随着IMO（国际海事组织）引入了能源效率设计指数（EEDI），现有船舶能效指数(EEXI)和碳强度指标 (CII)的概念，旨在推动新建船舶使用节能设备。而对于已经投入运营的船舶而言，增装轴带发电机也同样可以改进其能源效率，并有效降低船舶碳排放，提升能效评级。 

图1 船舶推进与轴带发电机组布局

轴带发电机是船舶沿着主发动机系统的输出轴配置的发电机组，船舶为了能够更大的发挥主轴的动力利用率，在船舶处于低速的情况下，启动轴带发电机将主机的剩余动能转化为发电机的电力，并供给给其他船电系统作为应用。另外，在PTI（Power Take In）模式下也可以为螺旋桨提供额外动力，同时降低主发动机的功率选型。它降低了辅助发电机组的需求，减少维护成本。因此，它成为一种有效改善EEXI和CII的解决方案，成为了船舶升级改造的重要方向。

船舶动力及轴发所处的位置如图1所示，轴带发电机通常可以以抱轴式、齿轮箱式或自由端多种方式安装于主轴上，图1为齿轮箱式，比较适合于后增安装方式。通过齿轮箱连接，将主发动机的动力驱动发电机组，并经由整流/逆变单元、变压器，既可以储能形式，也可以以电驱辅助引擎方式驱动，也可以作为船用电力来源。

图2 控制系统构成

整流/逆变系统使得机组可以提供恒压恒频电能输出，当然，轴带发电机也可以作为电动机输出，这由整个电力系统的转换来实现。贝加莱的控制系统提供针对机组的发电转速采样、机组电流/电压、频率的高精度采样，以及电机功率控制，整流与逆变中的控制功能。

图2为控制系统配置，在这个解决方案中，X20系列PLC具有的强算力设计，以及X20CM0985模块的能源测量与并网同步能力，使得针对发电机组的控制算法可以更为便利。

涂层设计的控制器

贝加莱的X20 PLC、工业PC系列产品电路板均采用了特殊涂层处理，它使得这些控制器、I/O均可在防潮、抗腐蚀气体保护需求的环境下工作。带有涂层版本的X20组件，它可以在-40℃下启动。并且考虑长距离输电的压降，它也可以容忍24VDC电源在-25%-+30%范围的偏差。

图3 采用涂层处理的控制器可以在海洋环境工作

完善的船级社认证

船级社的需求是船舶行业的特殊要求。在海洋和海岸线工作的船舶与设备需要经过特船级社认证，以确保其能承受海洋的特殊工作环境需求。在目前的贝加莱控制系统中，已经在挪威船级社（DNV）、德国船级社 （GL）、劳氏船级社（LR）、中国船级社（CCS）、美国船级社（ABS）、法国船级社（BV）、韩国船级社（KR）、意大利船级社（RINA）认证。

图4 Automation Studio的建模仿真导入能力 

能源监测模块

在多个方面，贝加莱的X20CM能源监测模块都发挥着关键作用：船用关键设备的能源监测与集中管理；船用内燃机组控制系统，如燃气轮机、甲醇/绿氨机组等；船用氢燃料电堆的管理。X20的能源模块可以高频、高精度检测电力系统的电压、电流、频率、相位和谐波等，并可作为电力控制和能源效率监测的数据采集源。除此之外，遵循ISO50001能源管理系统需求，贝加莱X20丰富的I/O模块还能支持船舶上各类能源的监测，包括温度、压缩气体、蒸汽和热力供应等的计量、传输、计算、报表与分析等能力，并可进行甩负荷管理。

图5 X20系列的能源监测模块

建模仿真与自动代码生成发电系统的高速采样以及功率控制的算法复杂性，以及它的方式的灵活多变，这使得采用建模仿真的方式进行机组的开发变得更为有效。贝加莱的Automation Studio可以通过FMU/FMI、OPC UA的方式与MATLAB/Simulink这样的控制算法设计软件接口。经由建模仿真的方案可以自动代码生成的方式，经过导入至Automation Studio与其他任务相耦合，并可直接下载到硬件测试，实现硬件在环测试（HIL），这个方式的好处在于可以根据机组的容量、运行模式和设备逻辑等变化，而形成快速的机组应用重组。如图4所示，Automation Studio的建模仿真导入能力在贝加莱的风力发电机器控制、燃气轮机机组和双燃料发动机组的控制方面均被采用，作为一种高效的机器控制研发方式被广泛应用。