新型船用轴带发电机的应用

王敬东

摘要：随着调频技术的成熟，主机轴带发电机技术优势凸显，有利于节能减排、设备管理。目前，此项技术还没有被广大管理者接受，没有在船上得到普遍使用，在此以自身的实践，介绍其在节能减排方面的优势，以期推广。

关键词：节能减排;维护简单;降低成本;减少配备

1轴带发电机系统

节能减排技术日新月异，船舶所有人不断尝试各种节能减排、降本增效的措施，其中新型船舶主机轴带发电机是热门选项。新型主机轴带发电机有以下几个优点：1.节能减排，充分利用船舶主机的冗余功率;2.维护方便，大幅度减少船舶发电柴油机的使用时间;3.可以减少发电柴油机的配备，节约了空间，大幅度减少发电柴油机的保养力度和保养所需备件物料。该设备初次投资费用较高，但是成本很快就能收回。

笔者曾有幸跟过阿拉伯航运1艘2012年韩国造13500TEU集装箱船，主机是MAN-B&W 12K98ME，该型船舶加装了主机轴带发电机，由于安装的是老款轴带，正常使用需从67rpm开始（据权威资料，现代最新款轴带可以从50rpm开始覆盖几乎可以正常运行的转速）。另外，该轮还使用了高效锅炉和燃气透平一起的组合发电机，以适应主机高速运行的工况。该轮还安装了柴油发电机原动机高效废气锅炉，保证了停泊状态主机和油柜的保温，确保了HFO的使用，减少了燃油辅锅炉使用时间和燃油消耗，充分显示了节能减排的效果。

在人们的印象中，传统的轴带发电机需要一个clutch啮合系统，而且主机转速是恒定的，随着调频技术的提高，这些已经成为历史。现代的轴带发电机是做在主机中间轴上的，不需要占用过大的空间。金陵船厂为ABB公司提供了首套“低速抱轴式”轴带发电机系统系统，包括轴带发电机、动力输出（PTO凌频器（ACS880）、变压器及远程诊断（RDS）系统，见图1。其他如瓦锡兰公司等也为一些船舶安装了“抱轴式”轴带发电机，见图2。

与传统的定速轴带发电机系统相比，抱轴式PTO系统不需要齿轮箱，减小了机械损耗的同时避免了传统方式下齿轮箱带来的维护成本。PTO系统通过变频器将电能输出至配电系统，可以实现在主机变速运行时，仍能向主电网输送符合电压和频率要求的电源，并能和柴油发电机组长期稳定并联运行。这使得主机可以根据航行l青况优化主机转速，降低了CO2的排放量，以优化船舶在每条航线的运行。当主机达到一定转速（例如约60%的额定转速），可以实现轴带发电机单独稳定供电运行。

2轴带发电机的优势

2.1节能减排

使用轴带发电机可以降低船舶CQ排放，船舶在选用主机时，要考虑功率储备。该储备通常达到额定功率的10%-15%。船舶主柴油机大部分时间在部分负荷下运行，而在低于75%-85%额定功率的低负荷下运行时，其经济性将下降，特别是现代大型集装箱船舶，实行经济航速，如果利用轴带发电机，可以使主机长时间在相对较高负荷下运行，从而使得主机具有更加良好的经济性。对于普通货船，其电站功率通常为主机额定功率的5%左右，轴带发电机完全能满足船舶正常航行的电力需求。主机轴带发电机因其良好的经济性而得到广泛应用。众所周知，低速机的效率往往高于中速机，现代船用主机大多使用低速机，特别是使用了智能柴油机，大大降低了油耗，使得每千瓦时耗油率低到170g左右（实船使用可能会略大一点），而现在使用的发电柴油机大多采用中速机，实际油耗通常不小于210g/kW.h时，实际每千瓦时油耗差值约为30-40g。现代主机冗余功率很大，若使用轴带发电机将提高主机效率，据权威估算使用轴带发电机一般情况下，可以在2-4年内收回投资成本（不包括节省配备一台柴油发电机组的成本），这一点在主机使用率高的集装箱班轮上尤其突出。现代大型万箱以上集装箱的拖动用电通常都在2 000kW以上，每天大概需要耗油量10t左右，如果使用主机轴带发电机，那么可以减少消耗接近20%，那么每天少用约接近2t燃油。权威资料显示，现代船舶使用轴带发电机通常是主机转速的60%-110%之间，也就是说大部分情况下可以考虑，最低稳定使用轴带发电机对应的主机负荷约为21.6%，这个转速非常接近我们的最低经济航速，在这种负荷下主机冗余功率更大，更便于使用轴带发电机。例如：12S90ME主机额定转速84.1rpm，可以使用轴带的转速为50.46rpm，因为新的调频调压技术被使用，超过这个转速均可使用轴带发电机。

2.2降低发电原动机备件物料和维护保养成本

使用轴带发电机维护简单，与使用柴油发电机相比大幅度减少了柴油发电原动机的使用时间，减轻了人员劳动强度，大大降低了发电原动机的备件和物料成本，降低了保养人工成本。现代大型集装箱未使用轴带的船舶，通常配4台发电机，使用轴带发电机的船舶，可以选配3台主柴油发电机，一般集装箱船每月平均一般在500-600h，除去机动航行和恶劣海况每月可以使用轴带发电机至少400h以上，也就是说，主发电机可以每月只使用不到一半的时间。这项综合效益还是比较可观的。

2.3改善了工作环境和条件，装有轴电发机的船舶能配备较小容量的發电机，有利于扩大机舱的空间、降低机舱温度并减少了机舱的噪声。

2.4轴带发电机维护简单，维护保养成本较低，由于辅助柴油发电机组总工作时间缩短，使用轴带发电机时，往往会减少1台辅机，对船舶得初投资会有一定的减轻。

综上所述，使用低速机轴带发电机大大的降低了船舶燃油的成本，大大降低主柴油发电机的备件物料和管理成本，利大于弊。目前，国内船舶公司使用轴带技术的船舶还不是很多，但我相信，新生事物会逐渐被人们接受和使用，这项技术就像主机气缸油电子注油和主机电喷技术一样会逐步进入船舶使用的主流，其实我们生活中的汽车（除了纯电动汽车）基本已经普及了轴带发电技术，相信不久的将来，船舶主机轴带发电机将被更多的船舶所有人所接受和利用。