船舶变频节能系统设计应用

曹万峰

大连测控技术研究所, 辽宁 大连 116000

摘要：船舶变频节能系统是通过控制船舶主电机的转速，实现船舶能源的高效利用和节能减排的技术。本文通过分析船舶变频节能系统的设计要点，探讨了船舶变频节能系统的应用策略，并优化和完善了现有船舶变频节能系统的设计。结果表明，船舶变频节能系统的设计和应用可以大大降低船舶的能耗和环境污染，提高船舶的动力性能，具有广阔的应用前景。

关键词：船舶变频节能系统；设计要点；能耗；环境污染

近年来，随着航运业的快速发展和全球贸易的增加，船舶的能耗和碳排放日益成为环境保护和可持续发展的重要挑战。船舶能源消耗主要来自发动机的燃烧和运行，而发动机在使用过程中存在着许多能源浪费的问题，如低效燃烧、过量供能和能量回收的缺失。为了减少船舶的能源消耗和碳排放，提高船舶的动力性能和运行效率，船舶变频节能系统应运而生。船舶变频节能系统是利用变频技术实现对船舶动力传动装置的精确控制，可以根据船舶不同负载的需求，合理分配和调整动力输出，减少能源的浪费和损耗。船舶变频节能系统的设计和应用涉及船舶动力传动系统、电源控制系统、变频器选择和定位、能量管理等多个方面。通过合理选择和配置变频器，可以实现船舶动力传动装置的实时调节和高效运行，提高能量利用率；通过能量管理系统的智能化控制和优化，可以实现船舶能源消耗的监测和管理，进一步提高船舶的能源利用效率。随着科技的发展和船舶变频节能系统的不断完善，船舶的能源消耗和碳排放得到了有效控制，并取得了一定的节能和环保效果。然而，船舶变频节能系统在设计和应用过程中仍面临一些挑战和问题，例如系统的稳定性、可靠性和安全性，变频器的选择和调试，节能效果的评估和验证等。因此，针对船舶变频节能系统的研究和优化，对于推动船舶能源节约和环境保护具有重要意义。

1. 船舶变频节能系统设计要点

船舶变频节能系统的设计要点包括主电机选择、变频器选择、传感器选择、控制算法设计以及系统的可靠性考虑。主电机选择是船舶变频节能系统设计的关键，主电机应具备高效节能、低噪声和可靠性高的特点，以满足船舶的运行需求。在选择主电机时，应综合考虑功率因数、效率、起动特性等因素。变频器的选择对船舶变频节能系统的性能起到决定性的作用，变频器应具有高效节能、响应速度快、输出稳定等特点，以实现对主电机的精确控制。同时，还需要考虑变频系统的负载容量、电气安全、无功功率补偿等方面的设计。传感器的选择也是船舶变频节能系统设计的重要环节，传感器能够感知主电机的状态和运行情况，在不同工况下提供精确的反馈信号，用于控制算法的优化和故障检测。传感器的类型和数量应根据系统的需求进行选择，并考虑其价格、可靠性和维护成本等因素。系统的可靠性考虑是船舶变频节能系统设计不可忽视的因素，船舶变频节能系统在复杂海上环境中工作，因此对系统的可靠性要求较高。设计时应考虑到系统的容错能力、备份措施和故障自诊断等功能，以提高系统的可靠性和稳定性。

2. 船舶变频节能系统设计应用策略

2.1 船舶变频节能系统的优化设计

船舶变频节能系统的优化设计可以在多个方面提高系统的能效和性能。通过对电气网络的结构进行优化，可以减少能量的损耗和传输的阻力，从而提高整个系统的效能。例如，采用合理的电网结构布局，可以减少电流的损耗和电压降低，从而降低系统的能耗。其次，控制策略的优化对提高系统的能效和性能也起着至关重要的作用。通过采用先进的控制算法和策略，可以实现对系统运行状态的精确监控和调控，提高能量的利用效率和系统的稳定性[1]。例如，采用模型预测控制（MPC）算法可以实现对系统负载的预测和响应，从而优化系统的负载分配，避免能量的浪费和能耗的增加。此外，传感器布置的优化也对系统的能效和性能有着重要的影响。合理的传感器布置可以提供准确的系统状态和运行参数的反馈信息，从而实现对系统的有效监测和控制。例如，合理布置温度传感器和流量传感器可以实时监测系统的温度和流量情况，从而及时调整系统的工作状态，优化能量的利用效率。通过综合优化船舶变频节能系统的电气网络拓扑结构、控制策略和传感器布置，可以降低能耗，提高系统的稳定性和可靠性。这将不仅为船舶提供更加高效和可靠的能源供应，同时也将对环境保护做出积极贡献。

2.2合理的控制策略和运行模式

在设计船舶变频节能系统时，合理的控制策略和运行模式是非常重要的，能够最大限度地降低船舶的能耗，并确保系统的安全稳定运行。节能运行策略包括负载控制策略、功率优化控制策略和最优速度控制策略等方面。然而，这些控制策略需要根据具体船舶的特点和运营需求进行定制。通过合理地控制负载，可以避免过载和低负载导致的能耗浪费。根据船舶的负载需求和变频器的容量，设计一个适当的负载控制策略，确保变频器在运行时始终处于最佳工作状态，以达到节能的效果[2]。在设计船舶的变频节能系统时，应考虑到不同设备的功率需求，并根据实际情况进行功率优化。通过合理地配置设备的运行顺序和频率，以及优化电流和电压的调节，可以降低系统的能耗，提高变频器的效率，从而实现节能的目的。船舶在不同工况下需要不同的速度来满足运营需求，但过高或过低的速度都会增加能耗。因此，根据船舶的特点和运营需求，设计一个最优速度控制策略，使船舶在不同工况下能够以最佳速度运行，从而最大限度地降低能耗。

2.3建立良好的监测与维护体系

在船舶变频节能系统的设计应用中，建立良好的监测与维护体系是至关重要的。监测与维护体系可以帮助船舶管理人员及时发现系统故障或问题，并采取相应的措施进行修复和维护，保证系统的正常运行和高效节能。要建立良好的监测体系，可以采用先进的传感器和监测设备对船舶变频节能系统进行实时监测。这些监测设备可以监测系统的各项参数，如温度、电流、电压等，以及系统运行的状态和性能。监测设备应该具有高精度、高可靠性和低能耗的特点，可以通过无线通信或有线信号传输将监测数据传送到船舶的控制室或数据中心。监测数据可以通过数据分析和处理，为船舶管理人员提供实时的状态信息和性能分析，以便他们能够及时发现系统的异常情况，并采取相应的措施进行处理[3]。要建立良好的维护体系，包括定期维护和预防性维护。定期维护是指按照一定的维护计划和维护周期对船舶变频节能系统进行例行检查和保养。这包括对系统各个部件的检查、清洁和润滑，以及对系统的各项参数进行校准和调整。定期维护可以帮助船舶管理人员及时发现系统的潜在问题，防止故障的发生或扩大。预防性维护是指在系统正常运行的基础上，采取一系列预防措施，避免系统故障和损坏。这包括定期更换易损件和老化零部件，加强系统的防护措施，如防水、防尘和防腐蚀等。预防性维护可以帮助延长系统的使用寿命，减少维修和更换成本，提高系统的可靠性和稳定性。此外，建立良好的监测与维护体系还需要培训技术人员，提高他们的监测和维护能力。培训内容可以包括系统的基本原理、监测设备的使用和维护方法等。通过培训，技术人员可以熟悉系统的运行特点，并能够独立进行监测和维护工作，提高系统的可用性和维护效率。

3 结束语

船舶变频节能系统作为降低船舶能耗和环境污染的重要技术手段，在航运业中具有广泛的应用前景。本文通过分析船舶变频节能系统的设计要点和应用策略，探讨了如何优化船舶变频节能系统的设计，并提出了相应的应用策略。船舶变频节能系统的设计和应用可以大大降低船舶的能耗和环境污染，提高船舶的动力性能，具有重要的经济和环保意义。

参考文献

[1]董庆全,闻涛.渔业船舶变频节能系统设计应用[J].山东工业技术,2017,(18):146-147.

[2]张达,朱剑鹏.船舶冷却水系统节能设计研究[J].中国设备工程,2017,(04):116-117.

[3]房硕,庄伟,段征等.变频节能在船舶冷却水系统中的应用[J].机电设备,2016,33(05):15-19.