1.5 船舶电力负荷的计算
正确、合理计算船舶电站容量的方法不仅要求设计人员掌握，对于运行管理人员来说也很重要。它可以帮助机舱管理人员正确、深入了解船舶电站的特点，并根据船舶运行工况的不同，相应改变电力系统的运行方式，充分发挥电站的功能，使电力系统更安全、更可靠、更经济地运行。
设计电站时，要确定船舶电站的总容量和发电机的数量和单机功率，首先就要计算出在不同工况下船舶电力负荷所需的总功率，其中把功率最大而负荷变化又不频繁的工况所需总功率值用来作为选择主发电机组的依据，最小所需总功率值则用来检查主发电机组在低负荷下的工作情况。应急工况下所需总功率值则作为选择应急发电机组的依据。
1.5.1 船舶电力负荷的特点
在大型船舶上，其用电设备数以百计或千计，分布在全船的各个部位。在按船舶运行工况进行计算时，为方便起见，通常还将全船电力负荷按用途和工况进行分类。用电设备可分成以下几种。
（1）动力装置用辅机：为船舶主机、副机、锅炉服务的辅机，如海水泵、淡水泵、滑油泵、燃油泵、分油机、空压机、锅炉给水泵等。
（2）甲板机械：如起货机、锚机、绞缆机、舵机等。
（3）舱室辅机：如消防泵、压载泵、舱底泵、生活用水泵等。
（4）冷藏通风机械：如冰机、空调、通风机等。
（5）机修机械：如车床、钻床、电焊机等。
（6）照明及生活用电设备：如各类照明灯具、电灶、电热器具、风扇等。
（7）弱电设备：如无线电通信、导航设备等。
（8）其他设备：如侧推器等。
计算全船电力负荷时，应考虑不同船舶的各种运行工况。对于不同类型、不同用途的船舶，运行工况可能是不同的。研究船舶各种运行工况的目的就是要找出船舶的最大用电量、最小用电量和经常用电量，从中找出用电规律。
船舶运行工况一般可分为以下几种情况。
（1）航行工况：满载全速的航行状态。
（2）进出港工况（狭窄航道航行工况）：港内低速航行或机动运行状态。
（3）停泊工况：停泊码头无客、货状态。
（4）装卸货作业工况：货船装卸货或油船装卸油状态。
（5）水上作业工况：工作船的挖泥、拖网或拖缆等状态。
（6）应急工况：一般考虑船舶发生火灾或船壳穿漏时的状态。
（7）应急发电机工况：主发电机失效，为保证应急消防泵、应急空压机和必要的救生、通信、照明用电的应急发电机工作状态。
船舶在航行状态下所需的电力负荷包括主机辅助设备、导航设备、舵机、通风机、机修设备等。这类负荷的大小常和推进主机的功率有关，因此它们在运行过程中的变化是不大的。
船舶在进出港、靠离码头时，各种设备（包括空压机、舵机、侧推器、锚机和绞缆机、应急消防设备及其他机动设备等）工作所需的电力负荷一般都较大，而且工作还有较强的随机性。
当船舶处于停泊状态时，各种设备（包括甲板机械、起货机和日常生活设备等）工作所需的电力负荷（除了靠岸需要开动起货机装卸货外）通常是比较小的。
船舶日常生活所需的电力负荷，包括照明、烹调、空调、冷藏、通风设备等，这类负荷与船舶的性质和季节、气候有密切的关系。
1.5.2 船舶电力负荷的计算方法
海上运输船舶一般采用三类负荷法来估算船舶电力负荷。
1.负荷分类
采用三类负荷法计算全船负荷时，可将负荷按使用情况分为以下三类。
（1）第Ⅰ类负荷：连续使用的负荷。
（2）第Ⅱ类负荷：短时或重复短时使用的负荷。
（3）第Ⅲ类负荷：偶然短时使用的负荷或按操作规程可在电站高峰负荷时间以外使用的负荷。
这三类负荷的分法与船舶运行工况有关。例如，作为按短时工作制设计制造的锚机、绞缆机电动机，由于在进出港、靠离码头工况中是连续使用的，所以算做第Ⅰ类负荷；消防泵平时大多用于冲洗甲板，属于偶然使用的设备，但在船舶着火应急工况中是连续使用的，因此也算做第Ⅰ类负荷。表1-1以万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类为例，说明了三类负荷的具体分法。
表1-1 万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类
2.负荷的计算
现代船舶的大部分电能为电动机所消耗，因此在计算全船电力负荷时，不能简单地把电动机的额定功率加起来作为全船的电力负荷。
（1）电动机的利用系数K1。电动机有额定功率，电动机拖动的机械设备也有额定功率，电动机与机械设备的功率匹配不是1:1的，通常电动机的功率应略大于机械设备的功率而留有一定的功率储备，因此电动机的利用系数为
式中，P1为电动机的额定功率；P2为机械设备的额定功率。
（2）电动机的机械负荷系数K2。每一台辅机大多不是在满负荷下运行的，因此实际使用功率P3小于额定功率P2，则机械负荷系数为
一般机械的轴功率可由产品样本查得，而机械负荷系数可根据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据来确定。
（3）电动机的负荷系数K3：
（4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率P4：
式中，ηn为电动机在额定功率时的效率。
（5）电动机实际消耗的功率P5：
式中，η为电动机工作在P3功率时的效率。η可从电机生产厂家提供的电动机特性曲线上查得。
（6）同一类负荷有n台机组时，所需电网供给有功功率P6：
（7）同组用电设备所需电网供给有功功率P0：
式中，K0为同组设备的同时使用系数，K0 =m/n；m为该组同时工作的用电设备数目。
（8）无功功率Q0的计算：对于交流电动机，计算出P0后还应求出无功功率Q0，为
式中，ϕ为电动机的实际功率因数角。
由于异步电动机的功率因数随电动机的负荷降低而显著下跌，所以P3（实际使用功率）时的cosϕ也需从电动机的特性曲线上查出。
（9）各组设备间的总同时使用系数K0Ⅰ、K0Ⅱ。
对于Ⅰ类负荷，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时使用系数K0Ⅰ通常可选为0.8～0.9。
对于Ⅱ类负荷，可按该负荷的平均使用时间与工作周期之比来估算，即有
一般同时使用系数K0Ⅱ为0.3左右。
（10）计入电网损耗5%。
（11）某状态下需要发电机供给的总功率。
总有功功率：
总无功功率：
式中，PⅠ、PⅡ为该状态下第Ⅰ类和第Ⅱ类负荷的总有功功率；QⅠ、QⅡ为该状态下第Ⅰ类和第Ⅱ类负荷的总无功功率。
（12）该状态下的平均功率因数cosϕ：
（13）第Ⅲ类负荷，在计算电力负载时通常可以不计，但小型船舶或考虑高峰负荷时应注意。该状态下可能短时需要的最大负荷为
式中，PⅢ为该状态下第Ⅲ类负荷的总有功功率。