船舶新能源动力系统及其发展前景

1、船舶新能源动力系统的现状及其发展前景 彭美康彭美康 能动能动ZY1301 一 推广新能源动力系统的意义 目录 二 新能源动力系统的现状及其发展趋势 三 结语 一一.推广新能源动力系统的意义 由船舶主机（柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等）、传动系统（轴系、齿轮箱、联轴节、离合 器等）和推进器（螺旋桨、全向推进器、侧向推进器等）组成的船舶动力系统，是船舶上最 主要和最重要的设备。 目前，世界上各类船舶的动力系统主要有以下四种推进方式： 蒸汽轮机推进系统取代往复式蒸汽机，又被柴油机所取代，目前主要在LNG（液化天然 气）船和核动力军船上应用，蒸汽轮机的技术发展趋势是：不断增强可靠性、机动性，提 高操纵性

2、，简化设备。 柴油机推进系统全面取代往复式蒸汽机和蒸汽轮机，成为最主要的船舶动力，目前在各 型船舶上应用，作为柴油机推进系统的主要设备。 燃气轮机推进系统上世纪50年代开始在商船上作为主机，但从未得到大规模应用，目前 主要在军船上使用，作为燃气轮机推进系统的主要设备。 电力推进系统上世纪90年代开始在船舶领域应用，目前除在军船上应用外，还在小型商 船上应用，目前采用电力推进的船舶比例还较小。 传统船舶动力系统的缺陷传统船舶动力系统的缺陷 目前，在船舶动力装置中，目前，在船舶动力装置中，95%95%是柴油动力装置。而船舶柴油机的主要缺陷有以下几个方面。是柴油动力装置。而船舶柴油机的主要缺陷有以下

3、几个方面。 （1 1）使用不可再生能源。动力来源为不可再生的化石能源。据科学家的预测，目前地球上的）使用不可再生能源。动力来源为不可再生的化石能源。据科学家的预测，目前地球上的 石油只能够人们再使用石油只能够人们再使用6060年。也就是说，年。也就是说，6060年后地球上的化石能源就会枯竭。因此，我们必年后地球上的化石能源就会枯竭。因此，我们必 须使用别的能源，最好是可再生能源。须使用别的能源，最好是可再生能源。 （2 2）大气污染。虽然现在的科技发展使柴油发动机的污染气体排放一步一步得到控制，但考）大气污染。虽然现在的科技发展使柴油发动机的污染气体排放一步一步得到控制，但考 虑到超大型船舶每

4、次航行都会消耗数以千吨的化石燃料，还有历史留存下来的老旧式柴油机虑到超大型船舶每次航行都会消耗数以千吨的化石燃料，还有历史留存下来的老旧式柴油机 ，这些都将会排放出大量的污染气体，将对大气造成严重的污染。这与绿色环保的时代主题，这些都将会排放出大量的污染气体，将对大气造成严重的污染。这与绿色环保的时代主题 无疑是相违背的。无疑是相违背的。 （3 3）严重的噪音问题。据有关数据显示，在船舶中）严重的噪音问题。据有关数据显示，在船舶中 ，由柴油机发出的噪音可达，由柴油机发出的噪音可达120120分贝。这分贝。这 是一个非常可怕的数字，长期处于这样的环境中，工作人员的听力将受到极大的损伤。这个是一个

5、非常可怕的数字，长期处于这样的环境中，工作人员的听力将受到极大的损伤。这个 问题在一下小型船舶上尤其凸显。问题在一下小型船舶上尤其凸显。 因此，有必要解决这一问题。而传统的柴油机由于其自身的结构和工作原理的影响，其噪音因此，有必要解决这一问题。而传统的柴油机由于其自身的结构和工作原理的影响，其噪音 问题很难解决。从而只能在新能源动力系统上寻求突破。问题很难解决。从而只能在新能源动力系统上寻求突破。 推广新能源动力系统，用可持续的能源为其供能，同时进一步降低其 有害气体的排放以及解决其噪音问题，这不仅将给船舶上的轮机人员 提供良好的工作环境，同时降低污染气体的排放也是对国家的可持续 发展路线相契

6、合。因此，开发船舶新能源动力系统有着重要的发展意 义。 意义意义 二二.新能源动力系统的现状及其发展趋势 新能源，就是各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所 产生的热能。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于 解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。而船舶 所消耗的燃油占燃油消耗的百分百正逐年上升，导致燃油占船舶运输成本 越来越大的情况下，如何进一步做好船舶的节能工作，从而有效降低运输 成本已迫在眉睫。随着科学技术的不断进步,以风能、太阳能、核能、生物 质能和潮汐能等为典型代表的新能源在节能减排方面所具有的独特优势和 所能产生的效益已经越来越显著,

7、其在船舶交通运输行业的应用和推广已呈 潮涌之势。 分类分类 1.风能风能2.太阳能太阳能3.生物质能生物质能 4.核能核能 5.LNG 6.燃料电池燃料电池 风能源于地球表面大量空气流动所产生的动能,是一种无污染且无限可再生资源。人类对风 能的利用历史可以追述到公元前,随着科学技术水平的不断进步,工业社会对于风能的利用 有着丰富的经验,配套产业和基础设施也较为成熟。古代的人们已经学会利用风力进行灌溉 以及转换成力进行做功，例如风力磨机。而现在一般是利用风力进行电力的转换，再对船 舶进行供能。整个过程中不会产生污染气体，因此属于清洁型能源。 1.风能风能 风能的缺陷风能的缺陷 1.间歇性间歇性：

8、许多地区的风力有间歇性，更糟糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及 白日、是风力较少的时间。必须等待压缩空气等储能技术发展。 2.噪音大噪音大：进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，如果附近有居民将会对人们的 生活造成极大的干扰。因此风车都是建造在空旷的地方。在生态上的问题是可能干扰鸟类， 如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电，离岸发电 价格较高但效率也高。 3.受地形影响受地形影响：风力的采集需要空旷的地区，这样才能对风力进行收集。如果建造的地区地 形不佳，那么风力不足的情况下设备对电力的收集将会极低，这既是对设备的空置，也造成 了极大地浪费。 4

9、.干扰雷达信号干扰雷达信号：风车在进行发电的过程由于电磁效应会产生拉连续的电磁波，而严重的是 ，一般军事或者其他用于信息侦探的雷达也建造在空旷的地区。如果两者距离比较近的话， 风车产生的电磁波将对雷达进行严重的干扰。而这一问题至今未能有效解决。 风能利用主要以风能作动力(风帆助航)和风力发电两种形式为主,在船舶上的应用形式偏重于作为航行的 主动力或辅助动力,只在少数船舶上应用风力发电技术。 其实早在20世纪80、90年代,日本在风帆助航的研究和利用方面有了新的突破。1980年日本建造了第一艘 装有普通翼帆的新爱德丸油轮,新爱德丸号装有两个高12.15m、宽8m的风帆。之后又建造了扇蓉丸、日 产

10、丸等机动风帆货船,1984年又设计和建造了2600t的臼杵先锋丸和另一艘31000t的现代风帆助航远洋货轮 。而在2007年12月15日全球第一艘用风筝拉动的货轮白鲸天帆号由德国汉堡市起航。 发展前景：发展前景： 目前船舶由发动机供给动力，且有完备的电力系统。因此风力在船舶上的应用空间实际上不 是很大。因此偏重于做风帆的辅助动力，或者小型的发电装置。但由于其绿色环保的特点，我们应该进 一步开发出新型的发电系统，从而让风力在船舶上得到更进一步的应用。 风帆助行风帆助行船舶风力发电船舶风力发电 2.太阳能太阳能 太阳能的利用主要有两个方面的技术：光热技术光热技术和光伏技术光伏技术。 1.光热技术光

11、热技术是利用太阳光的热辐射,其应用最为成功的领域是太阳能热水器。该项技术的进一步延伸 是太阳能热发电,即利用集热器把太阳辐射热能集中起来给水加热产生蒸汽,再通过汽轮机、发电机 来发电。考虑到船舶运行过程中对于热水的需求量不高,进行热电转换在有限的船舶空间内难以实施 ,故而光热利用的可行性不是很高。但是应用光热技术代替常用的蒸汽盘管和电加热盘管对船舶所使 用的重油进行预加热,是一个值得关注的方向。 2.光伏技术光伏技术是对太阳光中的短波辐射能照射于硅质半导体上所产生的电能进行调制后加以利用,亦称 为光生伏打效应。随着太阳能光伏技术的不断深入发展,其效率、可靠性和稳定性均有了很大的提升 ,因而从最

12、初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发 展的一个重要方向。 从最开始1997年,瑞士在日内瓦湖上从洛桑到圣叙尔皮斯区投入使用了两艘太阳能驱动客运船可有 效承载60名乘客。到2010年2月25日,世界最大的全太阳能动力船“星球太阳”号,在德国基尔下水 。太阳能在船舶上的运用已经日臻完善。 “星球太阳”号是一艘利用太阳能作为动 力驱动的双体船，是在德国北部城市基 尔的一处造船厂里建造的，前后共历时 13个月，总耗资近1000万欧元。这艘船 长31米，宽15米，重60吨。整个船舱可 容纳50多人。 2010年9月27日，阳光明媚，万里无云。 太阳能动力船MST

13、uranor(星球太阳号)带 着只依赖太阳能为动力的环球航行的梦 想从摩纳哥起航，现在它已载着荣耀回 到了当初起始的地方。在这漫长的旅程 中经过了大西洋，巴拿马运河，太平洋 ，印度洋，苏伊士运河和地中海。为了 汲取尽可能多的太阳能，航行过程中尽 量向赤道靠近。成为第一艘仅以太阳能 为动力环游世界的船。 3.生物质能生物质能 生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。其分为生物燃料、生物柴 油、生物质油三种。生物燃料是指利用大自然的动、植物资源而得到的高效、污染少的能源,其典型代 表就是生物柴油和生物质油。生物柴油是以动、植物油脂及餐饮废弃油脂为原料制成的液体燃料,是优

14、质的石化柴油代用品。生物质油是指生物质通过热解技术裂解而得到的液化产物。但是船舶属于一个 相对独立且空间区域较为有限的结构体。机舱内电、气、热设备和系统高度集成,考虑在船舶内附加安 装生物质能转换装置有着不可避免的局限性,故而可行性不高。就船舶现有设备条件出发,直接或间接 使用由生物质能转换而成的替代燃料(例如生物柴油等)是主要的应用模式。 劣势 优势 1.来源广，大自然的动植物都可成为能源的来源。 2.能换转换高效，污染少 1.船舶机舱想多独立，从而空间有限，因此再安装一 个生物质能转换装置具有不可避免的局限性。 2.原料来源不稳定。由于自然界中动植物遗体数量不 可确定，而船舶对能源的需求是

15、巨大的。 3.对技术要求较高，设备昂贵。 应用应用 面前，最成功的生物燃料船，为2008年6月27日完成环球航程,使用生物质能的新西兰地球竞赛号高 速环保机动船。 “地球竞赛”号于2007年4月27日从西班牙萨贡 托市起航，开始环球航海旅行。环球航行中里 程已达4200英里。除了使用绿色燃料外，“地 球竞赛”号也具有其它生态友好型特征，例如 无毒油漆。“地球竞赛”号是在奥克兰历时14 个月建造完成的，建造成本大约为350万美元。 为了筹集资金，贝休恩不惜卖掉自己的房子和 财产。为了提高人们对此次“绿色”环球之行 的关注程度，这位老兄和另外两名志愿者上演 了惊人的一幕进行吸脂手术吸脂手术。手术共

16、“没 收”了他们的10升脂肪，这些脂肪足以让“地 球竞赛”号航行15公里。 由于种种局限，段时间内生物质能再船舶动力 系统上的应用潜力不是很高，至少在大型船舶 上难以得到应用。 4.核能核能 核能作为一种新型能源,特别是一种动力能源,其优越性相当明显它具有体积小，能量巨大、运输与 储存较方便，安全性高、较低的污染性、强大的放射性和杀伤性、技术和管理要求高等特点。用核 反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。 它与火力发电极其相似，能源转换过程过程： 核能核能水和水蒸气的内能水和水蒸气的内能发电机转子的机械能发电机转子的机械能电能电能。 核动力反应堆可以用来发电、供热和推动船舰。在作为船舶动

17、力源方面,核动力装置首先是被应用 于潜艇和航空母舰等军用舰艇,而后建造核动力舰艇的一些国家也将船用核动力堆用于推动民用水 面船舶,如核动力客船、散货船和破冰船等。 应用前景应用前景 纵观世界船舶发展历史，发展民用核动力船舶,已经有若干国家在此方面迈出了第一步。比如美国的 核动力船“萨娃娜号”于1962年建成。与德国矿石运输船“奥托汉号”于1968年月12月建成。还有 俄罗斯共建成了9艘核动力破冰船,目前正在服役的有8艘,计划建造的破冰船有2艘。而其缺点也是明 显的，由于开发利用以及后期维护，使用中需要严格防止核燃料的泄露和集中处理，具有很大的事故 隐患。因此，这一技术只是在大型的企业和国防军队

18、中得以以用，而民用的大范围推广还需要科技的 进一步发展来确保以上问题得以解决。 有些后果我们难以承担，因此在确保安全之前不能在民用领域推广。有些后果我们难以承担，因此在确保安全之前不能在民用领域推广。 5.LNG LNG（LiquefiedNaturalGas），即液化天然气的英文缩写。天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体 ，主要成分由甲烷组成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162，使之凝结成液体。天然气液 化后可以大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等特点。 液化天然气用于车/船的主要优势优势在于： 1.储能密度大，是CNG（压缩天然气）的3倍。 2.气瓶占用空间小，也更轻，

19、匹配设计更方便。 3.存储压力低、液态形式，更安全，充加速度快。 4.甲烷含量高，更纯净，低碳排放更好、无碳烟和SOx排放。 5.有利于发动机可靠性，热值和辛烷值高，燃烧柔和，噪声和振动小 6.低温特性，发动机充气效率高，冷能可在冷藏车或船舶上利用。 7.液态储运，无需专用管道，中短期投资成本低、管理和维护简单。 8.加气站投入少，投资成本较CNG低，能耗和噪音也较CNG低，运行费用较CNG低约50%；为未来液氢燃 料应用奠定基础。 应用现状与前景应用现状与前景 我国已建成和正在建设的天然气液化工厂有40余座，液化能力约500万t/年（70亿m3/年）。进口LNG （液化天然气）方面，国内中石

20、油、中石化、中海油等石油公司已与国外签订了长期的天然气进口协 议，在建和拟建的进口LNG接收站有大鹏、莆田、洋山港、上海五号沟、珠海、揭阳、深圳、宁波、 江苏如东、曹妃甸、大连、青岛等12个，其中已投产的大鹏、莆田和上海LNG进口接收站总规模超过 900万t/年，全部投产后的接收规模将达到5,000万t/年（约700亿m3/年）。2009年我国LNG的年消费 量为700万800万t，“十二五”期间我国天然气消费比重将由4%提高的8%，如果LNG同比增加，则到 2015年我国LNG消耗量有望达到2,000万t。目前，国内外已逐步重视LNG做为船用燃料的发展。法国船 级社认为：“天然气动力推进系统将成为今后绿色航