为什么永磁电机会成为大型船舶电力直驱推进的首选

卓越的效率、可靠性和紧凑性是永磁设备的核心竞争优势。凭借我们在市场中的领先地位和提供永磁轴发电机的经验，我们相信这些设备在深海船队的电气化中将发挥重要作用。随着船东寻求降低排放量以符合IMO的要求，永磁设备提供了一个引人注目的解决方案。

在推进方面，永磁设备用于电力传动系统，以产生转动螺旋桨轴或推进器的机械能。相比之下，永磁轴发电机将推进轴（由船舶主发动机驱动）的旋转机械能转换回船上使用的电能，从而减少了对柴油发电机组的需求。

在这两种应用中，“永久”是指使用永久磁铁来产生运行所需的磁场。当传统机器中使用的电磁铁需要外部电源来产生磁场时，永磁转子上的磁铁会产生恒定的磁场，而无需外部电源。

磁场相互作用

在永磁推进设备中，两个磁场需要相互作用才能产生转动转子所需的扭矩。这是通过将外部电流馈入永磁机内的定子绕组来产生旋转磁场来实现的。该磁场锁定在转子磁铁的恒定磁场中，实际上是“拖拽”转子并使转子转动。通过调节所提供电流的频率，可以精确控制转子的速度（因此轴线的速度）。

运营效益

与依赖电磁铁的传统电动机（例如电励磁同步设备和感应设备）不同，永磁设备无需消耗额外电力即可产生磁场，从而消除了转子损耗并提高了效率。

• 在额定运行点，永磁设备的效率更高 ，通常比电励磁同步设备高 2-4%，比感应设备高 3-6%。在部分负载下，这些设备主要在部分负载下运行，这种差异甚至更大。这种效率的提高可以节省数百万美元的燃料成本，并在船舶的使用寿命内减少数千吨二氧化碳排放量。

• 永磁设备更加紧凑。它们在机舱中占用的空间减少了 30-40%，重量减轻了 50%，非常适合空间和重量都很有限的船舶。

• 由于永磁电机的磨损零件和可能出现故障的部件较少，因此需要的维护也较少 。

成本效益

与柴油机械推进相比，电力推进的初始资本成本通常略高。但从长远来看，这种解决方案由于节省燃料而更具成本效益，具体取决于船舶类型、运行情况和电力系统架构。在总运行时间中大部分时间处于低速的船舶中，可以实现最大的节省。这是因为一些发电机组可以关闭，而其余发电机组则以接近其最佳负载点运行。

此外，使用变速发电机组和直流配电可以进一步提高效率，而无需增加电源转换组件的数量。燃料通常占生命周期成本的约 95%，而这正是永磁设备可以发挥巨大作用的地方。例如，我们为LNG运输船提供了 100 多台永磁轴带发电机，估计每艘船在其生命周期内可节省 200 万美元的运营支出。

• 永磁电机的成本与传统电动机大致相同，但其更高的效率有助于降低使用寿命成本，也有助于降低碳税。这对于大部分以低于全速运行的船舶来说尤其重要。较低的维护要求进一步降低了运营成本。

• 斯维奇的永磁设备是独立的，因此可以直接组装到新建船舶上。在改装方面，永磁设备没有任何限制。但是，大型船舶的程序很复杂，因为您需要将船停泊在干船坞并在船侧开一个洞来安装机器，这可能需要几个月的时间。

耐用性和可靠性

永磁设备并非新发明，过去二十年来，它已广泛用于兆瓦级应用，包括大型风机和一些方位推进器。风机的运行条件实际上比船舶的发动机舱要恶劣得多；想想冬天的北海！发动机舱永远不会结冰，空气中没有盐分，湿度也低得多。这种背景确保了它们在海事应用中的耐用性和可靠性。

• 除了二氧化碳排放之外，与传统系统相比，永磁设备相对安静，产生的振动最小，从而减少了噪音污染及其对海洋生物的影响。在一艘渔船案例中，我们的永磁系统获得了 DNV 静音标记，该标记对水下辐射噪音 (URN) 进行了严格限制，突显了其最小的噪音水平。

• 所有兆瓦级永磁设备均使用由钕、铁和硼混合制成的磁铁。凭借强大的磁通量，它们的设计使用寿命为船舶的整个 20 至 30 年。这种长寿命是基于实际测量得出的，消除了市场普遍存在的关于磁铁需要更换的误解。

冗余和安全

在过去十年中，永磁设备的等级要求已正式确定，解决方案现已成为标准。但是，如果船舶只有一条轴线，那么无论电动机类型如何，船级社都不会完全接受电力推进。为了解决这个问题，我们开发了一种串联概念，包括两个连接在公共轴上的电动机。如果一台机器发生故障，第二台机器可以继续运行，提供至少 50% 的全功率。由于螺旋桨的立方功率-速度依赖性，这足以使船舶以全速的 80% 左右移动。

• 由于永磁电机中的磁场无法关闭，因此另一类要求是在电机内部配备一个解耦机制，以便在电机不运行时将转子锁定到位。这是必要的，因为永磁电机的恒定磁场即使在电机关闭时也会产生电压 – 如果转子继续旋转。解耦机制可固定转子并防止故障电流和机器端子上产生不必要的电压感应。

• 我们经常在永磁电机中使用星点断路器来防止故障电流并管理与磁场相关的风险，尤其是在轴带发电机应用中。它确保可以安全地进行维护，并有助于保护机器和工作人员免受潜在的电气危害。

市场趋势

永磁电机现在不仅在渡轮等小型船舶中非常常见，而且在许多船舶类型使用的兆瓦级推进系统中也非常常见。例如，斯维奇为 CSL 散货船 M/S Nukumi 提供了 3 MW永磁推进电机，该船在 2023 年船舶推进脱碳奖中荣获“年度最佳船舶”称号。

最大的挑战是大型深海船舶仍在使用柴油机械系统，但由于法规越来越严格，这种趋势正在发生转变。国际海事组织的目标是大幅减少温室气体排放，这迫使船东采用更清洁的技术，而永磁推进是最有效的解决方案之一。

• 我们是市场上第一家供应永磁轴带发电机的公司，这需要经过很多说服过程。当时，我们主要关注节省燃料，但现在我们更关注减少排放。

• 我们认为市场接受度不存在任何问题。自 2015 年以来，我们已为大型船舶销售了 400 多台永磁轴带发电机。这些发电机累计运行时间达数百万小时，因此基本技术已得到验证。我们的电力电子产品还可让各种能源直接连接到船舶电力系统，例如电池、燃料电池和风能/太阳能，这些能源在未来也将更加常见。

模块化设计

在斯维奇，我们专注于无变速箱（意味着更少的组件）的直接驱动系统，我们认为这是兆瓦级推进应用最可靠的解决方案。我们最大的优势在于我们能够灵活地提供针对客户要求优化的定制设计。我们将永磁设备的容量与船舶的运行速度和功率精确匹配，而不会尺寸过大。我们的模块化设计方法最大限度地降低了项目之间的工程成本。我们可以调整接口并移动物体，例如调整冷却系统或修改轴直径。

总之，随着行业采用更具可持续性的解决方案，永磁电机为未来的电力推进需求提供了多功能解决方案。毫无疑问，它们的效率、紧凑性和可靠性使它们成为比传统电励磁同步设备和感应设备更好的选择。我们确实已经进入了永磁电机时代，我们收到的咨询量（尤其是针对推进应用的咨询量）的快速增长就是明显的证据。