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2017
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船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景
一．船舶動(dòng)力系統(tǒng)的種類(lèi)及其產(chǎn)業(yè)格局
由船舶主機(jī)（柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等）、傳動(dòng)系統(tǒng)（軸系、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)、離合器等）和推進(jìn)器（螺旋槳、全向推進(jìn)器、側(cè)向推進(jìn)器等）組成的船舶動(dòng)力系統(tǒng)，是船舶上最主要和最重要的設(shè)備。平均來(lái)說(shuō)，其價(jià)值約占全船設(shè)備總成本的35%，約占總船價(jià)的20%。目前，世界上各類(lèi)船舶的動(dòng)力系統(tǒng)主要有以下四種推進(jìn)方式：①蒸汽輪機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)—取代往復(fù)式蒸汽機(jī)，又被柴油機(jī)所取代，目前主要在LNG（液化天然氣 ）船和核動(dòng)力軍船上應(yīng)用，蒸汽輪機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是：不斷增強(qiáng)可靠性、機(jī)動(dòng)性，提高操縱性，簡(jiǎn)化設(shè)備。②柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)—全面取代往復(fù)式蒸汽機(jī)和蒸汽輪機(jī)，成為最主要的船舶動(dòng)力，目前在各型船舶上應(yīng)用，作為柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的主要設(shè)備。③燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)—上世紀(jì)50 年代開(kāi)始在商船上作為主機(jī)，但從未得到大規(guī)模應(yīng)用，目前主要在軍船上使用，作為燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的主要設(shè)備。④電力推進(jìn)系統(tǒng)—上世紀(jì)90年代開(kāi)始在船舶領(lǐng)域應(yīng)用，目前除在軍船上應(yīng)用外，還在小型商船上應(yīng)用，目前采用電力推進(jìn)的船舶比例還較小。
目前，船舶動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計(jì)，仍然是歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)家或地區(qū)居領(lǐng)先和壟斷地位，并且，蒸汽輪機(jī)及鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)、電力推進(jìn)裝置的制造也分別由這些國(guó)家的企業(yè)掌控。而占船舶動(dòng)力系統(tǒng)******比例的柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的制造已基本轉(zhuǎn)移至韓、日、中三國(guó)。
二．推廣應(yīng)用船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的意義
目前，在船舶動(dòng)力裝置中，95%是柴油動(dòng)力裝置。而船舶柴油機(jī)的主要缺陷有以下幾個(gè)方面。
（1）使用不可再生能源。動(dòng)力來(lái)源為不可再生的化石能源。據(jù)科學(xué)家的預(yù)測(cè)，目前地球上的石油只能夠人們?cè)偈褂?0年。也就是說(shuō)，60年后地球上的化石能源就會(huì)枯竭。因此，我們必須使用別的能源，******是可再生能源。（2）大氣污染。雖然現(xiàn)在的科技發(fā)展使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的污染氣體排放一步一步得到控制，但考慮到超大型船舶每次航行都會(huì)消耗數(shù)以千噸的化石燃料，還有歷史留存下來(lái)的老舊式柴油機(jī)，這些都將會(huì)排放出大量的污染氣體，將對(duì)大氣造成嚴(yán)重的污染。這與綠色環(huán)保的時(shí)代主題無(wú)疑是相違背的。（3）嚴(yán)重的噪音問(wèn)題。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在船舶中 ，由柴油機(jī)發(fā)出的噪音可達(dá)120分貝。這是一個(gè)非?？膳碌臄?shù)字，長(zhǎng)期處于這樣的環(huán)境中，工作人員的聽(tīng)力將受到極大的損傷。這個(gè)問(wèn)題在一下小型船舶上尤其凸顯。因此，有必要解決這一問(wèn)題。而傳統(tǒng)的柴油機(jī)由于其自身的結(jié)構(gòu)和工作原理的影響，其噪音問(wèn)題很難解決。從而只能在新能源動(dòng)力系統(tǒng)上尋求突破。
推廣新能源動(dòng)力系統(tǒng)，用可持續(xù)的能源為其供能，同時(shí)進(jìn)一步降低其有害氣體的排放以及解決其噪音問(wèn)題，這不僅將給船舶上的輪機(jī)人員提供良好的工作環(huán)境，同時(shí)降低污染氣體的排放也是對(duì)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展路線相契合。因此，開(kāi)發(fā)船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)有著重要的發(fā)展意義。
三．船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
所謂新能源，就是各種形式都是直接或者間接地來(lái)自于太陽(yáng)或地球內(nèi)部深處所產(chǎn)生的熱能。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題和資源枯竭問(wèn)題具有重要意義。而船舶所消耗的燃油占燃油消耗的百分百正逐年上升，導(dǎo)致燃油占船舶運(yùn)輸成本越來(lái)越大的情況下，如何進(jìn)一步做好船舶的節(jié)能工作，從而有效降低運(yùn)輸成本已迫在眉睫。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 以風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能、生物質(zhì)能和潮汐能等為典型代表的新能源在節(jié)能減排方面所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和所能產(chǎn)生的效益已經(jīng)越來(lái)越顯著, 其在船舶交通運(yùn)輸行業(yè)的應(yīng)用和推廣已呈潮涌之勢(shì)。
1.風(fēng)能。風(fēng)能源于地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能, 是一種無(wú)污染且無(wú)限可再生資源。人類(lèi)對(duì)風(fēng)能的利用歷史可以追述到公元前, 隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步, 工業(yè)社會(huì)對(duì)于風(fēng)能的利用有著豐富的經(jīng)驗(yàn), 配套產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施也較為成熟。但是, 風(fēng)能利用存在著間歇性、噪音大、受地形影響和干擾雷達(dá)信號(hào)等難以徹底消除的缺點(diǎn)。當(dāng)前, 風(fēng)能利用主要以風(fēng)能作動(dòng)力( 風(fēng)帆助航) 和風(fēng)力發(fā)電兩種形式為主, 在船舶上的應(yīng)用形式偏重于作為航行的主動(dòng)力或輔助動(dòng)力, 只在少數(shù)船舶上應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。
其實(shí)早在20世紀(jì)80、90年代,日本在風(fēng)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裝有普通翼帆的新愛(ài)德丸油輪, 新愛(ài)德丸號(hào)裝有兩個(gè)高12.15 m、寬8m的風(fēng)帆。之后又建造了扇蓉丸、日產(chǎn)丸等機(jī)動(dòng)風(fēng)帆貨船,1984年又設(shè)計(jì)和建造了2600t的臼杵先鋒丸和另一艘31000t的現(xiàn)代風(fēng)帆助航遠(yuǎn)洋貨輪。而在2007 年12 月15日全球第一艘用風(fēng)箏拉動(dòng)的貨輪白鯨天帆號(hào)由德國(guó)漢堡市起航。
2.太陽(yáng)能。太陽(yáng)能的利用主要有兩個(gè)方面的技術(shù), 即光熱技術(shù)和光伏技術(shù)。光熱技術(shù)是利用太陽(yáng)光的熱輻射, 其應(yīng)用最為成功的領(lǐng)域是太陽(yáng)能熱水器。該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步延伸是太陽(yáng)能熱發(fā)電, 即利用集熱器把太陽(yáng)輻射熱能集中起來(lái)給水加熱產(chǎn)生蒸汽, 再通過(guò)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電?？紤]到船舶運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于熱水的需求量不高, 進(jìn)行熱電
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