浅谈船舶电站和船上电气设备的节能减排方法
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摘 要：当前，能源问题已经是所有行业共同面临的问题。在航运过程中使用有效的节能减排方式可以节约船舶航行的成本。随着船舶航行的油价不断上涨，船舶电站以及电气设备的节能技术越来越受到人们的广泛关注。使用节能减排技术可节约能源消耗，减轻航运过程对环境造成的污染，获得经济与环保双重效益。该文简述了船舶电站以及船上电气设备的节能减排的重要性，分别从压载水系统改装、安装脱硫系统和应用变频节能技术三方面阐述具体节能减排方法的运用。
关键词：船舶;电站;电气设备;节能减排方法
中图分类号：U665 文献标志码：A
0 引言
在船舶行业中，电站属于高能动力源，为电力系统核心，可保障船舶稳定运行。在船舶自动化要求逐渐提升的背景下，智能化、节能化的电站为主要趋势，压载水系统改装，加装脱硫系统以及变频技术等的应用成为船舶电站节能减排的主要方式，受到了人们的重视。
1 船舶电站与船上电气设备节能减排的重要意义
在船舶航运环节中，燃料费用的消耗占据60%，所以对资源进行高效利用，可保障船舶航行的经济效益。其中电站节能为重点方向，这主要是通过提高废气的热回收效率，驱动电机系统，实现节能目标。利用重油替换柴油，通过重油发电，减少燃料以及润滑油的使用，不但可降低发电机组内柴油机零件的损耗，还能节约燃油费用。结合TG系统以及SG系统，在负载产生变化时保持稳定运行，快速调节负载平衡，提高节能效果。此外，还可使用SSG发电机系统，保障主机以及发电机之间相互传输功率，提高对废热的回收效率。在节能方式的应用下，保障船舶顺利运行，减小燃料消耗，提高航行经济效益。
2 船舶电站和船上电气设备节能减排方法
2.1 改装压载水系统
在应用压载水系统时，主要包括过滤、电解和中和3个过程。其中过滤环节为压载过程，主要使用过滤器过滤压载水，在此环节可将粒径>50μm细微颗粒以及生物过滤出去。电解过程从主管路将压载水引入电解装置中，通过电解产生的溶液将浮游生物杀灭，利用分析仪以及控制系统对管路进行控制。中和环节按照压载水中的含氯浓度和IMO值对比，利用自动控制系统控制中和剂量。
对装载水系统进行改装，可提升船舶电站中设备的节能性。在改装过程主要对过滤、电解、中和3个单元进行改装。选用型号为BC-5000的装置，此装置的额定处理量可达4 000 m3/h～5 000 m3/h，电解海水量45 m3/h，其电解单元的尺寸为3500mm×3600mm×770mm，过滤器尺寸为4000mm×2800mm×2600mm。这种船舶中含有体积较小的过滤装置，占地面积相对适中，同时过滤装置的水处理量较大，可起到良好的过滤效果。过滤过程对压头产生的影响较小，冲洗过程不产生水断流情况，适合在环境较为恶劣的条件下对海水进行过滤。除此之外，改装后的过滤单元还可以完成手动控制时间与压差。在电解单元的改装方面，可选用体积小，并且效率高的开关电源，配合管板式的电解槽电解设备，这种设备具有较高的海水电解效率，并且结实耐用。在待处理的水量增加的时候，电解模块中产生的体积变化较小，此装置中的电解槽为核心部件，使用寿命和船舶相同。在中和单元中，如果压载水排放TRO浓度小于IMO预设值时，此系统可暂时不启动中和单元，将符合减排要求的水排到船舷外部;当TRO浓度大于IMO预设值时，此时中和单元即可立即启动，同时向水管内注入适量药剂，中和TRO，实现流量的自动控制。
经过改装后的装置灭火技术成熟可靠，可处理较为浑浊的海水。使用先进的技术改造电解支路，只从压载管路将1～2%的主管路海水引入电解槽中即可，不需要将压载水全部流通过电解槽中，也不需要对主管路进行改动，便于各种新型船舶的设计以及传统船舶的改造。该装置长电解单元的尺寸较小，因此具有高电解率以及低功率消耗的特点。在新型船舶的设计方面，可使用模块化整体设计方式，保障合理利用船舶空间。在旧船改造方面，可将设备整体拆分成3～7个不同的模块，并将其设计在船舶较为狭窄的空间内，同时各个模块的独立功能较好，可适用在不同航线当中。改装后的压载水系统运行成本和维修费用较低，拥有良好的节能减排特征。
2.2 加装脱硫系统
为了减少船舶航行过程产生的硫氧化合物对环境造成的污染，同时降低船舶能量消耗，可以在船舶当中加装脱硫系统，利用脱硫技术实现这一目标。当前常使用海水脱硫、石膏脱硫、干燥脱硫3种技术类型。海水脱硫方面，主要是依赖海水天然中和能力以及酸碱缓冲性能将烟气中的SO2脱除，此工艺需要借助海水供排系统、水质恢复、烟气系统以及SO2吸收等系统共同完成。由于海水脱硫过程简单，应用环节节能环保，对环境产生的污染较小，因此成为船舶尾气处理的主要方式之一。在石膏脱硫方面，主要是利用石灰石，将其磨碎成粉，加入适当清水配置成石灰浆，中和氧化后，生成石膏。当前，此工艺在烟气脱硫过程中得到了较为广泛的应用，在添加适当的酸性化学物质之后，可将脱硫效率提升超过90%。在船舶尾气的处理方面，可优化工艺的应用过程，加装脱硫系统，简化系统管理流程，减小系统占据空间，提高脱硫效率，防止对设备产生较大的腐蚀与磨损。在烟气脱硫方面，主要是利用石灰石浆液作为制备系统，配合反应塔、净化装置、输送装置、控制系统等共同作用。其脱硫效率可达70%～95%，可在低硫燃料的处理中取得良好效果。船舶航行通常使用重燃料，其中含硫量较高，因此，需要将尾气处理工艺进行改善，增设脱硫装置，使用脱硫吸收剂，最大限度将产物回收再利用，防止脱硫过程需要使用大量浓度较高的石灰石液体，导致设备被腐蚀以及堵塞等问题。
2.3 高效利用变频技术
某船舶为高效利用能源，使用变频系统，设置变频系统在电网内输入三项交流电，在预充电、滤波、整流、制动斩波等回路的应用后，将其转变成直流电，然后输送到不同的变频器当中。控制系统接收到船上控制系统指令之后，控制变频器的输出频率及电压，保障电机之间协同运行。在变频系统内设置的变频器经过熔断器和公共直流电线路相连，这种设计方式可在不改变原有变频器的前提下，将其前端整流功能隔断，满足电机正常运行的要求。
该变频系统的节能原理为，在各个变频器中存在2种运行状态。1）电动牵引。2）制动发电。船舶作业在航行过程中，直流母线可有效发挥其互馈能量的优势，部分变频器在电动牵引的工况下，其他变频器在制动发电的工况下，此时制动工况下变频器中的电能即可回馈给直流公共母线，电动工况变频器就可以将其加以利用，解决了独立的变频器系统制动环节消耗的斩波电阻过高问题。例如在船舶航行过程中，放缆是随收缆进行的，收缆环节消耗的能量高于放缆环节。因此，在收揽时需要变频器利用直流母线中的能量大于放缆过程中频频器向直流母线回馈的能量。在放缆过程变频器向母线中回馈的能量可被变频器全部利用，无需考虑到制动斩波问题。应用变频系统时，对船舶电站产生的冲击较小，同时对电站容量的要求不高，因为多个变频器协同作业的时候，在公共母线中处于不同的电能利用狀态，系统可对其中的能量展开循环利用，进而减少系统消耗大量的电网电能，起到良好的节能效果。
3 结语
总而言之，在能源紧缺和环保要求越来越严格的今天，全球对各行业节能减排的要求逐渐提升，促使船舶电站各项节能和环保技术的更新和发展。为保障船舶行业的发展符合市场规律，应在电站和电气设备的应用上采取各类节能方式，保障船舶运行环节的高效性和节能性，促使船舶行业不断发展。
参考文献
[1]付文秀，杨帆，高玮.含轴带发电机的船舶电站协调控制[J].船舶工程，2016（2）：69-73.
[2]具备PTO/PTI功能的船舶电站建模与控制研究[D].武汉理工大学，2014.
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