作为综合工程设计过程的一部分，柴油电动技术应该由内陆拖船部门考虑。
柴油电力推进不是一个新概念。像方位驱动一样，其在内陆海洋市场的应用也落后于海洋工业的其他领域。柴油电动机在燃油经济性和冗余推进系统安全性至关重要的行业得到了推动。特别是客轮和离岸供应船等船只享受柴油电力系统带来的好处。内陆拖船行业有许多这些担忧，并将从柴油电动技术的考虑中受益，这是综合工程设计流程的一部分。
2017年初，Shearer Group，Inc.（TSGI）与ABB的海事部门一起着手研究将柴油电动技术应用于内陆海洋工业。 TSGI最初在2007年左右研究了拖船的柴油电动推进装置，但当时的技术和价格并未使其成为市场的可行选择。然而，在过去的几年里，一些基本的行业变化已经改变了这个方程，在计划新的拖船时使柴油电动成为可行的选择。
什么是柴油电动推进？
简而言之，柴油电力推进是一个概念，它使用由多个发电机组成的电力发电厂，这些发电机通过使用电动机向推进装置发展电力。电力推进系统由发电机，配电系统，变频驱动器，电力推进电机和控制系统组成。
机械柴油驱动系统在非常狭窄的操作范围内提供卓越的效率，通常高于60％的MCR。因此，在很长一段时间内确定发动机的总运行周期非常重要。柴油电力通过扩大优化作业的范围，提高船舶推进系统的效率，并在机械驱动系统的最佳范围之外提供更高的整体效率。
在柴油电力推进的领域，目前市场上存在几种变型：
混合动力（PTO / PTI）
混合动力系统利用带动力输出和动力输入（PTO / PTI）的机械轴系，并结合发电系统。该系统结合了通过齿轮箱直接驱动推进的优势和船舶电力系统的“动力提升”的灵活性，还允许主电机在电力供应时通过向船舶提供电力来更有效地运行推进目的不需要。当需要更多功率时，发电机可以作为通过PTO / PTI向轴提供额外动力的电机。在低功率运行期间，主发动机可以被紧紧抓住并且船只可以单独在电动机上运行，或者主发动机可以提供推进动力，并且还为PTO / PTI供电以用于辅助负载。
空调系统
空调柴油电力系统是目前水上最传统和最常见的柴油电力系统。它由一个发电厂和多个发电机组组成，为船只上的所有负载提供动力;推进，辅助和旅馆。来自配电盘的电力通过变频驱动器提供给推进电机，以使电机几乎可以在任何转速下运行。
D / C系统
D / C柴油发电系统与空调系统非常相似，但在某些地区提供了一些改进。来自发电机的交流电流在发电机处被整流为直流，并通过配电盘直接分配。根据需要将直流电流反向回来，以便为推进和酒店负载提供交流电源。直流系统通常体积更小，重量更轻，配电盘内的部件更少。基于直流的推进系统与某些类型的能量存储相结合时可提供最大的优势，其中直流电网可以允许电池为船舶电气系统提供即时功率响应。
柴油电动储能
当柴油电力系统与储能相结合时，柴油电力系统的优势不断得到改善。对于典型的船舶应用，锂离子电池（锂离子电池）的使用可以帮助增加旋转储备，调峰和零排放操作，以提高船舶的整体效率。
柴油电机如何适应内陆市场
迄今为止，大多数关注柴油电力的内容已经绕开了内陆拖船市场。但是，TSGI一直与ABB的工程师合作开发和调整柴油电动拖船设计理念。这种设计努力的动力是典型的拖船的操作特性。当我们问拥有者他们如何操作他们的船只时，大多数人认为他们几乎百分之百的时间在80％到100％之间。实际上，我们发现来自在河流上运行的船舶的实际发动机数据是完全不同的。
大部分时间（与先前的想法一样），我们没有在80％以上的负荷下操作，而是发现我们调查的船只的操作情况花费的时间远低于最初认为的80％。对于内河各部分的许多运营商来说，实际的拖轮大部分时间总耗电量低于50％，短时间高于80％。这就为柴油电力提供了机会，以便为在内河运行拖船的运营成本提供积极影响。
在确定柴油电力系统对特定船舶的适用性时，船舶操作概况非常重要。这两个样本概况都代表了不同船舶在365天运行过程中的实际运行数据。
柴油电力推进提供了这些节省的各种好处。下面列出了每台2,400马力拖拉机的推进装置：
典型2,400HP机械：
-Prime Mover：2 x 1,200HP Tier IV发动机
- 发电机：2 x 200kW Tier III发电机
2,400HP柴油机电机：
- 发电：4 x 800hp Tier III发电机
对于机械拖船，在任何发动机负荷从怠速到100％的情况下，您都至少运行三台发动机，以保持完全机动和房屋电气负载。然而，柴油发动机正在运行优化的发动机数量。从怠速到大约25％的负载，仅需要一个发动机运转以向两个轴提供推进力，再加上船舶的房屋电负载。只有在高得多的负载下（通常> 80％），柴油机电才会比机械推进系统损失一些效率。
超越燃油节省
柴油电力推进系统还提供了超越节省燃料的好处。在设计过程中，应考虑推进系统冗余，尿素消耗和存储以及发动机维护等项目。
柴油电动车在冗余性和安全性方面也很出色。任何发动机都可以为任一种推进电机提供动力，操作员可以将发动机故障的影响降至最低。在机械系统上，原动机的损失导致50％的推进力和整个轴的损失。在柴油电动拖船上，发电机组的损失仅导致最大可用功率的25％损失，同时仍能够向两个轴提供动力。同样，随着机械系统上发电机的损失，船只现在不具备用于房屋和辅助负载的备用。柴油发电系统可以继续为发电提供多种备用电源。
使用多台Tier III发电机无需使用SCR或EGR技术来满足排放要求的Tier IV发动机。如果一艘船使用尿素进行SCR，其典型的DEF投配率为5％，则新的船舶设计必须容纳尿素箱，SCR和额外的排气管。
另一个好处涉及发动机维护时间表。通过将发动机数量减少到最佳数量，柴油电力推进减少了部分负荷下的发动机小时数。与机械驱动系统相比，以40％的运行时间推进负载不到50％的船只可以在两台发动机上工作几小时，而不是三台。而且，由于船上只有一种发动机，因此船只和岸上支持的备件数量可以减少。
Diesel Electric是你的吗？
柴油电动，就像方位驱动一样，可能或不可能是河流所有运行剖面的最佳解决方案。但是，它确实在许多情况下具有明显的优势，因此在设计船舶时应将其作为整体决策过程的一部分。通过为拖船提供更高的操作安全性和冗余性，益处不仅仅是节省运营成本。
作者
PE的Joshua Slade Sebastian是Shearer Group，Inc.（TSGI）的工程经理。 TSGI非常感谢ABB的海事部门为这个概念柴油电动拖船的电气设计提供帮助，并为本文提供了一些技术信息 。
（如发布于2018年3月版的海事新闻 ）
