船用能源研究

滕春利，李晓江，孙 凯

91404部队装备部，河北秦皇岛 066200

船用能源研究

滕春利，李晓江，孙 凯

91404部队装备部，河北秦皇岛 066200

人类的发展进步离不开石油等传统能源，而这种能源是有限的且不可再生的，为了保证船用能源的持续性，发现新能源、利用新能源是现在社会发展急需解决的问题。本文着重对船用新能源进行了论述。

能源；电能；核能；氢能

0 引言

随着全球经济的发展，各国之间的贸易往来日益密切，船舶运输的需求量大增。以2007年的世界船舶制造为例。07年世界船舶的完工量为8 110万载重吨，其中中、日、韩三国的造船总量约占世界造船总量的90%，我国的造船完工量为1 893万载重吨，展世界造船总量的23%。此外，每年世界造船总量以7%～10%的速度增长[1]。船舶总量的增加，极大的增加了船舶行业对能源的需求。这些能源主要包括传统能源（柴油、汽油等）和新型能源（核能、太阳能等）。

1 传统能源

传统能源主要是指使用时间较长、使用较广的能源。根据传统能源的定义可知，船舶用传统能源主要有柴油和汽油，其中柴油是船舶的主要能源。

1.1 柴油

柴油通常也被称为油渣，是石油提炼的一种产物，主要由不同的碳氢化合物混合组成。此外，柴油的沸点较高，其中轻柴油沸点为180～370℃，重柴油沸点为350～410℃。柴油的这些特点，使它成为了船舶理想的动力源。

柴油作为船舶的动力源，具体的工作工程是这样的：柴油在柴油机的汽缸中燃烧，推动活塞做功，将柴油燃烧产生的能量转化为动能，最终推动船舶航行。目前，柴油是船舶使用的最主要的能源，较大型的船舶动力基本都来自柴油。使用柴油作为船舶的主要动力源，具有两个原因：1）与柴油有关的技术发展比较成熟，特别是船用柴油机的发展比较成熟，对柴油的使用效率，机器的输出功率、降低油耗等方面，有了很大发展。以MAN B&W生产的船用低速柴油机为例。在90年代初，MAN B&W公司推出了MC系列船用低速柴油机的更新系列MK5。与MC系列相比，MK5系列柴油机的最高爆发压力、活塞平均速度和平均有效压力都提高了，柴油机的功率也增加了（整机输出功率提高了5%～10%，个别柴油机的整机输出功率提高了15%），然而油耗却没有任何的增加[1]；2）目前，柴油资源相对丰富，购买容易，价格比较容易接受。

1.2 汽油

汽油也是石油提炼得到的一种产物。与柴油相比，构成汽油的碳氢等化合物的分子量比较小，沸点比较低，容易燃烧、价格比较贵。因此，汽油一般用作小型船舶的动力源。船舶上使用汽油的动地装置主要为发动机，其工作原理和柴油机基本相似，都为燃料（汽油或柴油）在汽缸中燃烧，然后将化学能转化为动能，然后推动船舶航行。

2 新型能源

石油是一种不可再生资源，其储量也是有限的。伴随着当今国际对石油资源的需求越来越大以及有关国家对石油资源出口的控制，通过石油提炼得到的柴油和汽油的价格不断攀升。这促使人们开始寻找新的能源来代替柴油和汽油给船舶提供动力。通过能源领域和船舶领域专家的多年努力，目前已经找到了一些可以替代传统能源或将来可以用于替代传统能源的新能源。这些新能源主要有电能、核能、氢能源等。

2.1 电能

1866年德国科学家西门子制造出了世界上第一台发电机，由此人们开始了对电能的利用。经过了一个多世纪的发展，电能已经被应用于船舶，并为船舶提供动力。

电能作为给船舶提供动力的能源之一，其工作原理为：由原动机带动发电机发电，产生电能，然后电能直接或经变流器供给推进电动机，电动机带通推进器旋转，使船舶运动[2]。与柴油机直接推动船舶运动相比，柴油发电机电力推进系统具有5大优点[3]： 1）采用电力推进系统后，自动化程度得以提高，控制方便，启动加速性好，制动快，大大提高了船舶的可操纵性，机动性好，安全可靠性得到提高；2）允许使用高速不可反转的热力发动机，从而降低了船舶动力装置的重量，动力系统功率重量比大大提高，这对机舱的灵活布置非常有利；3）采用电力推进后，辅助发电机的功率大大降低，甚至可以取消，这对机舱的优化布置非常有利，同时安全可靠性变好；4）在故障状态下，可以把发电机和推进电机断开，保障船舶的航行，从而具有较高的安全可靠性；5）采用电力推进系统后，可以获得所需要的推进电机机械特性，以满足不同航行工况的要求，这对主机以及船舶的经济性有利。

值得注意的是，将柴油产生的化学能转化为电能，再给船舶提供动力，具有使船舶机动性好、操作可靠性高和稳定等优点。毕竟电能是通过柴油燃烧来获的，燃烧会产生一些污染物，如SO2、NO2等。这类物质气体形式存在时，不仅污染环境，而且对人体的呼吸到危害极大；当SO2、NO2等与雨水相遇后，会形成酸雨，使土壤酸化。因此，人们应该利用别的清洁能源来获取电能。

2.2 核能

所谓核能就是有核燃料发生聚变或者是裂变产生的能量。科学研究表明，1kg可裂变物质铀完全分裂所产生的能量，相当于2 100t燃油充分燃烧后所得到的能量。这也就是说，核燃料所包含的能量，大体相当于本身重量210万倍的燃油的能量[4]。这些数据说明，核能作为船舶动力的潜能巨大。

过去的几十年来，人们对核能在船舶方面的利用展开了一系列的研究，并取得一定的成果，即核能已经用作船舶的推进动力。早在1962年，美国就建成了核动力船“萨娃娜”号。在1976年，该船进行的更远距离的远洋航行，到达了台湾、韩国及菲律宾等远东地区。1968年，德国建成了核动力矿石运输船“奥托汉”，这标志着核能在大型运输船上的应用，这为今后核能在大型船舶上的应用提供了借鉴。1974年，日本建造了核动力船“陆奥”号。俄罗斯则建造了9艘核动力破冰船。

2.3 氢能

氢能被认为是未来船舶推进的动力之一，主要理由有3点：1）氢能源丰富。地球上的水经过一定的技术处理后就能产生氢气，而地球上有着无穷尽的水资源。因此，地球上的氢能源机器丰富；2）氢的获取方法多样。氢能的获取可以通过对水进行处理获得、石油提炼也能得到氢能。另外还可以利用太阳能、风能等产生的二次能源来开采氢能；3）氢燃烧的产物不污染环境。氢气和氧气燃烧将化学能转化为动能，燃烧生成的产物为水。水不会污染环境。

氢能在船舶上的应用。目前氢能在船舶上的应用有两种方式，即氢燃料电池和氢燃料燃气涡轮机。氢燃料电池由于提供的能量不是很大，主要给小型船舶提供动力。另外，氢燃料电池安全可靠无污染，被用作豪华游艇的动力源。由英国南安普顿大学研制出来的氢燃料燃气涡轮机能够给船舶提供较大的动力。比如用氢燃料燃气涡轮机产生的能量，推动600箱位的集装箱船，船速可高达65节[5]。

目前，氢能源在船舶方面的应用研究才起步不久，仍有许多工作需要做。通过更多的研究，来寻找到适合利用氢能来推动船舶的动力转化装置。

3 结论

随着石油资源的不断减少，船用能源将会不断的向新能源过渡。然而，目前新能源的开发和使用技术还不成熟，对新能源的利用不充分。因此，人类应该投入更多的人力和物力对新能源进行研究，并将新能源用于船舶的推进系统，推动船舶远航。

[1]吴金源，等.船用柴油机产业发展研究[J].柴油机， 2009，5.

[2]樊印海.电力推进自动控制，1998.

[3]李楠.现代船舶电力推进系统的发展[J].中国水运， 2009，1.

[4]孙玉伟，严新平.民用船舶的核动力选择[J].绿色世界， 2010，4.

[5]王传荣.氢能——未来船舶的推进动力？[J].船舶与设 备，2007，3.

U677

A

1674-6708 （2010）25-0085-02

孙凯，助理工程师，工作单位：91404部队装备部，研究方向：舰船维修

李晓江，助理工程师，工作单位：91404部队装备部，研究方向：舰船维修