一、艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)電力和動(dòng)力兩大系統(tǒng)有機(jī)融合

　　艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)始于20 世紀(jì)90年代中期，實(shí)現(xiàn)了艦船電力和動(dòng)力兩大系統(tǒng)年代中期，實(shí)現(xiàn)了艦船電力和動(dòng)力兩大系統(tǒng)的融合。20世紀(jì)90年代末至本世紀(jì)初，美英等國(guó)陸續(xù)完成陸上系統(tǒng)演示驗(yàn)證并開(kāi)始進(jìn)行工程應(yīng)用。綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)為推進(jìn)系統(tǒng)、高能武器系統(tǒng)、通信、導(dǎo)航與探測(cè)系統(tǒng)和日用設(shè)備等提供電能，實(shí)現(xiàn)了全艦?zāi)茉唇y(tǒng)一供應(yīng)、分配、使用和管理，是全電化艦船的標(biāo)志。

軍用艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)

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　　綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)給艦船動(dòng)力系統(tǒng)帶來(lái)了兩大主要變化。其一，綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的減速齒輪箱和長(zhǎng)軸系，以電氣連接取而代之，也不再要求將原動(dòng)機(jī)和螺旋槳布置在同一軸線上。其二，綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)可整合并合理分配全船各分系統(tǒng)的能量，滿足在極短的時(shí)間內(nèi)提供高能武器發(fā)射所需高品質(zhì)、大容量的電能，適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的需要，這是傳統(tǒng)電站無(wú)法比擬的。

艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)途徑

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　　艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)包含電能產(chǎn)生、分配、管理、功率變換、電力推進(jìn)系統(tǒng)和艦載用電設(shè)備等環(huán)節(jié) 。由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力通過(guò)電纜送到一個(gè)配電裝置，該配電裝置將電力分為兩個(gè)配電系統(tǒng)：一個(gè)用于艦船推進(jìn)，一個(gè)用于其它用電負(fù)荷。配電裝置可以時(shí)刻改變兩個(gè)系統(tǒng)間的功率分配以滿足艦船變化的負(fù)荷需求。艦船推進(jìn)系統(tǒng)用電通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，能夠轉(zhuǎn)換為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需的電壓和頻率，從而使得推進(jìn)電動(dòng)機(jī)以合適的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)推進(jìn)器，推進(jìn)艦船在水中航行。

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要組成部分及作用

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　　綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)按照電制不同，主要可分為交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)。由于交流設(shè)備的可用現(xiàn)貨更多，因此采用交流系統(tǒng)所需資金投入和生命周期成本更少，目前綜合電力推進(jìn)的工程應(yīng)用中交流系統(tǒng)應(yīng)用居多。但是直流系統(tǒng)具有震動(dòng)和噪聲低等優(yōu)勢(shì)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，還可根據(jù)綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的電壓等級(jí)將其劃分為低壓、中壓、高壓系統(tǒng)，分別應(yīng)用于不同總功率需求的艦船。

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的主要類型及特點(diǎn)

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　　二、艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)具有多方面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)控制靈活，艦船機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)。艦船操縱方面，采用綜合電力推進(jìn)易于實(shí)現(xiàn)由駕駛室直接進(jìn)行艦船的操縱，靈活可靠；推進(jìn)電機(jī)控制方面，其轉(zhuǎn)速易于調(diào)節(jié)，在正反轉(zhuǎn)各種轉(zhuǎn)速下都能提供恒定的轉(zhuǎn)矩，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于得到不同工況下的最佳工作特性；設(shè)備選擇方面，可以選擇體積小、重量輕的中高速發(fā)電機(jī)組，增加設(shè)備選擇靈活性，同時(shí)能提高艦船生命力。

綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)帶來(lái)的艦船機(jī)動(dòng)性優(yōu)勢(shì)

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　　采用綜合電力推進(jìn)能夠降低艦船噪聲和振動(dòng)，滿足艦船對(duì)于隱蔽性 和舒適性 的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)是船舶的主要振動(dòng)源，采用電力推進(jìn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在彈性底座上，通過(guò)電纜帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，具有良好的調(diào)速特性，它既與軸系上的電力推進(jìn)系統(tǒng)沒(méi)有任何機(jī)械聯(lián)系，與船體也無(wú)直接聯(lián)結(jié)，能夠大大減少振動(dòng)和噪聲，有利于規(guī)避敵方雷達(dá)聲納的搜素，提高艦艇生存能力，這一點(diǎn)對(duì)于要求隱蔽性的軍用艦船顯得尤為重要，也能夠提高軍艦對(duì)舒適性的要求。

　　采用綜合電力推進(jìn)能夠節(jié)省艦船內(nèi)部空間， 有利于擴(kuò)大艙容。機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的大型主機(jī)及其軸系占據(jù)了巨大的空間，其剛性的連接制約了全船的布置，傳統(tǒng)船舶的軸系長(zhǎng)度往往占到船長(zhǎng)的40%左右。采用電力推進(jìn)的船舶省卻了傳動(dòng)軸系、減速齒輪箱，代之以電纜，使動(dòng)力裝置各種設(shè)備的安排更加合理，獲得更大內(nèi)部空間，簡(jiǎn)化了動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，極大的提高了艦船總體布局的靈活性，優(yōu)化了船體空間利用率。全電系統(tǒng)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，針對(duì)不同種類的艦船，進(jìn)行不同模塊的搭配組合，有利于減少動(dòng)力裝置型號(hào)數(shù)量，提高裝備保障性。

綜合電力推進(jìn)與機(jī)械推進(jìn)的機(jī)艙/軸系布置比較

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　　船舶的航運(yùn)成本模型近年來(lái)出現(xiàn)較大變化，燃料成本占比不斷上升。20世紀(jì)90年代中期，船舶航運(yùn)成本中，船舶成本可達(dá)燃料成本的3倍以上，隨著近些年資本成本的下降和燃料價(jià)格的升高，燃料成本已經(jīng)超過(guò)船舶成本，降低燃料成本成為降低船舶航運(yùn)成本的切入點(diǎn)。傳統(tǒng)機(jī)械式推進(jìn)中，艦船大部分航行時(shí)間都是采取的低速巡航狀態(tài)，全電推進(jìn)艦船解除了原動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器的機(jī)械耦合關(guān)系，可以根據(jù)艦船的航速變化、艦船上電力負(fù)荷的變化、排水量變化更加靈活的調(diào)整原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量，有利于原動(dòng)機(jī)始終工作在最佳工況，避免怠速工況，因此提高了原動(dòng)機(jī)工作效率，降低了燃油消耗。

船舶航運(yùn)成本構(gòu)成

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　　綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)可使用多臺(tái)原動(dòng)機(jī)，在不同電力需求下維持較高的推進(jìn)效率。電力推進(jìn)所采用的電動(dòng)機(jī)在5%-100%額定功率范圍內(nèi)均具有較高的效率（約95%），而內(nèi)燃機(jī)只有在85%-90%額定功率范圍內(nèi)能達(dá)到最高效率。相較機(jī)械推進(jìn)采用一臺(tái)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電力推進(jìn)可采用多臺(tái)原動(dòng)機(jī)，基于電力需求的變化調(diào)整原動(dòng)機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)停，從而在各種運(yùn)行工況下均維持較高的效率。

　　艦船采用綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)能夠降低燃料消耗、節(jié)省艦船運(yùn)行成本。在艦船的不同工作模式下，僅當(dāng)艦船發(fā)動(dòng)機(jī)接近滿功率運(yùn)行時(shí)采用機(jī)械推進(jìn)的效率稍高，其余模式下采用電力推進(jìn)的效率均高于機(jī)械推進(jìn)。根據(jù)分析，在一年時(shí)間內(nèi)，采用機(jī)械推進(jìn)需消耗燃油11293噸，采用電力推進(jìn)則消耗燃油9397噸，一年內(nèi)節(jié)省燃油1896噸。根據(jù)美國(guó)海軍數(shù)據(jù)，驅(qū)逐艦采用全電力推進(jìn)，在30年全壽命期間將比機(jī)械推進(jìn)節(jié)省16%以上的燃料費(fèi)。

不同推進(jìn)方式的推進(jìn)效率比較

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三用工作船不同推進(jìn)方式燃油消耗量比較

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　　三、艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)是高能武器上艦的必由之路

　　艦載高能武器電力需求大，將導(dǎo)致艦船電力需求激增。艦載高能武器呈現(xiàn)高功率電力需求大的特點(diǎn)。近年來(lái)，發(fā)射功率在數(shù)萬(wàn)瓦至數(shù)十萬(wàn)瓦的戰(zhàn)術(shù)高能激光武器井噴式出現(xiàn)，成為當(dāng)前各國(guó)研究的熱點(diǎn)；高功率微波武器大約需要電力5MW；電磁彈射器平均需要電力10MW。高能武器上艦將極大地改變平臺(tái)的能量供需結(jié)構(gòu)，艦船的平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮武器系統(tǒng)的需求來(lái)統(tǒng)籌全艦的能源系統(tǒng)。

艦載武器系統(tǒng)電力需求增長(zhǎng)趨勢(shì)

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　　未來(lái)艦載高能武器電力需求將與推進(jìn)電力需求不相上下，艦船綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)提供強(qiáng)力牽引。盡管當(dāng)前水面艦船的總功率達(dá)到了數(shù)十兆瓦，但現(xiàn)役的多數(shù)艦船采用傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)方式，約占80%的原動(dòng)機(jī)（主機(jī)）功率用來(lái)通過(guò)減速齒輪箱帶動(dòng)螺旋槳推進(jìn)艦船航行，另外約占20%的原動(dòng)機(jī)（輔機(jī)）功率用來(lái)發(fā)電，供給全艦的日常用電及艦載設(shè)備用電，僅有小部分的能量用于武器和探測(cè)設(shè)備。這種狀況無(wú)法滿足未來(lái)新概念高能武器的發(fā)展要求，電磁軌道炮、激光武器等高能武器為綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)提供了強(qiáng)力牽引。

未來(lái)艦船各艦型推進(jìn)和輔助負(fù)載功率需求估計(jì)

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來(lái)艦船的電力需求分配示意圖

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艦船發(fā)電能力增長(zhǎng)VS電力需求增長(zhǎng)

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