柴电混合动力船舶推进系统方案评估研究

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随着全球能源危机与环境问题的日益严重,船舶营运过程中排放的有害气体引起了广泛关注,国际海事组织(IMO)及沿海国政府要求新造船舶必须满足节能减排的要求。船舶推进系统是船舶的主要能耗单元,为船舶航行提供动力需求和安全保障,是船舶最为核心的组成部分。由于电力电子技术及新能源技术的发展,船舶推进系统正由单一的柴油机推进系统逐渐向混合动力推进系统方向发展。较以往船舶推进系统选型设计时只考虑最大功率匹配而不考虑环保性要求,柴电混合动力推进系统即能满足船舶动力性需求,又能满足船舶环保性需求,更有利于船舶智能化发展的需要。船舶推进系统方案选型评估,涉及众多指标分析及多种评估方法的综合使用,计算过程复杂,用编程语言VB.NET开发针对柴电混合动力推进系统的方案评估系统能够大大提升工作效率。  本文以科考船“浙渔科2”为研究对象,对比柴油机动力和电动力推进系统,重点对动力性能、经济性能、环保性能等展开研究,突出柴电混合动力推进系统作为科考船推进系统的优势。  (1)本文根据船舶推进系统特点运用MATLAB/Simulink分别搭建柴油机简化模型、电机模型及四象限船桨运动模型。对柴油机驱动动力响应性能进行仿真,通过控制柴油机油门开度阶梯逐渐增加油门,观察船舶航速、扭矩、阻力曲线探究柴油机单独驱动时的动力响应情况;通过控制电动机转速探究电动机驱动时的动力响应情况。重点对低负荷情况下柴油机机动航行油耗与电动机耗电量做了对比,得出在低负荷机动航行工况下电机具有节能的优势。  (2)柴电混合动力船舶推进系统方案评估时涉及众多因素,重点对EEDI指标做定性分析,对经济性、环保性(有害尾气排放)做定量分析,同时与柴油机动力方案和纯电动动力方案对比,得出柴电混合动力方案在运行过程节能减排的优势。  (3)依据方案指标选取原则,搭建柴电混合动力推进系统阶梯层次结构评估模型,分别运用层次分析法对方案指标权重进行评估计算、模糊综合评判对方案定量指标进行计算分析、灰色评估理论对方案定性指标进行评估计算以实现对柴电混合动力推进系统方案做出综合评估,并以“浙渔科2”为例进行实际计算,验证了柴电混合推进系统作为科考船的科学性与合理性。  (4)柴电混合动力船舶推进系统方案评估是一个系统工程,系统阶梯层次模型涉及众多指标参数计算,其中包含大量矩阵计算,人工计算繁杂,大大降低工作效率,且易导致人为失误,因此为了能够让评估者迅速、快捷、高效、科学地对推进系统方案做出评估,同时满足自动化船舶设计的需要,本文用程序语言VB.NET开发出针对柴电混合动力船舶推进系统特点的方案选型评估系统。
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