船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)及其發(fā)展前景課件

1、船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景彭美康彭美康 能動(dòng)能動(dòng)ZY1301一 推廣新能源動(dòng)力系統(tǒng)的意義目錄二 新能源動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 三 結(jié)語(yǔ)一一.推廣新能源動(dòng)力系統(tǒng)的意義由船舶主機(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。目前，世界上各類船舶的動(dòng)力系統(tǒng)主要有以下四種推進(jìn)方式：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。柴油機(jī)推進(jìn)系

2、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。燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)上世紀(jì)50年代開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。電力推進(jìn)系統(tǒng)上世紀(jì)90年代開始在船舶領(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。傳統(tǒng)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的缺陷傳統(tǒng)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的缺陷目前，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

3、是說，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，最好是可再生能源。（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)代主題無疑是相違背的。（3）嚴(yán)重的噪音問題。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)非常可怕的數(shù)字，長(zhǎng)期處于這樣的環(huán)境中，工作人員的聽力將受到極大的損傷。這個(gè)問題在一下小型船舶上尤其凸顯。因此，有必要解決這一問題。而傳統(tǒng)的柴油機(jī)由于其自身的結(jié)構(gòu)和工

4、作原理的影響，其噪音問題很難解決。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，開發(fā)船舶新能源動(dòng)力系統(tǒng)有著重要的發(fā)展意義。意義意義二二.新能源動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)新能源，就是各種形式都是直接或者間接地來自于太陽(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)境污染問題和資源枯竭問題具有重要意義。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

5、油占船舶運(yùn)輸成本越來越大的情況下，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)。分類分類1.風(fēng)能風(fēng)能2.太陽(yáng)能太陽(yáng)能3.生物質(zhì)能生物質(zhì)能4.核能核能 5.LNG 6.燃料電池燃料電池風(fēng)能源于地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能,是一種無污染且無限可再生資源。人類對(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。古代的

6、人們已經(jīng)學(xué)會(huì)利用風(fēng)力進(jìn)行灌溉以及轉(zhuǎn)換成力進(jìn)行做功，例如風(fēng)力磨機(jī)。而現(xiàn)在一般是利用風(fēng)力進(jìn)行電力的轉(zhuǎn)換，再對(duì)船舶進(jìn)行供能。整個(gè)過程中不會(huì)產(chǎn)生污染氣體，因此屬于清潔型能源。1.風(fēng)能風(fēng)能風(fēng)能的缺陷風(fēng)能的缺陷1.間歇性間歇性：許多地區(qū)的風(fēng)力有間歇性，更糟糕的情況是如臺(tái)灣等地在電力需求較高的夏季及白日、是風(fēng)力較少的時(shí)間。必須等待壓縮空氣等儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。2.噪音大噪音大：進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)發(fā)出龐大的噪音，如果附近有居民將會(huì)對(duì)人們的生活造成極大的干擾。因此風(fēng)車都是建造在空曠的地方。在生態(tài)上的問題是可能干擾鳥類，如美國(guó)堪薩斯州的松雞在風(fēng)車出現(xiàn)之后已漸漸消失。目前的解決方案是離岸發(fā)電，離岸發(fā)電價(jià)格較高但

7、效率也高。3.受地形影響受地形影響：風(fēng)力的采集需要空曠的地區(qū)，這樣才能對(duì)風(fēng)力進(jìn)行收集。如果建造的地區(qū)地形不佳，那么風(fēng)力不足的情況下設(shè)備對(duì)電力的收集將會(huì)極低，這既是對(duì)設(shè)備的空置，也造成了極大地浪費(fèi)。4.干擾雷達(dá)信號(hào)干擾雷達(dá)信號(hào)：風(fēng)車在進(jìn)行發(fā)電的過程由于電磁效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生拉連續(xù)的電磁波，而嚴(yán)重的是，一般軍事或者其他用于信息偵探的雷達(dá)也建造在空曠的地區(qū)。如果兩者距離比較近的話，風(fēng)車產(chǎn)生的電磁波將對(duì)雷達(dá)進(jìn)行嚴(yán)重的干擾。而這一問題至今未能有效解決。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)8

8、0、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德丸油輪,新愛德丸號(hào)裝有兩個(gè)高12.15m、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。發(fā)展前景：發(fā)展前景： 目前船舶由發(fā)動(dòng)機(jī)供給動(dòng)力，且有完備的電力系統(tǒng)。因此風(fēng)力在船舶上的應(yīng)用空間實(shí)際上不是很大。因此偏重于做風(fēng)帆的輔助動(dòng)力，或者小型的發(fā)電裝置。但由于其綠色環(huán)保的特點(diǎn)，我們應(yīng)該進(jìn)一步開發(fā)出新型的發(fā)電系統(tǒng)，從而讓風(fēng)力

9、在船舶上得到更進(jìn)一步的應(yīng)用。風(fēng)帆助行風(fēng)帆助行船舶風(fēng)力發(fā)電船舶風(fēng)力發(fā)電2.太陽(yáng)能太陽(yáng)能太陽(yáng)能的利用主要有兩個(gè)方面的技術(shù)：光熱技術(shù)光熱技術(shù)和光伏技術(shù)光伏技術(shù)。1.光熱技術(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)輻射熱能集中起來給水加熱產(chǎn)生蒸汽,再通過汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)來發(fā)電?？紤]到船舶運(yùn)行過程中對(duì)于熱水的需求量不高,進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換在有限的船舶空間內(nèi)難以實(shí)施,故而光熱利用的可行性不是很高。但是應(yīng)用光熱技術(shù)代替常用的蒸汽盤管和電加熱盤管對(duì)船舶所使用的重油進(jìn)行預(yù)加熱,是一個(gè)值得關(guān)注的方向。2.光伏技術(shù)光伏技術(shù)是對(duì)太陽(yáng)光中的短波輻射

10、能照射于硅質(zhì)半導(dǎo)體上所產(chǎn)生的電能進(jìn)行調(diào)制后加以利用,亦稱為光生伏打效應(yīng)。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的不斷深入發(fā)展,其效率、可靠性和穩(wěn)定性均有了很大的提升,因而從最初的單純技術(shù)研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用領(lǐng)域。太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用于船舶是目前綠色船舶發(fā)展的一個(gè)重要方向。從最開始1997年,瑞士在日內(nèi)瓦湖上從洛桑到圣敘爾皮斯區(qū)投入使用了兩艘太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)客運(yùn)船可有效承載60名乘客。到2010年2月25日,世界最大的全太陽(yáng)能動(dòng)力船“星球太陽(yáng)”號(hào),在德國(guó)基爾下水。太陽(yáng)能在船舶上的運(yùn)用已經(jīng)日臻完善?！靶乔蛱?yáng)”號(hào)是一艘利用太陽(yáng)能作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的雙體船，是在德國(guó)北部城市基爾的一處造船廠里建造的，前后共歷時(shí)13個(gè)月，總耗資近100

11、0萬歐元。這艘船長(zhǎng)31米，寬15米，重60噸。整個(gè)船艙可容納50多人。2010年9月27日，陽(yáng)光明媚，萬里無云。太陽(yáng)能動(dòng)力船MSTuranor(星球太陽(yáng)號(hào))帶著只依賴太陽(yáng)能為動(dòng)力的環(huán)球航行的夢(mèng)想從摩納哥起航，現(xiàn)在它已載著榮耀回到了當(dāng)初起始的地方。在這漫長(zhǎng)的旅程中經(jīng)過了大西洋，巴拿馬運(yùn)河，太平洋，印度洋，蘇伊士運(yùn)河和地中海。為了汲取盡可能多的太陽(yáng)能，航行過程中盡量向赤道靠近。成為第一艘僅以太陽(yáng)能為動(dòng)力環(huán)游世界的船。3.生物質(zhì)能生物質(zhì)能生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。其分為生物燃料、生物柴油、生物質(zhì)油三種。生物燃料是指利用大自然的動(dòng)、植物資源而得到的高效、污染少的

12、能源,其典型代表就是生物柴油和生物質(zhì)油。生物柴油是以動(dòng)、植物油脂及餐飲廢棄油脂為原料制成的液體燃料,是優(yōu)質(zhì)的石化柴油代用品。生物質(zhì)油是指生物質(zhì)通過熱解技術(shù)裂解而得到的液化產(chǎn)物。但是船舶屬于一個(gè)相對(duì)獨(dú)立且空間區(qū)域較為有限的結(jié)構(gòu)體。機(jī)艙內(nèi)電、氣、熱設(shè)備和系統(tǒng)高度集成,考慮在船舶內(nèi)附加安裝生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換裝置有著不可避免的局限性,故而可行性不高。就船舶現(xiàn)有設(shè)備條件出發(fā),直接或間接使用由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換而成的替代燃料(例如生物柴油等)是主要的應(yīng)用模式。1.來源廣，大自然的動(dòng)植物都可成為能源的來源。2.能換轉(zhuǎn)換高效，污染少1.船舶機(jī)艙想多獨(dú)立，從而空間有限，因此再安裝一個(gè)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換裝置具有不可避免的局限性。2

13、.原料來源不穩(wěn)定。由于自然界中動(dòng)植物遺體數(shù)量不可確定，而船舶對(duì)能源的需求是巨大的。3.對(duì)技術(shù)要求較高，設(shè)備昂貴。應(yīng)用應(yīng)用面前，最成功的生物燃料船，為2008年6月27日完成環(huán)球航程,使用生物質(zhì)能的新西蘭地球競(jìng)賽號(hào)高速環(huán)保機(jī)動(dòng)船。“地球競(jìng)賽”號(hào)于2007年4月27日從西班牙薩貢托市起航，開始環(huán)球航海旅行。環(huán)球航行中里程已達(dá)4200英里。除了使用綠色燃料外，“地球競(jìng)賽”號(hào)也具有其它生態(tài)友好型特征，例如無毒油漆?！暗厍蚋?jìng)賽”號(hào)是在奧克蘭歷時(shí)14個(gè)月建造完成的，建造成本大約為350萬美元。為了籌集資金，貝休恩不惜賣掉自己的房子和財(cái)產(chǎn)。為了提高人們對(duì)此次“綠色”環(huán)球之行的關(guān)注程度，這位老兄和另外兩名志愿

14、者上演了驚人的一幕進(jìn)行吸脂手術(shù)吸脂手術(shù)。手術(shù)共“沒收”了他們的10升脂肪，這些脂肪足以讓“地球競(jìng)賽”號(hào)航行15公里。由于種種局限，段時(shí)間內(nèi)生物質(zhì)能再船舶動(dòng)力系統(tǒng)上的應(yīng)用潛力不是很高，至少在大型船舶上難以得到應(yīng)用。4.核能核能核能作為一種新型能源,特別是一種動(dòng)力能源,其優(yōu)越性相當(dāng)明顯它具有體積小，能量巨大、運(yùn)輸與儲(chǔ)存較方便，安全性高、較低的污染性、強(qiáng)大的放射性和殺傷性、技術(shù)和管理要求高等特點(diǎn)。用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似，能源轉(zhuǎn)換過程過程：核能核能水和水蒸氣的內(nèi)能水和水蒸氣的內(nèi)能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能電能電能。核動(dòng)力反應(yīng)堆可以用來發(fā)電、供熱和

15、推動(dòng)船艦。在作為船舶動(dòng)力源方面,核動(dòng)力裝置首先是被應(yīng)用于潛艇和航空母艦等軍用艦艇,而后建造核動(dòng)力艦艇的一些國(guó)家也將船用核動(dòng)力堆用于推動(dòng)民用水面船舶,如核動(dòng)力客船、散貨船和破冰船等。應(yīng)用前景應(yīng)用前景縱觀世界船舶發(fā)展歷史，發(fā)展民用核動(dòng)力船舶,已經(jīng)有若干國(guó)家在此方面邁出了第一步。比如美國(guó)的核動(dòng)力船“薩娃娜號(hào)”于1962年建成。與德國(guó)礦石運(yùn)輸船“奧托漢號(hào)”于1968年月12月建成。還有俄羅斯共建成了9艘核動(dòng)力破冰船,目前正在服役的有8艘,計(jì)劃建造的破冰船有2艘。而其缺點(diǎn)也是明顯的，由于開發(fā)利用以及后期維護(hù)，使用中需要嚴(yán)格防止核燃料的泄露和集中處理，具有很大的事故隱患。因此，這一技術(shù)只是在大型的企業(yè)和國(guó)

16、防軍隊(duì)中得以以用，而民用的大范圍推廣還需要科技的進(jìn)一步發(fā)展來確保以上問題得以解決。有些后果我們難以承擔(dān)，因此在確保安全之前不能在民用領(lǐng)域推廣。有些后果我們難以承擔(dān)，因此在確保安全之前不能在民用領(lǐng)域推廣。5.LNGLNG（LiquefiedNaturalGas），即液化天然氣的英文縮寫。天然氣是在氣田中自然開采出來的可燃?xì)怏w，主要成分由甲烷組成。LNG是通過在常壓下氣態(tài)的天然氣冷卻至-162，使之凝結(jié)成液體。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間，而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn)。液化天然氣用于車/船的主要優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)在于：1.儲(chǔ)能密度大，是CNG（壓縮天然氣）的3倍。2.氣瓶占用空間小，也更輕，匹配設(shè)計(jì)更方

17、便。3.存儲(chǔ)壓力低、液態(tài)形式，更安全，充加速度快。4.甲烷含量高，更純凈，低碳排放更好、無碳煙和SOx排放。5.有利于發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性，熱值和辛烷值高，燃燒柔和，噪聲和振動(dòng)小6.低溫特性，發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率高，冷能可在冷藏車或船舶上利用。7.液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)，無需專用管道，中短期投資成本低、管理和維護(hù)簡(jiǎn)單。8.加氣站投入少，投資成本較CNG低，能耗和噪音也較CNG低，運(yùn)行費(fèi)用較CNG低約50%；為未來液氫燃料應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。應(yīng)用現(xiàn)狀與前景應(yīng)用現(xiàn)狀與前景我國(guó)已建成和正在建設(shè)的天然氣液化工廠有40余座，液化能力約500萬t/年（70億m3/年）。進(jìn)口LNG（液化天然氣）方面，國(guó)內(nèi)中石油、中石化、中海油等石油公司已與

18、國(guó)外簽訂了長(zhǎng)期的天然氣進(jìn)口協(xié)議，在建和擬建的進(jìn)口LNG接收站有大鵬、莆田、洋山港、上海五號(hào)溝、珠海、揭陽(yáng)、深圳、寧波、江蘇如東、曹妃甸、大連、青島等12個(gè)，其中已投產(chǎn)的大鵬、莆田和上海LNG進(jìn)口接收站總規(guī)模超過900萬t/年，全部投產(chǎn)后的接收規(guī)模將達(dá)到5,000萬t/年（約700億m3/年）。2009年我國(guó)LNG的年消費(fèi)量為700萬800萬t，“十二五”期間我國(guó)天然氣消費(fèi)比重將由4%提高的8%，如果LNG同比增加，則到2015年我國(guó)LNG消耗量有望達(dá)到2,000萬t。目前，國(guó)內(nèi)外已逐步重視LNG做為船用燃料的發(fā)展。法國(guó)船級(jí)社認(rèn)為：“天然氣動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)將成為今后綠色航運(yùn)的主要貢獻(xiàn)因素之一”。挪威船級(jí)社也公開表示：“全球航運(yùn)界到2030年有潛力實(shí)現(xiàn)減排30%