摘 要

现如今在环境污染日益严重的今天，随着能源的不断开发与利用，在如今的这个时代能源消耗已经慢慢的引起了人们的注意。船舶行业作为能源消耗的大用户和海洋环境污染的主要来源之一，人们已经意识到了对能源的管制与改革已经迫在眉睫。在目前船舶仍然是以柴油作为主要动力源，但是由于柴油对环境的污染越来越严重，所以电力推进慢慢的进入了人们的视野。蓄电池电力推进作为一种清洁、绿色、高效的新型能源动力装置，慢慢的受到了人们的重视。此外，在未来的发展，人们越来越重视他们的安全，同时为了减少劳动力的劳动量，无人船就很符合目前形势，而蓄电池无人船则作为一种新型船舶为绿色船舶的发展做出了一种可行的发展方向。

本文主要是以500吨的无人运输船为载体，进行基于蓄电池的船舶电力推进系统的设计。全船以蓄电池作为主要的推动力，通过计算船舶的全船电力负荷，对蓄电池电力系统进行优化选型，匹配出其他各项设备包括推进电机，逆变器，斩波器等等，从而设计一套完整的蓄电池电力推进系统，并进行环境与成本效益分析。研究表明应用蓄电池电力推进系统作为船舶的推进系统与其他的系统相比较，这个的推进效率更高，节能的效果更加明显，有更好的环保效益。

关键词： 无人船；蓄电池；电力推进；系统设计

Abstract

Nowadays, with increasingly serious environmental pollution, with the continuous development and utilization of energy, energy consumption has gradually attracted attention in this era. As a major user of energy consumption and one of the major sources of pollution of the marine environment, the shipbuilding industry has realized that the control and reform of energy is extremely urgent. At present, the ship is still using diesel as its main power source. However, due to the increasing pollution of diesel to the environment, electric power has slowly entered the field of vision. As a clean, green, and efficient new energy power device, battery electric propulsion has gradually received people's attention. In addition, in the future development, people are paying more and more attention to their safety. At the same time, in order to reduce the labor of the labor force, unmanned ships are in line with the current situation, and unmanned storage boats are used as a new type of ship for the development of green ships. There is a viable direction of development.

This paper mainly uses a 500-ton unmanned carrier as a carrier to design a battery-based marine electric propulsion system. The whole ship uses the storage battery as the main driving force. Through the calculation of the ship's entire ship's electric load, the battery power system is optimized for selection, matching other equipment including propulsion motors, inverters, choppers and so on. A complete battery electric propulsion system, and conduct environmental and cost-benefit analysis. Research shows that the application of battery electric propulsion system as a ship's propulsion system compares with other systems. This propulsion efficiency is higher, the effect of energy saving is more obvious, and there are better environmental benefits.

Key Word：Unmanned Ship; Battery; Electric Propulsion; System Design

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 研究的国内外现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.2.3 总结 2

1.3 本文主要研究内容 2

第二章 无人船的结构和技术需求的分析 4

2.1 无人船的结构分析 4

2.1.1 无人船的展现状及未来走向 4

2.1.2 无人船的结构分析 5

2.2 无人船的技术需求 5

2.3 无人船电力推进系统模式研究及对比分析 6

2.3.1 无人船电力推进系统主流模式 6

2.3.2 无人船电力推进系统模式研究及对比分析 6

1. 可控硅整流器 直流电机 6

2. 变距桨 交流异步电动机 6

3. 电流型变频器 交流同步电动机 6

4. 交一交变频器 交流同步电动机 6

5. 电压型变频器 交流异步电动机 6

一.可控硅整流器 直流电机 6

二.变距桨 交流异步电动机 6

三.电流型变频器 交流同步电动机 6

四.交一交变频器 交流同步电动机 7

五.电压型变频器 交流异步电动机 7

2.4 本章小结 7

第三章 500吨无人运输船电力负荷计算 8

3.1 船舶电力负荷计算的目的及方法 8

3.2 运输船电力负荷计算 8

3.21 负荷系数计算的方法 9

3.3 船舶电力负荷的确定 10

3.4 本章小结 12

第四章 500吨无人运输船推进系统的设计 13

4.1 电力推进系统的构造 13

4.2 电力推进系统的设计 13

4.2.1 船舶电力推进系统设计原则 13

4.2.2 蓄电池的选型 14

4.2.3 升压变换器的选型 17

4.2.4 逆变器的选型 17

4.2.5 推进电机选型 18

4.3 本章小结 18

第五章 成本与环境效益分析 19

5.1 成本效益分析 19

5.2 环境效益分析 19

5.3 本章小结 20

第六章 总结与展望 21

6.1 全文总结 21

6.2 工作展望 21

参考文献 23

致谢 25

绪论

本章节概述了蓄电池在电力推进系统上应用与推广的目的和意义。介绍了目前蓄电池电力推进系统在国内外的研究现状，并进行总结，从而提出本论文的研究内容。

研究的目的和意义

随着全球的经济发展，环境的污染问题已经成为当下的主要问题，船舶行业作为能源的消耗大户，同时也作为排放大户，是当今温室气体排放以及海洋环境污染的主要来源之一。据数据报道船舶每年的点氧化合物的排放量可达600万吨，占据总排放的百分之七，硫氧化物达到634万吨，占世界总排放的百分之四。因此，船舶行业的节能减排是目前全球的热门问题之一，同时也衍生出许多各种各样的新型船舶推进系统。

由于现代电子电力技术的飞跃进步，电力推进系统进入到人们的视野。虽然在目前电推系统的造价贵，但是它可以使得船舶在航行后更加的节能，同时还可以增加舱容量和利润。随着电力电子设备的发展、电机控制技术的谐波抑制技术的改进以及螺旋桨和推进电机技术的成熟，电力推进的资金要求将进一步的减少。可以预见，科学技术的进步将为电力推进技术提供更广阔的市场，也将成为船舶推进装置的主要发展方向^【1】。

日前我国的经济正在飞速发展，但是环境的污染却正在加重，低碳环保成为了目前的首要任务。所以，推行节能减排的高效绿色船舶是势在必行的，因为船舶行业，作为空气污染排放的“主力军”，因此绿色船舶的推行是理所应当的。在内河或运河中航行的中小型客船或者货船，因为航行时间和行程比较短，所以采用蓄电池作为船舶的推动力来说，具有高效、无污染、安静和震动小的特点。是达到节能减排、绿色环保目的的好选择。同时也是各种在内河中航行的中小型客船和货船的最佳动力推进方式的选择。

而电力推进系统在无人船中的应用无疑更是一种锦上添花，在无人船中蓄电池电力推进系统的优点是非常显著的。一是污染比较小，蓄电池储能真正的做到了没有燃烧的过程，可谓是“零污染”；二是蓄电池并不用受到卡诺循环的限制，转换率高；三是无人船能够很好的减少劳动力，船舶由于自动化的控制，失误率减少；四是蓄电池电力推进系统是由标准的模块化设计，安装灵活简单，比较容易维护与修理，可以更加合理的运用传播上的空间。

研究的国内外现状

1.2.1 国内研究现状

中国已经在船舶电力推进系统中的应用研究起步较晚，但它在关键技术有了一定的产业基础，如原动机、发电机、配电、变频等。目前，仍在和大功率永磁电机设计制造的发达国家之间的巨大差距，高电压、大容量电力电子装置，并在中国POD推进器。中国应进一步加强相关技术的研究和开发，积极参与这一领域的国际竞争，力争在市场占有一席之地^【2】。

目前，致力于船舶电力推进系统研究的国内机构主要有武汉理工大学、上海海事大学、海军工程大学以及中船重工旗下的711、704、712研究所等等。最近几年，电池技术的发展得到了极大的提升，而蓄电池作为其中一种电池，不仅在通信上得到了广泛的应用，并且在储能系统、汽车等工业上也得到了应用。现在，以蓄电池作为电力推进系统的能源在目前来看，技术还不是很成熟，导致国内对于蓄电池电力推进系统的研究非常少，只有极少数的案例。比如一种风光电复合能源充电蓄电池全电动船,包括船体,船体的前部设有控制台,后 部设有电动推进装置,蓄电池组安装在船体的底部,控制台通过电缆分别与蓄电池和电 动推进装置相连,蓄电池与充电机连接,充电机与岸电接入装置连接,在船体的顶部设 有太阳能板和风能发电机,它们通过控制台与蓄电池组相连^【3】。因此国内目前都在致力于这个研究。

1.2.2 国外研究现状

国外对于蓄电池船的研究要早于国内，技术相对的成熟，目前国外致力于研究蓄电池在船舶上的应用的公司有许多，比如HDW造船公司等等。