基于不同场景的船舶航速优化模型与影响因素研究

航速优化是实现船舶智能能效管理以及降低能耗的有效途径,能产生良好的经济效益和环境效益。论文介绍了船舶航速下的各种定义,并开展了航速优化分类研究。从环境、市场以及约束条件等3个方面阐述了船舶航速优化的影响因素。针对不同运输类型船舶,根据其营运特点,分别建立了以最小油耗和最大收益为目标的航速优化模型,并进行了优化算法的对比分析。开展了长江船舶案例研究,结果表明航速优化可为船舶提供动态航速建议,优化后的航速可以实现全航次节油5 871 kg。     

Energy efficiency optimization analysis of fuel cell/lithium battery hybrid ship based on whale optimization algorithm北大核心CSCD

[目的]为提升船舶的能源利用率,对多因素影响下的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化方法进行分析。[方法]基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的能效仿真模型,研究通航环境要素对船舶能效的影响。考虑动力源特性和船舶功率需求,提出基于模糊逻辑的功率分配策略,以优化系统能量流动。然后在此基础上,以系统总能耗最低为优化目标,建立考虑多因素的船舶航速非线性优化模型,采用鲸鱼优化算法开展优化模型动态寻优,并进行不同航行方法和航行时间约束下的能效优化分析。[结果]结果显示,在总航行时间不变的情况下,采用所提的考虑多因素的船舶能效优化方法可以降低船舶5.04%的总能耗和13.16%的燃料电池氢气总消耗。[结论]所述方法对船舶节能减排具有积极的作用,同时对提高船舶续航力和经济性具有重要意义。     

集装箱船能效运营指数研究

为了探寻国际海事组织船舶能效运营指数的影响因素,评价各种提高能效的措施,推导集装箱船船的能效运营指数估算公式,使用敏感性分析,量化航速、航程、载箱率、停泊时间等因素对指数的影响程度.结果表明,运营条件一定,船舶大型化有助于提高能效;在船型一定的前提下,采取降低航速,提高载箱率,增加港口效率等营运措施,有助于提高船舶运营效能.     

基于能效管理的船舶航速系统优化设计

在目前航运业市场低迷、运力过剩的境况下,航运企业愈发重视对燃油成本的控制,对航速节油也有了更多的要求.为此,提出基于能效管理的船舶航速系统优化设计,计算船舶营运的经济航速.并结合航次的航线、航向、航速及每段航线的天气、水文等信息,对船舶营运航速的模型进行不断优化调整,指导船舶航行,为船舶及船岸操作提供决策支持,以达到优化节能的目的.     

基于人工蜂群算法的船舶航速优化

航速优化是船舶智能能效管理的主要组成部分,对降低船舶营运成本、减少温室气体排放具有重要意义。为减少船舶航行时的主机燃油消耗,根据实船数据首先构建了主机油耗模型,模型的平均误差仅为0.813%,然后对整个航程进行分段,基于人工蜂群算法对整个航程的航速进行优化。经过验证可得结论：优化后的航速对应的整个航程航行时间减少了14.44%,油耗量降低了3.012%。研究结果表明,使用人工蜂群算法对航速进行优化,能够对航速提出建议,达到提高船舶能效水平,提高经济性、环保性的目标。     

提高船舶能效的因素探讨

本文对影响船舶能效的航速、船型、动力和推进系统及节能附体装置进行分析,对船型可选的提高能效的方案进行探讨。     

船舶主要动力设备能效模型与仿真分析

根据船、机、桨关系,以船舶动力装置的能量传递为基础,基于Matlab/Simulink仿真平台建立主机能效模型。以某内河旅游船舶为研究对象,根据船体与主机参数,利用回归多项式法得到螺旋桨敞水特性曲线。在船舶上安装油耗仪等传感器,采集了主机瞬时油耗、船舶对地航速、对水航速等数据,并计算了主机的实际能效。针对实船采集的数据,分析了航道水流速度的分布特征。基于仿真模型,计算了船舶在不同航道水流速度与对水航速下的主机能效,比较分析了实测数据与仿真结果,并对模型进行了验证。本文研究对于提升船舶的营运能效指数具有实际指导意义。     

内河船舶航速预报及能效评估软件开发

随着船舶行业的不断发展和能效指数概念的推行,迫切需要研发一种计算软件来快速评估船舶能效。文中采用修正的艾亚法进行船舶有效功率估算、基于图谱法进行螺旋桨的设计及推进性能计算、进行船舶航速预报及能效评估,并基于C++开发平台,开发了内河船舶航速预报及能效评估软件。结果表明,该软件使用方便、运算快速,具有良好的实用性。     

基于航行数据的船舶航行油耗模型建立方法

准确评估船舶的能效表现是研究船舶性能、优化船舶能效的基础。为准确评估船舶航行状态对船舶航行油耗的影响和船舶的能效表现,以某超大型散货船为研究对象,基于船舶智能能效综合管理系统获取大量船舶航行数据,通过数据处理和特征工程找出影响船舶航行油耗的因素,采用人工神经网络建立船舶航行油耗模型。采用该模型预估船舶在一段航程中的总油耗量,验证该模型在评估船舶航行状态对船舶航行油耗的影响方面的有效性。此外,采用该模型对航程和转速进行优化,验证该模型对能效优化的可行性。     

随机风浪下船舶航速自适应控制

船舶在航行过程中受到参数扰动及海浪因素等影响,导致航速控制的稳定性不好,提出基于自适应反演误差补偿的随机风浪下船舶航速控制方法。构建随机风浪下船舶航速控制约束参量模型,采用船舶姿态信息的实时调节方法进行误差补偿,结合船舶的航速参量进行位姿修正,提高船舶航行的稳定性。采用Kalman滤波算法进行船舶航速参量的融合处理,实现自适应优化控制。仿真试验结果表明,采用该方法进行船舶航速自适应控制的稳定性较好,输出航速参量的自适应调节能力较强,提高船舶抗随机风浪能力。     

提高新造船能效设计水平的多种新措施

为有效控制海洋环境的污染问题,减少国际航运业以及造船业对全球环境恶化以及气候变暖问题带来的影响,IMO正在积极推出包括新造船能效设计指数在内的一系列举措.我国是造船和航运大国,应积极应对,努力做好造船业和航运业的节能减排工作.根据对EEDI进行敏感性分析,采用优化主机、使用经济航速、采用新型螺旋桨等措施可以在航速、载重吨和主机功率等方面有所改进,从而可以改善船舶的能效水平.     

EEDI给中国造船业带来的挑战

基于国际海事组织（IMO）限制温室气体排放（GHG）条约,阐述了船舶能效设计指数（EEDI）的概念,其计算公式中各项参数的含义及降低EEDI值的途径,重点指出EEDI的出现对我国造船业带来的影响及挑战。船舶采用经济航速是最为有效的节能减排的方式,但对营运商不是最佳选择,故而研发低碳燃油等优化技术成为当下最为重要的任务。船舶能效设计指数的强制实施在短期内对我国造船业造成了一定的冲击,但是长远看会进一步推进我国造船业进行深入的技术改造,从而提高中国船舶企业的综合竞争实力。     

基于CFD的双艉客船阻力特性分析北大核心CSCD

[目的]随着绿色船舶规范的实施及推进,船舶能效指数,特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注。为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息,[方法]基于计算流体动力学(CFD)理论,提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法。采用粘性流计算软件FINE/MARINE,对某双艉客船的航行阻力进行计算,探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响,并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比。[结果]结果显示,预报误差基本在3%以内。[结论]研究表明,所提方法计算效率高且易于实现,预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

基于CFD的双艉客船阻力特性分析

[目的]随着绿色船舶规范的实施及推进,船舶能效指数,特别是船舶航速功率指标越来越受到业界的关注。为了精确获得双艉船型的航速功率指标及船舶流场信息,[方法]基于计算流体动力学(CFD)理论,提出一种双艉船型航行阻力预报及流场捕捉的工程方法。采用粘性流计算软件FINE/MARINE,对某双艉客船的航行阻力进行计算,探讨船舶第1层网格节点高度、船舶航速以及附体对计算结果的影响,并将不同航速下的阻力预报及其结果与试验数据进行对比。[结果]结果显示,预报误差基本在3%以内。[结论]研究表明,所提方法计算效率高且易于实现,预报精度能满足工程需要,具有较强的工程实用性。     

基于人工神经网络的船舶油耗模型

针对船舶能效管理计划SEEMP的实施需求,寻求建立油耗模型的通用方法,为航行优化提供决策基础。以丹麦籍客滚轮MS Smyril号作为研究案例,对船舶实测运行数据进行了分析和预处理,并采用人工神经网络构建了船舶油耗和航速的黑箱模型。基于实测数据与模型预测数据的对比,验证了上述油耗模型的准确性和实用性,对于提高船舶能效运行指数EEOI具有重要意义。     

面向最小EEOI的船舶航速矩不确定分布鲁棒优化

船舶能效营运指数(Energy Effciency Operational Index,EEOI)与航速、水道环境等因素密切相关,寻找最优主机转速来实现航速优化是降低EEOI的重要方式。引入矩不确定鲁棒优化(Distributional Robust Optimization under Moment,DRO-MU)理论,并建立模型,计算上、下水工况,考虑多航段内水流速度的不确定性分布,以各航段的主机转速作为设计变量,航程时间与航速限阈作为约束条件,通过以追求最小EEOI为目标的优化模型,得到鲁棒性较高的分段航速优化方案,计算结果表明:该方法能在约束范围内有效改善船舶的EEOI能效特性,且能更好地反映真实情况,更具合理性与优越性。     

5000t散货船清洁推进系统配置论证与控制设计

近年来,随着燃油价格的攀升以及船舶节能减排的呼声越来越高,船舶能效提升方法研究显得尤为必要,目前其研究主要集中在设计与优化管理2个方面。本文针对5 000 t散货船设计了其清洁推进系统的配置形式,并分析其能效设计指数EEDI;此外,通过建立清洁推进系统主机及发电机综合经济性、排放性模型,给出船舶在特定工况下的最佳航速的确定方法。通过所设计的能效管理与控制的优化方法,可使整个系统运行在高效率区,降低主机与发电机的总能耗,从而大幅提高船舶能效。     

不同海况条件对某型号散货船轴功率修正值影响规律研究

根据国际海事组织第62次会议相关规定时限,新造船舶的能效指数(EEDI)进行强制测量和计算,而EEDI计算的核心参数是修正试航船舶的航速和轴功率。文章主要利用当前常用的修正计算理论对某型号散货船试航的实测航速和轴功率进行修正计算,同时改变风速、浪高、浪的入射角等海况参数,采用相关修正计算数学模型,对船舶在不改变航速的条件下对应的轴功率修正值进行计算分析,并总结各海况参数对船舶轴功率修正值的影响规律。     

船舶能效营运指数和能效管理实践分析

在2012年通过的《船舶能效管理计划(SEEMP)制订导则》中,IMO推荐使用船舶营运指数(EEOI)作为设定自愿性能效管理目标和能效水平检测的指标。以某多用途船为例,通过实际航行数据,计算该轮年度和航次的EEOI,对航次内各航段的EEOI值进行分析,最后从航速优化、最佳纵倾、船体清洁度、螺旋桨和废热回收等方面总结降低EEOI的措施,可为该船型在特定航线的能效管理提供指导,也可为其他船舶的EEOI计算和能效管理提供参考。     

船舶智能能效管理系统设计

为推动我国航运业节能减排,提高船舶能效管理效率,介绍国内外船舶能效管理现状,分析影响船舶能效的因素及管理能效的途径,提出在船舶信息化、智能化形势下的船舶智能能效管理系统。针对该系统,分别从系统架构、系统软件硬件及功能模块进行研究,为后续系统开发及应用提供参考。