福特级航母飞行甲板周边有四个比较大的柴油发电机组的烟囱
004航母的开工建造已经有一年多时间了，水线下船体部分即将完全成型。最近对美国福特级航母的电力系统再次进行了一番研究，基本上摸清了福特级航母的电力系统设计的关键数据。很多以前没有搞清楚的问题也弄清楚了。004航母的电力系统将会如何设计，相对于003会有哪些改进。结合福特级航母电力系统的设计特点。我们对004航母的电力系统设计做一些探讨，以下内容纯属个人观点，不喜勿喷。
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首先是全舰的发电功率问题，现代大型电磁弹射型航母的总发电量在200兆瓦左右。此前关于这个问题网上有不少争论。很多人认为福特级航母的实际电力需求只有几十个兆瓦，即使按福特级持续发电功率104兆瓦计算，都有很大非常的冗余。实际上我们在美国福特航母NAVSEA 海试备忘录公开分项中查到，福特级航母高强度作战电力峰值总负荷是125兆瓦。这一负荷总功率甚至已经超过104兆瓦的持续发电功率。而且104兆瓦只是持续的发电功率，远远不是福特级的最大发电功率。
福特级航母持续作战电力总负荷125MW的详细分配
在福特级航母持续作战电力总负荷125兆瓦中，给电磁弹射系统也就是给飞轮储能系统提供的电力是16兆瓦。先进电磁阻拦装置是4兆瓦。DBR双波段雷达全功率运转时的功率是18兆瓦。而雷达低功率运转模式下是6兆瓦。11台弹药升降机和3台飞机升降机总功率是32兆瓦。舰面航空保障设备12兆瓦。舰员生活保障系统或者叫酒店负荷是8兆瓦。作战电子系统包含电子战、通信、导航、指挥控制系统C4ISR等合计15兆瓦。辅机冷却、反应堆辅助、全舰给排水泵共计20兆瓦。合计的持续作战电力总负荷是125兆瓦。
福特级首舰实际实现的最大发电功率是尼米兹级航母的2.7倍
当然这125兆瓦并不是电力系统能够提供的上限。实际上通过让汽轮发电机超转可以将发电总功率短时间提升到192兆瓦。这些相关数据证实，福特级航母预计要达到的192兆瓦发电总功率这一数据是确实可靠的。虽然福特级首舰实际实现的最大发电功率是172.8兆瓦，也就是2.7倍尼米兹级航母的发电量。而原计划是3倍于尼米兹级航母的发电量，也就是192兆瓦。这也进一步证实海军装备研究院以前给出的福特级航母发电功率172兆瓦是一个比较可信的数据。
海军装备研究院论文给出的数据
那么这192兆瓦的发电峰值功率是如何实现的呢。福特级的设计可能是这样的。我们知道福特级航母上有第四台26兆瓦的汽轮发电机组。这些汽轮发电机额定的长期持续发电功率是26兆瓦，但是短时间是可以超转达到48兆瓦的。尽管实际上福特级首舰并没有实现48兆瓦，而只是达到了43.2兆瓦。福特级后续舰的情况不详，但是后续舰增加了两台柴油发电机组，有可能就是为了填补这部分缺失的发电能力的。关于这方面情况海军装备研究院和701研究所曾有两篇论文进行过相关研究。但是论文内容并未完全公开，所以更详细情况不得而知。但是论文的研究表明，通过让汽轮发电机超转达到更大的发电功率在技术上是可行的。
也就是说福特级的电力系统最大发电能力确实是按照192兆瓦的功率设计的。首舰实现的发电总功率有所缩水，只是达到了172.8兆瓦。但是即便如此全舰的发电总功率也是远远超过125兆瓦持续作战总负荷的。这就意味着福特级航母预留的发电能力至少有67兆瓦。毕竟航母的服役周期长达50年。后期要进行相当多的技术升级，比如上马激光武器、电磁炮等能量武器。弹射更重的舰载机，装备更大功率的雷达、电子战设备等等。发电能力如果没有升级空间这一切都无从谈起。
福特级这样的电力系统设计就决定了发电和推进必然是要争抢主机功率的。换句话说104兆瓦的持续发电功率是不够用的。因为即使是125兆瓦持续作战总负荷，也超过了104兆瓦持续发电功率。因为福特级的核动力系统总功率是有限的，两座反应堆输出的总功率是313兆瓦。这当中有209兆瓦用于推进，104兆瓦用于发电。如果发电用掉了更多的蒸汽，那么推进用掉的蒸汽就只能减少。也就是说如果持续作战总负荷达到125兆瓦。那么推进功率就要减少21兆瓦，这就意味着福特级航母此时无法达到最大航速必然是要降低航速的。如果发电功率提高到192兆瓦，那么福特级航母的航速可能只有24-25节的航速了。
尼米兹级航母弹射器补充蒸汽时航速也要下降
我们原以为电磁弹射器的出现让发电和推进这两部分功率完全分开了，不会再出现抢功率的问题了。但现在看福特级上这一问题将仍然长期存在。其实不管是常规动力的小鹰级还是核动力的尼米兹级都有类似的问题。当蒸汽弹射器需要补充蒸汽时，航母的航速就要降下来。只不过以前是蒸汽弹射器和推进抢功率，现在是发电和推进抢功率。好在眼下福特级航母的持续作战总负荷是125兆瓦，挤占推进功率部分只有21兆瓦，对航速影响不大，问题并不算很严重。
那么我国的004航母作为新一代的电磁弹射型核动力航母也会面临同样的问题。004的发电总功率会达到什么水平呢。我们觉得004航母的发电总功率可能需要提高到280-300兆瓦左右的水平，而且不用占用推进功率。只有发电功率够大才能彻底解决抢功率的问题。否则不是用电受限制就是航速受限制。其中反应堆提供200兆瓦，辅助动力燃机发电机组提供80-100兆瓦。因为004航母的吨位比福特级大很多。估计满载排水量会达到13.5-14万吨的水平。舰上用电设备功率会更大，六代机可能很快就会上舰。需要弹射的飞机重量也更重，数量也会更多。所以必须提供更多的电力。而推进功率相应也应该提高到300兆瓦左右。
国产三代一体压水堆的热效率能达到33%
也就是说作为主机的反应堆需要提供500兆瓦的总功率。按照第三代一体化压水堆的热效率33%计算。需要两台760兆瓦热功率的三代一体化压水堆。比福特级的两台700兆瓦热功率二代紧凑堆功率大不了多少。这主要是因为福特级航母的A1B反应堆热效率只有22.36%。这样004航母的最大航速达到31-32节是完全没有问题的。而且电力供应充足，不用担心发电量和推进抢功率的问题。可能很多人会觉得这样大的发电功率会不会太大了。其实并不大，因为前面讨论福特级航母发电量的时候只考虑了汽轮发电机的功率。福特级航母上还有8-10台柴油发电机组都没算呢。
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