节能型 Ro-Pax 船舶

Ro-Pax 即滚装客船，通常在群岛上从一个岛到另一个岛进行短距离航行。船舶的营运模式*不断改变，这对能源效益和燃料消耗量构成了挑战。C&A 电气公司和 Vacon 韩国公司设计了一种高效的能源生产解决方案，以提高轴传发电机的可用性。此解决方案在两艘为蓝星轮渡的母公司阿提卡集团1 制造的 Ro-Pax 船舶上使用。

星轮公司向一家韩国造船厂订购了两艘新的 Ro-Pax 船舶。阿提卡集团对环境问题尤其重视，一直在投资新技术，因此，该公司要求船舶建造商为其 Ro-Pax 船舶上的能源生产开发一种先进的节能型解决方案。在紧张的日程安排下，Vacon 韩国及其系统集成商合作伙伴 C&A 电气能共同提供造船商所需要的——基于轴传发电机变频器包的设计。

Vacon 向 C&A 电气公司交付的产品包括四个基于改装型标准 VACON® NX Compact Cube 的1,500 kVA 水冷轴传电机变频器。由于主配电板已经配有主进线断路器，所以拆除了原来的主进线断路器。Ro-Pax 船舶的典型特点是高额定电流、低额定电压 (400 V 50 Hz)。这对所需过滤器的设计提出了一些挑战。

“虽然在最终确定能源生产概念之前决定创建一个先进的解决方案，但我们设法找到了一个成功的解决方案，该解决方案还考虑到了苛刻的条件、有限的物理空间等挑战，”Vacon 韩国公司总经理 Jussi-Pekka Sampola 说道。

Ro-Pax 即滚装客船，通常在群岛上从一个岛到另一个岛进行短距离航行。船舶的营运模式*不断改变，这对能源效益和燃料消耗量构成了挑战。C&A 电气公司和 Vacon 韩国公司设计了一种高效的能源生产解决方案，以提高轴传发电机的可用性。此解决方案在两艘为蓝星轮渡的母公司阿提卡集团1 制造的 Ro-Pax 船舶上使用。

2009 年 6 月，Attica集团和蓝星渡轮从韩国一家造船厂订购了两艘新的 Ro-Pax 船舶。阿提卡集团对环境问题尤其重视，一直在投资新技术，因此，该公司要求船舶建造商为其 Ro-Pax 船舶上的能源生产开发一种先进的节能型解决方案。在紧张的日程安排下，Vacon 韩国及其系统集成商合作伙伴 C&A 电气能共同提供造船商所需要的——基于轴传发电机变频器包的设计。

Vacon 向 C&A 电气公司交付的产品包括四个基于改装型标准 VACON® NX Compact Cube 的1,500 kVA 水冷轴传电机变频器。由于主配电板已经配有主进线断路器，所以拆除了原来的主进线断路器。Ro-Pax 船舶的典型特点是高额定电流、低额定电压 (400 V 50 Hz)。这对所需过滤器的设计提出了一些挑战。C&A 电气对该项目也很满意。“大型推进电机运行时，预计柴油发电机的供电不够用，所以，船舶制造商尝试寻找一种增加船舶网络供电的新方法。我们建议使用 VACON® 变频器，以从安装在船上的轴传发电机传输电力。这是一项高要求解决方案，因为与轴传发电机配合使用的变频器应在柴油发电机为电力网络供电的同时能够运行。经过与 Vacon 韩国深入探讨和密切合作，我们能找到一个成功的解决方案，”C&A 电气的一名项目团队成员说道， “我希望这个参考能为 C&A 电气和 Vacon 在船舶制造项目中带来更多商机，而冗余和节能能力对电力系统至关重要，”他最后讲到。

蓝星特罗斯是两艘 Ro-Pax 船舶中的第一艘，自 2011 年 11 月中旬以来一直在希腊岛屿航线上航行。第二艘名叫蓝星帕莫斯，现已移交给船东，自 2012 年 7 月 12 日以来一直在北爱琴海诸岛航行。

船上发电
船上发电的一种便利方式是采用柴油发电机、轴传发电机和应急发电机。正常作业期间，采用轴传发电机进行船上发电。柴油发电机作为额外电源使用，或者无法使用轴传发电机时使用。此情况通常在船舶停泊或缓慢接近码头时发生。 

船舶停泊时，废气排放的限制非常严格。一种方案是选择优质的高辛烷值燃料，产生更少的废气排放。但是，成本高昂。其他方案包括净化氧化硫 (SOx) 和氮氧化物 (NOx) 废气的排放或使用海岸供应系统。这两种方案都可能用到变频器技术。 

传统的轴传发电机
轴传发电机通过离合器或类似的传动构件与主柴油机联接。主引擎可驱动船舶主推进系统的可调螺距螺旋桨 (CPP)。推力可以通过在所谓的“组合模式”中调整 CPP 叶片角度来控制，所以主引擎的转速变化很小，通常在 400-500 rpm 范围内。如果轴传发电机的速度发生变化，其电频率会相应改变，这会被视为供电故障。在组合模式下，柴油机和螺旋桨转速保持恒定，以保持电频率恒定不变，并通过改变 CPP 的螺距来调节推力和船速。在转速低于标称值时，CPP 的效率会迅速下降，这意味着柴油机仍须几乎满载运转，且燃料消耗也会增加。换句话说，推力/速度和能源生产的成本效益无法同时优化。

主引擎的燃料消耗在 40-100% 的负载范围内变化不大，所以，在非常低的螺距（30-40% 负载）下典型的 CPP 负载时，油耗高，但产生的推力很小。

VACON® 发电机和并网变流器
VACON® 发电机变频器 (INU) 通过控制轴传发电机可为其直流总线产生直流电能。VACON® 并网变流器 (GTC) 则利用此能量以恒频和恒压向主配电板电网供电。

发电机的负载能力取决于发电机的转速/冷却特性，及作为转速 (rpm) 功能的标称电压行为。电压取决于自动调压器 (AVR) 与发电机特性。VACON® 并网变流器由船舶电网控制并与电网同步，且发出用于控制和同步传统轴传发电机或柴油发电机的完全相同信号。船舶上的发电与耗电均由电力管理系统 (PMS) 监控。

并网轴传变频器的工程标准
对并网轴传发电机系统进行工程设计时，需考虑多个方面。系统设计人员必须特别关注高要求的运行模式，例如如何在任何消费者市场出现故障时防止停电。毕竟船舶在海上的最坏情况就是停电。 

考虑因素：

• 能源负荷平衡； 1 相和 3 相负载共享
• 轴传发电机在任何工作点都能承受电机/变压器负载的所有启动/故障电流（励磁浪涌电流） 
• 标称负载和最大短时过载之间的余量
• 负载最小功率因数与可能的补偿要求
• 电网同步、负载共享、负载分配/接收模式
• 保护系统的选择性、熔断器燃烧方式以将故障段与配电系统相隔离
• 可能的能源生产故障模式、电力管理系统响应时间和支持电网稳定
• 可能的电网规范

请注意，Vacon 于 2014 年 12 月加入丹佛斯集团。