第63章 一条梦想的船
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一群人叽了咕噜的跑到教室，发现曹世成在那里杵着腮帮子已经在冲盹儿了。
董博君上前轻轻的推了一下曹世成。
“嗯？！都来了？还记得来上课啊！你们几个是真行啊！”睡眼惺忪的曹世成没好气儿的数落着几人。
理亏的七个人赶紧给曹世成道歉。
“行了，今天的课也没什么太多的意思。还是按以前的流程。今天依据你们自己的想法，如果你们要拥有一条自己的钓鱼艇或者渔船，你们都想实现什么样的功能。自由讨论时间！讨论之后，我们根据你们的初步设想，再讲解一些实质性的内容。”
布置完了今天的题目，曹世成坐到了一边。
“如果是我的话，最起码这条艇得舒服，三四级风小浪，不能太晃，所以就必须得有一个陀螺稳定仪！”
“我的船，我要最舒服的床，要软，要睡的好！”
“切！你是钓鱼来的还是到海上睡觉来的！”
“要有大的冰舱，活水舱，能够放足够多的渔获。”
“动力要强，急速开到钓场，在别人还没发现的时候就钓满船舱回家了。”
“游钓艇嘛，一定得选最好的装备，雇一意大利Riva的设计师，建就得建最高档次的游钓艇，三层带飞桥的那种。船型最小也得要个90尺，船上什么宽带呀，卫星呀，能给他接的全给他接上。船头能打波爬，船尾能放流。驾驶室里站一个叼烟斗的大胡子船长，
歪戴着个船长帽，只要你一上船，甭管你是干什么的都得喊一嗓子：Wele to Caribbean!一口地道的海盗呛儿，倍儿有感觉。停船就得停最豪华的游艇码头，一年光泊位费就得几万美金，再安排一个检修团队，二十四小时候待命！就是一个字儿——贵！平常擦个甲板就得花个万儿八千的。周围那些船船舱里出来的不是金枪就是旗鱼的。你要是钓上来一船的小海鲈，你都不好意思跟人家打招呼！你说这样的一条船，你得卖多少钱？我觉得怎么着也得两百万吧。两百万？！那是成本，四百万美金起，你别嫌贵，还不打折！你得研究钓鱼佬的攀比心理，愿意掏两百万美金买船的钓鱼佬，根本不在乎再多掏两百万。什么叫钓鱼大师你知道吗？钓鱼大师就是，买什么装备都买最贵的，不买最好的，所以，我们的口号就是。不求最好，但求最贵。”
“但是我觉得如果是我的话，我希望这条船能够最大化的节能能源，最好有新能源动力，毕竟出去一次太烧钱了！”
曹世成实在听不下去了，这说的都是什么跟什么啊！也就最后有一句还像个人话。
“停停停！”出声打断几人海阔天空般的讨论，曹世成站起身来。
“让你们构思一下游钓艇的构想，看看你们自己说的都是什么啊！舒服的床，宽带卫星，还得来个大胡子船长，咋滴，你们要当大腕儿啊！”
“可是，这就是我们对于船的梦想啊！”
眼见这几个货拉不回正路，曹世成只能是正常的讲课了。
“刚才有人提到了新能源动力，这其实也是目前船舶动力系统的研究方向之一。”
自从人类发明船舶（独木舟—万吨巨轮）以来，船舶动力历经多次发展，从发展顺序上来看，基本上经历了:无动力漂流—人力—风力—蒸汽轮机动力—外燃机动力—内燃机动力—核动力（电力）—未来的混合动力。
动力系统现状又分为传统柴油和燃气轮机两大类。
而从燃料方面来说，船舶动力系统目前又分为：柴油、重油、核能、新能源混合动力。
新能源又分为LNG、燃料电池、纯电和混合动力。
在船舶航行推进过程当中，动力系统作为整船推进的核心技术，当前多数研究围绕动力系统性能开展。
船舶动力系统的主要构成涉及到推进器、主机以及轴系这三个部分。
从成本方面来看，船舶动力系统的建造成本占船舶设备总成本的1/3以上，其重要意义可见一斑。
当前，船舶动力系统主要以柴油机动力系统与燃气轮机动力系统这两类为主，其运行性能关系着全球贸易的运输效率与安全，因此有关其应用现状以及发展趋势的研究也成为了造船行业技术研究的核心内容。
“动力系统对于船只来说非常重要，但是如果船只失去了动力，在海上是相当危险的，失去了动力的船只处于一个自由漂泊的状态。”
“当外力风浪流影响时，船只是无法控制的，如果产生横移，有可能触礁，有可能搁浅，还有可能被风浪冲击造成倾覆。”
“所以，单套的动力系统一旦发生故障，是非常危险的。所以，搭配两种或两种以上的混合动力系统就非常有必要了。”
“混合动力目前在汽车行业应用的很多，也比较先进比较全面。”
“那么在船舶上，混合动力系统是怎么工作的？”
曹世成回身在显示屏上调出了一个讲解视频。
汽车混合动力系统是指由传统燃油发动机、蓄电池和电动机组成的一种采用电动机与传统燃油发动机的动力结合，达到节能环保的效果。
混合动力汽车内部包含了各种复杂的系统，包括能量转换、电力控制等，其驱动原理也因此比传统车辆更加复杂，但其能够最终做到高效率、低排放、低噪音和低燃油耗。
而船舶“混合动力”系统是指配备两种或两种以上动力源作为推进动力的系统。
目前，船舶混合动力系统主要是指通过主柴油机和电动机来驱动螺旋桨的动力系统，且电动机一般由发电机组、燃料电池或储能装置等驱动，而储能装置由蓄电池或超级电容器等组成。
船舶“混合动力”系统一般包括主柴油机、轴带发电机、齿轮箱、发电机组、配电板、变频器及其控制系统等，其具体构架和工作模式视实船具体情况而定，有的混合动力船舶还在上述基础上加入储能系统。
船舶“混合动力”系统的运行工作模式一般情况有3种：动力输出（Power Take-off，PTO）、动力输入（Power Take-in，PTI）和动力返回（Power Take home，PTH）。
“先说说发电是怎么发电的！”曹世成手中的鼠标在显示屏上移动着。
动力输出（Power Take-off，PTO）是指通过轴带发电机获取动力向船舶电网供电的模式，即发电模式。这是轴发的基本工作模式。
主机通过一体化齿轮箱驱动集成的永磁电机，电机工作于发电模式，利用两个永磁电机驱动器分别控制两个发电转矩，控制母线电压，再通过；两个逆变变流器把直流母线电压逆变成供全船可使用的三相交流电，逆变电源的输出频率恒定、电压恒定、谐波小于 5%，完全满足船级社“规范”对于船舶电源的要求。
当船舶“下水航行”时，主机的剩余功率大，因此使用这种转矩控制型轴发可以使主机从怠速至额定转速范围内都能实现发电供电。此时，也可通过轴发向蓄电池组充电，待系统工作在 PTI 模式下，蓄电池可放电提供能量，实现节能的目的。
动力输入（Power Take-in，PTI）是指轴发由船舶电网获取动力向螺旋桨轴输出动力的模式，即电动机模式。该模式下自船舶电网获取的动力用于船舶推进，也就是“混合动力”模式。
有点儿像柴电潜艇的推进模式。
一体化齿轮箱所带的永磁电机工作于电动模式，由主发电机和蓄电池供电，转换轴发变流器为电动推进模式，通过独立的遥控手柄控制输出转矩的大小，实现“加力”模式。这种模式可以根据船舶对于航速的需求，通过合理选择主发与轴发的功率分配，有效提高船舶的机动性能。
例如内河船的主机选择不用预留比较大的“上水航行”应急功率，可以有效提升主机的负荷率值，这样既节约了造船成本，又使主机长期工作于高效模式，降低油耗，节能减排，延长主机寿命。
“混合动力还有一种特殊的模式，叫做动力返回。”
动力返回（Power Take home，PTH）是 PTI 的一种特殊形式。
该模式下主机处于故障状态，轴发代替主机推进，由于轴发功率较小，因此该模式下推进动力不足以保证船舶按正常速度航行，为保证船舶“舵效”，一般要求航速能够达到 7kn，只能维持船舶缓慢回港，也叫“带你回家”模式。
该模式下由推进电机单独驱动螺旋桨，类似于电力推进系统。PTH 模式除在上述主机故障情况下“带你回家”，也可在主机正常而为达到节能目的时使用该模式，例如内河船舶处于“下水航行”航段时水流较大，船舶仅需很小的推力即可正常航行，该模式可以避免主机运行在低效区间，提升船舶经济性。
“混合动力系统推进工作模式与纯柴油机推进相比，在经济性、机动性、安全性、环保性等方面极具优势。”
“如果说我们的船首选功能的话，我主推这个混合动力系统！”曹世成做着最后总结。
“但是这种系统在小型船舶或者民用船只上有没有运用呢？”七兄妹中的最佳捧哏董博君同学适时的提出了自己的疑问。
给了一个鼓励的眼神儿，曹世成又打开了一个PPT。
“国外，尤其是欧洲，他们的船舶技术相对先进一些，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，世界上第一艘混合动力拖轮‘Carolyn Dorothy 卡洛琳 多萝西’号在2009年1月下水，这条船长23.77米，宽10.36米，在美国长滩和洛杉矶港服役，主力是两台Cummins QSK50柴油机，单台额定功率1342Kw和2台Cummins QSM11型柴油发电机组，每台额定功率300Kw，配备了两组0.5MKw的铅酸电池。这条船拥有5000批马力的强劲动力，绿色环保还低噪音。”
翻了一页，曹世成指着另外一条船讲解道。
“2013年，一条当时世界最大的混合动力渡轮在德国与丹麦之间交付，船长142米，宽25.4米，船速最高9.99节，主动力是4台Mak的8M32主机和1台MAN 的6L32/44CR主机，总功率能到Kw，总共配置了2.6MWh的三元锂电池。有了这套混合动力系统，德国与丹麦之间轮渡的成本大幅降低。”
“15年2月的时候，荷兰交付了一条配备1MWh三元锂电池的混合动力豪华游艇‘Savannah’萨凡纳号，船长83.5米，宽12.5米，主动力是1台瓦锡兰9L20柴油机，额定功率1800Kw，另配1台卡特彼勒C32型柴油发电机组和2台卡特彼勒C18型柴油发电机组，整体能节省30%的燃料使用，而且操作更为灵活。”
“2017年的时候，挪威在首艘采用电池混合动力的近海平台补给船‘Viking Princess’号安装完成了一种混合能源系统，船上本来装了4台LNG发动机，改装之后，储能系统取代了其中一台发动机，不仅能提供需要的功率，而且工作性能更稳定，每年还能实现CO2减排13%—18%。”
“可以说，国外的混合动力船舶起步很早，也有了一些应用的实例。”
“反过来看我们国内，目前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，比如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（这个不能说太细）、载重吨MPV船、‘海港711’拖轮等。”
“以2016年的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周代变频及轴带发电机，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，可作用于PTO、PTI两种模式，有效提升动力系统灵活性，降低船舶能耗。”
“而国内最先进的技术应用，要属18年时候的成品展示了。”
“随着国内电池技术的发展以及环保法规的日益严格，基于储能系统的混合动力系统也在2018年7月投入了实战应用。”
“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。”
“这条船为满足三亚海域抗台风时需要具有的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，能够满足全年所有情况的使用要求。”
“所以说，你们讨论的那些大床啊、空间啊什么的，都是浮云，这才是王道！好好想想！”
话毕，白朋的思绪要比其他人深得多。
一群人叽了咕噜的跑到教室，发现曹世成在那里杵着腮帮子已经在冲盹儿了。
董博君上前轻轻的推了一下曹世成。
“嗯？！都来了？还记得来上课啊！你们几个是真行啊！”睡眼惺忪的曹世成没好气儿的数落着几人。
理亏的七个人赶紧给曹世成道歉。
“行了，今天的课也没什么太多的意思。还是按以前的流程。今天依据你们自己的想法，如果你们要拥有一条自己的钓鱼艇或者渔船，你们都想实现什么样的功能。自由讨论时间！讨论之后，我们根据你们的初步设想，再讲解一些实质性的内容。”
布置完了今天的题目，曹世成坐到了一边。
“如果是我的话，最起码这条艇得舒服，三四级风小浪，不能太晃，所以就必须得有一个陀螺稳定仪！”
“我的船，我要最舒服的床，要软，要睡的好！”
“切！你是钓鱼来的还是到海上睡觉来的！”
“要有大的冰舱，活水舱，能够放足够多的渔获。”
“动力要强，急速开到钓场，在别人还没发现的时候就钓满船舱回家了。”
“游钓艇嘛，一定得选最好的装备，雇一意大利Riva的设计师，建就得建最高档次的游钓艇，三层带飞桥的那种。船型最小也得要个90尺，船上什么宽带呀，卫星呀，能给他接的全给他接上。船头能打波爬，船尾能放流。驾驶室里站一个叼烟斗的大胡子船长，
歪戴着个船长帽，只要你一上船，甭管你是干什么的都得喊一嗓子：Wele to Caribbean!一口地道的海盗呛儿，倍儿有感觉。停船就得停最豪华的游艇码头，一年光泊位费就得几万美金，再安排一个检修团队，二十四小时候待命！就是一个字儿——贵！平常擦个甲板就得花个万儿八千的。周围那些船船舱里出来的不是金枪就是旗鱼的。你要是钓上来一船的小海鲈，你都不好意思跟人家打招呼！你说这样的一条船，你得卖多少钱？我觉得怎么着也得两百万吧。两百万？！那是成本，四百万美金起，你别嫌贵，还不打折！你得研究钓鱼佬的攀比心理，愿意掏两百万美金买船的钓鱼佬，根本不在乎再多掏两百万。什么叫钓鱼大师你知道吗？钓鱼大师就是，买什么装备都买最贵的，不买最好的，所以，我们的口号就是。不求最好，但求最贵。”
“但是我觉得如果是我的话，我希望这条船能够最大化的节能能源，最好有新能源动力，毕竟出去一次太烧钱了！”
曹世成实在听不下去了，这说的都是什么跟什么啊！也就最后有一句还像个人话。
“停停停！”出声打断几人海阔天空般的讨论，曹世成站起身来。
“让你们构思一下游钓艇的构想，看看你们自己说的都是什么啊！舒服的床，宽带卫星，还得来个大胡子船长，咋滴，你们要当大腕儿啊！”
“可是，这就是我们对于船的梦想啊！”
眼见这几个货拉不回正路，曹世成只能是正常的讲课了。
“刚才有人提到了新能源动力，这其实也是目前船舶动力系统的研究方向之一。”
自从人类发明船舶（独木舟—万吨巨轮）以来，船舶动力历经多次发展，从发展顺序上来看，基本上经历了:无动力漂流—人力—风力—蒸汽轮机动力—外燃机动力—内燃机动力—核动力（电力）—未来的混合动力。
动力系统现状又分为传统柴油和燃气轮机两大类。
而从燃料方面来说，船舶动力系统目前又分为：柴油、重油、核能、新能源混合动力。
新能源又分为LNG、燃料电池、纯电和混合动力。
在船舶航行推进过程当中，动力系统作为整船推进的核心技术，当前多数研究围绕动力系统性能开展。
船舶动力系统的主要构成涉及到推进器、主机以及轴系这三个部分。
从成本方面来看，船舶动力系统的建造成本占船舶设备总成本的1/3以上，其重要意义可见一斑。
当前，船舶动力系统主要以柴油机动力系统与燃气轮机动力系统这两类为主，其运行性能关系着全球贸易的运输效率与安全，因此有关其应用现状以及发展趋势的研究也成为了造船行业技术研究的核心内容。
“动力系统对于船只来说非常重要，但是如果船只失去了动力，在海上是相当危险的，失去了动力的船只处于一个自由漂泊的状态。”
“当外力风浪流影响时，船只是无法控制的，如果产生横移，有可能触礁，有可能搁浅，还有可能被风浪冲击造成倾覆。”
“所以，单套的动力系统一旦发生故障，是非常危险的。所以，搭配两种或两种以上的混合动力系统就非常有必要了。”
“混合动力目前在汽车行业应用的很多，也比较先进比较全面。”
“那么在船舶上，混合动力系统是怎么工作的？”
曹世成回身在显示屏上调出了一个讲解视频。
汽车混合动力系统是指由传统燃油发动机、蓄电池和电动机组成的一种采用电动机与传统燃油发动机的动力结合，达到节能环保的效果。
混合动力汽车内部包含了各种复杂的系统，包括能量转换、电力控制等，其驱动原理也因此比传统车辆更加复杂，但其能够最终做到高效率、低排放、低噪音和低燃油耗。
而船舶“混合动力”系统是指配备两种或两种以上动力源作为推进动力的系统。
目前，船舶混合动力系统主要是指通过主柴油机和电动机来驱动螺旋桨的动力系统，且电动机一般由发电机组、燃料电池或储能装置等驱动，而储能装置由蓄电池或超级电容器等组成。
船舶“混合动力”系统一般包括主柴油机、轴带发电机、齿轮箱、发电机组、配电板、变频器及其控制系统等，其具体构架和工作模式视实船具体情况而定，有的混合动力船舶还在上述基础上加入储能系统。
船舶“混合动力”系统的运行工作模式一般情况有3种：动力输出（Power Take-off，PTO）、动力输入（Power Take-in，PTI）和动力返回（Power Take home，PTH）。
“先说说发电是怎么发电的！”曹世成手中的鼠标在显示屏上移动着。
动力输出（Power Take-off，PTO）是指通过轴带发电机获取动力向船舶电网供电的模式，即发电模式。这是轴发的基本工作模式。
主机通过一体化齿轮箱驱动集成的永磁电机，电机工作于发电模式，利用两个永磁电机驱动器分别控制两个发电转矩，控制母线电压，再通过；两个逆变变流器把直流母线电压逆变成供全船可使用的三相交流电，逆变电源的输出频率恒定、电压恒定、谐波小于 5%，完全满足船级社“规范”对于船舶电源的要求。
当船舶“下水航行”时，主机的剩余功率大，因此使用这种转矩控制型轴发可以使主机从怠速至额定转速范围内都能实现发电供电。此时，也可通过轴发向蓄电池组充电，待系统工作在 PTI 模式下，蓄电池可放电提供能量，实现节能的目的。
动力输入（Power Take-in，PTI）是指轴发由船舶电网获取动力向螺旋桨轴输出动力的模式，即电动机模式。该模式下自船舶电网获取的动力用于船舶推进，也就是“混合动力”模式。
有点儿像柴电潜艇的推进模式。
一体化齿轮箱所带的永磁电机工作于电动模式，由主发电机和蓄电池供电，转换轴发变流器为电动推进模式，通过独立的遥控手柄控制输出转矩的大小，实现“加力”模式。这种模式可以根据船舶对于航速的需求，通过合理选择主发与轴发的功率分配，有效提高船舶的机动性能。
例如内河船的主机选择不用预留比较大的“上水航行”应急功率，可以有效提升主机的负荷率值，这样既节约了造船成本，又使主机长期工作于高效模式，降低油耗，节能减排，延长主机寿命。
“混合动力还有一种特殊的模式，叫做动力返回。”
动力返回（Power Take home，PTH）是 PTI 的一种特殊形式。
该模式下主机处于故障状态，轴发代替主机推进，由于轴发功率较小，因此该模式下推进动力不足以保证船舶按正常速度航行，为保证船舶“舵效”，一般要求航速能够达到 7kn，只能维持船舶缓慢回港，也叫“带你回家”模式。
该模式下由推进电机单独驱动螺旋桨，类似于电力推进系统。PTH 模式除在上述主机故障情况下“带你回家”，也可在主机正常而为达到节能目的时使用该模式，例如内河船舶处于“下水航行”航段时水流较大，船舶仅需很小的推力即可正常航行，该模式可以避免主机运行在低效区间，提升船舶经济性。
“混合动力系统推进工作模式与纯柴油机推进相比，在经济性、机动性、安全性、环保性等方面极具优势。”
“如果说我们的船首选功能的话，我主推这个混合动力系统！”曹世成做着最后总结。
“但是这种系统在小型船舶或者民用船只上有没有运用呢？”七兄妹中的最佳捧哏董博君同学适时的提出了自己的疑问。
给了一个鼓励的眼神儿，曹世成又打开了一个PPT。
“国外，尤其是欧洲，他们的船舶技术相对先进一些，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，世界上第一艘混合动力拖轮‘Carolyn Dorothy 卡洛琳 多萝西’号在2009年1月下水，这条船长23.77米，宽10.36米，在美国长滩和洛杉矶港服役，主力是两台Cummins QSK50柴油机，单台额定功率1342Kw和2台Cummins QSM11型柴油发电机组，每台额定功率300Kw，配备了两组0.5MKw的铅酸电池。这条船拥有5000批马力的强劲动力，绿色环保还低噪音。”
翻了一页，曹世成指着另外一条船讲解道。
“2013年，一条当时世界最大的混合动力渡轮在德国与丹麦之间交付，船长142米，宽25.4米，船速最高9.99节，主动力是4台Mak的8M32主机和1台MAN 的6L32/44CR主机，总功率能到Kw，总共配置了2.6MWh的三元锂电池。有了这套混合动力系统，德国与丹麦之间轮渡的成本大幅降低。”
“15年2月的时候，荷兰交付了一条配备1MWh三元锂电池的混合动力豪华游艇‘Savannah’萨凡纳号，船长83.5米，宽12.5米，主动力是1台瓦锡兰9L20柴油机，额定功率1800Kw，另配1台卡特彼勒C32型柴油发电机组和2台卡特彼勒C18型柴油发电机组，整体能节省30%的燃料使用，而且操作更为灵活。”
“2017年的时候，挪威在首艘采用电池混合动力的近海平台补给船‘Viking Princess’号安装完成了一种混合能源系统，船上本来装了4台LNG发动机，改装之后，储能系统取代了其中一台发动机，不仅能提供需要的功率，而且工作性能更稳定，每年还能实现CO2减排13%—18%。”
“可以说，国外的混合动力船舶起步很早，也有了一些应用的实例。”
“反过来看我们国内，目前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，比如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（这个不能说太细）、载重吨MPV船、‘海港711’拖轮等。”
“以2016年的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周代变频及轴带发电机，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，可作用于PTO、PTI两种模式，有效提升动力系统灵活性，降低船舶能耗。”
“而国内最先进的技术应用，要属18年时候的成品展示了。”
“随着国内电池技术的发展以及环保法规的日益严格，基于储能系统的混合动力系统也在2018年7月投入了实战应用。”
“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。”
“这条船为满足三亚海域抗台风时需要具有的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，能够满足全年所有情况的使用要求。”
“所以说，你们讨论的那些大床啊、空间啊什么的，都是浮云，这才是王道！好好想想！”
话毕，白朋的思绪要比其他人深得多。