新時達變頻器 在船舶直驅(qū)軸帶發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

　　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，強制實施。

　　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 價比高的方案。

　　基于直驅(qū)軸帶發(fā)電技術(shù)需求，上海新時達開發(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)動機來驅(qū)動軸帶發(fā) 電機，利用主發(fā)動機的富裕功率進行發(fā)電，從而替代船上輔 助發(fā)電機發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)在幾乎不提高主發(fā)動機能耗基礎(chǔ) 上，直接減掉了輔助發(fā)電機能耗，從而達到幫助船舶實現(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)動機的低速 動能轉(zhuǎn)換為高速動能，驅(qū)動高速同步發(fā)電機發(fā)電。該技術(shù)優(yōu) 點是發(fā)電機尺寸小、成本低，但存在齒輪箱易磨損、維護成 本高和機械應(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)電機的轉(zhuǎn)速范圍，影響了主發(fā)動機效能的發(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)動機直接驅(qū)動同軸軸帶發(fā)電機進行電力生成，這一設(shè)計簡化了傳動結(jié)構(gòu)，省去了傳統(tǒng)系統(tǒng)中的齒輪箱，從 而減少了日 常機械維護和保養(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，還顯著擴展了軸發(fā)系統(tǒng)能夠適應(yīng)的 主發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍，增強了其在不同工況下的適應(yīng)性與穩(wěn)定 性。這種創(chuàng)新配置使得整個發(fā)電過程更加高效、可靠，并且 降低了長期運營成本。

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，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認證要求，產(chǎn)品目前已經(jīng)通過中國船級社認證。

圖 3 AS710M 系列變頻器

　　3 技術(shù)特點|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，穩(wěn)定性高;

　　· PWM全控整流技術(shù)

　　變頻器在1.8倍主發(fā)動機轉(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，手動合閘操作下近似0安培電流 沖擊;

　　· 長時在線組網(wǎng)技術(shù)

　　采用虛擬同步發(fā)電機控制技術(shù)，實現(xiàn)與輔助發(fā)電機長時 組網(wǎng)運行，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，最大輸出功率可拓 展至6.4MW。

　　4 實船應(yīng)用|新時達&江蘇源上船舶

　　新時達聯(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提供了解決方案。

　　系統(tǒng)各項功能、性能指標均滿足船方要求，船上主要完 成的性能試驗項目如下：

　　· 軸發(fā)與輔發(fā)長時組網(wǎng)試驗;

　　· 1.42倍轉(zhuǎn)速范圍全船供電試驗;

　　· 壓載泵突加、突減試驗;

　　· 主發(fā)動機轉(zhuǎn)速速降試驗

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)約費用5000元左右，預(yù)計一年可節(jié)約 125萬元(按照全年運行250天)。軸帶發(fā)電的應(yīng)用，給船 東帶來的經(jīng)濟效益非常顯著，同時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)計全年減少二 氧化碳排放200噸，環(huán)保價值非?？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日的全球強制實施，軸帶發(fā)電作為一種投資性 價比高、減排效果顯著、系統(tǒng)架構(gòu)簡單的方案，即可以幫助 船東輕松實現(xiàn)減排目標，又能幫助船東輕松實現(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，新時達團隊在 產(chǎn)品方案設(shè)計、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?shù)慕?jīng)驗。新時達AS710M系列變頻器，在打造全球綠 色航運方面，將大有作為。