最大的邮轮经营集团美国嘉年华公司订购，历时两年建造而成，总共耗资约10亿美元。该邮轮长345米、宽41米，吃水线以上高度为72米，吨位为15万吨，时速30海里。这条船上的发电量足可供应有30万居民的城市。“玛丽女王2号”“玛丽女王2号”的豪华程度也丝毫不逊色于“泰坦尼克”号。船上有14个风格各异的酒吧和俱乐部，6个装饰精美、流光溢彩的豪华餐厅，5个宽敞的游泳池，1个可以上演精彩大节目的戏院，1个藏书丰富的图书馆，1个迪斯科舞厅，1个娱乐场，还有2000个浴室、3000部电话、4500级台阶以及数百件美术作品。这样豪华巨大的邮轮，船票自然也是高得惊人，据说最低也需要3000美元，最贵则高达6万美元。其电力推进系统由ALSTOM公司提供.动机客船，游轮和渡轮对船上舒适性要求很高，不能有大的振动和噪音。另外，考虑到乘客和船舶的安全，推进装置的可靠性和可用性要求很严。因此，电力推进很早就被评估满足以上要求并被投入应用。今天，游轮采用电力推进的案例名单有一大长串并在不断增加。因为电力推进在机动性和油耗方面有明显改善，推进效率可增加10%，新建船舶中很大一部分比例的船舶指定要采用电力推进系统，比例还在不断增加。动机对环境的关注也在不断增加，减排和防污染的要求，减少船锚泊时对珊瑚礁的损害等关注都在不断增加。因此，船舶必须能够独立通过DP控制侧推器和主推进器实现定位，这也增加了游轮市场中对电力推进和吊舱推进器的份额。DPDP(Dynamicpositioning):动力定位就是船舶或海上平台不借助于锚泊系统的作用，而是利用自身装备的各类传感器测出船舶的运动状态与位置变化，以及外界风力、波浪、海流等扰动力的大小与方向，利用计算机进行复杂的实时计算，控制船舶主副推力装置产生适当的推力与力矩，以抵消扰动力，使船舶尽可能保持目标船位与艏向。有的动力定位系统，还可根据风力的变化，提前发出信号来抵消风力的影响。渡轮渡轮烟大渡轮国际电力和自动化技术巨头ABB获得了国家铁道建设重点项目烟台－大连铁路轮渡项目提供渡船电力推进系统的合同，这意味着全国首次采用全电力推进的滚轮船出现在烟大线上。与粤海铁路轮渡采用的机械式推进系统不同，此次烟大线渡船采用的是目前世界上先进的电力推进系统。据ABB全球船舶业务经理芮尼克介绍，该系统具有明显的经济性、良好的操控性和更好的环保性。烟大渡轮该轮渡可承运480名旅客、50节火车车厢、50辆卡车和25辆汽车。两艘渡船分别在2006年6月和12月，由天津新港船厂建成并交付中铁渤海铁路轮渡有限责任公司。ABB于2002年在中国开展船舶业务，烟大线轮渡项目是其在中国的最大一笔船舶订单。芮尼克认为，2015年中国有望成为全球最大造船国，中国市场的潜力无限，ABB对此十分看好。

动机废气(COX,NOX,SOX）排放方面的限制和惩罚导致了新建的海湾和海峡渡轮纷纷采用电力推进系统。对于经常穿梭横渡及停靠码头的渡轮来说，采用吊舱推进器可以获得良好的机动性，极大降低油耗。功率范围推进功率根据船的大小而不同，从小渡轮的几个MW到大的班轮的30-40MW。生活负载也是整个装机容量中一个很大的部分，比如一个大的班轮典型的生活负载达到10-15MW。海洋油气资源目前，我国的进口石油依赖程度达40%，须知，石油安全关系到一个国家的经济安全。因此，降低进口石油依赖度是十分重要的任务。我国陆上含油气盆地中主力油田大部分已有30多年的开采历史，多数油田原油采出程度高达70%，进一步扩大产量的空间十分有限。相对来说，海洋油气资源还是一块尚未开垦的处女地，在海域油气勘探上有新突破，是破解我国石油困局的一剂良方。地球表面的71%被水覆盖18钻井平台英国的海洋钻井平台钻井平台英国的海洋钻井平台钻井平台据统计，全球海洋石油蕴藏量约1000亿吨，其中已探明储量的为380亿吨。数年前，发现丰富的浅水区域的油气资源是可以开发利用，通过固定的钻井平台和生产装置开采得到。在北海、墨西哥湾以及巴西还有一些其他地方，新发现的油气资源都在深水海域，不太容易开采。这些油气田需要较经济型的方法来开采才能得到可以接受的经济效益和利润。采用动力定位或侧推辅助定位的锚泊方式实现深水钻探及漂浮作业开采是可能的。侧推器辅助的定位被应用于北海，加拿大，及其他一些环境恶劣的地区。在巴西，西非及规划中的墨西哥湾油田装置中，人们倾向于依赖动力定位来实现深水钻探和漂浮作业开采。钻井平台钻井平台Dynamic

Positioning钻井平台“希望1号”海洋钻井平台借助拖船的牵引通过长江江苏段水域春晓油田春晓油田日本巡逻机闯入中国春晓油气田上空监视

中国海军舰艇在东海中方春晓气田附近巡逻

春晓油田日本《每日新闻》2010年2月21日报道称，围绕着日中两国之间成为悬案的东海油气田问题，日本政府决定采取新的对应方针，不惜使出将中国诉诸国际海事法院等法律手段。春晓油田日本打造更强舰队不惜血本争夺东海油气田南海资源南海资源南海资源南海有含油气构造二百多个，油气田一百八十个。经初步估计，南海的石油地质储量大致在二百三十亿至三百亿吨，约占中国总资源量的三分之一，有“第二个波斯湾”之称。南海资源南海的近景石油就相当于沙特已探明石油储量的八成左右，以后随着石油开采与堪探开采近一步深入，远景石油储量也是很可观的。越南、菲律宾、马来西亚、新加坡等周边国家都前往开采石油。目前在南沙海域，其每年开采的石油超过5000万吨，相当于我国大庆油田一年的产油量。目前南海有1100座油井，没有一口是我们中国的。?????南海资源在这许多年里，我国只能眼睁睁地看看周边国家肆意开采却无可奈何。中国深海石油勘探技术研究方面的专家段梦兰博士认为：在我国南海的争议海域，石油勘探开采的作业水深需1000~2000米，而以我国目前的勘探开采技术，实际作业水深只能达到300多米，这与国际先进水平的3000米技术相去甚远，而且也达不到南海石油开发的基本要求。这种技术瓶颈也是阻碍我国深海石油勘探开采的最根本原因。南海资源我国由于大陆架是缓缓延伸下去，深海岸离大陆很远。据测算最远处需达2000公里以外。加上南中国海风浪大，出航条件恶劣，钻井平台的拖航就面临很大困难。此外，即使一切就绪，深海石油勘探过程中还需对设备进行检测、维护、维修、管理、集疏等等作业。远隔数千里外的作业，其难度可想而知。马来西亚、越南、菲律宾、文莱等国家在家门口就可以开采，水深很浅。南海资源海总深海实验室主任曹静认为，深海石油勘探技术在中国还是一个空白。从钻井平台、海底管线、水上生产系统、水下生产系统、流动保障等多个环节来看，中国还不具备深海作业的相关经验。以铺设海底管线为例，300米水深以内的技术我们具备，但在上千米的深海中，管线像面条一样纤细，它们在深海中看上去是那么脆弱，其流动保障性、疲劳强度、涡机震动等等因素我们都要考虑，稍有差池就会影响到整个勘探开采过程。因此，中国深海石油开发需要的不仅是几座高技术的钻井平台，还有所有相关配套技术的研发。从目前来看，完成这一过程仍有待时日。南海资源要在远离本土的南海开采石油不容易啊！总结起来，最主要还是两点，政治上国际压力大，技术上开采难，转运更难。南海资源南海各国目前在做的事是什么？（戴旭演讲）2009年5月份,马来西亚、越南、菲律宾一块儿向联合国提出把南沙群岛并入他们国家。一方面跟美国、英国等国家合作采油。另一方面拼命扩充军备。从现在起大概在2年到3年，引进的先进潜艇要达到36艘，其中光越南一个国家就有多少潜艇？基洛级潜艇越南一下就买6条。菲律宾从法国买先进潜艇一下就买10条。而且越南还买了远程的战略轰炸机苏30。南海资源南海已经被列为国家十大油气战略选区之一。在未来，南海将成为我国能源接续基地，为我国经济发展提供强大动力。因此加大海洋油气开发力度、大力发展深海油气勘探和开发技术是大势所趋。深海石油勘探开采不是一项单一技术，它需要世界上多种高精尖技术的结合，不仅技术含量极高，而且需要巨额资金的投入。南海资源目前，我国发改委、国防科工委、国家科技部、国土资源部，以及三大石油公司和南北两大造船集团，正在联手共同投资研究深海石油开发技术，如此庞大的阵容，其投资力度可见一斑。然而，中国深海石油开发技术在过去的确是空白，而从技术研发到形成产业，还需要经历一个过程。中海油规划未来20年内会投资2000亿元开发南海油气资源，到2020年在南海深水区建成年产5000万吨油的能力。钻井平台“海洋石油981”2010年2月26日9时30分许，“海洋石油981”下坞，开始后期建造工程。钻井平台“海洋石油981”

是中国首次自主设计、建造的第六代3000米深水半潜式钻井平台，代表了当今世界海洋石油钻井平台技术的最高水平。该平台设计自重30670吨，长度为114米，宽度为79米，面积比一个标准足球场还大；从船底到钻井架顶高度为130米，相当于40多层的高楼；电缆总长度800多公里，相当于围绕北京四环路跑10圈。平台总造价近60亿元。钻井平台2010年2月26日9时30分许,巨大的“海洋石油981”平台在10艘拖轮共同发力,开始从外高桥造船1号船坞缓缓移出;至11时30分许,平台顺利出坞并靠泊於外高桥造船码头5号泊位,开始后期建造工程。建成后它将成为我国首座自行设计建造的超深水半潜式钻井平台，具有勘探、钻井、完井与修井作业等多种功能，最大作业水深3000米，钻井深度可达10000米。钻井平台“海洋石油981”拥有多项自主创新设计，平台稳性和强度按照南海恶劣海况设计，能抵御200年一遇的台风；选用大马力推进器及DP3动力定位系统，在1500米水深内可使用锚泊定位，甲板最大可变载荷达9000吨。该平台可在中国南海、东南亚、西非等深水海域作业，设计使用寿命30年，平台的详细设计和建造均在国内进行，中国海油拥有其知识产权。钻井平台“海洋石油981”钻井平台据估计，海洋蕴藏了全球超过70%的油气资源，全球深水区最终潜在石油储量高达1000亿桶，深水是世界油气的重要接替区。而我国目前只具备300米以内水深油气田的勘探、开发和生产的全套能力，我国自行研制的海洋钻井平台作业水深均较浅，半潜式钻井平台仅属于世界上第二代、第三代的水平，国外深水钻井能力已经达到3052米。第六代深水钻井平台“海洋石油981”的建成，将填补中国在深水装备领域的空白，使中国跻身世界深水装备的领先水平。南海资源有了开采设备还得有转运设备才行，如何转运呢？我们可不像越南、菲律宾那样有地利之便，在我们手中的南海诸岛礁，面积又太小，不足以做大规模石油开采的转运中心。在南海采油一般认为用输油管道成本最低。2008年，熔盛重工深水铺管起重船“海洋石油201”正式开工建设，此项具有自主知识产权的深水油田开发建设工程技术，填补了国内这一领域的空白。“海洋石油201”总长204.65米，型宽39.20米，作业吃水7-9.5米，垂线间长185米，型深14米，结构吃水11米，航速12节，储管能力达9000吨，作业水深范围15―3000米，起重能力4000/3500吨（艉固定后背绳/全回转模式），铺管速度5公里/天。深海铺管船

2008年9月深水铺管起重船“海洋石油201”钢板开启切割深海铺管船

FPSOFPSOFPSO是英文FloatingProductionStorage&Offloading的缩写，中文翻译“浮式生产储存卸货装置”。它集生产处理、储存外输及生活、动力供应于一体。同时它还具有高投资、高风险、高回报的海洋工程特点。FPSO俨然一座“海上油气加工厂”把来自油井的油气水等混合液经过加工处理成合格的原油或天然气，成品原油储存在货油舱，到一定储量时经过外输系统输送到穿梭油轮。FPSO系统----作为海上油气生产设施，FPSO系统主要由系泊系统、载体系统、生产工艺系统及外输系统组成，涵盖了数十个子系统。作为集油气生产、储存及外输功能于一身的FPSO具有高风险、高技术、高附加值、高投入、高回报的综合性海洋工程特点。FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大及可以转移、重复使用等优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发。FPSOFPSO穿梭油轮２００７年１月２０日，52500吨的“油无霸”在广船国际码头顺利下水，将作为VLCC(指30万吨超大型油轮)与口岸间的穿梭油船，主要服务于此类超大型油船的海上原油转运。大连造船厂设计建造的115000吨穿梭油轮“新埔洋”号“新埔洋”号由广州中船龙穴造船有限公司、中国船舶及海洋工程设计研究院研发设计。全船长333米、宽60米，上层建筑高6层，甲板面积有4个足球场大。“新埔洋”总载重30．8万吨，满载总排水量达35万多吨，是美国最大型航空母舰的3倍，可持续航行60天、近4万公里，相当于绕地球赤道整整一周。此外油轮装有先进的驾驶和导航设备，可实现24小时机舱无人值班与自动导航。动机海上作业有许多种卸货方法，多数情况下，油轮都需要维持一个固定的位置（定位），要求抵御风浪流的影响，精度要求较高。因此，多数的油轮装备了DP系统。多数船舶装备了电力隧推或AZIMUTH推进器，有些主推进装置也采用柴油机电力推进系统。对于许多应用来说，无论是运输还是定位，都要有高度的推进能力冗余。解决方案是一般有一个冗余的发电和配电系统，有冗余的推进变频器，冗余的推进电机。现场支持船舶和海上建设作业船舶

配备了电力推进的海上供应船

现场支持船舶和海上建设作业船舶

不同类型的海上作业船现场支持船舶和海上建设作业船舶

对于动力定位作为主要作业模式的船舶，比如潜水作业支持船舶，起重船，铺管船，电力推进装置很早就投入使用了，起先采用定速的可调螺距桨，后来是可调速推进器。对于不同船舶差别各异的工况，与传统推进装置相比，油耗和排放的减少对船舶来讲有重大意义。船东报告油耗每年减少30-40%，来自石油工业对运行成本和环境影响的不断增长的关注，产生对现场支持船舶的大量的需求。随着对高速通讯系统及全球光纤网络的需求增长，建造了一大批布缆船，配备了电力推进系统和动力定位系统。这些船舶配置成DP定位船舶，满足CLASS2级或3级要求，多数采用电力推进，总功率在8-30MW，功率大小依船大小和钻井能力和启重能力而定。

挖泥船

挖泥船

挖泥船

挖泥船

挖泥船

精确的机动性及改善油耗，以及需要经常移动作业地点是电力推进应用在这些领域的典型标准。在船上装有大功率的施工作业用电设备，电力可以很好地把施工用电和推进用电结合利用，取得装机功率较好的冗余配置和使用效果。游艇

啊啊啊游艇

动机

游艇市场是一个小的合适的电力推进装置应用场所。舒适性和环境友好性是这类船舶的基本设计要求，电力推进除高效率外还可以满足低振动和低噪音方面较高的要求，应用比较普遍。破冰船有破冰能力的科考船破冰船动机

对应于其他的工业应用，推进应用中对变频器的动态要求是较低的。但对冰区航应的船舶和破冰船来说，负荷的变化会很大，很迅速，这就意味着推进系统有较高的动态特性以避免部件过载和跳闸。电力推进从1980开始被应用于多数此类新建船舶中，基本配置跟现场服务船相似，也有冗余的发电和配电系统，尽管对于破冰船来说没有动力定位的要求。由于北极地区开采石油的需要，对破冰船、冰区航行船舶、现场支持船舶、护航船及穿梭油轮的需求快速增长。

战舰潜艇航母英国“伊丽莎白女王”级航母就将采用常规动力，但采用的是以新型燃气轮机为基础的联合全电力推进系统。航母新型航母舰载机机库总面积6480平方米，相当于“无敌”级航空母舰机库的3倍，装机量大为增加。即便如此，该机库最多也只能容纳24架F-35B和10架“默林”EH-101HM1；剩下部分舰载机必须系留在露天甲板上。新航母不采用核动力，主要是研制核反应堆的成本太高，全寿命费用也太高；而将采用新一代综合全电力推进系统，该系统在舰上的布置相当灵活；战时即使部分舰体和设施遭到破坏，仍可持续作战。与机械推进相比，综合全电力推进系统还具有噪音低、系统经济性好等特点，而且便于维修和更换部件。

最先进的驱逐舰２００６年２月下水的英国最新的45型防空驱逐舰“勇敢”号(HMSDaring)战舰，是英国海军在建的6艘45型驱逐舰的第一艘，该级舰自服役后一直到21世纪中叶都将是英国海军战斗力最强的水面战舰，它们为英国及其盟国提供空前的防空反导作战能力。45型驱逐舰是世界上第一种采用全电力推进系统的水面战舰，它只用两台WR21燃气轮机和两台柴油机充当发电机组，占用舰内空间更小，动能传输载体也由过去的机械轴改成了电缆，使舰艇内部布局更加简洁。采用全电力推进的舰艇在静音效果方面具有极大优势，静音能力是机械推进舰艇所无法比拟的，这在反潜作战时相当重要。45型驱逐舰至少在四个方面胜过美国伯克级驱逐舰，而后者多年来一直有“驱逐舰之王”的美誉。动机

尽管人们将电力推进应用在军舰上有极大的兴趣，目前很少有传统的水面舰船采用纯粹的电力推进，更多的是在规划论证中。对于潜艇来说，配备柴油发电机组和蓄电池组，燃料电池或核能电站的电力推进被广泛采用。军舰上的电力推进跟商船的电力推进在概念上并没有很大的不同，但解决方案可能不同，因为可用性和冗余性的要求更加严格。另外，忍受战损的能力及低噪声要求是电力推进船舶应用于军舰的先决条件。

调查船日本勘察船“地球”号调查船日本勘察船“地球”号调查船日本三维海底探测船”资源”号调查船美海军探测船”无暇”号调查船无暇号上的SURTASS拖曳声纳系统作业原理。拖曳声纳能够远离本舰噪音源进行探测调查船驱逐”无暇号”“实验1号”是目前我国最先进的大型综合科考船。它抗波浪性能优异，在7、8级风浪下能正常作业。它可以摆放多种大型科研设备；推进系统采用电力，具有良好的低噪声效果；采用国际最先进的动力定位技术，海上定点作业时，船体不会漂移。渔业资源勘察船动机

地球勘察船，海洋地理探测船，渔业资源勘察船都对水下噪声要求很严，通常要求是比其他应