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2019年中国舰船电力推进系统行业优势及发展现状分析:采用电力推进的完工船舶占比达4.96%[图]

2020年05月06日 13:32:22字号:T|T

    一、舰船电力推进系统行业优势

    船舶推进方式是指船舶从原动机到螺旋桨的功率传输方式,可分为机械推进和电力推进两大类。电力推进系统的主要优点在于占用空间小、操作灵活、推进功率和服务功率可自由转换,因此在海军舰船、豪华邮轮、海工船等特种船型应用较广,但由于其经济性较差,并没有在大型船舶上广泛应用。值得注意的是,不论机械推进还是电力推进,其原动机没有改变,还是以柴油机、燃气轮机或者蒸汽轮机作为船舶的主功率源。

船舶推进方式分类和优劣势

船舶推进方式
优势
劣势
适用船型
机械推进方式
全功率运行时效率更高、大型商船上的应用经济性较高
噪声和振动大、能量损耗较大、船内可用空间较小、调速范围小、灵活性差
大型民用军用船舶
电力推进方式
增加有效载荷,为武器提供更大功率、占用空间小、服务功率和推进功率可灵活转换、振动较低,节省燃油、灵活性、可靠性、机动性、隐秘性更大、维护保养量减少、自动化程度较高,设备寿命更长
全功率运行时效率较低、经济性差、技术风险较高
潜艇、部分海军舰船、特种船型如海工船等、豪华邮轮

数据来源:公开资料整理

    电力推进根据不同维度可分为多种类型。根据电力推进占比可分为混合电力推进和全电力推进,根据电动机的布局位置可分为吊舱式和非吊舱式,根据推进负载与非推进负载的电力管理和分配方式可分为综合电力推进等。

电力推进方式分类

分类方式
电力推进方式
介绍
优劣势
电力比例
混合电力推进方式
在以大功率机械直接推动为主的动力系统中加入小功率电力推进
优势:多芯电缆保证传输推进功率。劣势:功率不可用于非推进的用途
全电力船舶
将所有使用液压动力或压缩空气动力的负载都转换为电力驱动
统一分配电力,电力使用率高
电动机布置
吊舱式电力推进方式
推进电动机位于船体外的水中,与螺旋桨直接连接,可以沿着垂直轴进行360度旋转给出任何方向上的推进力,不再需要舵、船尾横向推进器或者船体内的长轴系
优势:保持360度机动性、全方向上提供更好的满推力操纵能力、内部布局灵活,节省发动机与推进机械的空间、减少了维护保养和维修工作量、省掉了许多辅助系统
电力分配方式
综合电力推进方式
将发电机和发动机产生的电力通过电缆送到一个配电盘,供船舶推进负荷和非推进负荷使用。配电盘可以时刻改变两个系统间的功率分配以满足船舶在推进与非推进上的需求
优势:船舶非推进功率和推进功率间灵活切换、提供较高的冗余度、生存性和可重构性、可以节省燃油,燃油效率高、所需的维护保养量和备件较少

数据来源:公开资料整理

    由于电力推进技术具备明显优势,广泛适用于各类军船,也适用于各种大型客轮(豪华邮轮、渡轮)、特殊货轮(特别是LNG船、化学品船等)、海洋工程船(破冰船、铺缆船、挖泥船、测量船等)、海洋石油、天然气开采装备以及油气运输船等。对于民船和军船而言,电力推进技术的共同优越性有十点:1)增加有效载荷;2)降低振动;3)提高灵活性;4)增强可靠性;5)提高机动性;6)减少维护保养量;7)节省燃油;8)提高自动化程度;9)延长设备寿命;10)技术升级。

电力推进技术的主要优势

优势
具体内容
有效载荷增加
电力推进系统去掉了机械驱动方式所需的长轴系,船舶空间得到释放可以用来搭载更多的乘客、携带更多的武器或传感器。
振动较低
来自于螺旋桨机械装置的较低振动与噪声令船舶运行得更安静。
灵活性增加
不再受机械轴系所限制,发电机和连接到推进电动机的电缆可以安放在对船舶最有利的任何地方。若船舶遭到破坏,来自发电机的电力分配会迅速地被重新配置以保证重要系统的连续电力供应。
可靠性更高
功率可以通过冗余电缆进行传输,以一个小附加费用去运行更高可靠性所需的多个冗余电缆是可能实现的。
机动性更大
电动机转速的无级调速令船速可以连续地变化,因此操纵和航行操作就非常的灵活,很适用于破冰船、渡轮、拖轮、海洋考察船、铺缆船等需要频繁改变转速和转向的船舶。
维护保养量减少
用于发动机减速的减速齿轮由可调速的电动机所取代,用于功率传输的轴由电缆所取代,去掉了通常在机械推进中的主要维护保养工作。而且当装配有吊舱式推进装置时,也无须在周围其他设备上施工,因此更进一步减少了维护保养与维修工作量。
节省燃油
由于船舶大部分时间是低速航行,只有较少的发动机以满功率状态运行,其结果就是能量效率更高,燃料消耗就更少。而且由于吊舱推进装置改进了其流体动力效率,燃料消耗进一步减小了5%~15%。
自动化程度较高
电力推进系统可以设计成高度自动化、自我监控的系统,因此与机械推进系统相比,其运行所需的维护保养量和船员就较少。
设备寿命更长
电动机在无级变速时的平稳机械特性令驱动电动机轴与联轴器间的间隙更小,电动机的热力瞬变也更小,其最终结果是全部所含设备的工作寿命更长。
技术升级
电力推进允许用将来更有效的发电技术(包括如燃料电池等直接能源转换设备)来替换目前所用的柴油机、燃气轮机或蒸汽轮机等原动机,可以节约燃料与运行成本,利于满足不断发展的环境法规。

数据来源:公开资料整理

    目前电力推进方式中最有发展前景的是综合电力推进系统,综合电力推进系统所需功率范围为50-100MW,主要系统包括供电系统、推进系统和监控系统三个分系统,主要的装置包括原动机,发电机,推进功率分配系统,推进电动机驱动装置,推进电动机,螺旋桨,非推进功率分配系统。从价值量来看,不含原动机的船舶价值量约为全船的15%左右,整套系统套价值量在千万到亿不等。

综合电推系统的主要子系统

子系统名称
介绍
原动机
商业船舶原动机通常选用柴油机;美国海军水面战斗舰,原动机通常选用燃气轮机或蒸汽轮机
发电机
将高速原动机的所有机械功率转换为电功率
推进功率分配系统
将电功率分配给推进电动机和其他推进设备
推进电动机驱动装置
改变电源的频率和电压以满足船舶推进电动机所需,使其在各种操作阶段以一个期望的转速运转
推进电动机
将来自于电动机驱动装置的电功率转换为适合船舶螺旋桨的低转速的机械功率
螺旋桨
运转在低转速上,推动船舶在水中航行
非推进功率分配系统
将剩下的电功率分配给船上各种非推进的电负荷,包括附加的电动机驱动装置、电缆及开关柜

数据来源:公开资料整理

    舰船采用综合电力推进系统能够降低燃料消耗、节省舰船运行成本。舰船采用综合电力推进系统能够降低燃料消耗、节省舰船运行成本。在舰船的不同工作模式下,仅当舰船发动机接近满功率运行时采用机械推进的效率稍高,其余模式下采用电力推进的效率均高于机械推进。

不同推进方式的推进效率比较

数据来源:公开资料整理

    二、舰船电力推进系统发展现状

    民品领域,电力推进应用率逐步提高,整个市场呈扩张趋势。智研咨询发布的《2020-2026年中国舰船电力推进系统行业竞争格局分析及投资潜力研究报告》数据显示:从2010-2019年完工船舶各类推进方式占比来看,采用电力推进的完工船舶占比从2010年的3.74%上升到2019年的4.96%,其中,2017、2018年船舶电力推进占比均超过7%,2019年有所下降主要因为整体船舶市场处于低谷,特别是油价持续低迷,海工船舶等主要应用电力推进船型订单量较少。采用电力混合推进方式的船舶占比也有较大提升,从2010年的0.33%提高到2019年的0.73%。

2010-2019年采用电力推进和混合艘数

数据来源:公开资料整理

2010-2019年完工船舶各类推进方式占比

数据来源:公开资料整理

    从应用船型来看,船舶电力推进系统主要应用的船型为海工船、特殊船型和豪华邮轮。由于造价较高、全功率效率较低等原因,电力推进系统在油船、散货船、集装箱船这三大主流船型应用较少,但由于其突出的操作性优势,故在海工船、特殊船型和豪华邮轮等船舶上应用率极高。

    从具体船型来看,2019年完工的海工船中钻井船、地震探测船、科考船、ROV潜水支持船等船型100%都是采用了电力推进系统,在其他的海工船型中应用占比也基本达到50%以上;在特殊船型中,LNG再气化船、燃料船等船型100%采用了电力推进系统,LNG船舶中电力推进系统占比也达到了67%;豪华邮轮是另一个电力推进系统应用的主要船型,2019年完工的豪华邮轮中,电力推进系统占比达到了85.7%。

2019年完工船舶中电力推进系统主要应用船型

船型
具体船型
电力推进
电力混合推进
机械推进
其他
总计
电力推进占比
-
钻井船
2
-
-
-
2
100.00%
远洋救助拖船
1
-
2
-
3
33.33%
半潜式起重船
1
-
-
1
2
50.00%
科考船
2
-
3
-
5
40.00%
ROV潜水支持船
2
-
-
-
2
100.00%
平台供应船
19
0
11
0
30
63.33%
运输船/起重船
1
-
2
-
3
33.33%
潜水支持船
3
-
2
-
5
60.00%
布缆船
2
-
1
-
3
66.67%
地球物理测量船
3
-
-
-
3
100.00%
破冰船
1
-
-
-
1
100.00%
三用工作船
1
0
-
0
1
100.00%
多用途船
3
-
1
-
4
75.00%
LNG再气化船
3
-
-
-
3
100.00%
LNG船
16
-
8
-
24
66.67%
特殊船型
绞吸斗轮挖泥船
1
-
1
15
17
5.88%
活鱼运输船
7
-
4
-
11
63.64%
渡轮
31
-
1
64
96
32.29%
穿梭油船
3
-
-
2
5
60.00%
渔业调查船
1
-
-
4
5
20.00%
燃料船
1
-
-
-
1
100.00%
维修船
2
-
2
13
17
11.76%
渔船
2
-
2
288
292
0.68%
耙吸挖泥船
4
-
1
8
13
30.77%
滚装船
1
-
-
5
6
16.67%
杂货船
2
-
-
109
111
1.80%
豪华邮轮
豪华邮轮
30
-
1
4
35
85.71%

数据来源:公开资料整理

2010-2019年完工豪华邮轮数量(艘)

数据来源:公开资料整理

2010-2019年完工豪华邮轮推进方式占比

数据来源:公开资料整理

    从建造国家来看,欧洲完工的船舶采用电力推进的比例较高。一方面由于欧洲生产的船型主要为豪华邮轮、海工船以及特殊船型,这些船型较为适合应用电力推进系统,另一方面也因为全球主要的电力推进系统生产厂商均在欧洲,技术和产业链较为成熟。2019年中国完工的船舶电力推进占比仅为3.94%,但从绝对量来讲,由于基数较大,中国完工的电力推进船舶数量全球最高,占全球完工电力推进船舶的23.36%。

2019年中国完工船舶中电力推进船舶数量及占比

数据来源:公开资料整理

2019年各国完工电力推进船舶占比

数据来源:公开资料整理

    从完工船型来看,中国完工船舶中采用电力推进的主要为海工船和特殊船型。2019年我国完工的海工船中有25艘采用了电力推进方式,特殊船型中有19艘采用了电力推进方式,3艘采用了混合动力推进方式。

2019年中国完工船舶电力推进船型

船型分类
具体船型
电力推进
混合动力推进
机械推进
总计
电力及混合动力占比
海工船
三用工作船
1
-
7
8
12.50%
潜水支持船
2
-
2
4
50.00%
调查船
2
-
0
2
100.00%
ROV
2
-
-
2
100.00%
半潜式起重船
1
-
-
1
100.00%
平台支持船
16
-
10
26
61.50%
拖船
1
-
61
62
1.60%
小计
25
-
80
105
23.80%
特殊船型
LNG船
1
-
4
5
100.00%
挖泥船
4
1
5
10
50.00%
维修船
1
-
1
2
50.00%
输油船
1
-
-
-
100.00%
小计
7
1
10
18
38.80%
总计
32
2
90
123
27.60%

数据来源:公开资料整理

    我国2049年前将建造10艘航母,目前我国已造航母型号为002,后续2020-2049年将建造8艘航母,若对标美航母作战群水面舰艇价格,则造价为2592亿美元,平均每年129.6亿美元对应900.72亿人民币(按照6.95中美汇率计算)。按照20%船舶动力系统造价占比计算,则未来我国航母作战群军用舰船动力系统总采购规模约为180.14亿元,若我国也建造非航母作战配套舰艇,则此为军用电力综合推进系统采购额的保守估计。

未来我国航母作战群军用舰船综合电力推进系统投入预估

数据来源:公开资料整理

    未来市场空间方面,军品方面,预计未来十年军船市场电力推进市场空间为31.35亿美元,约合人民币220亿元,年均市场空间约为22亿元。民品方面,预计,2020-2021年,市场进入快速增长期,年均增长率为30%,国产化率进一步提高到80%,国内厂商市场空间进一步提高到30亿元左右。综合民品和军品,2020年或将进入快速发展期,整体市场空间将在52亿元左右。

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