在人類社會的“休閑時代”和我國“小康旅游”的腳步聲中，一個承載著民族世紀(jì)之夢的三峽工程造就的新世紀(jì)的民族旅游品牌——高峽平湖問世了。三峽旅游如何展開？如何去親近那夢幻般的千里彩帶式的高峽平湖的港灣河汊？水上暢游以船為先。然而傳統(tǒng)的柴油機(jī)船舶的噪聲煙塵和油水已經(jīng)不能適應(yīng)新時代的旅游了，因為它既不是環(huán)境友好型，也不能營造旅游的高境界，它需要更新?lián)Q代了。取而代之的新產(chǎn)品將是蓄電池型電動汽車的姊妹花——環(huán)保節(jié)能型蓄電池全電動旅游船。
按照創(chuàng)新的要求，根據(jù)三峽旅游的需求，我們進(jìn)行了船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用探索嘗試，推出了28客位環(huán)保節(jié)能型蓄電池全電動旅游船的試驗船型。船長17.0米、船寬3米、船深1.0米、吃水0.5米。航速雙機(jī)12 千米/小時，單機(jī)10千米/小時。續(xù)航力雙機(jī)運行60千米，單機(jī)運行100千米。主電機(jī)2×5.5千瓦。船上活動空間46平方米,載客28人,人均1.3平方米。航區(qū)：B級、C級。工作于有基地的特定水域的不大于來回100千米的區(qū)域范圍。是一種水上游樂船，可以在船上娛樂、在水上游覽觀光、停靠景區(qū)景點的“水上農(nóng)家樂”式的旅游船或游艇�？勺鳛楹䥇^(qū)水庫的自助式的游船。
蓄電池電動船舶的工作原理
由船舶和汽車的異同分析、以及電動機(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)劣比較，可以看到蓄電池電動船舶的工作原理。
電動船和電動汽車是姊妹花，而目前電動汽車處于領(lǐng)先的地位。由于兩者的相同性，使得技術(shù)具有相通性。由于兩者的差異性，而顯示出船舶的比較優(yōu)勢，例如由于運行原理不同而對于各種條件要求較低，允許較大的載重量和具有較大的裝載空間及活動空間，速度較低，沒有陡坎和陡坡等等，因而電動船理應(yīng)先于汽車而普及。
由于柴油機(jī)和電動機(jī)的工作原理不同，例如柴油機(jī)做功是間斷的，存在著噪聲和振動，電動機(jī)做功是連續(xù)的，因而在環(huán)保節(jié)能方面，電動機(jī)具有優(yōu)勢，因此電力推進(jìn)船舶優(yōu)于柴油機(jī)推進(jìn)船舶。首先在于電動機(jī)無煙塵油水，且噪聲低。我國目前鮮有汽油機(jī)船舶。在陸上，汽油汽車能量利用效率低于柴油汽車，而前者有難聞的氣味，卻無粉塵；后者反之，效率較高，卻不可避免地存在粉塵，柴油汽車及船舶概不例外。其次在于，電力推進(jìn)能量利用效率高。眾所周知，柴油機(jī)的動力能量利用效率，即用于推進(jìn)船舶做功的能量利用效率約為30%。這是因為其冷卻水帶走約30%,煙氣帶走約30%。在現(xiàn)代能源技術(shù)中，提倡供熱和供電的統(tǒng)一，因為這樣可以利用冷卻水和煙氣所帶走的能量，能量利用效率可以達(dá)到70以上。然而在船舶上，尤其是小型船舶，熱能無法利用，至少難以大幅度回收，因此，柴油機(jī)的動力能量利用效率就是能量總利用效率，僅為30%。以蓄電池電動汽車為例來比較，它實質(zhì)就是蓄電池加電動機(jī)的船舶電力推進(jìn)，其能量利用效率高于46%，高出柴油機(jī)50%以上，因為蓄電池的效率為55%-75%，而電動機(jī)的效率高于85%。
船用加水蓄電池6-CQ-195a/12V195AH-中國船級社認(rèn)證
船用免維護(hù)蓄電池6-CQW-200/12V200AH-中國船級社認(rèn)證
船舶電力推進(jìn)技術(shù)是成熟的，早已應(yīng)用于特種船舶如自航起重船、工程船、挖泥船和常規(guī)潛艇。電力推進(jìn)分為柴油機(jī)發(fā)電的電力推進(jìn)和全蓄電池電力推進(jìn)兩種。前者因為有柴油機(jī)，所以仍然是低效和有污染的，后者反之，成熟在軍事，沒有普及到民用。常規(guī)潛艇就是柴油機(jī)和蓄電池相接合的船舶，在水下利用蓄電池進(jìn)行電力推進(jìn)，在水面利用柴油機(jī)推進(jìn)。當(dāng)前，由于電動汽車技術(shù)發(fā)展很快，推動了蓄電池和充放電技術(shù)的發(fā)展、十分有利于船舶電力推進(jìn)技術(shù)的普及。
綜上所述，從汽車和船舶、柴油機(jī)和電動機(jī)的原理出發(fā)，立足于環(huán)保和節(jié)能的戰(zhàn)略高度，將船舶與當(dāng)代旅游、尤其是水上旅游的需求相結(jié)合，可以利用電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新，推出環(huán)境友好、有利于節(jié)約型社會建設(shè)的、人性化的旅游新節(jié)目和船舶新產(chǎn)品。它不僅是對旅游境界的提升、對傳統(tǒng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，也是三峽環(huán)境保護(hù)的配套措施，還是人與自然和諧的節(jié)能經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略支撐。毫無疑問，蓄電池電動船舶的普及，超越旅游，進(jìn)入客運和貨運，將對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、以及和諧社會的建設(shè)都具有重大的意義。
以上是從技術(shù)層面說明的蓄電池電動船舶的工作原理，要全面理解其涵義，還必須從市場層面來看問題。
提起電動游船，人們馬上會想到公園水池里的玩具式的小船。顯然這不是我們所希望普及的那一種，兩者不可同日而語。當(dāng)我們把它們放大到續(xù)航力為100千米時，又如何呢？由于與電動汽車一樣的原因——蓄電池的低能，目前的電動旅游船只能是工作于有基地的特定水域的區(qū)域范圍的小游艇。從這一層意義上看，與傳統(tǒng)柴油機(jī)船舶的規(guī)模相比較，目前的民用電動船舶都是小船。當(dāng)然，在未來可以實現(xiàn)船舶大型化的目標(biāo)，電力推進(jìn)依靠蓄電池與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組結(jié)合還可以用于海輪。然而在目前，從工程規(guī)模上看，我們的蓄電池全電動旅游船，是省掉柴油機(jī)低效環(huán)節(jié)的環(huán)保節(jié)能的高性能的小船。
此外，我們推出的是蓄電池電動旅游船，用途是旅游，不是運輸，不是為了趕路程，是在大景區(qū)進(jìn)行水上游樂的設(shè)施，是�？看a頭和游覽景點的代步工具，是個性張揚的水上旅游節(jié)目，類似于東西湖和秦淮河上的花船，又具有現(xiàn)代個性化自助的性質(zhì)和特色。提起旅游船，人們馬上會想到長江之中的豪華游船，它們是用于長距離旅游的傳統(tǒng)柴油機(jī)大型船舶。如果說它們是水上賓館的話，那么電動小船就是水上“農(nóng)家樂”。從市場角度看，它們各有優(yōu)勢。例如目前航行于長江全線的“水上賓館”，實施齊全、豪華舒適，但缺乏自由度和個性化，難以脫離主航道遍及平湖的港灣河汊、邊邊角角，加之柴油機(jī)的污染和低效，難以達(dá)到科技、節(jié)能、環(huán)保和旅游的高境界。水上“農(nóng)家樂”則反之，簡單小巧、機(jī)動靈活、富有個性化和自由度，由于采用了電力推進(jìn)，而達(dá)到科技、節(jié)能、環(huán)保和旅游的高境界。從市場角度看，兩者缺一不可，完全可以互補。而目前“水上賓館”數(shù)量巨大，水上“農(nóng)家樂”卻不配套，當(dāng)然更缺乏環(huán)保節(jié)能的境界。顯然這難以適應(yīng)市場形勢。這正是三峽旅游的問題之一。當(dāng)今的旅游已經(jīng)走過了貴族式、大眾化的兩個階段，進(jìn)入了個性化的階段。缺乏個性，缺乏境界，當(dāng)然是一種遺憾和不協(xié)調(diào)，自然難以滿足“休閑時代”、“老年時代”、 “小康旅游”以及高峽平湖水上游的需求。
由此可見，聯(lián)系市場看電動船的工作原理，大與小的互補，旅游與船舶的結(jié)合，人性化與環(huán)境友好兼顧，微觀境界的創(chuàng)造和宏觀可持續(xù)發(fā)展的協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境的共贏，都依賴著科技的創(chuàng)新、傳統(tǒng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。毫無疑問，蓄電池電動船舶是一個可行的途徑和選擇。
船舶電力推進(jìn)的實現(xiàn)方式
電力推進(jìn)按照有沒有蓄電池分為兩種形式。以柴油機(jī)發(fā)電兼顧電力推進(jìn)和其它用途的船舶，例如自航挖泥船、拖網(wǎng)漁船等，追求的是系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的簡單，非環(huán)保節(jié)能目標(biāo)。因為有柴油機(jī)，其污染低效難免，而總方案的效率甚至更低，因為能量經(jīng)過了多次轉(zhuǎn)變。只有蓄電池方案，依靠岸電和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)，才能獲得高效低污染，以及發(fā)配電的優(yōu)化方案。本文探討的課題在于后者。
如何實現(xiàn)電力推進(jìn)，在小區(qū)域的工作方案就是蓄電池加岸電和太陽能，以兩者相結(jié)合的方法補充能量。在大范圍就是蓄電池加太陽能和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)，取消污染低效的柴油機(jī)環(huán)節(jié)。顯然，成功的關(guān)鍵在于蓄電池、節(jié)能技術(shù)和快速充電技術(shù)，對于前者，尤為重要。道理很簡單，只有節(jié)能才能多跑少充電，才能獲得高續(xù)航力，只有方便快速地補充能量，才能正常運轉(zhuǎn)、推廣普及。實際上，這就是開源節(jié)流的兩個方面，本船舶就是這兩方面的綜合。本文僅針對小范圍的電力推進(jìn)進(jìn)行討論。
目前電動船的發(fā)展動力來自環(huán)保而不是能源，旅游船則加上旅游的境界和質(zhì)量�？偟膩砜矗妱悠嚰夹g(shù)的三個主攻方向——蓄電池、燃料電池和電氣混合型之一的蓄電池汽車，由于蓄電池的能量密度(能量/體積)和比能量(能量/重量)小，使得汽車受到續(xù)航力低和充電站建設(shè)的制約，而難以實現(xiàn)重大突破和普及推廣。與汽車同理，電動船的主要問題在于初始成本高和續(xù)航力低。續(xù)航力低源于蓄電池低能，高成本源于高能蓄電池的價格。要么望價止步，要么跑不遠(yuǎn)。能否兼顧價格和續(xù)航力的關(guān)系？
可見，電力推進(jìn)不難實現(xiàn)，卻難以普及。要普及關(guān)鍵在于把握性能和價格的矛盾。利用船舶的優(yōu)勢和綜合技術(shù)方案，我們找到較高續(xù)航力與廉價兼顧的電力推進(jìn)技術(shù)路線。由于價格持否決權(quán)，所以本船設(shè)計方案把立足點放在廉價蓄電池的基礎(chǔ)上，把普及推廣作為基點�？紤]采取最便宜的鉛酸蓄電池技術(shù)方案，力求在船舶節(jié)能技術(shù)上實現(xiàn)突破，從而獲得相對的船舶高指標(biāo)，兼顧性能和價格。在二次電池中，鉛酸蓄電池的價格是最低的，同時還可以實現(xiàn)綠色生產(chǎn)過程，98%的材料可以回收。鉛酸蓄電池出現(xiàn)了三代，第一代不穩(wěn)定污染大，不能用，第二代穩(wěn)定無污染，中能量、中價格，能用。第三代高能（但不及鋰電池）高價格。后兩者盡管能用，但是對于電動汽車來說都不理想，沒有從根本上解決性能差、續(xù)航力小、價格高、性價比低的難題。顯然對于船舶，選擇只能是第二代鉛酸蓄電池。它帶來的后果是，必須找到與一定續(xù)航力相適應(yīng)的需求、以及厲行節(jié)能的技術(shù)方案。由此引出了電力推進(jìn)的實現(xiàn)形式。它包括特定的需求內(nèi)容、開源節(jié)流的設(shè)計方案、以及科學(xué)的操作管理的程序等等。
第一、特定的需求。在旅游業(yè)中確實有這樣的需求：兼有交通和游樂工具特點的旅游新節(jié)目和船舶新產(chǎn)品。在區(qū)別比較汽車和船舶的異同以后，從市場需求和技術(shù)的角度看到現(xiàn)實的可行性。一般而言，汽車是無界的，船舶是有界的�，F(xiàn)實的許多河段湖泊水庫都是有界的，需要工作于一定范圍的船舶。它們的范圍大小各異，對于續(xù)航力的要求也不同。為什么都要求過高的續(xù)航力呢？它并非越大越好，而是恰當(dāng)為好，過大不免浪費。根據(jù)個性，進(jìn)行專門設(shè)計才是最佳的。我們推出的試驗船型，就是根據(jù)清江隔河巖水庫的情況專門設(shè)計的。作為旅游船，續(xù)航力遠(yuǎn)大于工作水域范圍，工作方式是白天旅游航行，晚上可以補充能量。在一定的區(qū)域，有碼頭、有基地，充電時間充裕、再加上快速充電技術(shù)的配套，電力推進(jìn)方案是不成問題的。
第二、開源節(jié)流的設(shè)計方案。電力推進(jìn)由于能源珍貴，所以必須厲行開源節(jié)流。在開源方面，除了考慮碼頭基地的充電和快速充電技術(shù)以外，還考慮增加太陽能方案，以兩者結(jié)合的方案補充能量。既取得廉價能源，又呵護(hù)蓄電池，還解決陰天工作不間斷的問題。
在節(jié)流方面，考慮了包括船體、輪機(jī)、電氣方面和總體的多項節(jié)能措施。在船體方面采取了較好的流線型以減小阻力。在輪機(jī)方面取消離合器、變速箱、中間軸，減少機(jī)械環(huán)節(jié)及自重慣性，減輕負(fù)荷。在電氣方面采取變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)無級調(diào)速、軟啟動；優(yōu)化電氣傳動，實現(xiàn)最佳控制，減少無效放電。在總體上，優(yōu)化相關(guān)組合配套方案，利用蓄電池作為船舶壓載，減少船舶自重。設(shè)計環(huán)保廁所，不向水體排放污物，貫徹環(huán)保理念。
第三、科學(xué)的操作管理程序。實施電力推進(jìn)，必須始終貫徹節(jié)能理念。對于特定的船舶，必須通過試驗，把握船舶的性能，形成科學(xué)操作的程序。例如本船根據(jù)節(jié)能的需要，必須要求準(zhǔn)確停車，不允許隨意拉倒車，因為這是第二次浪費。為此必須制定科學(xué)的程序和嚴(yán)格執(zhí)行程序。
船舶系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的革命化巨變
按照以上電力推進(jìn)的方案，使整個船舶系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，與傳統(tǒng)柴油機(jī)船舶相比，形成了革命化巨變。
一、良好的環(huán)保和旅游效果。由于取消了柴油機(jī), 沒有了油污和煙塵,幾乎沒有噪聲震動；加上環(huán)保廁所的作用，實現(xiàn)污物零排放,達(dá)到環(huán)保的高境界,并且造成優(yōu)良的旅游氛圍,獲得人性化的效果。
二、優(yōu)化了船舶布局。柴油機(jī)讓位于中心部位,增加和擴(kuò)大了船舶的利用場所,形成了較大的集中活動的空間。相當(dāng)于船舶人性化的有效空間增加20%。同時將蓄電池置于船舶底部,既讓出了人們活動的空間, 也提高了船舶的穩(wěn)性，還可以增加載客量，提高船舶利用效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。
三、簡化了船舶系統(tǒng)。由于取消了柴油機(jī),因而取消了水電氣的復(fù)雜系統(tǒng),只剩下電氣系統(tǒng),既減少了出故障的機(jī)會,又有利于實現(xiàn)自動控制,還可以減少操作管理人員,降低運行成本和維護(hù)管理的強度，提高船舶運行的經(jīng)濟(jì)效益。
四、節(jié)約能量。由于蓄電池置于船舶底部,因此可以減少船舶不必要的專用壓載重量,相當(dāng)于減輕自重而節(jié)能。因為由電機(jī)變速直接帶動尾軸系統(tǒng),沒有離合器和復(fù)雜的齒輪箱以及過長的中間軸,所以具有較小的自重和慣性,而節(jié)省能量。由于船舶沒有空車等待時間,而減少能耗。由于實現(xiàn)電氣最佳控制，提高推進(jìn)效率而節(jié)能。此外，最大的節(jié)能因素是蓄電池和電機(jī)的效率大大地高于柴油機(jī)。正是以上的高效與蓄電池的低能組合，才能夠優(yōu)于高能的柴油與低效的柴油機(jī)的組合。從而獲得較高的能量效率，才能獲得高續(xù)航力。
五、提高了船舶的機(jī)動靈活性和可靠性,減少了安裝維護(hù)保養(yǎng)的工作強度。因為沒有柴油機(jī),所以操作指令可以直達(dá)電機(jī),而不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)，因此反應(yīng)速度加快，操作性能好。由于系統(tǒng)簡化、以及電機(jī)的成熟性,因此簡化了安裝、減輕了維護(hù)強度,同時也提高了系統(tǒng)的可靠性。
六、與傳統(tǒng)柴油機(jī)船舶比較，達(dá)到環(huán)保節(jié)能旅游高境界。與傳統(tǒng)的水池電動船舶相比,具有載客量多、速度高、續(xù)航力大、活動范圍寬廣、功能齊全的特點,完全能夠滿足在一定水域進(jìn)行自主性旅游的需求。實現(xiàn)了水上旅游新節(jié)目和船舶新產(chǎn)品的創(chuàng)新。
七、利用廉價的鉛酸蓄電池達(dá)到高壽命、高可靠性以及船舶高性能的要求,具有相對低成本的特點，在當(dāng)前具有廣泛的適用性。
文本摘自《船艇·船舶工業(yè)版》2007張大中 馮 哲 龐志森 王文忠
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