【摘要】：隨著船舶航運業(yè)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格以及排放控制區(qū)的擴(kuò)大,以柴油機(jī)為核心的傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)其整體效率提升困難且難以滿足愈加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),而船舶混合動力系統(tǒng)充分利用多能源互補(bǔ)的優(yōu)勢,通過采用清潔燃料以及對發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷范圍內(nèi)的優(yōu)化匹配,可以使發(fā)動機(jī)始終工作在高效率區(qū),能夠有效提升系統(tǒng)效率并大幅降低排放。本文提出了一種船舶并聯(lián)式氣電混合動力系統(tǒng),并針對系統(tǒng)的設(shè)計選型、匹配優(yōu)化、能量管理策略等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,為該系統(tǒng)的工程化應(yīng)用提供理論依據(jù)。首先,進(jìn)行系統(tǒng)總體方案的概念設(shè)計,提出一種船舶并聯(lián)式氣電混合動力系統(tǒng)方案,并針對該系統(tǒng)的適用船型進(jìn)行匹配選型,而后在Simulink平臺上建立系統(tǒng)的仿真模型,其主要包括天然氣發(fā)動機(jī)模型、電動機(jī)模式和發(fā)電機(jī)模式下的永磁同步可逆電機(jī)模型、磷酸鐵鋰蓄電池組模型、簡化后的離合器和齒輪箱模型、螺旋槳模型、電力變換裝置模型、動力分配控制器模型以及能量管理策略模型等。其次,根據(jù)船舶混合動力系統(tǒng)的運行特點選取適用于系統(tǒng)研究的循環(huán)工況,又以港口拖船為例設(shè)計船舶的運行循環(huán)。計算得到系統(tǒng)中蓄電池的平均儲能效率,并對系統(tǒng)在不同推進(jìn)模式下的能量流進(jìn)行分析。對系統(tǒng)在不同工況、不同功率比下的機(jī)械推進(jìn)、電力推進(jìn)以及儲能電力推進(jìn)效率及其感度和系統(tǒng)總推進(jìn)效率及其提升進(jìn)行研究。結(jié)果表明,系統(tǒng)在高負(fù)荷和轉(zhuǎn)速工況下總推進(jìn)效率減小,但隨著負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的降低總推進(jìn)效率增大,當(dāng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速越低時總推進(jìn)效率提升越大。最后,為系統(tǒng)設(shè)計一種基于邏輯門限的能量管理策略,同時利用等效能耗最優(yōu)算法優(yōu)化邏輯門限邊界,繪制能量管理策略流程圖。對系統(tǒng)在不同工況、不同混合度下的能量效率和節(jié)能率進(jìn)行研究,并以港口拖船為例評價系統(tǒng)的實際節(jié)能效果。結(jié)果表明,系統(tǒng)混合度大于0.25時節(jié)能效果較好,且當(dāng)系統(tǒng)混合度為0.25~0.35時綜合節(jié)能效果及綜合性能更好。本文所得結(jié)論可為船舶并聯(lián)式氣電混合動力系統(tǒng)的設(shè)計選型、匹配優(yōu)化、能量管理策略等關(guān)鍵技術(shù)提供理論依據(jù)。
【圖文】：

問題急需解決，同時國際海事組織（InternationalMaritimeOrganization，IMO）家都出臺了相應(yīng)的政策和法規(guī)來嚴(yán)格限制船舶排放，在船舶純電力推進(jìn)技術(shù)尚矛盾下，船舶混合動力技術(shù)將成為船舶動力系統(tǒng)從傳統(tǒng)柴油機(jī)推進(jìn)過渡到綠色靠性解決方案。.1 EEDI 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)如今中國占據(jù)全球溫室氣體排放量的 24%，，且全球溫室氣體排放量居第一位節(jié)能減排、綠色發(fā)展的目標(biāo)，在 2009 年哥本哈根會議上，中國政府對全世界020 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值 CO2排放量比 2005 年下降 40～45%的承諾，并提出標(biāo)作為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的中長期規(guī)劃的約束性指標(biāo)[1]。大噸位、高排量使得船舶成為 CO2主要排放源之一，船舶能效設(shè)計指數(shù)（EciencyDesignIndex，EEDI）是以 CO2換算排量為指標(biāo)來衡量船舶能量消耗和有少的比例指數(shù)，如圖 1.1 所示，該設(shè)計參數(shù)是衡量船舶的設(shè)計水平和建造水平標(biāo)：EEDI 越大，船舶能效則越低，反映出船舶能耗越高[2-3]。

國內(nèi)排放控制區(qū)范圍對比圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U664.1

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