一、技術名稱：船舶軸帶無刷雙饋交流發(fā)電系統(tǒng)技術
二、技術所屬領域及適用范圍：交通行業(yè) 內河與沿海船舶以及所有采用固定槳的海洋船舶
三、與該技術相關的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前，船舶主要靠輔機柴油機組進行發(fā)電。輔機消耗柴油，而負責船舶推進的主機往往有冗余能量，如果主機不在滿負荷下運行，則部分有功功率將被白白浪費掉。應用該技術可實現(xiàn)節(jié)能量6萬tce/a，CO2減排約16萬t/a。
四、技術內容
1.技術原理
采用自主創(chuàng)新的無刷雙饋電機和控制技術充分利用船舶主機的出力，在船舶主機帶動固定螺旋槳推進船舶航行的同時，拖動軸帶發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)船舶正常航行時不使用輔機柴油發(fā)電機組發(fā)電，達到節(jié)省燃油的效果。該系統(tǒng)針對固定螺距槳推進船舶航行中主機轉速不斷變化的工況，通過雙饋變頻控制技術獲得并提供穩(wěn)壓穩(wěn)頻的電力保障。
2.關鍵技術
（1）新型無刷雙饋電機轉子結構形式，采用”變極”法將電機轉子不同變極比換相繞組的出線端作異極反相序聯(lián)接，從而產(chǎn)生不同的反向磁場，并分別與定子兩套繞組耦合。采用”齒諧波”法，根據(jù)交流電機繞組理論，利用電機定子繞組的齒諧波磁動勢繞組系數(shù)與基波磁動勢繞組系數(shù)相同，低次齒諧波磁動勢與基波磁動勢旋轉方向相反的原理，在滿足轉子繞組對稱性的條件下，選擇適宜的定子槽數(shù)和槽型，從而達到轉子導體利用率高、諧波含量低、電機效率高的目的。由此可以靈活實現(xiàn)針對不同實際工況需求的無刷雙饋電機設計方案。
（2）采用矢量控制技術，對兩個空間旋轉磁場進行定向控制，即對無刷雙饋電機的功率繞組和變頻繞組兩個定子繞組的兩個空間旋轉磁場分別進行解耦控制，并通過兩個空間旋轉磁場的相互作用，將多個坐標系下的矢量信號歸于一個坐標系下，通過對變頻繞組的控制，即可分別實現(xiàn)對功率繞組和變頻繞組兩個定子繞組的頻率、電壓和電流控制。
（3）采用多頻率疊加變頻控制技術實現(xiàn)轉速變化時穩(wěn)壓穩(wěn)頻。由于無刷雙饋電機的特性決定了變頻繞組中存在基波、次基波、諧波等多個不同頻率的信號，采用多頻率疊加變頻控制技術，是對聯(lián)接變頻繞組的變頻驅動器同時輸出除基波以外的次基波、諧波等多個頻率疊加的變頻電源，實現(xiàn)轉速變化時穩(wěn)壓穩(wěn)頻。
3.工藝流程
軸帶無刷雙饋交流發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)流程及原理見圖1、圖2。
圖1 軸帶無刷雙饋交流發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)流程圖
圖2 軸帶無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)原理及架構圖
五、主要技術指標
1.在船舶主機轉速范圍內或由此調整速比的范圍內，發(fā)電機輸出50/60(±1.5%)Hz恒定頻率；
2.在船速范圍內能夠根據(jù)不同轉速變頻調整輸出電壓，從而改變控制繞組的勵磁電流并實現(xiàn)恒壓控制，使功率繞組輸出穩(wěn)壓給定值400/450(±2%)V；
3.當船舶轉速急加速和急減速時，允許電壓瞬時波動±5%，且能在3-5s內恢復穩(wěn)定，靜差值±2%。勵磁系統(tǒng)必須具備良好的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性；
4.在全轉速范圍內對發(fā)電機自然同步點處對50%發(fā)電容量的用電負荷進行突加突減，1-3s調節(jié)至穩(wěn)頻穩(wěn)壓；
5.能量回饋控制：母線直流電壓達DC830V-900V，220%額定電流過流保護。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現(xiàn)狀
該技術于2012年2月通過湖北省科技廳組織的科技成果鑒定。目前，該技術已在重慶長江輪船公司325TEU型集裝箱船上應用，運行穩(wěn)定，使用情況良好。
七、典型應用案例
典型用戶：重慶長江輪船公司
典型案例1
技術提供單位：中國外運長航集團有限公司
建設規(guī)模：325箱內河新型集裝箱船安裝應用64kW軸帶發(fā)電機。主要技改內容：在新建325箱船右主機進行軸帶無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)的安裝，主要設備包括船舶無刷雙饋軸帶發(fā)電系統(tǒng)和高彈聯(lián)軸器。節(jié)能技改投資額35.5萬元，建設期1年。每年可節(jié)能約7tce，年節(jié)能經(jīng)濟效益為9.7萬元，投資回收期約4年。
典型案例2
技術提供單位：中國外運長航集團有限公司
建設規(guī)模：5000DWT內河自航船。主要技改內容：在新建325箱船右主機進行軸帶無刷雙饋發(fā)電系統(tǒng)的安裝，主要設備包括船舶無刷雙饋軸帶發(fā)電系統(tǒng)和高彈聯(lián)軸器。節(jié)能技改投資額32.1萬元，建設期1年。每年可節(jié)能6.4 tce，年節(jié)能經(jīng)濟效益8.3萬元，投資回收期約4年。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
根據(jù)相關數(shù)據(jù)分析，目前，除遠洋變距槳船舶以外，我國和國際內河以及沿海固定槳船舶至今還沒有應用軸帶發(fā)電實現(xiàn)節(jié)能減排、增收節(jié)支的案例。因此，船舶營運商、船舶設計企業(yè)和船舶設備及建造企業(yè)等將成為該技術推廣應用的主要對象。預計未來5年，該技術可在船舶相關領域可推廣至2%，可形成的年節(jié)能能力約為12萬tce，年減排能力32萬tCO2。
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