滕春利，李曉江，孫 凱

91404部隊(duì)裝備部，河北秦皇島 066200

船用能源研究

滕春利，李曉江，孫 凱

91404部隊(duì)裝備部，河北秦皇島 066200

人類的發(fā)展進(jìn)步離不開石油等傳統(tǒng)能源，而這種能源是有限的且不可再生的，為了保證船用能源的持續(xù)性，發(fā)現(xiàn)新能源、利用新能源是現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展急需解決的問題。本文著重對(duì)船用新能源進(jìn)行了論述。

能源；電能；核能；氫能

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各國(guó)之間的貿(mào)易往來(lái)日益密切，船舶運(yùn)輸?shù)男枨罅看笤?。?007年的世界船舶制造為例。07年世界船舶的完工量為8 110萬(wàn)載重噸，其中中、日、韓三國(guó)的造船總量約占世界造船總量的90%，我國(guó)的造船完工量為1 893萬(wàn)載重噸，展世界造船總量的23%。此外，每年世界造船總量以7%～10%的速度增長(zhǎng)[1]。船舶總量的增加，極大的增加了船舶行業(yè)對(duì)能源的需求。這些能源主要包括傳統(tǒng)能源（柴油、汽油等）和新型能源（核能、太陽(yáng)能等）。

1 傳統(tǒng)能源

傳統(tǒng)能源主要是指使用時(shí)間較長(zhǎng)、使用較廣的能源。根據(jù)傳統(tǒng)能源的定義可知，船舶用傳統(tǒng)能源主要有柴油和汽油，其中柴油是船舶的主要能源。

1.1 柴油

柴油通常也被稱為油渣，是石油提煉的一種產(chǎn)物，主要由不同的碳?xì)浠衔锘旌辖M成。此外，柴油的沸點(diǎn)較高，其中輕柴油沸點(diǎn)為180～370℃，重柴油沸點(diǎn)為350～410℃。柴油的這些特點(diǎn)，使它成為了船舶理想的動(dòng)力源。

柴油作為船舶的動(dòng)力源，具體的工作工程是這樣的：柴油在柴油機(jī)的汽缸中燃燒，推動(dòng)活塞做功，將柴油燃燒產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最終推動(dòng)船舶航行。目前，柴油是船舶使用的最主要的能源，較大型的船舶動(dòng)力基本都來(lái)自柴油。使用柴油作為船舶的主要?jiǎng)恿υ?，具有兩個(gè)原因：1）與柴油有關(guān)的技術(shù)發(fā)展比較成熟，特別是船用柴油機(jī)的發(fā)展比較成熟，對(duì)柴油的使用效率，機(jī)器的輸出功率、降低油耗等方面，有了很大發(fā)展。以MAN B&W生產(chǎn)的船用低速柴油機(jī)為例。在90年代初，MAN B&W公司推出了MC系列船用低速柴油機(jī)的更新系列MK5。與MC系列相比，MK5系列柴油機(jī)的最高爆發(fā)壓力、活塞平均速度和平均有效壓力都提高了，柴油機(jī)的功率也增加了（整機(jī)輸出功率提高了5%～10%，個(gè)別柴油機(jī)的整機(jī)輸出功率提高了15%），然而油耗卻沒有任何的增加[1]；2）目前，柴油資源相對(duì)豐富，購(gòu)買容易，價(jià)格比較容易接受。

1.2 汽油

汽油也是石油提煉得到的一種產(chǎn)物。與柴油相比，構(gòu)成汽油的碳?xì)涞然衔锏姆肿恿勘容^小，沸點(diǎn)比較低，容易燃燒、價(jià)格比較貴。因此，汽油一般用作小型船舶的動(dòng)力源。船舶上使用汽油的動(dòng)地裝置主要為發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理和柴油機(jī)基本相似，都為燃料（汽油或柴油）在汽缸中燃燒，然后將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后推動(dòng)船舶航行。

2 新型能源

石油是一種不可再生資源，其儲(chǔ)量也是有限的。伴隨著當(dāng)今國(guó)際對(duì)石油資源的需求越來(lái)越大以及有關(guān)國(guó)家對(duì)石油資源出口的控制，通過(guò)石油提煉得到的柴油和汽油的價(jià)格不斷攀升。這促使人們開始尋找新的能源來(lái)代替柴油和汽油給船舶提供動(dòng)力。通過(guò)能源領(lǐng)域和船舶領(lǐng)域?qū)＜业亩嗄昱?，目前已?jīng)找到了一些可以替代傳統(tǒng)能源或?qū)?lái)可以用于替代傳統(tǒng)能源的新能源。這些新能源主要有電能、核能、氫能源等。

2.1 電能

1866年德國(guó)科學(xué)家西門子制造出了世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，由此人們開始了對(duì)電能的利用。經(jīng)過(guò)了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，電能已經(jīng)被應(yīng)用于船舶，并為船舶提供動(dòng)力。

電能作為給船舶提供動(dòng)力的能源之一，其工作原理為：由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生電能，然后電能直接或經(jīng)變流器供給推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶通推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)，使船舶運(yùn)動(dòng)[2]。與柴油機(jī)直接推動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)相比，柴油發(fā)電機(jī)電力推進(jìn)系統(tǒng)具有5大優(yōu)點(diǎn)[3]： 1）采用電力推進(jìn)系統(tǒng)后，自動(dòng)化程度得以提高，控制方便，啟動(dòng)加速性好，制動(dòng)快，大大提高了船舶的可操縱性，機(jī)動(dòng)性好，安全可靠性得到提高；2）允許使用高速不可反轉(zhuǎn)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，從而降低了船舶動(dòng)力裝置的重量，動(dòng)力系統(tǒng)功率重量比大大提高，這對(duì)機(jī)艙的靈活布置非常有利；3）采用電力推進(jìn)后，輔助發(fā)電機(jī)的功率大大降低，甚至可以取消，這對(duì)機(jī)艙的優(yōu)化布置非常有利，同時(shí)安全可靠性變好；4）在故障狀態(tài)下，可以把發(fā)電機(jī)和推進(jìn)電機(jī)斷開，保障船舶的航行，從而具有較高的安全可靠性；5）采用電力推進(jìn)系統(tǒng)后，可以獲得所需要的推進(jìn)電機(jī)機(jī)械特性，以滿足不同航行工況的要求，這對(duì)主機(jī)以及船舶的經(jīng)濟(jì)性有利。

值得注意的是，將柴油產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，再給船舶提供動(dòng)力，具有使船舶機(jī)動(dòng)性好、操作可靠性高和穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。畢竟電能是通過(guò)柴油燃燒來(lái)獲的，燃燒會(huì)產(chǎn)生一些污染物，如SO2、NO2等。這類物質(zhì)氣體形式存在時(shí)，不僅污染環(huán)境，而且對(duì)人體的呼吸到危害極大；當(dāng)SO2、NO2等與雨水相遇后，會(huì)形成酸雨，使土壤酸化。因此，人們應(yīng)該利用別的清潔能源來(lái)獲取電能。

2.2 核能

所謂核能就是有核燃料發(fā)生聚變或者是裂變產(chǎn)生的能量?？茖W(xué)研究表明，1kg可裂變物質(zhì)鈾完全分裂所產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于2 100t燃油充分燃燒后所得到的能量。這也就是說(shuō)，核燃料所包含的能量，大體相當(dāng)于本身重量210萬(wàn)倍的燃油的能量[4]。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，核能作為船舶動(dòng)力的潛能巨大。

過(guò)去的幾十年來(lái)，人們對(duì)核能在船舶方面的利用展開了一系列的研究，并取得一定的成果，即核能已經(jīng)用作船舶的推進(jìn)動(dòng)力。早在1962年，美國(guó)就建成了核動(dòng)力船“薩娃娜”號(hào)。在1976年，該船進(jìn)行的更遠(yuǎn)距離的遠(yuǎn)洋航行，到達(dá)了臺(tái)灣、韓國(guó)及菲律賓等遠(yuǎn)東地區(qū)。1968年，德國(guó)建成了核動(dòng)力礦石運(yùn)輸船“奧托漢”，這標(biāo)志著核能在大型運(yùn)輸船上的應(yīng)用，這為今后核能在大型船舶上的應(yīng)用提供了借鑒。1974年，日本建造了核動(dòng)力船“陸奧”號(hào)。俄羅斯則建造了9艘核動(dòng)力破冰船。

2.3 氫能

氫能被認(rèn)為是未來(lái)船舶推進(jìn)的動(dòng)力之一，主要理由有3點(diǎn)：1）氫能源豐富。地球上的水經(jīng)過(guò)一定的技術(shù)處理后就能產(chǎn)生氫氣，而地球上有著無(wú)窮盡的水資源。因此，地球上的氫能源機(jī)器豐富；2）氫的獲取方法多樣。氫能的獲取可以通過(guò)對(duì)水進(jìn)行處理獲得、石油提煉也能得到氫能。另外還可以利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等產(chǎn)生的二次能源來(lái)開采氫能；3）氫燃燒的產(chǎn)物不污染環(huán)境。氫氣和氧氣燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，燃燒生成的產(chǎn)物為水。水不會(huì)污染環(huán)境。

氫能在船舶上的應(yīng)用。目前氫能在船舶上的應(yīng)用有兩種方式，即氫燃料電池和氫燃料燃?xì)鉁u輪機(jī)。氫燃料電池由于提供的能量不是很大，主要給小型船舶提供動(dòng)力。另外，氫燃料電池安全可靠無(wú)污染，被用作豪華游艇的動(dòng)力源。由英國(guó)南安普頓大學(xué)研制出來(lái)的氫燃料燃?xì)鉁u輪機(jī)能夠給船舶提供較大的動(dòng)力。比如用氫燃料燃?xì)鉁u輪機(jī)產(chǎn)生的能量，推動(dòng)600箱位的集裝箱船，船速可高達(dá)65節(jié)[5]。

目前，氫能源在船舶方面的應(yīng)用研究才起步不久，仍有許多工作需要做。通過(guò)更多的研究，來(lái)尋找到適合利用氫能來(lái)推動(dòng)船舶的動(dòng)力轉(zhuǎn)化裝置。

3 結(jié)論

隨著石油資源的不斷減少，船用能源將會(huì)不斷的向新能源過(guò)渡。然而，目前新能源的開發(fā)和使用技術(shù)還不成熟，對(duì)新能源的利用不充分。因此，人類應(yīng)該投入更多的人力和物力對(duì)新能源進(jìn)行研究，并將新能源用于船舶的推進(jìn)系統(tǒng)，推動(dòng)船舶遠(yuǎn)航。

[1]吳金源，等.船用柴油機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].柴油機(jī)， 2009，5.

[2]樊印海.電力推進(jìn)自動(dòng)控制，1998.

[3]李楠.現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展[J].中國(guó)水運(yùn)， 2009，1.

[4]孫玉偉，嚴(yán)新平.民用船舶的核動(dòng)力選擇[J].綠色世界， 2010，4.

[5]王傳榮.氫能——未來(lái)船舶的推進(jìn)動(dòng)力？[J].船舶與設(shè) 備，2007，3.

U677

A

1674-6708 （2010）25-0085-02

孫凱，助理工程師，工作單位：91404部隊(duì)裝備部，研究方向：艦船維修

李曉江，助理工程師，工作單位：91404部隊(duì)裝備部，研究方向：艦船維修