混合动力船舶系统选型与分析开题报告

 2021-11-23 09:11

1. 研究目的与意义(文献综述)

近些年来,在社会经济得到快速发展的同时也伴随着环境污染、能源短缺等问题的出现。在城市人口密集的港口和码头以及内河流域,各种不同类型的船舶造成的水质污染、空气污染、噪声污染等各类污染直接对人们的生活环境造成有害的影响。随着每年对化石燃料这类不可再生能源的大量开采使用,能源短缺问题开始加剧,化石燃料价格也随之不断的上涨,加上从2015年1月1日开始,在所谓的硫排放控制区(SECA)实行更严格的排放标准。在此之后,许多沿海地区只能使用含硫量为0.1%的燃料,这意味着购买燃料需要增加的额外成本[1]。

为应对当前发展环境的变化,在船舶领域内通过改进船舶动力系统以节约不可再生能源消耗,减少污染排放,实现节能减排,绿色发展。由于风能、太阳能、新型燃料、海洋能、核能等新型能源在船舶动力系统的单独应用中受到很多限制,技术发展还不成熟,电能相比其他能源具有较高的实用性和有效性,而且风能、太阳能、新型燃料电池等新能源技术都是采用“先发电、再电力推进”的思路,从而电力推进更加受到重视。但由于动力电池的能量密度、功率密度受限加上投资成本也比较高,不足以单独作为动力源,所以电动船也无法成为主流[2][3]。 因此推出了混合动力船作为现阶段兼顾实用性和环保性的折中选择,并且在现实工作中,由于混合动力系统自身操纵性能好、适合船舶航行工况多变的环境、机动性好、减少振动和噪声污染、燃油利用率与航运经济性都较高,因此成为相关部门的重点研究对象[4][5][6]。

船舶混合动力系统是指“以两种或两种以上的储能器、能量源或转换器作为动力源,其中至少有一种可以提供电能的船舶”,目前这类技术还处在不断探索和研究的阶段[7]。混合动力船舶主要有燃料电池-柴电混合动力船、超级电容-柴油混合动力船、LNG-柴油混合动力船、储能电池-柴电机组混合动力船以及LNG-蓄电池混合动力船等类型[8][9]。船舶混合动力装置复杂,技术实现难度大,涉及到柴油机、电动机、控制系统等多个环节[10]。目前,为数不多的国际巨头公司掌握混合动力技术解决方案,例如罗尔斯-罗伊斯、瓦锡兰、曼公司、ABB等。其中,罗尔斯-罗伊斯公司一直致力于油电混合动力技术的研发,混合动力推进技术已经应用到了政务船、离岸工作船,例如挪威海岸警卫队、北海地区海洋平台支持船、国内UT788CD型近海三用工作船。瓦锡兰公司的HY混合动力拖轮在2017年12月份获得中国船级社的船型AIP认可,将提供三种不同船体尺寸的拖轮:28米港口拖轮、29.5米港口拖轮、35米护航拖轮。瓦锡兰HY混合动力拖轮可以选择柴油机驱动或柴油-电力混合动力驱动,在实现节能减排的同时,拖轮运行噪音还得到有效降低。国内关于混合动力船舶的研究较少,技术发展缓慢,实际建造的混合动力船舶更是屈指可数,这里就不举实际案例进行分析了[11][12]。

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2. 研究的基本内容与方案

研究(设计)的基本内容:本论文是以在港口拖船上运用并联式油电混合动力系统为例,目的是通过该并联式油电混合动力系统降低能耗、减少排放,在功率和转速的二维特性函数中匹配发动机的最佳工作点,保持较低比油耗,优化功率在柴油机与电动机上的合理分配,提高燃油利用率进而提升航运经济性。[9][10] 该系统有机械推进模式(PTO)、电力推进模式(PTH)、混合动力推进模式(PTI)三种运行模式,根据港口拖轮的不同工况和航速需求以及SOC的值来切换不同的工作模式,通过此并联式油电混合动力系统可以极大限度地减少拖轮的总燃油消耗量和废气排放并降低振动和噪声,节省船舶的运营成本。

主要从以下几个方面进行研究。

1. 混合动力系统的组成与类型。

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3. 研究计划与安排

1.2020-03-15前提交开题报告;

2.2020-04-01前网上完成matlab软件的学习;

3.2020-05-01前完成混合动力系统的动态仿真模型建立的任务;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1].GilltaeRoh1, Hansung Kim1, Hyeonmin Jeon2 and Kyoungkuk Yoon3,*. “Fuel Consumption and CO2EmissionReductions of Ships Powered by a Fuel-Cell-Based Hybrid Power Source”

[2].李明,黎菁,段征. 船舶混合动力系统的研究[J].柴油机(3):32-34 38.

[3].席龙飞.船舶油电混合动力系统建模与仿真[D].上海交通大学.

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