随着世界经济的持续发展，海洋污染已成为当今威胁人类生存环境的问题之一，其中船舶污染在海洋环境污染中占有相当大的比例^[1]。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^[2-3]。混合动力船舶推进系统能利用柴－电发电、风能、太阳能及蓄电池的储能，以节约燃油、降低营运成本，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^[4-5]。目前，混合动力船舶主要有燃料电池／柴油混合动力船、超级电容/柴油混合动力船、LNG／柴油混合动力船、风翼／柴油机混合动力船以及储能电池／柴电机组混合动力船等几种船型^[6-10]。

针对能源、环境问题，我准备设计一套船舶柴-电混合动力系统，在节约能源的同时，减少污染物排放。利用电池储能零排放的特点较少能源消耗，利用柴油机高效的特点提高能源利用率。使船舶具有能量效率高、排放低的优点。在节能减排已经成为船舶行业风向标的今天，为符合国家绿色发展战略方向，研发设计节能、少排放的柴-电混合动力系统是船舶行业发展的关键。

（2）国内外现状：

国外（尤其是欧洲）的船舶技术相对比较先进，环保理念也更超前，基于储能系统的混合动力船舶发展和应用较早^[11]，世界上第一艘混合动力拖“CarolynDorothy”号混合动力拖轮于2009年1月交船，实船图如下页图8所示。其船长23.77m、船宽10.36m，服务于美国长滩和洛杉矶港，主动力为2台 Cummins QSK50柴油机，每台额定功率1342kW 2台Cummins QSM11型柴油发电机组，每台额定功率300kW；配备了两组0.5 MW/h（总计1 MW/h）的铅酸电池；该船拥有5000hp（1hp=0.735kW）的强劲动力，具有绿色环保，低噪声航行等优越性能。

2013年，一艘当时最大的混合动力渡船在德国与丹麦两国之间交付。该船长142 m、宽25.4m、船速为18.5kn、设计载客数为1140人，载车354辆。主动力配置了4台Mak的8M32主机 1台MAN的6L32/44CR主机，总功率达17440kW；总共配置了2.6MW/h的三元锂电池。采用基于锂电池的混合动力系统后，大幅度提高了发动机效率，从而减少温室气体排放量，降低维护成本且大幅度降低燃料成本。

2015年2月，在荷兰交付了一条配备有1MW/h三元锂电池的混合动力豪华游艇“Savannah”（萨凡纳）号。该船长83.5m、宽12.5m，可以搭载10名乘客 26名船员。主动力配置了1台瓦锡兰9L20柴油机，额定功率1800kW 1台卡特彼勒C32型柴油发电机组 2台卡特彼勒C18型柴油发电机组。这样的混合动力不仅可节省30%燃料使用，且操纵更为灵活，乘客也感觉更舒适。

2017年，挪威在首艘采用电池混合动力的近海平台补给船“Viking Princess”号上已经完成了一种混合能源系统的安装，这是世界上第一艘配备电池技术的海上船只。船上原本装有4台LNG发动机，经改装后，储能系统取代了其中一台发动机，不仅能提供需要的功率，而且工作性能更为稳定，每年能实现CO2减排13%~18%。

国内的混合动力船舶以基于变频轴发的混合动力系统为主，如由中船重工七一一所提供动力系统集成的粤海铁火车渡轮、5000吨级公务船、12500载重吨MPV船、“海港711”拖轮等。以2016年末交付的12500载重吨级多用途重吊船为例，该船首次装载了混合轴带系统，包括500kW轴带变频及轴带发电机，是目前重吊领域最先进的环保节能型船舶。而“海港711”拖轮，则采用双机双桨配置，配备两套轴带混动系统，可工作于PTO、PTI两种模式，有效提升动力系统灵活性，降低船舶能耗。通过应用混合动力系统，船舶可以有效提高燃油效率、降低燃油滑油成本、减少维护成本。

随着电池技术的发展及环保法规的日益严格，国内也开始研究应用基于储能系统的混合动力系统。2018年7月，首艘入级CCS的电池混合动力游船——“寰岛云帆”号在太湖顺利通过试航。该船为钢制双体船型，总长22.51m、型宽9.0m、型深2.45m，最大航速9.3kn，载客80人。该船为满足三亚海域抗台风时需要具有自持力持续航行至避风港，以及在异地避风期间不能停靠码头充电的特殊需求，量身定制了纯电池、油电及电池/油电混合动力三种模式系统，可满足全年所有情况的使用要求。