隨著國民經(jīng)濟的快速增長，我國航運業(yè)和造船業(yè)取得了令人矚目的成就，但同時也付出了巨大的資源和環(huán)境代價，如何能夠合理利用能源、降低能耗已成為船舶行業(yè)最為關心的問題之一。
2011年7月，國際海事組織（IMO）通過了國際防止船舶污染海洋公約（MARPOL）附則VI“防止船舶污染大氣的規(guī)定”的修正案，在此修正案中新增加了船舶能效設計要求，從2013年1月1日起，能效設計指數(shù)（EEDI）對新造船正式生效。這些船舶領域強制性的國際減排規(guī)則，對各國航運和造船行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。面對越來越嚴苛的減排規(guī)則和高昂的燃油費用，人們開始尋找更加行之有效的節(jié)能減排技術，而變頻技術作為一種高效節(jié)能技術在造紙、金屬、采礦、水泥、電力、化工等行業(yè)及生活領域取得了良好的效果，隨著船舶對節(jié)能減排要求的不斷提高，變頻技術在船舶領域也有了越來越多的應用。
1、電力推進系統(tǒng)
目前，船舶主要驅(qū)動方式是柴油機通過軸系帶動螺旋槳，這種驅(qū)動方式有兩個顯著特點。首先，柴油機的燃油消耗率隨其額定轉(zhuǎn)速先降低再升高，而只有運行在80%至90%的額定轉(zhuǎn)速時，燃油消耗率才會達到最低值，這樣為了更好的燃油經(jīng)濟性，柴油機就需要工作在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)；其次，作為負載的螺旋槳在外界工況的變動下，柴油機負荷不斷變化，導致其不能一直運行在最佳工作區(qū)，尤其當柴油機在低轉(zhuǎn)速低負荷工況下運行時，燃油消耗率變高，經(jīng)濟性嚴重下降。
將采用變頻驅(qū)動的電力推進技術引入到船舶推進系統(tǒng)中，上述問題會大大改善，對同一功率的船舶而言，可以保證柴油機始終在最佳工作區(qū)內(nèi)，不僅燃油噴射和燃燒狀況良好，還有效減少了排放。此外，通過使用變頻器不僅可以有效提高電網(wǎng)功率因數(shù)，減少功率損失，還能實現(xiàn)驅(qū)動電機的軟起動，降低起動時對電網(wǎng)的沖擊。
近年來，各個國家對船舶變頻驅(qū)動技術的研究如火如荼，ABB、SIEMENS等公司都已陸續(xù)開發(fā)出成套產(chǎn)品。以ABB公司的ACS系列變頻器為例，其不僅具有標準化的通訊接口，靈活的編程功能，還具有多種應用宏，使用方便，性能穩(wěn)定，并且其內(nèi)部集成了多種高性能變頻控制技術，如：U/f恒定控制技術，矢量控制（VC）技術，直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術等，這樣可以根據(jù)用戶的不同需求選擇不同的控制模式。據(jù)了解，今年1月中旬，ABB公司獲得麗星郵輪公司兩艘郵輪的推進系統(tǒng)訂單，該推進系統(tǒng)采用基于交流變頻技術的電力推進系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)柴油機推進系統(tǒng)，其燃油消耗能減少20%至25%，據(jù)初步估算，這樣一周可節(jié)省的燃油約為65噸，減少的CO2排放量約為200噸，減少的NOX排放量約為3.8噸。
相比之下，我國在變頻技術的研究及應用起步較晚，而且實現(xiàn)變頻技術的關鍵元器件如功率半導體、驅(qū)動電路、電解電容等都要依賴進口。目前，中船重工第七一二研究所已具備電壓等級為3300V，容量為5MVA變頻器的研制能力，還正在開發(fā)更高電壓等級、更大容量的產(chǎn)品。
2、冷卻水系統(tǒng)
為了保證船舶能在全球航行，冷卻水系統(tǒng)中各個設備往往根據(jù)最大冷卻需求及冗余等因素設計，然而在船舶實際運行過程中，不同工況對冷卻水的需求量是不同的。由于傳統(tǒng)的冷卻水系統(tǒng)采用固定數(shù)量泵組，冷卻水泵的運行臺數(shù)和實際的電力消耗一直是在額定工況下，不能夠根據(jù)實船主機負荷變化和海水溫度變化來調(diào)節(jié)所需的冷卻水量，這勢必會造成能源的浪費。鑒于此，基于變頻技術的船舶冷卻水系統(tǒng)應運而生。
據(jù)悉，ABB公司已為中遠船務造船廠在建的一艘30000載重噸的多用途船提供了船舶冷卻水系統(tǒng)變頻技術的解決方案（圖1），其中的主海水泵通過變頻技術來實現(xiàn)。目前，變頻技術在冷卻水系統(tǒng)上的應用還處于初步階段，國外一些集裝箱船，散貨船和少數(shù)油船已有應用；但在我國僅有少數(shù)工程船，多用途船在冷卻水系統(tǒng)中采用變頻技術。
