【名师讲座】宋恩哲 | 助力区域新型船舶动力蓬勃发展
动力系统是船舶的“心脏”,是舰船的高端核心装备,是实现“海洋强国”和“绿色航运”的重要保障。虽然我国是航运大国和造机大国,但内河航运主要以柴油机为动力,技术落后,耗能高,污染严重,且国外长期对我国施行技术封锁,产品垄断,所以,船舶动力系统的升级换代发展刻不容缓。
6月5日,烟台研究院邀请哈尔滨工程大学动力学院研究员、博士生导师宋恩哲及团队主讲“新型舰船动力技术”线上专题讲座,烟台研究院全体教职工参加学习培训活动。
此次讲座,宋恩哲及其团队成员杨立平、姚崇和董全等几位老师分别从新型船舶动力技术与测试中心总体规划、新型船舶动力关键技术及应用、船舶动力系统智能化和船舶发动机性能测试与认证等四部分进行了介绍和交流。
哈尔滨工程大学动力学院是我国舰船动力领域重要的人才培养与科学研究基地,所在的船舶与海洋工程学科是获国家批准的一流建设学科,在第四轮学科评估中全国排名第一。
山东省是船舶发动机的制造大省,拥有多家著名的船舶发动机和关键零部件及系统的配套企业。但是,随着对发动机节能减排、可靠性、智能化等性能的提高,山东省船舶动力产业亟需实现由大到强的新旧动能转换。致力于服务地方行业发展需求,烟台研究院依托学校动力学院学科优势以及我院人才优势与科研创新能力,秉承产、学、研、用协同发展理念,以船舶动力市场需求为牵引,发挥山东省船舶发动机区域产业优势,建设面向应用的国际先进水平的船舶发动机性能检测及认证、关键技术创新、关键系统应用的三位一体的协同创新平台和高水平研究生培养平台,实现船舶动力产业的增量式、互补式发展。
科普小贴士
01 智能化
智能化系指有现代通信技术与信息技术、计算机网络技术、智能控制技术等汇集而成的针对某个对象的应用,这些应用通常包括但不限于评估、诊断、预测和决策等。智能一般具有如下特点:
· 具有感知能力;
· 具有记忆和思维能力;
· 具有学习能力和自适应能力;
· 具有行为决策能力。
02 智能动力
· 适应性强,主要表现在燃料系统上,适用各种可燃烧燃料,自由、灵活、独立的控制系统;
· 可靠性高,伺服系统及控制系统均采用冗余技术;
· 多种操作模式,根据航行状况和发动机运行工况选择相对应的运转模式,经济性、低排放、低负荷等;
· 完善的状态监控和健康管理,一体化的船舶航行动态和主机工况监测与控制,在线故障诊断与智能运维管理系统。
新型智能动力
· 以高效清洁燃烧为核心的多目标优化。采用高增压技术、高压共轨燃油喷射技术、可变配气等技术,提高发动机燃烧效率、降低排放并兼顾其它。
· 多模式、多燃料适应。能够适应不同运行模式和气体燃料、双燃料及生物燃料等不同燃料,均能实现良好的性能。
· 低排放控制。采用优化机内燃烧过程、废气再循环及选择性催化还原等后处理技术,减少有害尾气排放。
· 故障诊断与健康管理。实现故障预测、智能运行与维护。
· 动力系统能量综合利用。采用冷热电联供、余热梯级利用、能量储存和混合动力等,进一步提高燃料利用效率(EEOI)、降低有害排放。
· 高可靠性。采用冗余、容错等技术,高可靠元器件,实现完整的可靠性预测、设计和保障,保证控制系统本身的高可靠及基于控制系统的发动机可靠运行。
03 新型船舶动力系统关键技术背景
· 煤和石油的比例在我国能源消费结构中的比例超过80%。
· 我国是贫油国,人均石油占有量只有世界平均值的11%。
· 2019年,我国原油对外依存度已突破70%,国际能源署预测在2040年将达到80%,严重威胁国家能源安全。
· 动力系统是船舶的“心脏”,是舰船的高端核心装备,是实现“海洋强国”和“绿色航运”的重要保障。
· 国外长期对我国施行技术封锁,产品垄断。2001年欧美曾对我国产品(关键部件和系统)禁运,使我国舰船动力系统处于严重危机。
· 现有舰船动力以内燃机为主体,国外许可证生产,技术相当落后(1970s);新一代先进舰船动力(1990s)国外已禁止向中国转让许可,面临无机可用。
· 天然气储量相当丰富,且燃烧高效清洁,是石油理想替代燃料;采用双燃料动力是当前实现船舶节能减排的最现实、最合理路径。
· IMO于2018年4月通过了《国际海运温室气体减排初步战略》,要求到2030年国际海运二氧化碳排放比2008年降低30%,迫使船舶制造商研究和使用低碳燃料。
· 我国是航运大国和造机大国,通航里程12.63万多公里,船舶100余万艘,处于世界内河航运首位。现主要以柴油机为动力,技术落后,能耗高,污染严重。
· 随着船舶动力转型和技术快速发展,替代燃料(LNG、甲醇、氨、氢)发动机、混合动力等新型动力及技术应运而生,学科创新发展受哈尔滨本部地域、基础条件和人才的制约越发突出。急需破解制约学科创新发展的人才、研发条件、成果转化平台。
· 山东省是船舶发动机的制造大省,拥有潍柴、中国船柴、淄柴、济柴等著名船舶发动机和关键零部件及系统的配套企业。但随着对发动机节能减排、可靠性、智能化等性能的提高,需实现由大到强的新旧动能转换。急需产-学-研-用优势互补、协同创新,促进船舶动力高质量发展,依靠高技术含量带来高附加值产品。
04 创新研究方向
· 重点围绕双燃料动力系统高效燃烧、智能控制、关键部件、系统集成等关键技术开展创新研究。
· 团队一直从事船舶动力技术的研究和应用开发工作,尤其在船舶发动机高效燃烧、燃料喷射与混合、电控技术、测试技术、建模仿真等方面形成优势。
· 针对船舶双燃料动力系统存在燃烧过程复杂、运行模式多变、动态响应慢、关键系统不过关等技术难题,经过十几年攻关,从理论方法、关键技术、核心系统三个维度实现了创新,成功自主研发高性能船舶双燃料动力系统。整体技术水平国际领先。
· 针对国家船舶动力节能减排和智能化的重大需求,重点围绕新型发动机燃料柔性喷射、燃烧系统优化、智能控制、故障诊断和健康管理、混合动力能量管理等开展关键技术研究和应用开发。逐步建立一套完善的船舶清洁能源动力技术体系,具备新型发动机整机开发技术咨询、关键技术研究、系统设计开发和先进测试与试验能力。