虽然永磁电机在船舶推进应用中越来越普遍,但它们仍未在船舶发电方面实现突破,使用的仍然是传统的电励磁同步发电机。永磁轴带发电机与变频器的结合带来了优化引擎和推进器效率方面的最大灵活性。此外,永磁发电机能够大大节约了燃料成本,并有助于轮船运行时符合排放法规。
在发电领域,轴带发电机有助于船东应对不断上升的能源成本和日益严格的环保排放法规。
船上的发电一般是通过使用单独的辅助发电机组,也可以使用我们称为轴带发电机来发电,轴带发电机与主引擎相连。辅助发电机组通常由一个配备有标准同步或异步发电机的恒速四冲程柴油发动机组成。这种方法的主要优点是,由于恒速运转,发电机为船上的电网提供恒定的电压和频率,因此,不需要电气设备进行变频。此外,由于这种方法和推进系统是分开的,在船舶操控和入港停泊的过程中不会停止运行。主要缺点是,辅助发电机组需要更大的空间和更多的维护,并且在没有诸如用于降低粘度的预热器之类昂贵的辅助设备时无法靠相对比较便宜的重质燃油来运行。
辅助发电机要求更大的空间和更多的维护,并且无法靠相对便宜的重质燃油运行。
在过去的几十年中,由于能源成本不断上涨,排放法规日益严格,我们称之为轴带发电机的系统已经成为一种普遍的选择。在商船上,最常见的主动力是一种低速二冲程的柴油发动机,它直接连接到推进轴上,没有任何减速装置。二冲程柴油发动机相对于四冲程发动机的主要优点是热效率更高,让燃油消耗率更低,并且它靠重质燃油运行,明显比用船用柴油经济划算得多。在不久的将来,降低燃油消耗率会变得尤为重要,不仅是因为燃油成本不断上涨,还因为船舶排放标准日益严格,例如2016年开始实行的IMO Tier III。虽然有多种方法可以满足新的要求,例如使用双燃料系统、氮氧化物(NOx)还原器、余热回收系统和类似的替代品,最重要的目标还是提高效率—低燃油消耗、低排放。
通过轴带发电机与主轴连接无需变速箱。
传统的轴带发电机系统包括一个电励磁同步发电机,机械上与主轴连接,电气上与船上的电网连接—无论是直接连接还是通过变频器。发电机与引擎之间的机械连接既可以通过用于发电机加速的隧道齿轮实现,也可以不用齿轮而将发电机直接与轴连接。在第一种情况下,由于扭矩较小,所以发电机的体积也较小。可以使用标准的现成产品,许多供应商都有供货。该方案的缺点是需要变速箱,这就增加了其易损性、复杂性和维护工作量。此外,变速箱相对较贵,并且浪费能源,由于齿轮接触的摩擦力, 2~3%的输入机械功率转变成热。这就降低了系统的总体效率,增加了系统的热负荷,从而需要更大的冷却功率。一直采用的另一种方法是,用轴带发电机与主轴直接相连,这样就不需要变速箱,同时解决了所有与之相关的问题。在这种直驱解决方案中,发电机以与主引擎同样的低转速运行,二冲程柴油发动机的转速一般在100rpm以下。使用直驱轴带发电机的结果是,发电机扭矩较高,从而使发电机体积较大,因为电机的大小始终与扭矩成正比。这通常意味着不再使用标准的成品发电机,而需要使用量身定制的发电机。