嘉兴南湖20 客位锂电池电力推进游船方案设计＊

方 舟，翁方勇，徐文豪

（1.嘉兴南洋职业技术学院，浙江 嘉兴 314031；2.嘉兴市金航船舶设计有限公司，浙江 嘉兴 314000）

浙江内河水系、湖泊的水上旅游资源丰富，乘坐游览船观光是湖上娱乐的重要项目之一，游船的需求量与日俱增。随着“两山”理论的提出，绿色发展的理念深入各行各业，以南湖、西湖、乌镇等热点景区为代表的水域，对于船舶污染排放的控制指标日益严格，湖泊管理单位大多要求湖区内零污染，鼓励使用电力推进船舶，并且很快将禁止使用带有污染排放的旅游船舶。嘉兴南湖景区现有在册营运游船近50 艘，暂无以清洁能源作为动力的船舶。由于柴油机推进船舶船型老旧、油耗高、排放严重超标、噪声污染大，南湖游船公司计划逐步将其淘汰。为此，本项目开展嘉兴市内河景区游船锂电池电力推进系统的首次实船应用研究。

1 船舶概况

本船为钢质、单底、单甲板、单机、单舵的旅游客船，采用画舫的船舶造型，用于嘉兴南湖风景名胜区的旅游接待任务。主要依据中华人民共和国海事局《船舶与海上设施法定检验规则》（内河小型船舶检验技术规则）（2016）及修改通报（2019），按C 级航区设计，属第5 类载客船舶。

船舶主尺度如下：最大船长LE=11.75 m，总长L0A=11.55 m，满载水线长Ls=11.15 m，垂线间长Lpp=10.66 m，总宽Boa=2.65 m，船宽B=2.45 m，型深D=1.00 m，设计吃水d=0.55 m。

2 船体设计

本船主甲板以下设#0、#4、#7、#18 共4 道水密舱壁，如图1 所示，将主船体分为：艉—#0 为艉尖舱，#0—#4 为机舱，#4—#7 为电池舱，#7—#18 为客舱，#18—艏为艏尖舱。主甲板以上依次为尾—#7 为尾甲板，设有仿古系桩、舱口盖等，其中#0—#7 设顶棚。客舱内设2 排座椅、2 个茶几和1 个茶水柜，其中#15—#18 右舷设驾驶椅和驾控台，驾驶室椅后面做屏风，屏风上面装电视机；客舱底部及两舷需填充发泡。#18—首为首甲板，设有水密人孔盖、仿古系桩等。

图1 南湖20 客位锂电池电力推进游船总布置图

结构形式采用横骨架式，船体材料采用CCSA 级船用钢材，甲板室采用钢架结构，外覆仿古菠萝格木材，全船露天及凉亭下面设菠萝格地板，护舷为橡胶护舷。甲板室的衬档、天花板为不燃材料或低播焰性的材料。

本船有固定码头停靠，设仿古系桩4 座，不设锚设备；系船索配三股丙纶索Φ14 两根，破断拉力大于29.89 kN，每根长30 m。救生设施配备救生圈2 只、救生衣29 件（其中船员2 件、儿童救生衣7 件、乘客20 件）。消防设施配置为机舱设5 kg 手提式干粉灭火器1 具和9 升泡沫灭火器1 具，客舱兼驾驶室设5 kg 手提式干粉灭火器共2 具、消防水桶2只、2 kg 手提式七氟丙烷灭火器4 具。

3 轮机设计

本船动力装置为额定功率5.5 kW、额定转速750 r/min的推进电机1 台，位于#2—#4 肋位之间，纵向布置于机舱中部。机舱内设置舱底水手摇泵1 台，可将艉尖舱、机舱、空舱、电池舱、首尖舱的舱底水从各自的吸入口，经吸入及排出阀件排至舷外。所有舱底水阀件和舷外排水口均配置止回阀件。尾尖舱、空舱、首尖舱均设空气管，并延伸至主甲板以上200 mm 高度。在机舱内设有1 台离心通风机，在尾部甲板设置1 台轴流通风机，用于机舱及电池舱内强制机械通风。供推进电机的电池组位于#4—#7 肋位间。

本船为单轴系，直接传动，推进电机通过可拆联轴节连接艉轴驱动螺旋桨。轴系位于机舱内中部，理论中心线与基线倾斜7°，且#-1高于基线60 mm。尾轴基本轴径为Φ38 mm，材料为#35 钢，总长约1 108.4 mm，尾轴采用油润滑艉密封装置。驾驶室内设有推进电机控遥装置，通过操纵台的手柄可实现调速、换向、起动和停车。正常航行时，由驾驶室对推进电机进行遥控操纵；发生故障时，可通过驾驶室与机舱的通讯，在机旁操作推进电机的起停、调速和换向。驾驶室操纵台还设有舵机操纵器、舵角指示器及其他电气仪表和开关等。

4 电气设计

本船选用的保证船舶安全航行所必需的电气设备和装置应持有船用产品证书或合格证或应经船舶检验机构认可。其中蓄电池和电缆需具有船用产品证书。电气设备安装，除特殊要求外，均按《船舶电气设备安装工艺规范》进行。

4.1 电制

锂电池电力系统和电力推进系统为DC110 V，直流绝缘系统。照明系统和助航、船内通讯、无线电系统为AC220 V，50 Hz，交流单相双线绝缘系统。

4.2 电源设备

4.2.1 锂电池组

全船共设有磷酸铁锂电池三簇，其中两簇磷酸铁锂电池组成一组电池组（1#），另一簇组成一组电池组（2#），作为全船主电源，由岸电充电桩对其进行充电。每组电池直流母线电压约为110 V，1#电池组容量为56 kW·h，2#电池组容量为28 kW·h，总容量84 kW·h，每组电池组均能满足船舶安全航行所必需的用电设备4 h 的供电要求。

4.2.2 逆变电源

全船日常用电由锂电池经逆变为AC220 V、50 Hz 交流电，逆变电源装置由锂电池系统厂家配套供应，输入电压DC110 V，输出电压AC220 V，额定功率5 kW。逆变电源设置具有欠压保护、过压保护、过载保护、短路保护等功能。

4.2.3 不间断电源（UPS）

本船设有不间断电源（UPS）（含电池）1 套，输入电压AC220 V，50 Hz，输出电压DC24 V，额定容量500 W，供电时间30 min。

4.3 配电设备

4.3.1 高压箱

本船配有高压箱1 台，由锂电池系统厂家配套供应。高压箱安装于机舱，内部设置有保护装置、域管理单元（BAMS）、电池簇管理单元（BMMS）、模块管理单元（BCMS）等。

4.3.2 直流电源箱

直流电源箱由直流母排、熔断器、岸电进线接触器等组成，其中直流母排用于连接电池电源以及岸电、推进负载、日用负载，熔断器设置在各支路上，对全船直流系统进行保护，为船舶直流母排提供稳定可靠的DC110 V 直流供电。

4.3.3 主配电板

本船设有主配电板1 块，用于对日常用电设备进行供电及保护。配电板根据需要配备电压表、电流表等测量仪表和转换开关、按钮和指示灯。测量仪表的精密度等级应不低于1.5 级。电流互感器的次级绕组应可靠接地。配电板设有电网绝缘检测装置，可对电网的绝缘进行检测。

4.3.4 电力推进控制系统

本船设有电力推进控制系统1 套，由推进控制电源箱、推进手柄、显示面板组成，能够控制推进电机的转速，依靠优化的人机操纵界面和完备的控制及保护策略，操纵人员能够安全、可靠、便捷地实现对船舶推进系统的各种操作。监测推进系统内所有设备的运行状态，确保推进系统的安全运行，并且将设备运行信息显示给操作人员。控制在正车和倒车时可从零速至全速连续调节。

4.3.5 综合控制系统（ICS）

本船采用直流系统，针对全船综合控制系统和推进控制系统采用一体化设计，统称为综合控制系统（ICS），其在控制功能和控制策略上对能量的产生、使用和调度进行一体化设计，将完成船舶控制的全自动化功能，系统能够监测系统内所有设备的运行状态，具备完整的保护功能，其中一些是用来防止推进系统内的设备过载的，另外一些是用来保护供电系统。当局部设备发生故障时，通过功率限制等快速保护功能切断故障点，确保船舶动力系统的安全、稳定运行。其在硬件上由两个主要部分组成：①综合控制箱。主要包含控制模块、电源模块、继电器、端子等，用于对整船的电气系统进行综合控制，同时参与推进支路的转速控制；具有对采集信号进行逻辑处理、配电和用电的管理、系统保护功能的实现、工况和负载的调配等功能。②远程控制站。主要包括触摸屏、操纵手柄、急停按钮、安装面板等，用于对全船电池、电力系统、推进系统进行监测、显示及操作。

4.4 照明系统

本船的各舱室照明应满足各舱室工作环境和居住环境的照度要求。对于不同区域采用不同的灯具，驾驶室、客舱采用顶灯， AC220V/8W/IP22； 室外采用舱顶灯，AC220V/13W/IP56。

4.5 通导设备

本船在驾驶室设有航行安全信息接收装置（船用收扩音机具备此功能）1 套，带调频收音功能，顶棚甲板设有25 W高音扬声器，驾驶室、客舱等设有1 W 扬声器。配有B 级自动识别系统（AIS）1 套，按船东要求设有船联网系统1 套。

4.6 信号设备

本船在驾控台上设有航行信号灯控制板1 块，具有断电检测和声光报警功能。航行灯根据规范要求设置，当航行灯发生故障时，航行信号灯控制板上对应的指示灯应发出闪光信号，同时能发出声响报警。

4.7 避雷与接地

本船在主桅顶上安装铜质的接闪器一根，直径为8 mm，并应至少高出桅顶或桅顶上电气设备300 mm，避雷针与船体进行可靠连接。全船所有设备（工作电压低于50 V 的除外）的金属外壳，除直接紧固在船体的金属结构上或坚固在与船体金属结构有可靠电气连接的底座上外，均要设专用导体进行可靠接地，接地材料及截面积均应符合规范要求。电缆的金属护套或金属外护层应作可靠接地，接地电阻均不超过0.02 Ω。接地必须按《船舶电气设备安装工艺规范》和《船舶电气设备和电缆接地工艺规范》要求进行施工。

5 总结和展望

通过本项目的研究和应用，在嘉兴南湖景区建设绿色旅游船舶示范工程，以绿色的理念擦亮“金色”的名片，践行“绿水青山就是金山银山”。经过积累使用经验，不断完善技术方案，为后续锂电池电力推进系统在内河游船上的推广应用提供技术支持，逐步实现景区游船的碳、硫等废气污染物及PM2.5颗粒物的零排放、零污染，同时降低船舶振动噪声，营造和谐、舒适的水上旅游环境。顺应国家和地方重大需求导向，有利于推动产业转型升级，对促进浙江省水上旅游业的健康、可持续发展具有显著的环保意义和社会效益。