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科学网太阳能船技能成长史及应用特征研究

太阳能船技术发展史及应用特征研究

伍赛特

0 引言

太阳辐射能作为一种重要的可再生能源,在开发利用过程中具有显著的优势,可以预见在后化石燃料时代太阳能将成为人类社会主要的利用能源之一。

太阳能在能源利用形式上有太阳能发电(包括光伏发电和光热电利用,前者是利用光生伏特效应将光子转换为电子、光照辐射能转换为电能的过程;后者是利用太阳辐射能加热液体,使之汽化从而推动发电机发电)、光热利用、光化利用和光生物能利用四种。

较之后其他几种能量利用形式,太阳能光伏技术具有相对较高的能源转换效率和能源品质(电能),且在工程化实施方面的技术难度相对较低。

1 太阳能船国外技术发展史

国外对太阳能船的研究,开始于1993年的世界太阳能船舶大赛SOLAR SPLASH。该赛事由美国机械工程学会和相关企业赞助,于1993年开始了第一届比赛,以后每年举办一届,现已发展成为世界各国大学生的竞赛平台,称为世界大学太阳能电动船大赛。该比赛对船舶的船长、船宽、太阳能电池板的额定功率、蓄电池的容量、船用电机的功率等一系列参数都有严格的上限规定,现在已经成功举办了16届。

2000年,澳大利亚开发出世界第一艘商用的太阳能/风能混合动力双体客船,这是一种既可将太阳能和风能单独作为动力,又可合二为一的新型船舶,可载100人。该船如果只用太阳能,其航速为6. 5 kn,用风能航速会更高些。船的每个单体都由首尖舱、蓄电池舱、机舱和尾尖舱组成,配有GPS、罗经、自动舵、测深仪、电子系统、测风仪和液压操舵装置等。船体和上层建筑为玻璃增强复合材料,每块太阳能翼板上所采集的太阳辐射能转换成275 V6 A的直流电,再储存到272 V的蓄电池中,用来驱动电力推进器的电机。

20061016日,瑞士开发出太阳能船“太阳21号”,从瑞士巴塞尔起航前往美国纽约,并于200758日顺利抵达目的地。这是世界上船舶首次依靠太阳能提供的动力能源横穿大西洋。

2008826日,日本邮船株式会社与新日本石油公司合作耗资1.5亿日元在旗下一艘船长200 m,排水量达60 213 t的滚装船“御夫座领袖(Auriga Leader)”号上装上太阳能光伏系统。其由328块太阳光板组成电池阵列,电能输出功率可达40 kW,能满足该船的照明需求及动力需求。滚装船的动力燃料依然是重油,太阳能发电主要使用在机舱内的机器和发动机的制动等动力系统中。

2010210日,亚洲最大的全太阳能船在中国台湾高雄下水,正式投入营运,这艘船耗资150万元,船长13 m,采用双体船型,并搭配目前台湾厂商所能提供的最大电池54 kW·h锂蓄电池组,两台20 kW电动机,最高航速可达9 kn,以3 kn航速至少可行驶9h,可搭载36名乘客。

2010225日,世界最大的全太阳能动力船Turanor Planet Solar号,在德国基尔下水,该船长31 m,宽15 m,重60 t。船体上方安装有太阳能板并由其提供动力,最高船速可达14 kn

20102月,由英国考文垂大学的Alastair Callender设计的Soliloquy Super-Green游艇在阿布扎比展出。艇长58 m,宽9.5 m,吃水3 m,动力机械包括2台单机240 kW功率的电力驱动推进器、4台单机109 kW功率的发电机组、2台单机132 kW功率的船首侧推器。Soliloquy游艇采用混合动力、太阳能、风能为动力,以使噪音及振动达到最小值,并实现污染零排放,具有显著的运营成本节约效果。游艇上配备的混合船舶动力(Hybrid Marine PowerHMP)系统能将太阳辐射能存储在蓄电池中并为游艇提供电力而无须另外配置发电机组。仅使用游艇上600 m2太阳能面板提供动力时,游艇航速可达68 kn;仅使用风能动力时航速为810 kn;使用发电机动力时航速为14 kn;使用推进机械动力时航速可达1618 kn

2 太阳能船国内技术发展史

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