传统舰船动力系统和电力系统相对独立,动力系统通常由常规热机和其他机械装置组成,电力系统作为辅助能源,与舰船推进无直接关系。 电力系统与推进系统相结合形成舰船电力推进是近几十年发展起来的新技术。
船舶综合电力系统是传统船舶以电能的形式将相互独立的机械推进系统和电力系统相结合,通过电力网络为船舶推进、通信导航、特殊作业和日用设备等提供电能,实现了全船能源的综合利用。
使用舰艇的综合电力系统具有以下重大优势:
1 .将日常供电、推进供电和现代高能武器供电三者结合为一体,从源头降低了解决声隐(舰船声隐技术通过控制舰船声学特性降低了敌系统探测距离和精度)问题的难度。
对潜艇来说,具备最好的隐藏效果是其作用的前提! 如何降低噪音,具备更好的隐藏性能取决于动力系统,配备了综合的电力系统,因此不使用推进减速齿轮装置和可变螺距螺旋桨,轴系较短。 因此,潜艇武器装备配置灵活,同时降低了潜艇的内部噪音,提高了潜艇的隐蔽性。
2、有利于将高脉冲电力武器负载结合到综合电力系统中,使用综合电力系统,可以使大量电力瞬时从推进负载转移到武器负载,对舰船航行性能不产生很大影响,对未来电磁炮、激光武器等强大的高能武器装备具有积极的促进作用。
3、综合电力系统统一协调分配日用电力和推进电力,使各发电机组的发电机能够在最佳燃料消耗状况下运行,经济实惠。
4、综合电力系统能够实现舰载武器系统之间的电力分配集中控制,特别是采用环形电网和区域配电系统的供电模型,提供电合理流动的物理路线,极大有利于进一步提高舰载武器装备的可靠性。 为舰船作战提供了更广泛的选择范围,增强了高威胁环境下的生存能力和作战效能
5、采用综合电力系统,在大幅度压缩各类发动机数量的同时,由于电能优势,易于实现集成和灵活控制,使各系统高效运行,大幅度简化舰船动力系统的结构
综合电力系统的研究是一项巨大的工程,涉及电力工程各领域的专业,如发电机、发电机、电动机、调速、电力电子技术、电力管理等。 许多不同专业的各设备研发相互协调,功能相当协调,接口一致,为满足系统和整体需求,需要开展全面、综合、系统、深入的研究,对各子系统提出要求,因此存在一定的困难。
美国海军希望在1980年制定综合电力驱动计划,使船舶日用电力系统和推进电力系统合为一体,进一步提高战船的性能。 自1990年以来,美国海军关注提高船舶能源购买性,研究计划转向综合电力系统( IPS )项目。 关于当时水面战斗舰艇( SC-21,现在转型为DD(X ) )的概念设计,美国海军完成了费用和性能评估。
到了21世纪,欧美海军已经实现了中压交流综合电力系统的工程应用。 2009年7月服务的英国45型驱逐舰,是世界首艘采用中压交流综合电力系统的水面主战舰。
综合电力系统已经成为美国海军解决未来各种水面舰船推进和动力的基本设计方案,其应用范围有可能进一步扩展到航母和辅助舰船。 为了节约电力系统的研究开发费用,美国海军开发了构成电力系统的各种模块,可以使由这些模块的组合构成的电力系统具有最大的通用性。
此外,英国CVF航空母舰、美国DDG1000驱逐舰、法国“西北风”级两栖类攻击舰等采用中压交流综合电力系统。
国内外舰船工业认为,2020年以后,水面舰艇应全部或部分采用电力推进技术,增强作战能力。
在国外,民用船舶也开始应用综合电力系统。 主要以中压交流和低压交流两种电制形式为主,如美国“亚特兰蒂斯”号科考船、“海洋绿洲”号邮轮、荷兰“蓝海鱼”号半潜船等。
虽然中压交流综合电力系统技术成熟,但存在设备体积和重量大、系统效率低、供电连续性低等缺点。 朱姆沃尔特级1号舰由于12个推进电机驱动系统之一发生故障,必须被拖回船场,在舰上开凿伤口进行修理,2号舰在第一次海上试验时,由于供电系统发生故障,无法继续后续试验,不得不返回工厂进行修理。
因此,为了以这项核心技术超越美国,马伟明院士用了整整20年的时间,终于开发出了中压直流综合电力系统! 中国是世界上第一个在舰艇上实现中压直流综合电力系统的国家。 这个技术水平,超过了国外的15年左右!
中压直流综合电力系统自中压交流以来,突破了系统频率限制,降低了对发动机调速特性的要求,大大减少了设备的体积和重量,提高了系统效率和供电的连续性,实现了我国舰船动力从传统机械方式向全电力方式的革命性转变。
舰船中压直流综合电力推进系统具有其高输出密度、高运行效率、高操作灵活性等优点,已成为未来舰船综合电力推进系统的发展方向。
目前世界舰船综合电力系统已发展到第二代。 朱姆沃尔特级、45型、伊丽莎白级等战舰采用第一代综合电力系统,实现了交流综合电力系统的工程应用。 马伟明院士队开发成功的舰船中压直流综合电力系统属于第二代,中央视和军报评价世界首次成功,实现了实际应用。
马伟明院士说,美国现在是中压交流,还处于第一代水平,不如我们这一代。 第一次开始研究中压直流电,至少是在十几年后才能赶上我们。 (一项技术)领先不领先,不领先不是自己说的,需要世界同行的评价,标准客观存在”
由于我国研究的新型军舰都使用中压直流综合电力系统,因此包括055型驱逐舰、研究的003型航母、095、096型核潜艇在内,都意味着将使用该新技术。
除军事用途外,中压直流综合电力系统将来还应用于全电化特种车辆、多电机、轨道交通、新能源发电等军民共同技术领域。 推动了社会经济的发展。
将来,在我们开发完成十几艘航母之前,搭载中压直流综合电力系统的巨大航母群将活跃。
目前,马伟明院士正在办理“全能舰”的设想。 马伟明院士设想全能舰时,设计了“无限发射火力”战舰,利用电磁发射系统,射击范围广,火力通道多,甚至可以代替航母编队消灭航母编队。
马伟明院士学生如球队肖飞、王东、张晓等已经成为领域的中流支柱,发挥着重要作用。
希望他们能再次辉煌起来,中国海军能大显身手。