基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统优化设计

发布时间：2020-11-17 10:51

　　 当前,过往江汉运河的船舶主要采用柴油机驱动,这些船舶在航行过程中会排放出大量的气体污染物,造成了大气污染,同时还会造成噪声污染和溢油污染。运河船舶产生的污染影响了运河周边城市的空气质量和水源质量。而岸基电力系统的电能来源较为广泛,主要来源于火力发电及清洁能源发电,且清洁能源发电比例日益提高。如果使用岸基电力为运河船舶提供动力,即运河船舶采用岸基电能推进船舶航行,则可降低运河船舶对运河的污染。为了将岸基电力应用于江汉运河船舶,文中以江汉运河1 000 t级散货船为研究对象,设计了1种采用岸基电力为运河船舶提供动力源的运河船舶推进系统,并搭建了实验平台进行了部分关键技术的实验研究,验证基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统关键技术的可行性。论文主要研究工作如下:(1)进行了基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统设计需求分析。通过实地调研和查阅相关资料,收集了江汉运河通航环境特征和船舶航线体征等资料,并运用该资料进行运河的通航分析、航道分析、水文分析、代表船型负载分析和运河船舶航线分析。以该分析为基础,提出基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统设计需求。根据制定的设计原则与设计需求,作出了基于岸基能源的江汉运河船舶总体设计。(2)进行了基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统关键技术设计,包括岸基供电系统设计、船舶受电连接系统设计、船舶电力系统设计和航线偏移控制系统设计。通过设计1种岸基轨道式供电装置与柔性受电连接系统,实现岸基能源船舶能够持续地从岸基接触网获取电力;通过将超级电容和动力锂电池纳入船舶电力系统,不仅可以为运河船舶提供启动所需要的大电流,而且还可以减缓船舶启动时负荷突变对电网的影响,增强船舶的制动性能;通过采用BDS、AIS和内河电子航道图设计1种航线偏移控制系统,避免岸基能源船舶大幅度的偏离原航线,保证船舶航行的安全性。(3)进行了基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统实验平台设计及实验研究。根据系统关键技术设计和搭建了实验平台,并进行了基于岸基能源的江汉运河推进系统关键技术的可行性研究。实验结果表明,岸基轨道式供电装置与柔性受电连接系统能够适应通航环境并持续地将岸基电力传输至岸基能源船舶。当船舶或供电线网故障时,柔性受电连接系统能够通过拆卸杆和快速接口实现快速地拆卸。(4)进行了基于岸基能源的江汉运河船舶推进系统社会效益分析。文中主要从经济效益和减排效果2方面分析了采用岸基能源的运河船舶的社会效益。分析结果表明该方案应用于江汉运河船舶具有较好的经济性和节能减排效果。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U664.1
【部分图文】：

c）Mauvages 运河船舶图 1-1 国外岸基能源船舶运营的岸基电力渡船，发现存在以下不足之短，无法满足船舶远距离航行的需求；②渡使船体与水构成通电回路进而引起船体产生船舶通过铁链避免航线发生偏移的形式可接触网供电船舶存在的问题，国内严新平舶系统设计方案[37]，见图 1-2。该方案以 1研究对象，将岸基接触网供电技术应用于，使用电机推进而无需在船舶上设置柴油机：在运河上空架设供电接触网，在运河船舶的集电杆相同），集电杆从接触网获取电能推进电机提供动力。该设计方案可对接触

图 1-2 接触网供电船舶模型然而，在将该方案工程化实施过程中发现：①运河船舶的集电杆及其控制系统主要由上下摆动液压缸、刹车气缸、刹车片、旋转轴承、液压缸、旋转电机和集电杆等组成，结构较为复杂、建造成本较高，见图 1-3；②集电杆在运行过程中依靠控制机构提供竖直向上的顶推力顶压接触网进行取电，根据力的相互作用可知，该推力同时会作用于船体，使船舶吃水增加，进而增大航行阻力；③运河船舶在柔性水体中航行，存在集电杆脱线的现象；④船舶瞬时启动时，电网电压发生波动；⑤该方案采用 GPS 对运河船舶进行定位，GPS 的民用精度约为 10m，不能对运河船舶进行精准定位，易导致运河船舶大幅度的偏移原航线。因此，若将岸基能源船舶工程化应用，仍需解决上述问题。

图 1-2 接触网供电船舶模型，在将该方案工程化实施过程中发现：①运河船舶的集电杆及上下摆动液压缸、刹车气缸、刹车片、旋转轴承、液压缸、旋组成，结构较为复杂、建造成本较高，见图 1-3；②集电杆在制机构提供竖直向上的顶推力顶压接触网进行取电，根据力该推力同时会作用于船体，使船舶吃水增加，进而增大航行阻柔性水体中航行，存在集电杆脱线的现象；④船舶瞬时启动时动；⑤该方案采用 GPS 对运河船舶进行定位，GPS 的民用精运河船舶进行精准定位，易导致运河船舶大幅度的偏移原航能源船舶工程化应用，仍需解决上述问题。
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本文编号：2887418