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鱼和熊掌都要!我国竟研制出2种全电推进系统,美国已大幅度落后

 fjgsd 2022-07-18 发表于广东

说起船舶电力推进系统,很多人第一时间就会想起英国的45型驱逐舰、美国的DDG-1000驱逐舰,它们采用的是与众不同的全电推进系统。

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英国45型驱逐舰

相比传统机械传动系统,全电推进系统在能效、体积、重量、成本等方面均具有十分明显的优势。

1、相比传统机械传动系统,全电推进系统能效提升114%以上。

传统的船舶动力系统,无论是常规动力还是核动力,都是将燃料的化学能转化为机械能,然后将其分配给船上的设备进行推进、发电和弹射。这种动力系统最大的不足之处在于需要庞大且精密昂贵的机械传动系统,低速航行时效率低下。美国的研究数据表明,相比传统机械传动系统,第一代全电推进系统的能效可提升114%以上。

这就意味着,同等重量的燃料,采用全电推进系统的续航里程可以更长,这将大大提升其持续作战能力。

2、相比传统机械传动系统,全电推进系统更加简洁,布置更加灵活,成本更低。

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全电推进系统组成示意图

所有船舶即使不在航行时也需要电力,因此,所有船舶都必须配备发电系统。通常来说,传统船舶动力至少要有一组发动机用于发电,为船舶提供电力,而另一组发动机则通过庞大且昂贵的机械传动系统驱动船舶的螺旋桨,从而推动船舶前进。与传统船舶动力系统相比,全电推进系统中所有发动机都被用于产生电力,并通过导线将电力分配给船上的用电设备,以此减少了船舶所需发动机的数量,从而降低了造价和维护成本。采用这种新式动力推进系统的船舶的螺旋桨不再由机械动力驱动,而是采用电动机驱动,这样就大大简化了整个动力系统,从而降低整个动力系统体积、重量、成本,同时布置也更加灵活。

除了上述两点之外,全电推进系统还具有噪音较低的优点,有利于军用船舶躲避敌方声呐探测或者鱼雷攻击。

相比英美两国只研制出第一代全电推进系统,我国竟然已经研制出两种全电推进系统。

说起全电推进系统,欧美国家一度遥遥领先我国20年以上,却没想到,我国竟然培养出一位世界级院士,跳过第一代全电推进系统,直接研制第二代全电推进系统,一步到位实现了我国舰船动力从落后到引领的跨越。

第一代全电推进系统和第二代全电推进系统的主要不同之处在于电力传输模式不同,前者采用中压交流电,后者采用中压直流电。

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英国45型驱逐舰电力推进系统原理示意图

资料显示,2006年2月1日,英国45型驱逐舰首舰勇敢号下水,2009年07月23日服役。2013年10月28日,美国DDG1000型驱逐舰首舰朱姆沃尔特号在马里兰州巴斯钢铁造船厂下水,但直到2020年4月25日,第一艘朱姆沃尔特级14500吨隐身大驱逐舰才正式服役。

这两型驱逐舰分别代表了英国和美国驱逐舰最新技术,都采用第一代全电推进系统。然而,不论是英国的45型驱逐舰还是美国的DDG1000都故障频发。根据英国公布的数据,2011年至2015年间,英国勇敢号驱逐舰总计出现967次故障!目前英国皇家海军拥有的6艘45型驱逐舰无一例外都故障频发,搞得英国海军怨声载道。无独有偶,美国的DDG1000同样故障频发,甚至在途径繁忙的巴拿马运河时因电力故障抛锚,同样搞得美国海军狼狈不堪。如今美国海军已经放弃DDG1000,转而继续改进阿利伯克级驱逐舰。2021年6月5日,其最新改型阿利·伯克Ⅲ型驱逐舰首舰“杰克·H·卢卡斯”号在美国亨廷顿·英格尔斯造船厂下水。

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外表已锈迹斑斑的DDG1000驱逐舰

或许是因为看到第一代全电推进系统可靠性较差的毛病,我国在马伟明院士的带领下,竟然直接跳过第一代全电推进系统,直接研制第二代全电推进系统。

2014年11月11日,《中国科学报》发布了一篇名为《中国工程院院士马伟明:综合电力系统成船舶动力第三次革命》的文章,文中提到:

海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室提出一二代混合的综合电力系统技术方案,牵头并联合国内船电行业优势单位,构建了中压直流综合电力系统,同时完成全系统联调试验,使我国成为世界上首个实现中压直流综合电力系统的国家。

这说明,最晚在2014年底我国就已经突破了中压直流综合电力系统关键技术,即第二代全电推进系统。相比之下,美国计划于2030年研制出第二代全电推进系统。这说明我国的第二代全电推进系统领先美国15年以上!

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2017年,马伟明院士在接受记者采访表示我国全电推进系统领先美国

我国向来都是先军后民,在研制出第二代全电推进系统,满足军用船舶新式动力需求后,我国紧接着又研制出第一代全电推进系统。

虽然我国一开始跳过第一代全电推进系统,但并不代表我国放弃这种全电推进系统。毕竟第一代全电推进系统相比第二代全电推进系统具有成本优势,虽然其装机容量、功率密度均不如第二代全电推进系统,但民用船舶对这两方面要求远比军用船舶更低。因此第一代全电推进系统用在民用船舶上绰绰有余,还能降低成本,且不会出现军用船舶那样的可靠性差毛病,国内相关专业文章也证实了这点。

2014年11月11日,《中国科学报》发布了一篇名为《中国工程院院士马伟明:综合电力系统成船舶动力第三次革命》的文章,文中提到:

马伟明介绍说,我国综合电力系统的发展以“十五”为起点,通过初期探索,形成了系统概念方案、主要设备和全系统的目标图像,明确了综合电力系统的技术发展路线,即军用舰船要求装机容量大、功率密度高、适装性好,应优先采用中压直流综合电力系统;民用船舶要求建造成本低,现阶段宜优先采用中压交流或低压交流综合电力系统。

2022年7月8日,《国际船舶网》发布了一篇名为《七一二所签订甲板运输船5兆瓦级中压电力推进系统订单》的文章,文中提到:

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采用5兆瓦级中压电力推进系统的甲板运输船效果图

船长186.7米,型宽46米,型深10米,设计吃水排水量36100吨,双机、双桨、双舵,配置六台2200千瓦主发电机组,采用6.6kV/50Hz中性点高阻接地绝缘系统

从这段表述中的6.6kV/50Hz中性点高阻接地绝缘系统来看,这种电力系统采用的就是交流电,因此,从该文报道来看,七一二所已经研制出5兆瓦级中压电力推进系统!这标志着我国不仅掌握领先美国至少15年的第二代全电推进系统,就连第一代全电推进系统也已经发展成熟!由此可见,我国在全电推进技术领域的总体实力已经大幅度超过美国!

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