國際海事組織(IMO)規(guī)定自2023年1月1日起，“MARPOL 附則VI-防止船舶造成空氣污染規(guī)則”的修正案，強(qiáng)制實(shí)施。

　　部分船舶已經(jīng)開始采用新的技術(shù)或者裝備來提高能效、 減少排放，其中船舶軸帶發(fā)電技術(shù)是一種架構(gòu)簡單、投資性 價(jià)比高的方案。

　　基于直驅(qū)軸帶發(fā)電技術(shù)需求，上海新時(shí)達(dá)開發(fā)了AS710M 系列變頻器作為軸帶發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。這是一款共直 流母線架構(gòu)的水冷散熱工程傳動(dòng)變頻器產(chǎn)品。

　　1 提效減排|軸帶發(fā)電技術(shù)

　　船舶軸帶發(fā)電技術(shù)，是由船舶主發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)軸帶發(fā) 電機(jī)，利用主發(fā)動(dòng)機(jī)的富裕功率進(jìn)行發(fā)電，從而替代船上輔 助發(fā)電機(jī)發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)在幾乎不提高主發(fā)動(dòng)機(jī)能耗基礎(chǔ) 上，直接減掉了輔助發(fā)電機(jī)能耗，從而達(dá)到幫助船舶實(shí)現(xiàn)節(jié) 能、減排的目的。

　　目前主流的軸帶發(fā)電技術(shù)有兩種：齒輪箱升速軸帶發(fā)電 技術(shù)和直驅(qū)軸帶發(fā)電技術(shù)。

　　(1)齒輪箱升速軸帶發(fā)電技術(shù)

　　齒輪箱升速軸帶發(fā)電技術(shù)通過齒輪箱將主發(fā)動(dòng)機(jī)的低速 動(dòng)能轉(zhuǎn)換為高速動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)高速同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。該技術(shù)優(yōu) 點(diǎn)是發(fā)電機(jī)尺寸小、成本低，但存在齒輪箱易磨損、維護(hù)成 本高和機(jī)械應(yīng)力大等問題。此外，常用的不控整流變頻器限 制了軸帶發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，影響了主發(fā)動(dòng)機(jī)效能的發(fā)揮。

圖 1 齒輪箱升速軸帶發(fā)電

　　(2)直驅(qū)軸帶發(fā)電技術(shù)

　　采用主發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)同軸軸帶發(fā)電機(jī)進(jìn)行電力生成，這一設(shè)計(jì)簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，省去了傳統(tǒng)系統(tǒng)中的齒輪箱，從 而減少了日 常機(jī)械維護(hù)和保養(yǎng)的需求。

　　此外，該方案中的變頻器采用了全控整流技術(shù)，這不僅 提高了系統(tǒng)的整體效率，還顯著擴(kuò)展了軸發(fā)系統(tǒng)能夠適應(yīng)的 主發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍，增強(qiáng)了其在不同工況下的適應(yīng)性與穩(wěn)定 性。這種創(chuàng)新配置使得整個(gè)發(fā)電過程更加高效、可靠，并且 降低了長期運(yùn)營成本。

圖 2 直驅(qū)軸帶發(fā)電

　　2 AS710M|直驅(qū)軸發(fā)技術(shù)核心部件(圖3)

　　采用模塊化設(shè)計(jì)，有采用可控硅的三相全橋整流單元， 有采用IGBT器件的三相全橋逆變單元，可以通過靈活的單元組 合，配置成兩象限變頻器、四象限變頻器或者多傳動(dòng)變頻器。

　　其控制單元可以搭載多種類型的控制算法，可以滿足從 船舶發(fā)電側(cè)到用電側(cè)的各種場景應(yīng)用。

　　滿足CE認(rèn)證要求，產(chǎn)品目前已經(jīng)通過中國船級社認(rèn)證。

圖 3 AS710M 系列變頻器

　　3 技術(shù)特點(diǎn)|AS710M系列變頻器

　　· 無編碼器控制技術(shù)

　　AS710M系列變頻器采用轉(zhuǎn)子角度自適應(yīng)控制算法，無 需速度傳感器，直接啟動(dòng)，穩(wěn)定性高;

　　· PWM全控整流技術(shù)

　　變頻器在1.8倍主發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定直流電， 保證高質(zhì)量三相交流電壓;

　　· 并網(wǎng)沖擊電流小(圖4)

　　優(yōu)化的并網(wǎng)控制環(huán)路，手動(dòng)合閘操作下近似0安培電流 沖擊;

　　· 長時(shí)在線組網(wǎng)技術(shù)

　　采用虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與輔助發(fā)電機(jī)長時(shí) 組網(wǎng)運(yùn)行，降低軸發(fā)工作應(yīng)力，延長使用壽命;

　　· 功率拓展方便(圖5)

　　采用共直流母線架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，最大輸出功率可拓 展至6.4MW。

　　4 實(shí)船應(yīng)用|新時(shí)達(dá)&江蘇源上船舶

　　新時(shí)達(dá)聯(lián)合江蘇源上船舶電氣有限公司，以AS710M變 頻器單元作為核心功率變換器件，共同研發(fā)了船用永磁軸帶 發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)已裝船并成功試航、通過驗(yàn)收。該成果符合 國際海事組織關(guān)于MARPOL附則VI修正案的倡議，符合國家 “雙碳”戰(zhàn)略，為打造全球綠色航運(yùn)提供了解決方案。

　　系統(tǒng)各項(xiàng)功能、性能指標(biāo)均滿足船方要求，船上主要完 成的性能試驗(yàn)項(xiàng)目如下：

　　· 軸發(fā)與輔發(fā)長時(shí)組網(wǎng)試驗(yàn);

　　· 1.42倍轉(zhuǎn)速范圍全船供電試驗(yàn);

　　· 壓載泵突加、突減試驗(yàn);

　　· 主發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速速降試驗(yàn)

圖 7 軸發(fā)變頻柜

　　根據(jù)船方提供的數(shù)據(jù)，安裝軸帶發(fā)電系統(tǒng)后，每天平均 節(jié)約燃油1噸，每天節(jié)約費(fèi)用5000元左右，預(yù)計(jì)一年可節(jié)約 125萬元(按照全年運(yùn)行250天)。軸帶發(fā)電的應(yīng)用，給船 東帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，同時(shí)對減少碳排放也具有顯著 效果。每噸重油大概產(chǎn)生二氧化碳0.8噸，預(yù)計(jì)全年減少二 氧化碳排放200噸，環(huán)保價(jià)值非?？捎^。

　　隨著國際海事組織(IMO)MARPOL附則VI-修正案法規(guī) 在2023年1月1日的全球強(qiáng)制實(shí)施，軸帶發(fā)電作為一種投資性 價(jià)比高、減排效果顯著、系統(tǒng)架構(gòu)簡單的方案，即可以幫助 船東輕松實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，又能幫助船東輕松實(shí)現(xiàn)利潤創(chuàng)收。

　　在軸帶發(fā)電這種非常復(fù)雜的技術(shù)應(yīng)用中，新時(shí)達(dá)團(tuán)隊(duì)在 產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場調(diào)試、內(nèi)部生產(chǎn)及質(zhì)量管理方面都具備 了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。新時(shí)達(dá)AS710M系列變頻器，在打造全球綠 色航運(yùn)方面，將大有作為。