艦船全向式電力推進系統

一、艦船電力推進系統發展沿革

        艦船電力推進系統已有近百年歷史，早在20世紀初期，已開始使用於特種艦船，如潛艇、AOG及救難艦；但由於保養不易、推進力不足等因素限制而發展緩慢。

（一）電力推進系統原理：電力推進系統基本由機械原動機（柴油機、燃氣輪機或核動力）構成，用以驅動發電機，發電機再提供推進電動機的動力。電動機又分為直流、交流同步或交流感應。

（二）電力推進型式：自1980年代起，電力推進型式從直流電力進展至PWM技術的交流電力和向量控制、直接轉矩控制的交流電力。系統中採用的電力半導體器件也從半控型元件（如SCR）進展至全控型元件（如GTO、IGBT、IGCT）。隨著電力半導體技術、交流調速理論和微機電控制技術的發展，交流電機的變頻調速技術日漸成熟。這也使得艦船電力推進系統在機動性、可靠度、運行效率和推進功率等方面有突破性發展，應用範圍不斷擴大，前景看好。

二、全向式電力推進系統內涵

（一）系統結構：全向式電力推進系統包括發電、輸電、配電、變電、推進、儲能、監控和電力管理，結合現行艦船電力、動力兩大系統，它不是電力推進加自動配電系統的簡單組合，而是從概念以至方案、組成、配置、技術均有重大突破及變化。

全向式電力推進系統，就是主推進馬達直接和車葉相連，製成一個獨立的推進模組，並吊掛在船體底部，可360度全向旋轉。推進的方位角可手動或自動控制、調節，可直接省略舵機及相應系統。

（二）控制與通信技術：全向式電力推進系統應用先進的控制和通信技術，採用PLC或可編程快速控制器，資料傳送則採用局域網路（LAN）和區域匯流排技術和設備。艦船電力推進的發展直接反映大功率電力變頻技術、微機電控制、通信技術和電力電子元件等領域的最新研發成果。

（三）主要廠牌系統：目前主要有Azipod、SSP Propulsor、Mermaid和Dolphin4 種。ABB公司於十幾年前首次推出Azipod系統，目前佔領市場鰲頭，其產品也經過實船運轉的考驗。

三、全向式電力推進系統之特點

        全向式電力推進系統和傳統機械推進系統相較，有下列特點：

（一）推進效率高：柴油機以80～90％標定轉速作為長期運轉轉速（即降速運轉）時可達到最佳效益。在電力推進系統中根據負載需求量決定併入電力系統的發電機數，當艦船需求電量降低，便能使每部發電機組都能在理想的負荷下工作，這樣不僅有益柴油機的燃燒與節約燃油，還可減少維修保養工作、降低備料費用。

（二）空間配置靈活：發電機組及附屬設備可立體佈置於整個機艙空間，既方便靈活，又充分利用空間。推進發電機組不須佈置於推進軸線，因而有利其他設備佈置，讓船艉和機艙部分的設計更加靈活。

（三）簡約設計與安全性能兼具

1.簡化相關附屬設備：省略主機、大軸、減速輪軸、側推器與舵機系統及相關附屬設備。此外，也簡化冷卻系統，節省空間。

2.安全性能提升：傳統柴油機採用單機推進，一旦柴油主機的重要配件或舵機及傳動軸系出現故障往往導致艦船失去動力。而電力推進使用多臺原動機，採用2套以上推進系統，將可在維持推進總功率的前提下互為備用，個別機組故障時僅影響船速，卻不致失去動力。

   推進與日用發電機組使用同個電力系統，因此可減少全艦發電機組的裝機總數，降低採購成本。此外，還可將發電機分組放置於不同的艙間，避免同時受創而失去動力。

（四）模組化設計：推進模組可在艦船建造基本完成或在準備試航前安裝，必要時可採模組換裝的方式在海上實施緊急維修，將有效提高艦船的機動性。

（五）雜訊低、振動小、廢氣排放減少：省略舵機和傳動軸系，機械設備的總重量比同等功率柴油主機的船艦減少約30％，相對節省艦船的容積；另外配合對轉式車葉的設計，更可大幅降低空蝕效應、減少推進器引起的振動。此優勢也是電力推進獲得越來越大市場的主因。

（六）推進器可360度全向旋轉：具備靈敏的反應，可達到極短的緊急停車時間（crash－stop）；尤其在限制水域及港灣離靠操作時，可大幅提高艦船的操縱性和機動性。

儘管目前電力推進需較高的初投資及高密度維護管理，但就國外的實際安裝經驗來說，艦船服勤後可降低後勤需求成本。隨著電力電子元件的改良，電機機械控制和諧波抑制技術的發展，推進器和推進電機技術的成熟，將進一步降低電力推進的壽期成本。

                          周嘉文／青年日報96年1月8、15、22日第6版

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