混合动力渔船的节能技术研究

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近年来,我国近海渔业呈现衰退趋势,发展远洋渔业可以保持渔业经济的正常发展,同时对于维护国家海洋权益、外交战略等具有重要意义。远洋渔船作为开发海洋渔业资源的重要装备,在国家政策的支持下,渔船的设计、建造技术和捕捞技术得到快速发展。在全球资源短缺和环境污染加剧的背景下,开发海洋渔业资源可能带来的环境污染问题成为各方关注的焦点,国际相关组织和各国政府接连出台限制船舶废气污染物排放的法律法规。我国提出生态文明建设的方针,“十三五”规划制定了节能减排目标,2018年提出《船舶大气污染物排放控制区实施方案》,2019年扩展的排放控制区覆盖整个沿海和主要内河区域。为了保持渔业经济的健康可持续发展,我国对渔船数量和柴油机功率提出严格限制要求,制定“双控”政策对渔船进行管理。以金枪鱼延绳钓船为研究对象,探索一种适合渔船捕捞作业工况、燃油经济性高、排放性好的方法,成为渔船节能技术研究的重点。为了提高渔船捕捞作业的综合燃油经济性和环保性能,提出一种金枪鱼延绳钓船柴电混合动力系统推进方案。相比于传统金枪鱼钓船柴油机推进系统,柴电混合动力系统具有柴油机和电动机两大动力源,不仅具有柴油机技术成熟、输出功率密度高的优点,还具有电动机技术转矩响应迅速、易调速、清洁高效的优点。柴电混合动力系统金枪鱼钓船,可以依据不同航行工况的需要,合理选择动力源输出,提高燃油综合利用率,降低污染性气体排放,实现节能减排。首先研究金枪鱼延绳钓船捕捞作业工况特点,分析应用于船舶混合动力系统的串联、并联式驱动结构形式,介绍4种并联式结构的运行模式,设计适用于金枪鱼钓船的并联式柴电混合动力推进系统。结合渔船柴油机型谱数据库,对渔船柴油机选型进行研究,根据渔船作业工况需求,选择混合动力系统的电动机和储能装置。针对渔船并联式柴电混合动力系统特点,确定动力分配控制目标,选择转矩为控制参数,选用模糊控制作为金枪鱼钓船的控制策略,并制定控制规则,设计模糊控制器。然后,在MATLAB/SIMULINK环境中建立混合动力系统各部分模型,通过子系统封装技术,搭建系统模型并仿真。基于仿真图,对混合动力系统渔船和传统柴油机动力渔船展开性能研究,混合动力系统完整捕捞作业周期内综合节约燃油20.1%,NO_x、CO、HC三种污染性气体均可减排30%~35%,混合动力系统建造初始投资回报期短,渔船整个生命周期内节约燃油成本效果显著。最后,参考船舶评价指标选取原则,依据行业内限制性要求,结合渔船作业特点,运用现代评估方法,搭建渔船综合评价的指标阶梯层次模型。运用层次分析法计算渔船评价指标的权重值,结合渔船工作特点,确定模糊综合评价的隶属度函数参数和评价矩阵,运用基于AHP-Fuzzy Method综合评价方法对混合动力金枪鱼钓船展开评价分析。计算结果表明,柴电混合动力系统渔船的节能等级明显优于传统柴油机动力渔船,验证了综合评价的科学性,混合动力渔船具有广阔的应用前景和推广价值。
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