舰船电力推进系统优势及发展现状

舰船电力推进系统优势及发展现状一、舰船电力推进系统行业优势船船推进方式是指船船从原动机到螺旋桨的功率传输方式，可分为机械推进和电力推进两大类.电力推进系统的主要优点在于占用空间小、操作灵活、推进功率和服务功率可自山转换，因此在海军舰船、豪华邮轮、海工船等特种船型应用较广，但由于其经济性较差，并没有在大型船舶上广泛应用.值得注意的是，不论机械推进还是电力推进，其原动机没有改变，还是以柴油机、燃气轮机或者蒸汽轮机作为船舶的主功率源.船舶推进方式分类和优劣势船舶推进方式优势劣势适用船型噪声和振动大、能量损耗较大、船内可用全功率运行时效率更高、大型大型民用军用船机械推进方式空间较小、调速范围商船上的应用经济性较咼舶小、灵活性差增加有效载荷，为武器提供更大功率、占用空间小、服务功率和推进功率可灵活转换、振全功率运行时效率潜艇、部分海军舰电力推进方式动较低，节省燃油、灵活性、较低、经济性差、技船、特种船型如海可鼎性、机动性、隐秘性更大、术风险较高工船等、豪华邮轮维护保养量减少、自动化程度较高，设备寿命更长电力推进根据不同维度可分为多种类型.根据电力推进占比可分为混合电力推进和全电力推进，根据电动机的布局位置可分为吊舱式和非吊舱式，根据推进负载与非推进负载的电力管理和分配方式可分为综合电力推进等.电力推进方式分类分类方介绍优劣势式电力推进方式在以大功率机械直接推动为优势：多芯电缆保证传输推进功混合电力推进主的动力系统中加入小功率率。劣势：功率不可用于非推进方式电力比电力推进的用途例将所有使用液压动力或全电力船舶压缩空气动力的负载都统一分配电力，电力使用率高转换为电力驱动推进电动机位于船体外的水优势：保持360度机动性、全方中，与螺旋桨直接连接，可向上提供更好的满推力操纵能力、以沿着垂直轴进行电动机布吊舱式电力推内部布局灵活，节省发动机与推360度旋转给出任何方向上置进方式进机械的空间、减少了维护保养的推进力，不再需要舵、船和维修工作量、省掉了许多辅助尾横向推进器或者船体内的系统长轴系将发电机和发动机产生的电优势：船舶非推进功率和推进功力通过电缆送到一个配电率间灵活切换、提供较高的冗余电力分综合电力推进盘,供船舶推进负荷和非推度、生存性和可重构性、可以节配方式方式进负荷使用。配电盘可以时省燃油，燃油效率高、所需的维刻改变两个系统间的功率分护保养量和备件较少配以满足船舶在推进与非推进上的需求由于电力推进技术具备明显优势，广泛适用于各类军船，也适用于各种大型客轮（豪华邮轮、渡轮）、特殊货轮（特别是LNG船、化学品船等）、海洋工程船（破冰船、铺缆船、挖泥船、测量船等）、海洋石油、天然气开采装备以及油气运输船等.对于民船和军船而言，电力推进技术的共同优越性有十点：1）增加有效载荷；2）降低振动；3）提高灵活性；4）增强可靠性；5）提高机动性;6）减少维护保养量；7）节省燃油；8）提高自动化程度；9）延长设备寿命；10）技术升级.电力推进技术的主要优势优势具体内容有效载荷增加电力推进系统去掉了机械驱动方式所需的长轴系，船舶空间得到释放可以用来搭载更多的乘客、携带更多的武器或传感器。振动较低来自于螺旋桨机械装置的较低振动与噪声令船舶运行得更安静。不再受机械轴系所限制，发电机和连接到推进电动机的电缆可以安放在对灵活性增加船舶最有利的任何地方。若船舶遭到破坏，来自发电机的电力分配会迅速地被重新配置以保证重要系统的连续电力供应。可靠性更高功率可以通过冗余电缆进行传输，以一个小附加费用去运行更高可靠性所需的多个冗余电缆是可能实现的。电动机转速的无级调速令船速可以连续地变化，因此操纵和航行操作就非机动性更大常的灵活，很适用于破冰船、渡轮、拖轮、海洋考察船、铺缆船等需要频繁改变转速和转向的船舶。用于发动机减速的减速齿轮山可调速的电动机所取代，用于功率传输的轴维护保养量减山电缆所取代，去掉了通常在机械推进中的主要维护保养工作。而且当装少配有吊舱式推进装置时，也无须在周围其他设备上施工，因此更进一步减少了维护保养与维修工作量。山于船舶大部分时间是低速航行，只有较少的发动机以满功率状态运行，节省燃油其结果就是能量效率更高，燃料消耗就更少。而且山于吊舱推进装置改进了其流体动力效率，燃料消耗进一步减小了5%"15%o自动化程度较电力推进系统可以设讣成高度自动化、自我监控的系统，因此与机械推进l'>J系统相比，其运行所需的维护保养量和船员就较少。电动机在无级变速时的平稳机械特性令驱动电动机轴与联轴器间的间隙设备寿命更长更小，电动机的热力瞬变也更小，其最终结果是全部所含设备的工作寿命更长。电力推进允许用将来更有效的发电技术（包括如燃料电池等直接能源转换技术升级设备）来替换LI前所用的柴油机、燃气轮机或蒸汽轮机等原动机，可以节约燃料与运行成本，利于满足不断发展的环境法规。U前电力推进方式中最有发展前景的是综合电力推进系统，综合电力推进系统所需功率范围为50-100W,主要系统包括供电系统、推进系统和监控系统三个分系统，主要的装置包括原动机，发电机，推进功率分配系统，推进电动机驱动装置，推进电动机，螺旋桨，非推进功率分配系统.从价值量来看，不含原动机的船舶价值量约为全船的15%左右，整套系统套价值量在千万到亿不等.综合电推系统的主要子系统子系统名称介绍商业船舶原动机通常选用柴油机：美国海军水面战斗舰，原动机通常选原动机用燃气轮机或蒸汽轮机发电机将高速原动机的所有机械功率转换为电功率将电功率分配给推进电动机和其他推进设备推进功率分配系统推进电动机驱动装改变电源的频率和电压以满足船舶推进电动机所需，使其在各种操作阶置段以一个期望的转速运转推进电动机将来自于电动机驱动装置的电功率转换为适合船舶螺旋桨的低转速的机械功率螺旋桨运转在低转速上，推动船舶在水中航行非推进功率分配系将剩下的电功率分配给船上各种非推进的电负荷，包括附加的电动机驱统动装置、电缆及开关柜舰船采用综合电力推进系统能够降低燃料消耗、节省舰船运行成本.舰船采用综合电力推进系统能够降低燃料消耗、节省舰船运行成本.在舰船的不同工作模式下，仅当舰船发动机接近满功率运行时采用机械推进的效率稍高，其余模式下采用电力推进的效率均高于机械推进.不同推进方式的推进效率比较不同推进方式的推进效率比较与乩大村堆切準比值＜*)隈血极电力加遗g"幼枫》枫从曲it二、舰船电力推进系统发展现状民品领域，电力推进应用率逐步提高，整个市场呈扩张趋势.从2010-2019年完工船舶各类推进方式占比来看，采用电力推进的完工船舶占比从2010年的3.74%上升到2019年的4.96%,其中，2017、2018年船舶电力推进占比均超过7%,2019年有所下降主要因为整体船舶市场处于低谷，特别是油价持续低迷，海工船船等主要应用电力推进船型订单量较少.采用电力混合推进方式的船舶占比也有较大提升，从2010年的0.33%提高到2019年的0.73%.2010-2019年采用电力推进和混合艘数2010-201^年采川电力推进和混合艘数2010-2019年完工船舶各类推进方式占比2010-2019年100.00%■全电90.00%80.00%70.00%60.00%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%从应用船型来看，船船电力推进系统主要应用的船型为海工船、特殊船型和豪华邮轮•111于造价较高、全功率效率较低等原因，电力推进系统在油船、散货船、集装箱船这三大主流船型应用较少，但山于其突出的操作性优势，故在海工船、特殊船型和豪华邮轮等船舶上应用率极高.从具体船型来看，2019年完丄的海工船中钻井船、地震探测船、科考船、R0V潜水支持船等船型100%都是采用了电力推进系统，在其他的海工船型中应用占比也基本达到50%以上；在特殊船型中，LNG再气化船、燃料船等船型100%采用了电力推进系统，LNG船舶中电力推进系统占比也达到了67%；豪华邮轮是另一个电力推进系统应用的主要船型，2019年完工的豪华邮轮中，电力推进系统占比达到了85.7%.2019年完工船舶中电力推进系统主要应用船型电力推船具体船型电力混机械推其他总计电力推进型进合推进进占比钻井船———100.00%22远洋救助拖船——333.33%12半潜式起重船——50.00%112科考船—3—540.00%2ROV潜水支持船———100.00%22平台供应船193063.33%—0110运输船/起重船——333.33%12潜水支持船3——560.00%2布缆船——366.67%21地球物理测量船3———3100.00%破冰船———100.00%11三用工作船100.00%10—01多用途船3—475.00%—1LNG再气化船3———3100.00%L\G船—2466.67%16—8绞吸斗轮挖泥船15175.88%1—1活鱼运输船74—63.64%—11渡轮31—1649632.29%穿梭油船3—560.00%—2渔业调查船—4520.00%1—特殊燃料船——100.00%—船型11维修船—131711.76%22渔船2920.68%2—2288耙吸挖泥船41330.77%—18滚装船—516.67%1—6杂货船——1091.80%2111豪华邮豪华邮轮30—143585.71%轮2010-2019年完工豪华邮轮数量（艘）2010-2019年完工g华邮轮数応（艘〉2010-2019年完工豪华邮轮推进方式占比2010-2019年完工豪华邮轮推进方式占比■全电推进•小型鏗轮（2万吨以下）■全电推进冲型蜉轮（2-5万吨）全电推进•大型哒（5~7万吨）■全电推迸•巨型密轮（7万从建造国家来看，欧洲完工的船舶采用电力推进的比例较高.一方面山于欧洲生产的船型主要为豪华邮轮、海工船以及特殊船型，这些船型较为适合应用电力推进系统，另一方面也因为全球主要的电力推进系统生产厂商均在欧洲，技术和产业链较为成熟.2019年中国完工的船舶电力推进占比仅为3.94%,但从绝对量来讲，由于基数较大，中国完丄的电力推进船舶数量全球最高，占全球完工电力推进船舶的23.36%.2019年中国完工船舶中电力推进船舶数量及占比2019年中国完工船舶中电力推进船船数量及占比20102011201220132014201520162017201820192019年各国完工电力推进船舶占比12%2019年各国完工电力推进船舶占比■中国■挪威■韩国■意坤■韩国■具他从完工船型来看，中国完工船舶中采用电力推进的主要为海工船和特殊船型.2019年中国完工的海工船中有25艘采用了电力推进方式，特殊船型中有19艘采用了电力推进方式，3艘采用了混合动力推进方式.2019年中国完工船舶电力推进船型船型分具体船型电力推进混合动力推总计电力及混合类进机械推进动力占比三用工作船712.50%1—8海工船潜水支持船450.00%2—2调查船100.00%2—02R0V100.00%2——2半潜式起重100.00%1——1船平台支持船61.50%16—1026拖船1.60%1—6162小计25—8010523.80%LNG船45100.00%1—挖泥船4550.00%特殊船110型维修船1—1250.00%输油船——100.00%1—小计738.80%11018总计3229012327.60%中国2049年询将建造10艘航母，LI前中国已造航母型号为002,后续2020-2049年将建造8艘航母，若对标美航母作战群水面舰艇价格，则造价为2592亿美元，平均每年129.6亿美元对应900.72亿人民币（按照6.93中美汇率计算）.按照20%船舶动力系统造价占比计算，则未来中国航母作战群军用舰船动力系统总采购规模约为180.14亿元，若中国也建造非航母作战配套舰艇，则此为军用电力综合推进系统采购额的保守估计.未来中国航母作战群军用舰船综合电力推进系统投入预佔未来市场空间方面，军品方面，预计未来十年军船市场电力推进市场空间为31.35亿美元，约合人民币220亿元