智能新能源船舶技术创新案例④“魏桥绿动”9000DWT散货船混合动力综合能源系统

为系统总结最新成果、凝聚产业协同合力，智能新能源船舶技术创新产业联盟持续发起全国性创新案例的深度征集。本次汇编严格遴选了覆盖绿色动力、核心装备、智能驾驶、船岸协同、安全保障等前沿领域的代表性案例。本次活动得到高校、行业科研院所、船舶制造企业、航运公司等单位的积极响应，经过严格评审，最终遴选出10项具有代表性的优秀案例。这些案例集中展现了我国智能新能源船舶从单点攻关迈向全链条融合、从示范验证迈向规模化落地的壮阔进程，为全球水运装备绿色智能转型提供了极具技术先进性与经济社会效益的中国方案。

本项目为首批近海航区新能源散货船“魏桥绿动1”、“魏桥绿动2”轮的绿色动力系统工程建设。船舶总长109.8米，载重9000吨，并联式推进双机双桨，单轴推进功率1920kW,单轴轴带发电可达450kW,搭载8套1959kWh箱式电源及8台200kW DC/DC。船舶动力系统搭配iPMS系统、AMS机舱监控系统、推进遥控系统、岸基监控系统。面向沿海及近海运输场景，重点构建高效、低碳、智能化的船舶动力系统。

工程主要建设内容包括：

1.建设“箱式电源+柴油”双擎混合动力系统，实现多能源协同驱动；

2.集成iPMS智慧能量管理系统，对全船能量流进行实时监测、调度与优化分配；

3.配置1000V直流配电系统，实现多能源高效接入与灵活分配；

4.建设轴带发电系统（PTO/PTH），实现航行过程中的能量回收与电能供给；

5.配备并联式双机双桨推进系统及推进控制系统，提高操控精度与运行稳定性；

6.部署8套20尺1959kWh标准集装箱式储能电源，构建模块化储能体系。

通过上述系统集成，形成了高度一体化的绿色船舶动力解决方案，实现不同航行工况下的高效、清洁运行。

本项目采用“混合动力+智能能量管理+直流配电”的综合技术路线，具体流程如下：

1.能源供给与动力构建

系统以燃油主机与锂电池储能系统为核心动力来源，构建双能源动力体系。燃油主机负责远航主动力输出，锂电池系统提供清洁电力支撑。

2.智能能量管理

通过iPMS智慧能量管理系统，对船舶运行状态、电池电量、负载需求及排放要求进行实时分析，动态优化能源分配，实现多能源协同调度。

3.能量回收与储存

在远海航行工况下，主机运行转速在750rpm左右，为最佳经济油耗区间，多余功率通过轴带发电机（PTO）转化为电能，为储能电池充电，实现能量回收与削峰填谷。

1.绿色运行模式切换

在靠港、低速航行或进入排放控制区时，维持船舶在7节以下，可通过纯电力推进450kW×2，系统自动或手动切换至纯电驱动模式（PTH），实现零排放运行。

2.推进与控制系统

单轴采用1470kW柴油机+450kW轴带电机并联式推进系统，具备电力推进（PTH）\轴带发电（PTO）\并联式协调推进（PTI）\柴油直推4种工作模式，并通过推进遥控系统与高功率密度推进逆变器实现动力精准控制及不同运行模式间的平滑切换，提高船舶操控性与安全性。

该技术路线实现了“能源高效利用—智能调度—低碳运行”的闭环系统。

问题一：传统船舶油耗高、碳排放高、污染严重

解决方案：采用“锂电池+燃油”混合动力，通过并联式推进的电力推进（PTH）\轴带发电（PTO）\并联式协调推进（PTI）\柴油直推四种工作模式，实现柴油主机始终运行在最佳油耗区间，并实现纯电零排放运行模式，显著降低污染物排放。

问题二：多能源系统协调难度大

解决方案：应用iPMS智慧能量管理系统，实现全船能源统一调度与优化控制。通过高性能DCDC斩波器的下垂控制策略，实现8组箱式电源的功率均分。通过轴带发电系统回收富余能量，并结合储能系统实现能量再利用，提高整体能效。

问题三：永磁同步轴带电机开环驱动控制

解决方案：应用水冷型高功率密度四象限推进逆变器，通过PMSM开环控制算法，精准调控推进电机的转速与转矩，适配不同航速与负载需求。应用转速跟踪、飞车启动等功能，实现电机在多种模式模式下的无缝切换。

1.环保效益显著

项目投运后，单船预计每年减少二氧化碳排放约9000吨，减少燃油消耗约2800吨，有效降低温室气体排放与大气污染。

2.规模化应用效果验证，经济价值明确

项目投入运营后，凭借良好的节能减排效果与系统稳定性，已成功带动同类型船舶批量应用。依托该技术路线，中船动力已获得后续10艘船舶混合动力系统订单。按全部投运测算，每年可累计减少CO₂排放近10万吨、节约燃油约3万吨，显著降低船东燃料成本与碳排放成本，形成可量化的经济收益模型。

3.多模式协同控制技术成熟，工程应用可靠性高

项目构建“柴油机+轴带电机+储能电池”的多能源协同体系，结合iPMS智能能量管理系统，实现PTO（轴发）、PTH（电推）、PTI（混推）等多模式自动切换与动态优化。在实际运行中，通过维持主机在经济工况运行，并对富余功率进行回收利用，有效提升系统整体能效与运行稳定性，验证了混合动力系统在近海复杂工况下的工程适用性。

4.标准化设计体系完善，具备工程复制能力

项目采用“1000V直流组网+模块化储能+标准化变流单元”的系统架构，实现核心设备接口统一与功能模块解耦，显著降低系统集成复杂度。该设计已在多艘后续船型中直接复用，缩短设计与建造周期，降低实施成本，为散货船及其他船型推广提供了成熟的技术路径。

核心技术装备名称

船舶混合动力综合能源系统（含iPMS智慧能量管理系统、直流配电系统、轴带发电系统及储能系统）

核心技术装备参数

船舶长度：109.8米

载重吨位：9000吨

储能系统：8套20尺1959kWh集装箱式电池单元

动力形式：锂电池+燃油混合动力

电压等级：1000VDC

推进形式：双机双桨

推进/轴发功率：1920kW/450kW

能量管理：iPMS智能调度系统

运行模式：主机模式 / 混合动力模式 / 纯电模式/轴带发电模式

年减排能力：约9000吨CO₂/船

年节油能力：约2800吨/船

核心技术装备的特点、创新点及技术先进性

1.智能化水平领先

iPMS系统具备实时感知、动态优化与智能决策能力，达到国内领先水平。与国外同类新能源船舶相比，在系统集成度、能量管理智能化及应用场景适配方面具备明显优势，同时兼具更优经济性。

2.绿色低碳优势突出

支持纯电零排放运行，显著优于传统燃油船舶及部分混合动力方案。通过轴带发电与储能协同，提高能源利用率，降低综合能耗。

3.模块化与可扩展性强

采用“1000V直流组网+模块化储能+标准化变流单元”的系统架构，实现核心设备接口统一与功能模块解耦，集装箱式储能设计便于维护、更换与扩展，适用于多种船型，复用和拓展性强。