076两栖攻击舰或采用中压直流电推系统 技术领先一代

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  来源:兵工科技

  近期,中国船舶工业集团708所发布了7批“XX6项目”的招标公告,该项目很可能是正在研制的新一代076型两栖攻击舰。从公开的招标信息和技术项目来看,新一代076型两栖攻击舰将采用多种新技术,其中动力系统和技术是人们关注的重点。在招标内容中,多次提到了21MW级燃气轮机、6MW级柴油机以及“J用中压直流”等研制项目,这表明076型两栖攻击舰动力的系统应该是以21兆瓦燃气轮机和6兆瓦柴油机为核心的综合电力推进系统。事实上,我国在舰船综合电力系统研究方面,已经走在了世界前列。

076两栖攻击舰或采用中压直流电推系统 技术领先一代

  076型两栖攻击舰采用综合电力系统,并不存在什么问题

  中压直流,领先一代

  所谓舰船综合电力系统,是指将传统舰船中相互独立的动力和电力两大系统合二为一,以电能的形式统一为推进负载、脉冲负载、通信、导航和日用设备等供电,实现了全舰能源的综合利用。相比于传统动力系统,舰船综合电力系统有助于提升舰船的优化设计、机动灵活性、操纵性、续航能力、使用寿命等,具有诸多优点,是未来舰船发展的必然趋势和方向。

  早在20世纪80年代,美国、英国等国就开始进行了综合电力系统的理论探索与关键技术研究,并取得了较大研究成果。中国在综合电力系统研究方面虽然起步较晚,但却后来者居上,走在了美、英等国前面。

  目前,美、英等国综合电力系统技术路线走的是中压交流,其已经比较成熟,技术风险小,但普遍存在设备体积和重量偏大、系统效率偏低、供电连续性不高等缺点。该系统比较适合对航速、体积、重量等要求不高的民用船舶,但对于对装机容量大、功率密度高、适装性好的军用舰船而言,则不是很适用。马伟明院士等认为,跟踪模仿美英等国的中压交流技术路线,则会严重制约我国综合电力系统的发展和海军实力的提升。

  于是,马伟明院士组建了我国第一个舰船综合电力技术国防科技重点实验室,带领团队经过研究,于2003年在世界上首先提出中压直流综合电力技术路线,采用二代综合电力系统的网络结构,为一代综合电力系统分系统设备供电,构成一代半舰船综合电力系统,开展了舰船综合电力技术基础研究与关键技术攻关。在设备层面,研制出了中压直流输电模块、高转矩密度推进模块、高功率密度燃气轮机发电模块、直流区域配电模块等;在系统层面,先后攻克了一代半舰船综合电力系统的电网结构理论、系统模型与仿真、并联机组功率均分、系统稳定性分析与控制、系统接口设计以及高功率瓶颈技术等,完成了一代半中压直流综合电力系统集成和性能试验,实现了我国舰船动力的跨越发展。

076两栖攻击舰或采用中压直流电推系统 技术领先一代

  马伟明院士对我国舰船综合电力系统的发展,做出了重要贡献

  相比于中压交流综合电力系统,中压直流综合电力系统由于取消了中压交流系统中的一些设备,实现了发动机转速不受交流频率限制,对原动机的调速性能要求也比较低,因而具有体积重量小、功率大、运行效率高、稳定性好、运行灵活等优点,对于军用舰船提高航速、隐身性、机动性、续航力等具有重要意义。

  同时,由于我国中压直流综合电力系统采用了环形网络区域配电和智能化管理技术,整个电力输送采用4—5kv直流电,从而避免了目前第一代中压交流综合电力系统所必须解决发电和负载两端交流频率、相位、振幅同步的问题,同时不产生电容电流损耗,整个系统位于各个区域的用电设备也不必考虑交流多相负载平衡的问题(面临战损时,可能因负载不平衡而导致全舰电力终断),极大的提高了整个系统的性能和抗损性。

  从梦想,走入现实

  现阶段,我国舰船综合电力系统通过不断发展,已经实现了从军用到民用领域的转变,并实现了应用。早在各种展会上,我国就相继出现了不少关于综合电力系统的相关产品与技术。

  例如,在2017年上海国际海事展上,中船重工第712研究所就展出了其自主知识产权的国产400V/690V和3300V/6600V船用推进电动机产品,还有与之配套的发电机组、移相变压器、推进变频器和侧推进系统。根据第712研究所公开资料显示,一直以来,712所坚持研制具有自主知识产权的国产电力推进系统核心设备。通过开展3兆瓦级和10兆瓦级电力推进系统集成及国产电力推进系统核心设备的研制,为军辅船提供了我国第一套低压690V、1000千瓦级全国产化电力推进系统及核心设备和我国第一套中压3300V、3000千瓦级全国产化电力推进系统及核心设备,填补了国内技术空白,并已批量交付多船套。同时,有鉴于民用船舶的电力推进系统核心设备长期处于被国外公司垄断的局面,2013年伊始,该所详细分析民用市场特点,利用军品技术积累,积极研制适合民用船舶电力推进核心设备。成功研制出20兆瓦以下民用船舶推进变频器、推进电机、空-水冷移相变压器、功率管理系统等产品。目前该所已具备低压690V,功率3兆瓦以下;中压3300V,功率10兆瓦以下的电力推进系统集成及核心设备系列化产品供货能力以及低压690V、中压3300V,功率20兆瓦以下的电力推进系统集成及核心设备供货能力。其中,690V电压等级系列化推进变频器是目前国内唯一取得CCS型式认可的船用变频器产品。

076两栖攻击舰或采用中压直流电推系统 技术领先一代

  近年来,我国在各种展会上展出不少关于综合电力推进系统的相关产品与技术,实现了从军用到民用领域的转变

  2014年5月,712所全国产电力推进系统击败国外企业获得4艘66米灯光围网渔船的供货合同,实现了该所国产电力推进系统关键设备在民用船舶领域首次且批量应用;10月,再次击败国外企业获得中铁大桥局3600吨起重船的供货合同;10月17日,针对海洋工程深水油田工程支持船研制的2800千瓦级国产电力推进系统及核心设备顺利完成陆上综合联调试验并获得用户方中海油田服务股份有限公司的好评;12月,该所全国产电力推进系统成功获得杭州应用声学研究所海上试验平台的供货合同。

  2018年5月,据新闻报道,中船重工712所承担的“船舶综合电力推进系统工程化技术研究”项目近日顺利通过工信部验收,这标志着中国已经完全具备了自主知识产权的低压、中压两个系列核心设备的生产能力。

  2020年7月,由中船重工下属的无锡赛思亿电气科技有限公司建造的“雄程天威1”风电运维船举行了隆重的交接船仪式。据悉,该船采用了六自由度波浪补偿登乘系统、低压直流综合电力推进系统、DP2动力定位系统和高频柴油机组等先进设备,其核心的直流母线变频配电设备、推进电机、发动机等全部实现了国产化。

076两栖攻击舰或采用中压直流电推系统 技术领先一代

  采用低压直流综合电力推进系统的“雄程天威1”风电运维船

  结语

  可见,我国在舰船综合电力方面已经走到了世界前列,并实现了应用,所以076采用综合电力系统,并不存在什么问题。

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