风力发电技术在舰船上的应用

风力发电技术在舰船上的应用

孙思航 黄湘

（ 江苏海事职业技术学院航海技术学院 江苏 南京 211100）

摘要：船舶作为一种交通工具，在客运、货运以及其他运输中起到重要的作用，同时，船舶的利用也可以帮助我们更好的发现海洋资源，对我们利用海洋资源、研究海洋生态等有着重要的作用。舰船在航行的过程中，在茫茫大海上，最需要的就是充足的电力。本文通过对风力发电技术的介绍及研究，详细说明风力发电的工作原理、风力发电的系统参数等，旨在帮助人们更好的认识风力发电技术在舰船上的应用。

关键词：风力发电；技术；应用

前言：人类生活在地球上这么多年，已经耗费了地球上的很多资源，不仅如此，在开采资源、使用资源的过程中，由于前期的盲目使用，地球环境问题已经日益明显。近期，保护环境问题与能源利用问题已经紧密联系在一起。石油、煤炭、矿业的过度开采，导致该类资源已经越来越少，面对这样的问题，人们提出了另一种清洁能源—风能。风能是一种可再生的清洁能源，取之不尽、用之不竭，对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。风能不仅可以缓解日益严重的环境破坏问题，也可以改善人们对石油、煤炭、矿业资源的过度依赖。

1、风力发电的概述

风力发电，顾名思义，就是将风的动能转变成机械动能，进而再将产生的机械能转化为电力动能，从而达到发电的目的，这就是风力发电。一般的风力发电原理，就是利用风的力量带动风车的叶片转动，通过机器提高叶片的旋转速度，从而促使发电机发电。风力发电在产生电能的过程中不需要使用燃料，不会造成辐射或者空气污染，目前已经在各个国家被广泛使用。

风力发电的舰船，是指以风能作为基本的能量来源，通过风能转化成机械能进而转化成电能来驱动舰船的行驶，并且舰船上使用的蓄电池也是通过风能来蓄电。这类船舶的电能没有任何的辐射，不会对海洋的生态环境造成污染。那些采用风力发电的船只，不论是从经济角度考虑，还是从节能减排的角度考虑，都起到了双重的作用效果。对地球的生态平衡没有任何的坏处。如今，随着技术的进步与发展，风力发电越来越多的利用到各类型的船舶中，并对海洋生物发展起到了一定的作用。

2、风力发电技术在舰船上的应用方式

2.1、风力发电技术在舰船上的独立运行方式

所谓的独立运行方式，是指在舰船上准备一个独立的、小型的风力发电机，以此来进行发电。这种情况下，通常会将电能存储在发电机中的蓄电池或者备用蓄电池中，此类方式通常是在特殊情况下，用于应急的方式，或者是在小型舰船中，作为备用的方式。该种方式较为适合一些沿海的小型船舶，作为小型船舶的备用电源使用。

2.2、风力发电技术在舰船上的混合运行方式

所谓的混合运行方式是指，舰船的发电不单独依赖于风力发电一种模式，而是多种发电模式相结合。例如，风力发电与柴油机发电模式相结合，风力发电与太阳能发电模式相结合，风力发电与燃料电池发电模式相结合等。此种方式可以大大提高发电量，广泛应用于舰船之上。但是该类发电方式因为最常采用的是风力与光能的相结合，所以对使用的环境要求较高。通常需要环境中有丰富的风能和光能，才能达到良好的使用效果。混合运行方式主要是在舰船上同时安装风力发电的装置和太阳能发电的装置，在发电的过程中两种发电模式共同作用，并将电能存储在蓄电池等装置中，将蓄电池中的电能供给舰船使用，以达到发电的作用。在航行偏远、路程较远的舰船中，该方式较为广泛地使用。

2.3、风力发电技术在舰船上的并网运行方式

在一些大型的舰船上，设计师都会设计该舰船所属的独立电网，该方式就是将风力发电的设备产生的电能提供到舰船独立的电脑网中，用来给舰船发电。该种模式的好处就是可以给舰船实时供电，不会导致舰船断电。但同时该种发电模式对舰船的功率要求很高，要求功率要达到正常的设备要求，才能使用该种方式。而且发电的装置一般都会比较大，导致一般面积比较大的舰船才会采用该种发电方式。并网的运行模式对舰船的体积要求比较高，适合一些大型的货船、客船等。

3、风力发电在舰船上的最佳应用方式

风能是大自然给予人类宝贵的一笔资源，随着其他能源产量的减少，风能被越来越多的领域使用。但是风能也有非常不确定不稳定的因素，因此，不能单纯地将风力发电使用在舰船的发电技术上，最佳的使用方式应该是将风力发电同太阳能利用起来，采用风能、光能混合发电的模式，达到给舰船供电的目的。

3.1、风能光能混合发电运行模式的好处

现今社会，各种能源的开采为人们的生活带来了便利，方便了各种交通工具的使用，但同时也源源不断地带来了地球资源的减少和地球环境的破坏问题。人们在开采新能源的同时也越来越注重环境的保护，而风能和太阳能都是非常清洁的能源，比起柴油、汽油来说，是不会对环境造成危害的，属于新能源行业。在使用风能光能混合发电运行模式时，不会对环境造成危害，也不会产生噪声的污染，是舰船发电最常使用的一种方式。

3.2、风能光能混合发电运行模式的工作原理

风能光能发电的运行模式，从名字上来就很好理解，是同时利用风能和光能给舰船供电的混合模式。当舰船航行的海域没有风但有太阳的时候，可以利用太阳能给舰船供电。但是有风却没有太阳的时候，可以通过风力发电机来发电。当太阳和风都没有的时候，舰船上的蓄电池也可以持续给舰船供电。而当风能和太阳能都比较充足的时候，两者可以互相结合，达到给舰船供电的目的，并且还可以给舰船上的蓄电池充电，以备不时之需。首先，风能光能混合发电运行模式主要由风力发电的装置、太阳能发电的装置、控制器、蓄电池等结构造成。在工作过程中，风力发电的装置和太阳能发电的装置同时工作；风力发电的装置通过风轮将风能转换为机械能，然后驱动发电机将其转换为电能；太阳能发电的装置通过太阳能光伏效应将太阳能转换为电能。两者的电能通过控制器接在蓄电池中，给蓄电池进行充电。而蓄电池将输出的电流转换为合适的电压，提供给舰船使用，保证舰船的供电。

3.3、风能光能混合发电运行模式的主要工作参数

首先，从发电部分来说，风能光能混合发电运行模式主要采用的是风能发电部分和太阳能发电部分。舰船在海上航行的时候，白天的太阳比较强烈，因此太阳能资源丰富，而到了晚上，太阳能的资源减弱，但是此时的风能资源较为充足，因此，风能和太阳能可以互相补充，将资源进行很好的分配，保证舰船在航行的过程中有充足的电力。风能发电主要是采用风力发电机，发电机一般选择较为低速的发电机，保证叶片在速度较缓慢的情况下也可以正常转速，正常发电。而且低速发电机的效率比较高，在恶劣的天气中也可以运行，保证舰船的安全不受破坏。太阳能发电部分主要是太阳电池板。太阳板的选择要考虑到舰船所需要的功率大小，选择较为合适的太阳板。除此之外，因为海面上的环境较为恶劣，气候阴晴不定，因此在选择太阳板的时候，可以选择透光率较好的钢化玻璃，材质要选择一些比较能抗雨雪、冰雹等恶劣天气，同时也要抗风。

其次，从设备的控制角度来说，风能光能互补的装置是一个较为复杂的系统，需要将风能和光能先进行转换后再进而转换成电能，其操作比起单一的风力发电模式来说要比较困难。所以对舰船上的计算机设备要求较高。在搭建风能光能庄装置的时候，要选择计算精密的数字处理系统，保证舰船可以实时接收各种数据，在接收数据的同时还可以对数据进行分析。同时，在舰船的供电系统出现异常或者故障的时候，能够对异常的信号发出提示，供人们检查出问题所在，并及时解决问题，保证舰船供电系统的稳定性。舰船在海洋上航行时，深入海洋深处，常常是无边不见底的，舰船上的计算机系统也要能时刻判断出舰船的位置所在，保证舰船上供电系统的连续性，保证舰船航行的安全性。

4、结语

风力发电作为目前世界上先进的一种发电模式，其广泛的资源、不受污染的特点已经被很多国家和地区利用。随着科技的发展，人们已经将风能同各种能源联系在一起，为人类的发展作出了巨大的贡献。舰船作为我们开采海洋生物、发掘海洋资源不可缺少的一种交通方式，风力发电给舰船的航行带来了前所未有的变化。而风能光能的互补系统，作为目前舰船上使用较多的风力发电模式，既考虑到了白天只有太阳能而晚上只有风能的情况，双管齐下，利用两种能源不断地为舰船供电，不但保证了舰船的安全，更保证了舰船供电的连续性、稳定性、可靠性，促进了人类对海洋领域的进一步探索。

参考文献：

[1]张华武,胡以怀.风力发电技术在船舶上的应用与展望[J].船舶工程,2020,42(8):7.

[2]马川,张勤进,刘彦呈.一种新型船舶风光互补发电系统的配置方法[J].舰船科学技术, 2019,41(1):4.

作者简介：

1.孙思航（2001.9--），男，汉族，青海西宁人，专科在读生。

2.黄湘（1979.7-），女，汉族，江苏南通人，硕士，主要从事语言学，航海专业英语研究。

基金项目：2021年大学生创新创业训练计划项目“可再生资源系统中风能和太阳能对船舶应用的研究”（项目编号202112679012Y）