[发明专利]具有大型二冲程涡轮增压往复活塞发动机的利用废热回收的船舶推进系统及其运行方法

说明书

技术领域

本发明的公开内容涉及一种利用废热回收来运转船舶推进系统的方法，以及涉及利用废热回收的船舶推进系统。 

背景技术

WO2007/124968公开了一种用于诸如集装箱运货船的大型货船的船舶推进系统，典型地，这种推进系统包括慢速二冲程柴油发动机形式的主发动机，用于产生机械能，以驱动连接至轮船推进器的传动轴。该发动机的连续额定功率以大约5MW起始并以高于110MW结束。 

轮船上的电力负载通常由轮船的电网提供，而所述电网接收来源于发电机的电力，所述发电机依靠比主发动机（发电机组）运转更快的内燃机而运转。这些通常为四冲程柴油发动机驱动的发电机组。最近，由于上升的燃料价格，近些年对更低排放量和更低运转成本的需求已经增大了对来自主发动机的废热进行利用的兴趣，用于提高能量利用率。特别地，在主发动机的废气和冷却系统中发现了过剩的热量。在上述公布文件中，推进系统包括废热回收系统，该系统从主发动机的废热中产生电力，并将电力输送到轮船的电网中。轴传动发电机/马达与传动轴机械连接并与电网电连接。轴传动发电机/马达为下述单元，即，当其被提供来自轮船电网的电流时可以运行作为驱动马达，并且当其被提供来自传动轴的转动机械能时可以运行作为产生电能的发电机。轴传动发电机/马达可以在作为驱动马达和作为发电机之间切换，作为驱动马达依靠来源于轮船电网的电能运行并传送机械能来驱动轴系，而作为发电机将轴系的机械能转换成轮船电网的附加电 力。 

传统上，轮船电网的电能由多个辅助发动机（发电机组）传送，每一个辅助发动机驱动一个发电机。在具有废热能量回收系统的轮船推进系统中，大部分或全部所需电能可以由废热能量回收系统来传送。当废热能量回收系统传送足够的功率到轮船的电网中时，功率管理系统或控制器降低由辅助发动机传送的功率，并且当有可能时辅助发动机被完全关闭。 

另外，通过采用发电机运转模式的轴传动发电机/马达，甚至更多的电能被传输到轮船的电网中，因此，可以更进一步降低辅助发动机的功率消耗。 

这些措施使得明显降低了燃料和运转成本以及辅助发动机的排放物。 

如果废热能量回收系统产生比轮船的用电器需要的更多的能量，则剩余能量被提供至以驱动马达允许模式运行的轴传动发电机/马达，因此额外的驱动力被传送到转动轴上。在这种情况下，只有废热回收系统将电力网输送到轮船的电网中，同时辅助发动机被关闭。 

根据轮船的需求，构造和设计已知的推进和动力系统，使得在大多数工况下，废热回收系统在不需要其它电力生产单元的帮助下产生需要的电能。 

在已知的推进和动力系统中，通过调节来控制电网的频率，即限制由废热回收系统产生的电能。为了能够实施这一频率控制，必须有足够的未使用的容量来包括用电器所消耗的功率变化。 

为了能够实施频率控制，废热回收系统需要能够在功率设置的范围内运行，即，废热回收系统不在其最大容量下运行。不在其最大容量下运行意味着效率下降，因为来自废热系统的“自由”能量的一部分没有被利用。 

发明内容

在这一背景下，本发明的目的是，提供一种具有改进的燃料效率的上述类型的船舶推进系统。 

这一目的通过提供一种具有废热回收的船舶推进系统而实现，所述船舶推进系统具有：驱动传动轴的大型二冲程涡轮增压的主内燃机，所述传动轴连接至船舶推进器；废热回收系统，其包括涡轮和发电机，用于从主内燃机的废热中产生用于船舶电网的电能；轴传动发电机/马达，其连接至传动轴并电连接到船舶电网上，所述轴传动发电机/马达被配置为，以轴传动发电机/马达的驱动马达运行模式，将来自电网的电能转换成驱动传动轴的机械能，所述传动轴发电机/马达被配置为，以轴传动发电机/马达的发电机运行模式，将来自传动轴的机械能转换成用于电网的电能；控制器，其可运行地连接到轴传动发电机/马达，并且所述控制器被配置为通过调节轴传动发电机/马达的运行来控制电网的频率。 

通过使用用于控制电网频率的轴传动发电机/马达的功率范围，可利用来自废热回收系统的所有有用功率，由此改进了船舶推进系统的能量效率。 

在一个实施例中，控制器被配置为，通过调节轴传动发电机/马达以驱动马达模式运行和以发电机模式运行，来控制电网的频率。该措施扩展了用于频率控制的功率范围。 

在一个实施例中，控制器被配置为，通过调节以驱动马达模式运行的轴传动发电机/马达的功率和通过调节以发电机模式运行的轴传动发电机/马达上的负载，来控制电网的频率。