設備商探索更可行的電力推進

    未來，燃料經濟性、減少排放、運營效率和冗余度將可能是船舶設計主要考慮的問題。如果對柴-電推進系統有若干創新，使費效比高的不利情況有所緩解，而重量、艙容和運營優勢有所增強，那么將會有更多的船型從柴-電推進系統的電站中獲益
    其中一個創新是瓦錫蘭的低損耗概念（LLC）。它去除了每臺發電機下設的獨立變壓器，而代之以直接向變頻器輸送功率，只有少量電流通過一臺更小的變壓器（每套匯流排上有一臺）進行過濾干擾。如果需要．匯流排可以相連，從而確保系統在所有工況下都能驅動螺旋槳，同時減少了重量．削減了電氣損耗（每套裝置減少2％-4%），也減少了各種部件所需的空間50%以上。
    通過把整個電路布置成“方塊狀”（類似一個主環路），匯流排在側邊，變壓器在角上，一套690V系統用于功率達19MW的裝置上，相比一套6.6kV中壓系統可顯著節省費用。采用低損耗概念，相比以前的額定容量要求超過30MW的11kV或13.8kV裝置，中壓系統的容量也可達到2倍以上（至70MW)，還能節省大量的費用。
    采用柴-電推進系統可以有更大的好處，不過這需要對推進概念進行更為基本的再思考，包括船體和螺旋槳設計。例如CRP可獲得效率增益，這個已眾所周知很長時間了，但是由于復雜的軸承和密封配置，這種系統很難采用直接機械驅動。
    ABB公司采用了不同的方針，在2艘日本的單軸客滾渡船上，緊接在軸驅動主螺旋槳后面安裝對轉的Azipod推力器，也獲得了同樣效果（這2艘客滾渡船是Shin Nihonkai Ferry公司的“Hamanasu”號和“Akashia”號，2004年由三菱公司建造）。結果是燃油消耗降低12％-18%，船速也有增加。此外，所需功率從原來單螺旋槳設計的59MW減少至如今對轉螺旋槳配置的52MW，同時每天減少燃料消耗30噸。
    Azipod推進器取代了舵的位置，能完成高達10度的回轉，且后螺旋槳在主螺旋槳的伴流中仍能保持最大的效率。它還允許渡船在18米/秒的側風時不用拖船也能照常運行，相比之下，采用固定軸系和推進器的渡船只能在13米/秒的風況下運行。從這些渡船的經驗中獲知，將大約70％的功率給主螺旋槳而剩余的30％給對轉螺旋槳才能獲得最高效率。
    ABB公司也對在集裝箱船上安裝對轉螺旋槳系統進行了研究（該裝置原來就在計劃中）。這類船舶通常有很大的推進動力和服務航速。概念幾近成為現實時，經濟衰退的到來卻使幾乎所有的集裝箱船訂單被擱置，但是Adnanes先生希望在訂單得以恢復時能看到有一套該系統被裝上船。
    瓦錫蘭公司的Hupli先生一直在考慮帶有雙軸系和雙舵的船舶，并建議在直接驅動的單主螺旋槳兩翼有替代舵的方位推進器。這樣能優化主螺旋槳的水流情況，并省卻了所需的舵和艉推進器，同時提升了總的可用推進功率。計算表明，如此配置所需功率將減少8％-12％。
    這種設計可應用于美國的下一代沿海油船，其冗余需求采用雙尾鰭設計解決。這些船舶甚至使用電動機而不用直接驅動，這是因為一臺發動機在需要時可以為2支螺旋槳提供動力，且較小的電動機就意味著尾鰭更瘦使船體的流體動力效率最大化。
    這種混合動力裝置可能在未來會變得更加普遍，它模糊了直接驅動與柴-電推進系統之間的界線，且為船舶設計者和船東提供了各種動力方式的選擇方案，包括多發動機柴-電推進系統。選擇方案之一是1臺主機帶1臺軸帶發電機，通常這被看作是產生電能的有效途徑。
    然而，軸帶發電機的旋轉速度必須維持在一段很窄的范圍內，以產生頻率正確的電能。這導致了一種情況，就是可調螺距螺旋槳可以在保持軸轉速不變的情況下，通過減小螺距來降低船的航速——這樣做效率是不高的。為了解決這個問題，Rolls-Royce公司開發了混合軸帶發電機概念(HSG-Concept)，它能產生恒壓恒頻率的電流（同時也有正確的相角）而與軸的轉速無關。
    這個概念采用了最新的有源前端技術（不需要變壓器）和兩次電流轉換。一次轉換是把變頻交流電（AC）轉變為直流電(DC)，二次轉換則把DC轉變為固定頻率的AC。還有軸帶發電機的“速度降低”特性，使軸帶發電機系統與配電屏和其他提供功率的設備相聯時表現得像標準的發電機組，能正常并聯運行和穩定分擔負荷。
    HSG-Concept適合于功率在100kw到5MW之間的440V或690V的軸帶發電機系統，且允許軸帶發電機幾乎在任何軸速下產生有用電能。這意味著發動機和螺旋槳能在最佳的轉速下運行，從而使燃油消耗和排放最小化，同時也避免了運行輔助發電機組的需要。此外，HSG-Concept能使發電機作為電動機使用，直接向螺旋槳軸提供額外的轉矩以提供應急功率和冗余度。它還能在船舶降速航行或機動操作時使用而無需運行主機。
    Rolls-Royce Power Electric systems技術副總裁John Roger Nesje引證了一個例子，6.5MW的可調螺距螺旋槳在固定的額定轉速和零螺距的情況下，功率損失達900kw。若采用HSG-Concept，則主機轉速可降低到怠速狀態，而慢速運行的軸帶發電機用來維持電網的固定額定頻率和電壓。這樣就能減少螺旋槳零螺距狀態下的功率損失至100kw，且降低主機轉速還能額外節省燃油5％-8％。
    在更高的負荷和速度下節省的潛力更大。例如，如果上述船舶的20節服務航速不得不降低到14節，可采用HSG-Concept替代減小螺旋槳螺距和維持軸轉速以適應軸帶發電機的方式，此時螺距可保持100%的狀態而主機和軸帶發電機的轉速下降30%。最終結果是船舶仍以14節航速航行，而功率和燃油的消耗將由此減少大約20%。
    帶有固定螺距螺旋槳的直接傳動低速發動機也能從HSG-Concept中獲益，因為它解決了因氣候引起的螺旋槳轉速變化也即軸帶發電機轉速變化引起的頻率問題。因此，它免除了持續運行輔助發電機組的需求，這對裝有冷凍貨物的船舶特別有利。
    Rolls-Royce公司說HSG-Concept可以高的效費比在現有船舶上進行改裝并將顯著地減少排放。當軸帶發電機由齒輪箱的二級PTO驅動時，改裝可以非常簡單，因為該系統對同步和異步電機兩者都能適應，現有發電機可以保留。該公司估計改裝的投資回收期為2-3年，如果是裝在新建船舶上，則只需要1年。
    上述技術可以綜合使用為新的船舶配置鋪平道路，譬如單主機機械驅動螺旋槳和為軸帶發電機提供動力，而軸帶發電機為替代舵的對轉方位驅動系統提供電力，其經濟節省將是可觀的。這樣的增益能在較廣范圍的船型中得以實現，我們需要做的就是抓住機遇。（作者：Colin Sowman）