易飛 程靚

摘 要：目前，全球都處于能源危機(jī)中，為了避免能源危機(jī)對人們的生活造成嚴(yán)重影響，各類新能源被不斷開發(fā)出來。在此背景下，船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)已成為新能源研究人員的重點研究對象。通過對淡水湖船舶的特點進(jìn)行充利用，使其與新能源相融合，實現(xiàn)供電目的，不但能夠促使新能源得到充分利用，同時也能夠有效降低環(huán)境污染等問題的發(fā)生，符合現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念?；诖?，本文以船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：淡水湖;船舶;新能源;供電技術(shù)

積極推廣資源節(jié)約以及綜合利用相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，大力提倡風(fēng)能、太陽能、水能等新能源在淡水湖水上設(shè)施供電中的運(yùn)用，是解決淡水湖水上設(shè)施對不可再生能源大量消耗，以及環(huán)境污染的必要措施。目前，我國淡水湖上也有諸多水上設(shè)施，這些設(shè)施在日常工作中需要大量用電，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)供電方式不僅會消耗大量不可再生能源，同時也會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，以及對工作人員造成不良影響。因此，必須尋找到合適的淡水湖水上設(shè)施的供電應(yīng)用技術(shù)，以此確保水上設(shè)施在運(yùn)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的用電目標(biāo)，并解決該區(qū)域人們的用電煩惱。

一、船舶新能源的系統(tǒng)設(shè)計

所謂新能源，主要是指在新技術(shù)的基礎(chǔ)上，對可再生能源進(jìn)行充分開發(fā)和利用，比如太陽能、風(fēng)能以及水能等，其具有清潔高效的運(yùn)用優(yōu)勢，但是受到一定因素影響，現(xiàn)階段的應(yīng)用還不是很全面。因此，為了確保船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)得到廣泛運(yùn)用，相關(guān)研究人員對其進(jìn)行了深入研究。

關(guān)于淡水湖船舶上的新能源應(yīng)用，主要可分為兩個方向：其一，對傳統(tǒng)能源的創(chuàng)新利用;其二，對可再生能源進(jìn)行充分利用。本文主要是對應(yīng)用于淡水湖船舶上的可再生能源進(jìn)行分析研究，通過在船舶上安裝太陽能電池板，或者安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)等方式，對太陽能、風(fēng)能等可再生能源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲存;在船舶上的負(fù)載啟動之時，被儲存在蓄電池中的電能將通過逆變器逆變后供給船舶用電設(shè)備。

上文闡述的系統(tǒng)及船舶新能源系統(tǒng)，主要是由能量轉(zhuǎn)換裝置、最大功率捕獲裝置、逆變裝置以及能量儲備裝置等組成。

（一）風(fēng)能發(fā)電技術(shù)分析

在對風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)功率大小進(jìn)行選配的過程中，要根據(jù)所在區(qū)域的平均風(fēng)速以及應(yīng)用場合進(jìn)行確定。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作是通過風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速大小具有一定關(guān)系，也就表明發(fā)電機(jī)的電壓可能隨時發(fā)生變化。

（二）太陽能發(fā)電技術(shù)分析

地球所接收的太陽光并不是一個恒量，其會隨著時間的變化而發(fā)生變化，所以光伏發(fā)電的輸出電量也會受到一定影響，其會隨著太陽光強(qiáng)度的改變而發(fā)生改變?；诖耍照諒?qiáng)度可以說是評價船舶太陽能發(fā)電水平的關(guān)鍵。

另外，在利用太陽能發(fā)電技術(shù)進(jìn)行供電的過程中，太陽能電池板所接收的光并不一定是太陽光直接照射上的，也可能是各種反射過來的光線?；诖?，日射強(qiáng)度=直射強(qiáng)度×入射角+亂射強(qiáng)度。

（三）船舶新能源供電系統(tǒng)各組成單元

在對船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行分析的過程中，除了分析船舶常用新能源以外，還需要對船舶新能源供電系統(tǒng)各組成單元進(jìn)行探究[1]。關(guān)于船舶新能源供電系統(tǒng)的組成單元，主要有以下幾個：

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)。從新能源被提出開始，風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)就是一個有待提升的主流發(fā)電技術(shù)之一，而船舶新能源供電系統(tǒng)中額風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后再通過發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能，以供系統(tǒng)供電使用。

2、太陽能電池板。該組成單元的作用主要是量太陽能轉(zhuǎn)化為電能，主要有薄膜光伏電池和晶體硅光伏電池兩種，較為常用的是晶體硅光伏電池。

3、風(fēng)機(jī)控制器以及光伏控制器。該組成單元是船舶新能源供電系統(tǒng)的必要組成單元，主要是利用部分參數(shù)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸出電流進(jìn)行有效控制，進(jìn)而實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及發(fā)電功率的控制目標(biāo)。

4、匯流箱以及蓄電池組。在該組組成單元中，匯流箱的作用主要是將風(fēng)光發(fā)電的電能匯聚到一起;而蓄電池的作用就是將其儲存起來，以及起到緩沖的作用。

5、逆變器。在船舶供電應(yīng)用系統(tǒng)中，用電端的負(fù)載大多使用交流電，所以需要使用逆變器進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換[2]。

6、配電單元。該組成單元的作用十分重要，主要是對逆變器中出來的交流電進(jìn)行分類，并將其分送到用電器端，實現(xiàn)供電目標(biāo)。

7、安全監(jiān)測與控制模塊。該部分的組成單元主要是確保船舶新能源系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行，起到實時保護(hù)的作用。

二、船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)的電能儲備與逆變分析

（一）蓄電池的選型和設(shè)計

風(fēng)能、太陽能等新能源雖然具有可再生、環(huán)保等優(yōu)勢，但是只能在有風(fēng)、有陽光的前提下存在，因此也就需要對其進(jìn)行儲備，以確保在沒有風(fēng)、沒有陽光的時候滿足供電需求?；诖耍嚓P(guān)研究人員需要對蓄電池進(jìn)行合理選型和設(shè)計。

關(guān)于蓄電池的分類，較為常見的有膠體電池、鋰電池等。在對蓄電池進(jìn)行選型時，需要對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)儲能要求進(jìn)行充分考慮，并根據(jù)淡水湖的實際用電情況進(jìn)行選擇。另外，還需要對蓄電池的容量進(jìn)行充分考慮，比如船舶新能源供電系統(tǒng)能夠續(xù)航的天數(shù)等。

（二）逆變器的選型和設(shè)計

在對船舶新能源供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程中，除了要注重蓄電池的選型和設(shè)計外，還需要注重逆變器的選型和設(shè)計，要從能夠降低直流側(cè)電壓、減少漏電問題以及方便檢修等方面著手，以此確保其能夠在船舶新能源供電系統(tǒng)中有效運(yùn)行[3]。

三、船舶新能源系統(tǒng)的安全監(jiān)測與控制

（一）安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)構(gòu)架

關(guān)于安全監(jiān)測與控制系統(tǒng)的構(gòu)架，主要是由分布式模擬、數(shù)字采集模塊、工控機(jī)、顯示屏、配電與安全執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。

（二）系統(tǒng)輸入輸出及監(jiān)測保護(hù)功能設(shè)計

在對系統(tǒng)輸入輸出及監(jiān)測保護(hù)功能進(jìn)行設(shè)計的過程中，安全監(jiān)測系統(tǒng)主要采用了三種采集信號模式，即模擬信號采集、數(shù)字信號采集以及通信數(shù)據(jù)。

安全監(jiān)測系統(tǒng)在對風(fēng)力發(fā)電信號進(jìn)行采集時，主要采集風(fēng)速、風(fēng)機(jī)發(fā)電的直流電壓和電流等;在對太陽能發(fā)電信號進(jìn)行采集時，主要有光伏電池組電壓和電流等;在對蓄電池充放電相關(guān)信號進(jìn)行采集時，主要有蓄電池充電放電電流和蓄電池電壓等;在對逆變器信號進(jìn)行采集時，主要有逆變輸出的電壓以及電流值等;在對配電盤配電狀態(tài)進(jìn)行收集時，主要有各優(yōu)先級配電的開關(guān)狀態(tài)等[4]。

結(jié)束語：

在各類新能源被不斷開發(fā)的背景下，船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)的研究已成為重點，通過積極推廣資源節(jié)約以及綜合利用相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，大力提倡風(fēng)能、太陽能、水能等新能源在淡水湖水上設(shè)施供電中的運(yùn)用，不但能夠有效解決淡水湖水上設(shè)施對不可再生能源大量消耗的問題，同時也能夠有效降低環(huán)境污染問題，符合現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展理念。因此，也就需要相關(guān)工作人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行深入研究，挖掘出更多船舶新能源供電應(yīng)用技術(shù)，使其價值得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾正洪. 淺析船舶節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2020，28（20）：93.

[2]王國玲，何富橋，劉旭，李振宇，許順孝. 基于二階廣義積分器新能源船舶電網(wǎng)鎖相技術(shù)[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報，2020，24（07）：147-155.

[3]麥克寧. 船舶輔機(jī)節(jié)能控制與管理技術(shù)研究[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2020，19（13）：46-47.

[4]王國玲，何富橋，劉旭，李振宇，許順孝. 基于二階廣義積分器新能源船舶交流電力系統(tǒng)鎖相技術(shù)[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報，2019，25（06）：1-9.

作者簡介：

易飛，（1983.09-）男，云南澄江人，中國船舶重工集團(tuán)公司750試驗場助理工程師：研究方向：船舶新能源運(yùn)用