新一代舰船动力平台综合电力系统

工作量大等一系列缺点，因此在二战结束后，舰船动力平台又重新回到机械推进方式，舰船动力也由蒸汽动力逐渐发展为内燃机动力、燃气轮机动力与核动力。电力推进仅少量应用于核潜艇、豪华游轮和破冰船等特种船舶。

20世纪80年代以来，新型燃气轮机、推进电机、电力电子变流设备、计算机控制等技术的迅猛发展，彻底改变了传统电力推进系统的面貌，大幅提高了电力推进系统的功率密度、可靠性和效率等性能，并很好地满足了舰船对隐蔽性、机动性和生命力等战技性能的要求。与机械推进相比，电力推进的优势不断显现，并再次成为各国海军争相发展的热点。英国23型“公爵”级护卫舰是这一时期电力推进复兴的先行者。

随着舰船对作战能力、操控性、隐蔽性等要求的进一步提高，西方海军强国于20世纪90年代在舰船电力推进的基础上，采用“综合的电站”同时为推进负载、日用负载和高能武器供电，更加有效地管理和使用电能，这使得电力推进的优势进一步凸显，舰船电力推进系统也质变为“舰船综合电力系统”。英国45型驱逐舰首舰“果敢”号是第一艘采用综合电力系统的主战舰船。

什么是舰船综合电力系统

所谓舰船综合电力系统，是指通过电力网络将发电、日常用电、推进供电、高能武器发射供电、大功率探测供电综合为一体的电力系统。它由发电模块与技术、供配电网络及保护模块与技术、变配电模块与技术、推进模块与技术、储能及能量管理模块与技术、全系统集成技术等五大模块六大技术组成。发电模块由原动机和发电机组成，用于产生电能，供配电网络及保护模块由电缆、汇流排、断路器和保护装置等组成，用于传输电能和自动识别、排除电网故障变配电模块用于将电能分配至舰船的各个用电设备，并根据用电设备的不同电能需求实现电制、电压和频率的变换，推进模块由推进电机和变频调速器组成，推进电机将输入电能转化为机械能，推动舰船航行，变频调速器为推进电机输入电能并控制其转速，从而调节舰船航速，储能模块用于在故障状态下为重要负载提供短时电能支撑，同时为高能武器发射提供瞬时大功率脉冲电能，缓冲其充电和发射期间对舰船电网的冲击；能量管理模块用于各功能模块的监测、控制和综合管理，协调各模块的工作状态，满足舰船在不同工况下各类负载的用电需求。

综合电力系统的价值

舰船综合电力系统是舰船动力平台的又一次重大变革，对海军装备发展、未来海上作战等产生了深远影响，具体表现如下。

综合电力系统是提高舰船声隐身性能的有效途径

声场一直是潜艇声呐探测水面舰船以及鱼雷等武器末端跟踪制导的主要途径。水面舰船的噪声源包括船壳产生的流体噪声、螺旋桨产生的噪声和机械振动产生的噪声，舰船在巡航状态时机械噪声是主要的噪声源，由原动机、推进装置和轴系、各类旋转和往复机械装置等产生。综合电力系统与机械推进系统相比，原动机与推进电机不存在机械连接，缩短了轴系，隔断了机械振动噪声的主要传递途径，降低了水下辐射噪声，大大提高了舰船的声隐身性能。

综合电力系统有利于舰船总体优化设计，提高舰船机动性、操控性和续航力

舰船综合电力系统缩短了轴系，减少了热机的数量及特种发电设备，节约了空间，简化了舰船动力平台的结构，系统化、模块化和集成化的设计思想有利于舰船总体优化设计。

舰船螺旋桨由带变频调速功能的推进电机驱动，能在全速范围内快速实现无级调速，提高了舰船机动性和操控性。据报道，英国45型驱逐舰航速从零加速到29节仅需70秒，从30节急停仅需5.5倍舰船长度的距离。

舰船在服役期间，绝大部分时间处于巡航状态，传统机械推进按照最大航速配置的推进主机长时间处于低负荷率运行状态，耗油量大。而舰船综合电力系统可根据用电负荷容量调节原动机数量，提高原动机负荷率，降低油耗，从而减少燃油装载量，提高续航力。据美国海军海洋系统先进水面舰船机械研究小组估计，一艘采用综合电力系统的舰船与同等吨位的机械推进舰船相比，年节省燃油超过20％。

综合电力系统是舰船使用舰载高能武器的必由之路

激光武器、电磁炮、电热化学炮、粒子束、微波等新概念高能武器发展十分迅速，有的已逐步进入工程应用阶段。此类高能武器应用于舰船是必然趋势，但它们都需要大功率电能支持。在可预见的将来，支持舰载高能武器系统的电力需求将呈几何级数增长。根据舰船吨位、航速和舰载高能武器的使用，一艘中型航母如英国正在建造的CVF航母，电能总需求高达100兆瓦以上，其中辅助设备用电不到10％，绝大部分电能用作电力推进和发射高能武器。如何调节和保障电力推进、高能武器所需的电能，成为制约高能武器舰载化的瓶颈。在采用机械推进的舰船动力平台中，动力系统和电力系统相互独立，无法从根本上解决这些问题。舰船综合电力系统既能提供高品质、大容量的电能，又能合理进行能量的分配使用既能保证电力推进时的充足动力，又能满足战斗状态下的高能电力需求。因此，采用综合电力系统作为舰船动力平台是实现高能武器上舰最行之有效的技术途径，而这正是各海军强国争先发展综合电力系统的又一主要原因。

美英法捷足先登

美国为进一步增强海上优势，于1986年率先提出“海上革命”计划，积极发展舰船综合电力系统，此后又推出了“SC-21”计划，拟将综合电力系统用于21世纪新一代水面舰船及未来一系列战舰。在研发综合电力系统的过程中，先后经历了小比例预研、全尺寸预研和全尺寸工程研制三个阶段。1998年，美国海军在宾夕法尼亚州建立了舰船综合电力系统陆基试验站，并于2001年完成了单轴40兆瓦级全尺寸综合电力系统陆上演示验证试验。同年11月，美国国防部推出DD-X隐形驱逐舰计划。该舰采用综合电力系统，以寻求作战系统、船体、机械和电

气系统的完美结合，并最大限度地实现自动化。2005年9月，DD-X进入系统研发阶段，2006年4月该计划正式更名为DDG-1000，首舰预计2013年交付使用。至此，综合电力系统在美国进入实船应用阶段。目前，该舰选用的MT30燃气轮机已在陆基试验站顺利完成满功率试验，成为目前世界上单机容量最大的舰用燃气轮机。此外，美国正在建造的下一代新型核动力航母CVN-78计划采用综合电力系统，电能总容量需求高达200兆瓦。

英国海军于1994年正式开始舰船综合电力系统的应用研究，在发展过程中结合本国经济实力和海军规模，采取了循序渐进的模式：首先在23型护卫舰上采用柴电燃联合推进方式，验证电力推进技术实船应用的可行性，即在全速航行时采用柴电一燃气轮机联合推进以保证高速28节的要求，巡航和反潜时采用电力推进以满足低噪声和经济性的要求。随后在民船和军辅船上采用综合电力系统，充分释放技术风险，2002年服役的两艘辅助油轮和2003年服役的两艘船坞登陆舰均采用了综合电力系统，接着，英国和法国联合建立电力战舰陆上技术演示验证系统，并与45型驱逐舰的研制紧密结合，大幅度降低了45型驱逐舰的工程研制风险。2008年12月，45型驱逐舰首舰“果敢”号正式交付英国皇家海军，标志着英国主战舰船综合电力系统已全面转入工程应用阶段。

法国从2000年开始与英国合作研发水面舰船电力推进技术。2006年12月，法国海军第一艘采用综合电力推进的“西北风”号两栖攻击舰服役。在此基础上，法国海军充分吸收美国DDG-1000驱逐舰的研制经验，于2008年提出建造面向未来的新一代护卫舰——“剑舰”计划，该舰计划采用综合电力推进装置，预计2030年左右发展成熟。此外，法国海军计划于2012年开始建造的新一代中型航母PA2，也将采用综合电力系统。

抓住机遇迎头赶上

舰船综合电力系统所带来的实质性变化完全可与舰船动力由帆船发展为蒸汽机船、由蒸汽机船发展为核动力船相提并论，是舰船动力平台的第三次革命。该研究在国外得到空前的重视，并已全面进入工程应用阶段。为了避免与海军强国新一代舰船动力平台形成“代差”，我们必须抓住机遇，紧跟世界舰船动力平台的第三次革命潮流，加快工程化步伐，通过自主创新，充分发挥后发优势，使我国舰船动力平台技术赶超国际先进水平，从而一举实现我国舰船的跨越式发展。

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