1. 1目的及意义

伴随着海洋运输业的不断发展，当今船舶种类和数量不断增多，污染日益严重。考虑到能源和环境问题日益突出，开发低能耗、低排放的绿色船舶，发展船舶新能源动力技术成为当今船舶工业的首要任务^[1-3]。在这种大背景下，船舶电力推进系统以其高机动性、低污染等优点得到了快速发展^[4]。

在多数情况下，船舶电力推进系统都是内燃机驱动发电机组为系统供电。由于海洋环境复杂多变，负载是变化的，当负载偏离最佳负荷点时，燃油得不到充分燃烧，燃油的利用率随之大幅度下降，同时会产生大量的氮氧化物和硫氧化物，对环境造成污染。能量存储技术是解决这一问题的办法之一^[5]。储能单元在系统轻载时可将多余的能量储存起来，来防止该能量对电网的冲击。在系统过载时，储能单元释放能量来满足负载的需求。利用储能单元来克服功率波动对船舶电力推进系统的影响将是未来船舶推进技术发展的新方向^[6]。超级电容功率密度大、循环使用寿命长、使用温度范围广、充放电迅速且没有环境污染，是最适合为船舶高能脉冲负载供电的储能技术。蓄电池是一种非常成熟的储能设备，具有能量密度大、可靠性高、原材料简单、容易得到和成本低等特点^[7]。采用蓄电池和超级电容的复合储能系统组成混合动力，可根据船舶负荷大小选择合适的工作模式，提高所有工况下全船的燃油经济性，实现中压直流系统能量平衡并减少脉冲功率对母线的冲击，实现能量优化，提高系统效率^[8]。

1. 2国内外研究现状分析

船舶混合动力技术是一种新型船舶技术，是船舶发展的新方向，能有效地缓解能源、环境问题^[9]。混合动力船舶推进系统利用柴油发电机、风能、太阳能、蓄电池或超级电容的优化组合作为动力源，具有节约燃油、降低营运成本的优点，是极具发展前景的船舶能源综合优化利用系统，也是船舶节能减排领域的研究热点^[10]。

1. 2. 1国内研究现状

国内在混合动力船舶领域方面起步较晚，成功应用的例子并不多。在2010年上海世博会上亮相了中国第一艘混合动力船-“尚德国盛”号游船^[11]，该船采用太阳能和柴油机组作为混合动力，速度约15km/h。节省电力和减排达30%以上。此船有柴油发电机组、动力锂离子电池、太阳能电池板3种动力源，拥有柴油发电机组电力推进、纯电池组电力推进和柴电机组与电池组混合电力推进种不同推进模式，是目前世界上推进模式最多，功率等级最大的多模混合动力船舶。

2010年，七一一研究所为广州铁路集团新造3，4号粤海火车轮渡设计集成的两套动力系统，实现了国内首次研发并成功应用 PTO/PTI柴电混合动力系统，该系统包括两台推进主机、两台 PTO/PTI 多功能齿轮箱、两套可逆轴带电机（含起动电机）、一套 PTO/PTI 模式切换控制装置、两套轴系及调距桨以及三台柴油发电机组，实现了PTO发电和利用辅机能量PTI应急推进模式。正常情况下两套PTO给三套侧推装置提供电能，在PTI应急推进模式下，由船舶电站为两台轴带电机提供电能，驱动螺旋桨运转。经过实船航行试验，PTI应急推进模式下船舶最大航速可达8kn，大大增加了船舶推进系统的冗余度^[12]。

黄埔造船厂2013年为上海水产集团建造了2艘采用柴电混合动力推进的渔船，主要通过 HCD450P型齿轮箱实现营运工况的切换，在高速航行时采用柴油机经齿轮箱驱动螺旋桨，而低速航行时采用电力推进经齿轮箱驱动螺旋桨；与传统的推进系统的渔船相比，其船舶运行燃油消耗大大降低，有效地提高了船舶机动性和经济性^[13]。

1. 2. 2国外研究现状