船舶自動化技術(shù)的過去將來和未來課件

1、船舶自動化技術(shù)的過去、現(xiàn)在和將來何謂自動化 所謂自動化就是通過采用自動控制裝置（或設(shè)備），來解決人工或者手動不能達到的高精度的控制，解決人工或者手動難以達到的頻繁檢測，并且早期發(fā)現(xiàn)故障。目前船舶自動化的特點自動控制技術(shù)，微電子技術(shù)、信號處理技術(shù)，計算機技術(shù)等用于機艙自動化和導(dǎo)航自動化。對船廠而言在廣義上有兩個自動化1：造船自動化：船廠為了自己的需要，縮短造船周期、減少能源消耗、減輕勞動強度、以贏得較多的利潤。企業(yè)必定會在造船的各工藝流程上進行自動化、機械化的改造，例如：鋼板預(yù)處理流水線；平面分段流水線等。我們稱之為造船自動化。2：船舶自動化：船東為了自己的需要，保證航行的安全，減少能源的消耗，

2、延長設(shè)備的壽命，贏得較多的利潤，船東要求把船舶建成較高程度的集中控制的自動化船舶。例如：無人機艙的船舶或者一人駕駛的未來型船舶。這就是船舶自動化。 船舶自動化應(yīng)用實例1 自動舵：自動舵是船舶進入海上航行后，由駕駛員設(shè)定航向，然后根據(jù)電羅徑實際指示的航向，比較后，得出的差值大小和方向，來控制和調(diào)節(jié)舵桿的舵角，使得船舶實際航行的航向始終保持在設(shè)定航向的一定范圍之內(nèi)。它是一個典型的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，框圖如下。上海到大連航程的分析 上海大連10310 上海至大連的直線距離為522海里 ，1022公里 。如果船以 每小時14海里的速度航行，忽略所有的其它因數(shù)，那么航行所需要時間為37.2小時。 在人工操舵的

3、狀態(tài)下，由于受風(fēng)、浪、潮等影響，船舶必然會偏離設(shè)定航向，當操舵工根據(jù)羅徑上的指示，知道船舶已經(jīng)偏離原定航向。然后操作舵輪，改變舵角，調(diào)整航向，回到原來的航向。偏離設(shè)定的航向的數(shù)值由操舵工掌握。 在自動舵操舵的狀態(tài)下，船舶同樣受風(fēng)、浪、潮等影響，也會偏離設(shè)定航向。但是，當設(shè)定航向和實際航向的偏差超過比較小的值時，自動舵立刻進行糾正。 自動舵操舵和人工操舵雖然都走的“S”型，但是，累計直線距離，自動舵操舵肯定小于人工操舵。兩種操舵方式的經(jīng)濟比較人工操舵時，由于“S”型曲線較大，直線距離變成了588海里，航行所需的時間為42小時。自動舵操舵時，由于“S”型曲線較小，直線距離變成了560海里，航行所需

4、的時間為40小時。兩者差值為2個小時。如果主機馬力是3000HP，每匹每小時耗油180克，每小時耗油540公斤，多航行兩個小時，就是多消耗900公斤油。每個月走4個航次，一年是48個航次，如果船的壽命是15年，共計航行720個航次。人工操舵比自動舵操舵多消耗的燃油是： 4248155403110.4噸還有一個是不能直接以經(jīng)濟價值計算的，就是解放了操舵人員。增加了安全了望人員。節(jié)省了旅客的時間。應(yīng)用實例之二：鍋爐蒸汽壓力的三位控制鍋爐蒸汽壓力自動控制的分析鍋爐作為船舶的一個主要設(shè)備。例如8530TEU船，蒸汽主要作為燃油的加熱。5.4公斤大火燃燒，6.9公斤轉(zhuǎn)為小火燃燒，7.5公斤熄火。LNG船

5、蒸汽用于主機的動力，蒸汽壓力保持在60公斤，當壓力降到54公斤主機就要SLOW DOWN, 47公斤則SHUT DOWN。因此，保證鍋爐蒸汽壓力的恒定是自動控制系統(tǒng)的主要任務(wù)。一般以柴油機作為主推進動力的船舶都配置廢氣鍋爐，在航行時利用主柴油機的高溫排氣作為廢氣鍋爐的能源，燃油鍋爐處于“備用”狀態(tài)。一旦主機工況改變后，廢氣鍋爐不能產(chǎn)生足夠的蒸汽壓力時，燃油鍋爐立即自動投入工作。大大的節(jié)約能源。用小火燃燒（只使用一個燃燒器，或者降低燃燒器的燃油壓力）維持鍋爐蒸汽壓力在一定的范圍內(nèi)，總是比鍋爐蒸汽壓力上升到上限值，然后停爐，待蒸汽壓力下降后鍋爐再重新燃燒更省油。頻繁的啟動和停止不利于鍋爐的工作。自

6、動控制系統(tǒng)的保護極為重要。應(yīng)用實例之3 交流發(fā)電機的調(diào)壓器 交流電和直流電相比較有著無以倫比的優(yōu)越性，包括在輸配電 、升降壓、電動機等諸多方面。但是交流發(fā)電機和直流發(fā)電機相比較卻有著一個難度較大的問題保持發(fā)電機端電壓的恒定。直流發(fā)電機依靠它本身的并激繞組和串激繞組解決了這個問題。而交流發(fā)電機由于他的結(jié)構(gòu)和負載的性質(zhì)不同，必須配以電壓調(diào)節(jié)器才能解決保持端電壓恒定的問題。隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，從早期的炭阻調(diào)壓器、磁放大器調(diào)壓器、相復(fù)勵調(diào)壓器、可控硅調(diào)壓器、一直發(fā)展到現(xiàn)代的交流無刷發(fā)電機配以AVR。（自動電壓調(diào)節(jié)器）使得電壓調(diào)節(jié)精度能夠達到1。充分滿足電網(wǎng)對發(fā)電機電壓恒定的要求。 而且美國BAS

7、LER公司已經(jīng)設(shè)計和制造出數(shù)字式自動電壓調(diào)節(jié)器，對用戶大大提供調(diào)整和使用的方便。發(fā)電機機端電壓自動調(diào)節(jié)的框圖 按發(fā)電機機端電壓偏差調(diào)節(jié)的原理框圖 圖1按發(fā)電機機負載電流和相位調(diào)節(jié)的原理框圖 圖2按發(fā)電機負載電流和相位以及端電壓偏差綜合調(diào)節(jié)原理框圖 圖3 圖1、2、3是交流發(fā)電機電壓自動調(diào)節(jié)的框圖，圖1是按發(fā)電機機端電壓偏差進行調(diào)節(jié)的。被測量是機端電壓，調(diào)節(jié)對象也是機端電壓。給定單元的給定值u1和測量單元的反饋值u2相比較，得出偏差值u3，經(jīng)放大后輸入給調(diào)節(jié)單元處理，然后輸出合適的控制信號， 使發(fā)電機的電壓一直維持在一定的范圍內(nèi)。這一種輸入值和輸出值通過反饋構(gòu)成“閉環(huán)”系統(tǒng)，是典型的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

8、。以前使用的可控硅調(diào)壓器就是屬于這一種。現(xiàn)在的”AVR”電壓調(diào)節(jié)器也是這一種。按偏差電壓調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)作用只與電壓偏差有關(guān)，而以產(chǎn)生偏差的原因無關(guān)。所以靜態(tài)的特性也就是調(diào)節(jié)精度較高。而動態(tài)的調(diào)節(jié)過程是一個振蕩過程，所以動態(tài)特性不太好。 圖2是按負載電流及相位對發(fā)電機電壓進行調(diào)節(jié)。它的原理在于引起發(fā)電機電壓變化的主要原因是負載電流及相位的變化，如果能夠預(yù)先找到負載電流及相位變化的規(guī)律，并且按照這個規(guī)律調(diào)節(jié)發(fā)電機的激磁電流，那么就可以維持發(fā)電機電壓在一定的水平上。在圖中我們看到，測量單元的輸入是發(fā)電機電壓和負載電流，由電壓和電流也能測量出相位。它的輸出If經(jīng)信號變換后去調(diào)節(jié)發(fā)電機的激磁電流。這種

9、調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒有反饋，不能組成“閉環(huán)”系統(tǒng)，應(yīng)該說，這不是一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如相復(fù)勵調(diào)壓器屬于這一種。相復(fù)勵調(diào)壓器的調(diào)節(jié)對象是電壓，而被測量是負載電流和相位。每一個負載電流和相位都對應(yīng)一個輸出控制信號，這個信號是由調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計和第一次試驗調(diào)整所確定。所以這種調(diào)節(jié)方式是在某些條件不變的情況下才能保證電壓的基本恒定。如果原動機的轉(zhuǎn)速或調(diào)壓器的溫度等其他干擾引起的電壓偏移，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就無法響應(yīng)。因此，這種系統(tǒng)的靜態(tài)特性較差，而它的動態(tài)過程是非周期性的，沒有振蕩過程，動態(tài)性能較好。相復(fù)勵調(diào)壓系統(tǒng)不加其他調(diào)節(jié)措施的就稱之為“不可控相復(fù)勵”系統(tǒng)。 上面兩種調(diào)節(jié)方式的調(diào)節(jié)結(jié)果，一種是靜態(tài)的特性也就是調(diào)節(jié)精度較

10、好，第二種是動態(tài)性能較好。把上面兩種方式綜合起來，就能取長補短獲得的調(diào)節(jié)性能。這就是圖3 所示的綜合調(diào)節(jié)方式。他既能按電壓的偏差進行調(diào)節(jié)又能按負載電流和相位的變化進行調(diào)節(jié)。這種電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為“可控相復(fù)勵”系統(tǒng)?，F(xiàn)在的無刷發(fā)電機的調(diào)壓器都是采用這種電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它既在發(fā)電機量安裝了“相復(fù)勵”系統(tǒng)，又在機內(nèi)也可以在機外安裝”AVR”調(diào)節(jié)器。 無刷發(fā)電機的”AVR”電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個“閉環(huán)”系統(tǒng)，既然是一個“閉環(huán)”系統(tǒng)，那必然有一個調(diào)節(jié)過程，也就是振蕩過程。如果這個過程是收斂振蕩，那僅僅是調(diào)節(jié)過程的時間長短問題，。如果這個過程是擴散振蕩，那么就引起了電壓的振蕩。在振蕩調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最可怕的就是擴散振

11、蕩而造成的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。 對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本要求：生產(chǎn)過程對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求可以概括為三個指標穩(wěn)定性。它是指調(diào)節(jié)過程要達到一定的穩(wěn)定程度，用“衰減率”表示，它的意思是指每經(jīng)過一個周期以后，波動幅度衰減的百分數(shù)，用“”表示。 Xn（Xn+1）/ Xn 式中Xn擾動出現(xiàn)后，被調(diào)量偏離給定值的最大值，即衰減曲線上所出現(xiàn)的第一個波的峰值。 Xn+1與第一個波峰同相的第二個波的峰值。調(diào)整中這個值希望為0.8左右。 通俗的說，穩(wěn)定度是指調(diào)節(jié)的對象由于各種原因的擾動而發(fā)生變化后，系統(tǒng)恢復(fù)的穩(wěn)定時間。 準確性（靈敏度）。指調(diào)節(jié)過程中被調(diào)參數(shù)偏差的大小。它包括靜偏差和最大動偏差。 靜偏差指在調(diào)節(jié)和擾動的共同作

12、用下，調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)參數(shù)的穩(wěn)定值與給定值之間偏差的大小。靜偏差越小，系統(tǒng)的靜態(tài)精度越高。最大動偏差指在調(diào)節(jié)過程中被調(diào)參數(shù)偏離給定值的最大幅度。調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)保證被調(diào)量的動態(tài)偏差，即使在可能出現(xiàn)的最大擾動作用下，也不應(yīng)該超過生產(chǎn)過程所允許的變動范圍，破壞生產(chǎn)過程的正常進行。穩(wěn)定度和靈敏度是相矛盾的，靈敏度越高穩(wěn)定度越差。即放大器反應(yīng)遲緩，穩(wěn)定度越高。精度偏低，會引起振蕩。 快速性 指調(diào)節(jié)過程盡可能短。一般把系統(tǒng)受擾動后從應(yīng)該平衡狀態(tài)過渡到應(yīng)該新的平衡狀態(tài)所需要的時間稱為調(diào)節(jié)時間，調(diào)節(jié)時間越短越好。船舶自動化應(yīng)用實例3報警站機艙報警系統(tǒng)循環(huán)檢測循環(huán)檢測的分析 船舶在航行的過程中，機艙值班人員每個

13、小時必須對運行的主要設(shè)備的重要數(shù)據(jù)進行記錄。以上圖為例，主機、發(fā)電機、鍋爐、為主機服務(wù)的泵浦等，至少30個點以上。以人工測量記錄的話，如果每一個點需要30秒，那么30個點需要15分鐘。也就是說，在這15分鐘內(nèi)，值班人員是不可能發(fā)覺第一個記錄點的數(shù)據(jù)是否越限。如此慢的記錄速度是跟不上實際參數(shù)的變化，更何況記錄的點遠遠超出30個點。這對設(shè)備不可能做到預(yù)先的保護。更談不上對設(shè)備的控制。 現(xiàn)代船舶機艙的 循環(huán)檢測點要達到200個點以上，若以人工檢測的速度，即使20秒記錄一個點，那也需要4000秒。根本上滿足不了實際工作的要求。 頻繁的檢測速度，人工是無法實現(xiàn)的，而自動化技術(shù)可以很方便的做到0.1秒來檢

14、測一個點。 如果有4000個點，也只需要400秒。船舶自動化技術(shù)的發(fā)展對于船舶自動化來說可以分成機艙自動化和導(dǎo)航自動化，最終實現(xiàn)一人駕駛船舶。對于機艙自動化而言，主要包括主機遙控、電站系統(tǒng)自動控制、各種參數(shù)和工況的自動檢測和報警、即動力系統(tǒng)的控制、監(jiān)視和報警、各類輔機的自動控制、集中控制和自動調(diào)節(jié)、完美的火警監(jiān)視和滅火系統(tǒng)、以及液位遙測和壓載水遙控等系統(tǒng)。從50年代開始，船舶自動化經(jīng)歷了一個從主機遙控、機艙無人值班直到全盤自動化的發(fā)展過程，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，計算機在自動化方面的應(yīng)用，船舶正朝著全面自動化、超自動化的方向發(fā)展。從60年代到80年代船舶自動化經(jīng)歷了大約5代的發(fā)展，并且出現(xiàn)了未

15、來型的船舶。無人機艙的由來無人機艙起源于挪威船級社（DNV）。1961年1月，挪威船級社首先提出了一份一定時間內(nèi)機艙無人值班的建議報告1967年，挪威船級社在海船規(guī)范中正式增加了一章關(guān)于機艙自動化的內(nèi)容。凡是挪威船級社檢驗而符合規(guī)定的，發(fā)以“E O”船級。即（Eneine Room Zero People）機艙無人的意思。隨著自動化船舶的日益增多，各國船級社以機艙無人操縱為標準，制定了有關(guān)的規(guī)定，盡管各國船級社對無人機艙入級的具體要求有所不同，但是基本內(nèi)容相同。第一代自動化船舶時間：60年代初期代表產(chǎn)品：1961年日本制造的“金華山丸”特點：1，大型主機的駕駛室遙控。 2，設(shè)立機艙集中控制室，

16、把機艙作為一個整體控制。這類船舶通過機艙集中控制室對機艙設(shè)備進行集中控制和檢測，一般情況下，機艙只要一人值班。第二代自動化船舶時間：60年代中期出現(xiàn)了機艙無人值班的自動化船舶代表產(chǎn)品：1964年日本為丹麥建造的“Selen Dam”油輪特點：1，包括了第一代的特點。 2，為了確保無人值班期間的安全，全船安裝了完善的火警檢測和滅火系統(tǒng)。 3，在機艙、駕駛室、船員區(qū)域之間設(shè)有通訊和報警裝置。這類船舶為數(shù)眾多。第三代自動化船舶情況簡介1970年10月日本建造的198000噸的油輪“星光丸”，它月一臺大型計算機的計算機控制系統(tǒng)。動力裝置發(fā)出的一切所要求信息，都傳到駕駛室的指揮中心，主機、付機、輔機有故

17、障時，它能自動找尋故障，發(fā)出緊急處理辦法。在航行中，計算機能使主機在常規(guī)功率下效率始終處于最佳狀態(tài)。計算機系統(tǒng)的應(yīng)用程序共11項。1，裝卸貨油控制程序。2，船體狀態(tài)計算程序。3，主機轉(zhuǎn)速控制程序。4，輪機記錄程序。5，機艙故障應(yīng)急處理程序。6，最佳配載程序。7，避碰程序。8，衛(wèi)星導(dǎo)航和船位確定程序。9，船位推算程序。10，導(dǎo)航計算程序。11，醫(yī)療程序。對第三代自動化船舶的評價1976年有關(guān)方面對該類船舶進行了調(diào)查和總結(jié)，對計算機系統(tǒng)在船上大多數(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用成功給予肯定，在導(dǎo)航、 裝卸貨油、輪機自動化等方面給予高度評價。 但因軟件復(fù)雜、難以成套、通用性差、投資又大、而且對于工作人員有較大的操作難度

18、等原因。因此第三代自動化船舶沒有再推廣建造。第四代自動化船舶 1977年美國、日本、荷蘭、挪威、西德對船舶超自動化進行了進一步的研究，出現(xiàn)了多臺微機用以監(jiān)察和控制的船舶。荷蘭的,日本的為代表的第4代自動化船舶。這些高度自動化船都采用了分散的單項計算機控制系統(tǒng)，以微處理機為中心。例如:主機駕駛室遙控，機艙集中監(jiān)察，電站自動化，導(dǎo)航自動化等都用了各自的微處理機。從系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用來看，80年代船舶自動化的發(fā)展狀況,主要是普遍采用了微處理機。當今世界上在航的船舶基本上都是這一類型。第五代自動化船舶80年代中期、西歐、北歐、日本相繼出現(xiàn)了駕駛室一人值班的”未來型”船舶。我公司89年為西德HAPAG LOY

19、YED公司建造的2700箱集中制冷集裝箱船,就是這一 類船舶。,它的特點表面上看，是用SOC(Ship Operetion Certral) 代替了傳統(tǒng)意義上的駕駛室，用BMC(Boat Manager Certral )代替了機艙集中控制室，但是從技術(shù)上看,實際上計算機將所有設(shè)備的檢測、報警、控制、操作集中在SOC和BMC。通常人們稱為IAS系統(tǒng)(綜合自動控制系統(tǒng))。一般無人機艙船舶的檢測,報警點為300-500個。而這一類船舶的檢測、報警、控制、操作點達到-3000個點以上。確實是當今世界上最先進的船舶。不僅從自動化的角度上來說它是一人駕駛的船舶。而且從節(jié)能、安全、減員的角度上來它又采用了

20、許多新的課題。 為什么自動化船舶發(fā)展如此迅速？所有的船東老板不是為了自動化而肯花錢搞自動化。任何一個老板都要賺錢，他所用的一切手段其目的就是為了賺錢。搞自動化也是為了賺錢。而從技術(shù)上，尤其從工程的廣義來說，都是圍繞著能源和安全而展開的。世界上的有識之士早就意識到地球上終有一天上帝施于人類有限的能源會用完的。我們將什么留給子孫后代。意識到了這一點，我們?yōu)槭裁床粡默F(xiàn)在就省著一點，讓我們的子孫后代也能享受上帝施于人類的恩惠。能源 中國戰(zhàn)略儲存石油只有三天，（現(xiàn)在不詳）通過馬六甲海峽的油輪87%到中國，2005年天然氣缺口173億立方米，2010年的缺口達337億立方米。中國用氣占全部燃料的6.6%，

21、亞洲27%，歐洲47%。 中國人均用油0.5噸，13億入口用油6500萬噸，是美國的1/20，是日本的1/10 。（2009年數(shù)據(jù)） 目前，發(fā)現(xiàn)的石油儲備量還有40年，天然氣儲備量還有70年，煤儲備量還有190年。 中國現(xiàn)在和將要開發(fā)的有11座核電站，負荷因子達到8592. 到2020年中國核電站的總?cè)萘窟_到0.7億KW，占總裝機容量為6 ， 總?cè)萘?2億KW。 到2030年中國核電站的總?cè)萘窟_到2億KW。占總?cè)萘康?5?？?cè)萘?3億KW。 到2050年中國核電站的總?cè)萘窟_到4億KW。占總?cè)萘康?2?？?cè)萘?7億KW 目前，08年我國發(fā)電的總?cè)萘繛?億KW。油價2009年油價核電 能源局對核電

22、中長期發(fā)展規(guī)劃的修改意見是到2020年我國核電運行裝機容量應(yīng)調(diào)整為7000萬千瓦，在建3000萬千瓦。 目前，我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)目標是，“到2020年核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦，在建1800萬千瓦。同時，未來三年內(nèi)中國將開建8個核電站，16臺核電機組，裝機容量在1000萬千瓦以上。這意味著，未來三年的核電建設(shè)總量將超過去23年的總和。從1985年起步的中國核電，共建設(shè)了11臺核電機組，總裝機容量僅為910萬千瓦。，國家能源局局長張國寶就在“中國發(fā)展高層論壇”上明確表示：“我們計劃調(diào)整核電中長期發(fā)展規(guī)劃，力爭2020年核電占電力總裝機比例達到5%以上?！睋?jù)

23、國家電監(jiān)會預(yù)測，到2020年我國電力裝機容量將突破12億千瓦。5%，即6000萬千瓦。 5%并不是一個很高的比例。 據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)，2005年世界核電裝機3.74億千瓦，核電裝機占總發(fā)電裝機的比例全球為9.66%，法國56.21%、韓國26.86%、日本19.00%、德國17.07%、美國10.45%。 中國的問題不僅在核電占比上的差距。中國能源網(wǎng)CEO韓曉平接受采訪時表示：按照中國的人口，中國需要15億千瓦的發(fā)電能力，8.9億裝機容量對于中國的火電來說已到峰值，再加2億水電，2億新能源，剩下2億發(fā)電能力都需要核電來補充。“即便是7000萬千瓦，以后還有提高的余地。”3年開建8個核電站，中

24、國有這么多廠址可建么? 國家核電技術(shù)公司專家委員會委員湯紫德對本報稱：中國正在建設(shè)的核電站達7個之多，除了秦山二期和嶺澳二期之外多為新廠址。此外再開建8個絕無問題。僅在2007年底，與核電中長期規(guī)劃同時公布的已得到發(fā)改委核準的核電站廠址就有13個。據(jù)能源局的資料，2009年，要新開工建設(shè)浙江三門、山東海陽、廣東腰古和山東榮成等核電站。加上已經(jīng)批準展開前期工作的湖南、湖北、江西三個內(nèi)陸核電站，僅余一個懸念。核電風(fēng)電 有人估計過，地球上可用來發(fā)電的風(fēng)力資源約有100億千瓦，幾乎是現(xiàn)在全世界水力發(fā)電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的1/3。因此，國內(nèi)外都很重視

25、利用風(fēng)力來發(fā)電，開發(fā)新能源。風(fēng)力發(fā)電的前景 中國新能源戰(zhàn)略開始把大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電設(shè)為重點。按照國家規(guī)劃，未來15年，全國風(fēng)力發(fā)電裝機容量將達到2000萬至3000萬千瓦。以每千瓦裝機容量設(shè)備投資7000元計算，未來風(fēng)電設(shè)備市場將高達1400億元至2100億元。 “十五”期間，2006年，中國風(fēng)電累計裝機容量已經(jīng)達到260萬千瓦，成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場之一。截至2007年底全國累計裝機約600萬千瓦。2008年8月，中國風(fēng)電裝機總量已經(jīng)達到700萬千瓦，占中國發(fā)電總裝機容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國已進入可再生能源大國行列。到2008年底，風(fēng)電規(guī)模就可能達到1

26、000萬千瓦，到2010年累計裝機容量可達2000萬KW。 中國的風(fēng)力資源：陸地風(fēng)能儲量為2.53億KW，海上風(fēng)能儲量為2.53億KW。世界上風(fēng)能儲量為地球可利用水能總量的10倍。 截至2008年底，全球風(fēng)力發(fā)電的裝機總量突破1億千瓦。我國第一個風(fēng)力發(fā)電場是于1986年4月在山東榮城并網(wǎng)發(fā)電的。目前中國已累計建成100多個風(fēng)電場，分布在22個省、市、自治區(qū)，裝機容量已超過1000萬千瓦，成為全球第四個風(fēng)電裝機容量超過千萬千瓦的國家?，F(xiàn)在世界上最大的風(fēng)力發(fā)電國是德國，它的裝機容量是2700萬千瓦。在內(nèi)蒙古，在甘肅的河西走廊布置了一系列超過百萬千瓦乃至一千萬千瓦的大型風(fēng)力發(fā)電基地，現(xiàn)在都已經(jīng)在建設(shè)

27、，數(shù)年內(nèi)將超過德國，成為世界最大的風(fēng)力發(fā)電國。風(fēng)電可燃冰：全名天然氣水合物，是天然氣（甲烷）與水在高壓低溫下形成的一種白色固態(tài)物質(zhì)，外表象冰，遇火即燃。1立方米的可燃冰能釋放164立方米的天然氣。其資源是全球以知煤、石油、天然氣等石化熱烈資源總量的兩倍。可以滿足人類未來1000年的要求。可燃冰商業(yè)應(yīng)用的四個問題： 1，可燃冰的發(fā)現(xiàn)是偶然的，最早是在輸油氣軌道內(nèi)發(fā)現(xiàn)，甲烷和水因為高壓和低溫而固結(jié)，造成管路堵塞，甚至引起爆炸。 2，溫度升高或者壓力降低時，可燃冰勢必分解，特別在海底，它的瞬間釋放，極容易引起海底滑坡和海嘯。 3，氣候變暖，甲烷比二氧化碳的溫度效應(yīng)強20倍，大量甲烷進入大氣，使得全球

28、氣候變暖。 4，可燃冰在海底的分解，使得大量甲烷進入海水，導(dǎo)致海水缺氧。 可燃冰主要的產(chǎn)地是凍土帶和海底，我國是世界上第三個凍土大國，215萬平方公里，占總面積的22.4，2004年中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所對青藏高原和東北兩個凍土帶進行了大規(guī)模的測量，中國凍土帶可燃冰的遠景資源量可達350億噸油當量。 可燃冰距離商用有多遠，2002年，200多位科學(xué)家在加拿大“馬更些凍土區(qū)”試驗開采出468立方米天然氣水合物。2008年，同樣在加拿大“馬更些凍土區(qū)” 化了6天時間開采出13000多立方米天然氣水合物。已經(jīng)初步形成規(guī)模。 美國計劃2015年實現(xiàn)生產(chǎn)，日本、印度計劃2016年。我們現(xiàn)在大部分認

29、為2020年前后實現(xiàn)凍土區(qū)可燃冰的商業(yè)開發(fā)。俄羅斯麥索亞哈油氣地生產(chǎn)了126億立方米天然氣（到2009年），根據(jù)理論分析，大概69億立方米天然氣是從可燃冰分解出來的。但這是“歪打正著”，原先沒有人知道這里有可燃冰，可常規(guī)天然氣正好處在可燃冰蓋層正下方，常規(guī)天燃氣被抽走時，壓力降低，上層的可燃冰蓋層分解了，變成天燃氣，隨常規(guī)天燃氣一起從采氣軌道出來了。新能源可燃冰節(jié)能方面:采用不對稱的船尾,采用斗式冷卻器采用變頻電站采用低質(zhì)燃油加熱系統(tǒng)采用主機經(jīng)濟器等等安全、減員方面設(shè)置船舶通訊中心設(shè)置船舶操作中心設(shè)置船舶管理中心機艙設(shè)備的維修庫集中式的壓載水系統(tǒng)集中式的液位遙測系統(tǒng)多功能的船員等等”未來型”船

30、舶減員的經(jīng)濟分析”未來型”船舶是超自動化的船舶，它改革了船員的分工體制，沒有駕駛員和輪機員之分。這類船舶的船員必須具有高素質(zhì)和多面手的能力。遠洋船舶的船員大約為14個人。 CAP -1 CHI.M -1 OFFI. -3 EL/EN -1 RE/EN -1 CHI/EN -1 SEE/M -4 COOK. -1 WEA. -1如果從經(jīng)濟上算一筆賬，可以發(fā)現(xiàn)為什么要搞超自動化的船舶。 月平均工資-6000DM 600014=84000 公司福利等-2000DM 200014=28000 每月共計: 112000DM 一年共計: 11200012=1344000DM船的壽命說15年 1344000

31、15=20，160，000DM自動化程度不高的船舶，船員編制為22-24名，在工資方面，老板少支出了一半。這就證明了上面的分析。船舶機艙自動化的主要內(nèi)容和功能1；主機的橋樓遙控系統(tǒng)。對主機的啟動、停止、正車、倒車、調(diào)速等操作實行全面的遙遠控制和對運行的主機參數(shù)實行全面監(jiān)視檢測。如果漿葉采用可調(diào)漿，那么還包括對漿葉的控制和檢測。以及主機和漿葉的配合。 所謂主機遙控就是指操作人員通過一個操作（扳動車鐘），即發(fā)出一個指令，系統(tǒng)就按照設(shè)定的邏輯，根據(jù)主機當時的運行狀態(tài)，自動按照主機的操縱規(guī)律完成工況的變換，直到同車鐘指令完全一致。目前，90以上的船舶作為推進的主機是采用柴油機，因為它具有熱效率較高、啟

32、動迅速、控制方便等特點。因此主機遙控的控制對象是柴油機?？刂频膬?nèi)容就是柴油機的各種工況，包括柴油機的啟動、停止、反向、調(diào)速等。主機是船舶推進的唯一動力裝置，它的重要性不言而喻。所以在各種工況的變換和運行中，對其各類參數(shù)（轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等）的檢測和監(jiān)視以及參數(shù)超越的保護，也是主機遙控的一個重要內(nèi)容。越是完美的主機遙控系統(tǒng)它的保護裝置越是完善。 主機遙控的三大支持：1）車鐘；2）遙控系統(tǒng)；3）保護裝置。 主機遙控按其信號傳輸和控制動力來分大體有四種方式。 1) 氣氣遙控，信號傳輸和控制動力都采用空氣。 2）電氣遙控，信號傳輸采用“電”，控制動力采用“空氣”。 3）電電遙控，信號傳輸和控制動力都采

33、用“電”。 4）電液遙控，信號傳輸采用“電”，控制動力采用“液壓”。 2；自動電站系統(tǒng)。對船舶電站實行全方位的控制和檢測。 主要包括以下內(nèi)容： 2.1 對發(fā)電機的原動機啟動、停止、調(diào)速的控制；這是指動力系統(tǒng)(包括原動機和發(fā)電機)發(fā)生故障后,或者電網(wǎng)參數(shù)發(fā)生變化后備用機組的自動投入以及運行機組的自動解列。為了保證原動機處于良好的備用狀態(tài)，原動機的預(yù)潤滑和預(yù)加熱是必須的。 2.2 對發(fā)電機的合閘、同步、負載分配的控制；這是指原動機在自動啟動后，發(fā)電機主開關(guān)的單機投入或者自動同步，同步投入后的負載分配和頻率恒定。 以及機組解列過程中的負載轉(zhuǎn)移。發(fā)電機的電壓恒定由電壓自動調(diào)節(jié)器（AVR）自身來解決。

34、2.3 對原動機、發(fā)電機所有參數(shù)的檢測即處理；這是指原動機的各項參數(shù)（水、油、氣等）發(fā)電機的各項參數(shù)（電流、電壓、頻率等）的檢測即處理。根據(jù)這些參數(shù)值發(fā)出相應(yīng)的指令。 2.4 功率管理系統(tǒng)；這是指對運行的各發(fā)電機組進行功率測量，計算出電網(wǎng)功率的富裕量，然而確定網(wǎng)上運行的機組數(shù)量。對已經(jīng)確定的大負載在啟動時進行大負載啟動詢問。3；機艙檢測報警系統(tǒng)?，F(xiàn)代船舶稱為IAS系統(tǒng) 這是自動化船舶的一個明顯特點。一般幾萬噸級的散貨船，通常具有300400個左右的檢測點。由它實現(xiàn)對船舶主要設(shè)備的重要參數(shù)的監(jiān)視，超限后報警并且延伸。不過第二、三代自動化船舶的機艙檢測報警系統(tǒng)一般只執(zhí)行檢測報警，而不執(zhí)行控制和操作

35、。隨著通信、電腦、控制等技術(shù)的發(fā)展，尤其是未來型一人駕駛船舶的需要，機艙檢測報警系統(tǒng)發(fā)展成綜合管理系統(tǒng)。它不但完成船舶主要設(shè)備的參數(shù)檢測和超限后的報警外，而且還要完成參數(shù)超限后對設(shè)備的處理，以及通過該系統(tǒng)的電腦可以實現(xiàn)除了主機外的其他設(shè)備的操作。所以這類船舶的輸入和輸出點達到30004000點。 4；閥門遙控系統(tǒng)。主要是對壓載水、艙底水系統(tǒng)的閥門以及壓載泵的控制和檢測。 所有的操作可以從壓載水控制系統(tǒng)的模擬板上進行操作和測量。5；液位遙測系統(tǒng)。采用雷達式或壓力式的測量裝置，將所有油、水艙、柜的實際容積信號傳輸?shù)诫娔X。6；完美的火警報警和滅火系統(tǒng)。CO2滅火、水噴淋等 這是無人機艙的極為重要的組

36、成部分。7；所有機械設(shè)備的單機自動化是船舶自動化的基本基礎(chǔ)。脫離了單個設(shè)備的自動化的程度，那無人機艙無從談起。 一， 是非題：1，一臺大型計算機用于機艙和導(dǎo)航自動化是自動化船舶的發(fā)展方向。 N2，未來型的船舶就是一人駕駛的船舶。 Y3，IAS綜合自動系統(tǒng)只對監(jiān)視點的參數(shù)進行檢測和越限的報警。 N4，完善的火警檢測和滅火系統(tǒng)是無人機艙的主要組成部分。 Y5，從科學(xué)技術(shù)的角度來說，船舶自動化的發(fā)展是為了贏得更多的利潤。 N 二， 選擇題：1， 作為船用推進器的大馬力柴油機，一般其遙控的信號傳輸和控制的動力是采用 2 。 （1）電電； （2）電氣； （3）氣氣。 2， 自動化船舶新課題、新技術(shù)的引入

37、和使用， 最根本的是為了節(jié)約 2 。 （1）勞動力； （2）能源； （3）成本。3， 調(diào)節(jié)器的靜態(tài)偏差是指 3 。 （1）調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)前的偏差值；（2）調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)過程中的偏差；（3）調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)結(jié)束后的偏差。 4，任何一套自動化設(shè)備，必須具有 1 。 （1） 手動操作功能； （2）遙控操作功能；（3）自動操作功能。5，西歐、北歐、日本從 2 年代中期 相繼出現(xiàn)了駕駛室一人值班的”未來型”船舶。 （1）70；（2）80；（3）90。 三， 填充題：1，自動化就是通過采用自動控制裝置（或設(shè)備），來解決人工或者手動不能達到的高精度的控制，解決 人工或者手動難以達到的頻繁檢測，并且早期發(fā)現(xiàn)故障。2，目前船

38、舶自動化的特點是：自動控制技術(shù)，微電子技術(shù)、信號處理技術(shù)，計算機技術(shù)等用于機艙自 動化和導(dǎo)航自動化。3，自動電站系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容1，對發(fā)電機的原動機啟動、停止、調(diào)速的控制；2，對發(fā)電機的合閘、同步、負載分配的控制；3，對原動機、發(fā)電機等參數(shù)的檢測即處理；4，功率管理系統(tǒng)。 4，生產(chǎn)過程對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求可以概括為三個指標1，準確性；2，穩(wěn)定性；3，快速性。 5，下圖是自動舵的框圖，在沒有內(nèi)容的方框中填入正確的內(nèi)容。船舶自動化發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)的高度發(fā)展，帶動了該技術(shù)在船舶上的日益發(fā)展和廣泛應(yīng)用，展望21世紀船舶自動化技術(shù)，將不斷向全船綜合自動化這個高層次階段發(fā)展，船舶綜合 自動化，

39、是集機艙自動化、航行自動化、信息一體化、裝載自動化等于一體的多功能綜合系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由二個工作母站、若干個分控制系統(tǒng)及若干個工作分站組 成，通常一個工作母站設(shè)在機艙控制室另一個設(shè)在駕駛室。兩個工作母站完全獨立，可同時或單獨操作，并互為備用。分控制系統(tǒng)將根據(jù)船舶的種類和自動化的程度 而定，例如主機遙控、機艙監(jiān)測報警、電站管理、泵浦控制、液位遙測和壓載控制，冷藏集裝箱監(jiān)控、自動導(dǎo)航等。所有工作母站和分控制系統(tǒng)采用高速傳輸技術(shù)組 成一個綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)上根據(jù)需要連接一定數(shù)量的工作分站，以達到在船舶重要部位對各設(shè)備進行監(jiān)測、控制和操縱等目的。同時，其工作分站可以作為一個 窗口，與船舶對外通信設(shè)備

40、聯(lián)網(wǎng)，借助于數(shù)據(jù)傳輸、電子郵件等各種通信手段，執(zhí)行岸與船，船與船之間對話，進行各種信息交流；咨詢、設(shè)備維護、故障診斷、資 料查閱、備件查詢、船舶管理等業(yè)務(wù)活動，從而最大程度地提高船舶航行的安全性、可行性和經(jīng)濟性。下面淺談未來船舶自動化發(fā)展的總趨勢。 船舶自動化發(fā)展趨勢 1船舶導(dǎo)航與駕駛自動化技術(shù) 現(xiàn)代船舶對操縱從安全性、可靠性到航行的成本都提出了新的要求，并且引起船舶配套設(shè)備研制生產(chǎn)廠家的重視。20世紀70年代，國外海上自動航行系統(tǒng)，即初期 的綜合船橋系統(tǒng)（IBS）就適應(yīng)這種用戶要求問世了。目前，世界上先進國家已研制推出第3代、第4代不同類型的綜合船橋系統(tǒng)（IBS），其應(yīng)用計算機、現(xiàn) 代控制、

41、信息處理等技術(shù)，將船上的各種導(dǎo)航、操作控制和雷達避碰等設(shè)備有機地組合起來，對導(dǎo)航、駕駛、機動航行、航行管理、航線計劃、避讓、輪機監(jiān)控、自 動監(jiān)測、自動報警等功能實施控制，以最少的人力、最低的燃料消耗，實現(xiàn)船舶自動化航行。系統(tǒng)的主要特點是具有完善的綜合導(dǎo)航、自動操船、自動避碰、豐富的 圖形界面、通信和航行管理控制自動化等多種功能，從而實現(xiàn)船舶航行的高度自動化，提高航行的安全性、經(jīng)濟性和有效性。 船舶導(dǎo)航與駕駛自動化系統(tǒng)是具有航海專家數(shù)據(jù)庫的支持，以及國際通用電子海圖技術(shù)支持的數(shù)字化、智能化、模塊化和集成化的綜合導(dǎo)航與駕駛控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其 技術(shù)今后主要需求航海專家數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通用型電子海圖顯示信

42、息系統(tǒng)技術(shù)、多導(dǎo)航傳感器多數(shù)據(jù)集的信息融合處理技術(shù)、在開放式體系中的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)基 礎(chǔ)上的系統(tǒng)集成技術(shù)、系統(tǒng)導(dǎo)航功能模塊化技術(shù)等的支持。 船舶自動化發(fā)展趨勢 2船舶機艙自動化系統(tǒng)及設(shè)備技術(shù) 船舶機艙自動化系統(tǒng)是集機艙動力系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)自動控制、監(jiān)測、報警等于一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，船舶機艙自動化技術(shù)是船舶工業(yè)科技戰(zhàn)略發(fā)展應(yīng)用研究的重要技術(shù)之 一，是涉及計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊、信息處理、光纖、傳感器、電力電子等多種學(xué)科和技術(shù)綜合應(yīng)用的一體化產(chǎn)物。機艙自動化系統(tǒng)包 括主動力系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)的控制與監(jiān)測，例如，主機遙控、機艙監(jiān)測報警、電站管理、泵控制等，需要研究數(shù)字監(jiān)控技術(shù)（包括單元系統(tǒng)模塊技術(shù)、電 子模塊技術(shù)、系統(tǒng)接口模塊技術(shù)）、光纖數(shù)字傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（包括船用光纖、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)）、智能柴油機電控技術(shù)、