船舶并联式气电混合动力系统能量管理与节能研究

发布时间：2020-04-20 08:52

【摘要】：随着船舶航运业排放法规的日益严格以及排放控制区的扩大,以柴油机为核心的传统推进系统其整体效率提升困难且难以满足愈加严格的排放标准,而船舶混合动力系统充分利用多能源互补的优势,通过采用清洁燃料以及对发动机在全负荷范围内的优化匹配,可以使发动机始终工作在高效率区,能够有效提升系统效率并大幅降低排放。本文提出了一种船舶并联式气电混合动力系统,并针对系统的设计选型、匹配优化、能量管理策略等关键技术进行研究,为该系统的工程化应用提供理论依据。首先,进行系统总体方案的概念设计,提出一种船舶并联式气电混合动力系统方案,并针对该系统的适用船型进行匹配选型,而后在Simulink平台上建立系统的仿真模型,其主要包括天然气发动机模型、电动机模式和发电机模式下的永磁同步可逆电机模型、磷酸铁锂蓄电池组模型、简化后的离合器和齿轮箱模型、螺旋桨模型、电力变换装置模型、动力分配控制器模型以及能量管理策略模型等。其次,根据船舶混合动力系统的运行特点选取适用于系统研究的循环工况,又以港口拖船为例设计船舶的运行循环。计算得到系统中蓄电池的平均储能效率,并对系统在不同推进模式下的能量流进行分析。对系统在不同工况、不同功率比下的机械推进、电力推进以及储能电力推进效率及其感度和系统总推进效率及其提升进行研究。结果表明,系统在高负荷和转速工况下总推进效率减小,但随着负荷和转速的降低总推进效率增大,当负荷和转速越低时总推进效率提升越大。最后,为系统设计一种基于逻辑门限的能量管理策略,同时利用等效能耗最优算法优化逻辑门限边界,绘制能量管理策略流程图。对系统在不同工况、不同混合度下的能量效率和节能率进行研究,并以港口拖船为例评价系统的实际节能效果。结果表明,系统混合度大于0.25时节能效果较好,且当系统混合度为0.25~0.35时综合节能效果及综合性能更好。本文所得结论可为船舶并联式气电混合动力系统的设计选型、匹配优化、能量管理策略等关键技术提供理论依据。
【图文】：

船舶,国际海事组织,能效,指数

问题急需解决，同时国际海事组织（InternationalMaritimeOrganization，IMO）家都出台了相应的政策和法规来严格限制船舶排放，在船舶纯电力推进技术尚矛盾下，船舶混合动力技术将成为船舶动力系统从传统柴油机推进过渡到绿色靠性解决方案。.1 EEDI 标准现如今中国占据全球温室气体排放量的 24%，，且全球温室气体排放量居第一位节能减排、绿色发展的目标，在 2009 年哥本哈根会议上，中国政府对全世界020 年单位国内生产总值 CO2排放量比 2005 年下降 40～45%的承诺，并提出标作为国民经济和社会发展的中长期规划的约束性指标[1]。大吨位、高排量使得船舶成为 CO2主要排放源之一，船舶能效设计指数（EciencyDesignIndex，EEDI）是以 CO2换算排量为指标来衡量船舶能量消耗和有少的比例指数，如图 1.1 所示，该设计参数是衡量船舶的设计水平和建造水平标：EEDI 越大，船舶能效则越低，反映出船舶能耗越高[2-3]。

对比图,排放控制,对比图,范围

国内排放控制区范围对比图
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.1

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