基于模型预测控制的双机组混合动力船舶能量管理研究

[目的]船舶柴电混合动力系统合理分配柴油机和电机输出功率,可大幅降低油耗和排放。针对传统混合动力能量管理策略的性能最优与运算实时的矛盾,提出采用模型预测控制（MPC）进行能量管理瞬时优化。[方法]首先,利用反向建模法搭建由双柴油发电机组、储能系统、岸电组成的客渡船混合动力系统能量流模型;然后,提出以油耗和电能消耗的总温室气体（GHG）排放为目标函数,在系统约束条件下可在线滚动优化求解的MPC能量管理算法,最终进一步进行了不同预测时域长度的灵敏度分析。[结果]仿真结果表明,MPC较传统规则控制方法可分别降低4.85%的燃油消耗量和3.54%的温室气体总排放。[结论]相比于传统的规则控制策略,MPC油耗低,温室气体排放少,且计算负荷较小,具有良好的实船应用潜力。     

海运温室气体减排市场机制对班轮经营的影响

班轮运输中船舶航速快,燃油消耗费用在成本中占比高.因此,与燃油消耗量密切相关的“海运温室气体减排市场机制”的实施将使班轮运输受到的影响较其他运输方式大.为研究减排市场机制对班轮经营的影响,比较了目前在国际海事组织讨论的三类主要市场机制的运行特征,分析了它们对海运运输成本的影响途径以及因实施海运排放交易体系(METS)和国际海运温室气体基金机制(GHG FUND)而产生的碳成本.在此基础上,定量分析了集装箱班轮航线经营中不同船型、航速情景下,实施市场机制产生的碳成本随燃油价格和碳价格变化的规律.结果表明,在班轮航线上,为降低温室气体排放而降低航速,尽管使投入船舶增多,但整体营运效益得到改善.高速、大型船舶减速后带来的成本降低效应比小型、低速船舶来得大.     

新能源船舶混合电力系统容量优化策略

在新能源船舶电力系统中,不合理的系统容量分配会引起电网的剧烈波动,增加能源消耗,提高用电成本等不利情况。为保证行驶的安全合理,提出一种考虑船舶横摇的新能源船舶混合电站系统的优化策略。该策略使用加入遗传算法交叉过程的多目标多约束粒子群算法,在考虑船舶航行时横摇的情况下,对船舶电力系统中柴油机的出力以及储能电池的容量进行优化配置,在保证船舶运行效率的同时,减少电力系统运行成本以及燃油消耗。以某远洋油轮为例,在一个航程内,优化后的船舶混合电站系统在满足用电可靠性的前提下,合理分配各电源出力,显著改善了电力系统的用电成本。     

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。     

基于粒子群算法的电池船运行优化

为了缓解化石能源紧缺、减少船舶污染气体排放,构建以大容量储能电池为主动力的绿色船舶,是实现海洋碳达峰与碳中和的关键。将储能技术和电力推进技术引入到船舶电力系统中,形成全电力船舶已逐步成为船舶设计的趋势。利用粒子群优化算法,兼顾船舶多种运行工况,提出一种面向直流全电池船舶运营管理的系统优化方案。为验证所提方法的有效性,选取典型航线,对电池船运行过程中的经济性进行测算。仿真结果表明船载储能系统可以平抑船舶航行时由负荷变化引起的剧烈波动,通过优化电池船的运营管理,在减轻船舶电力系统波动的同时,降低船舶运行过程中的总成本。     

船舶岸电温室气体自愿减排方法学研究

温室气体自愿减排对于减少二氧化碳排放具有重要的作用,通过实施船舶岸电项目并参与温室气体自愿减排,能够实现以电力替代燃油消耗,显著降低船舶靠泊期间温室气体排放。充分研究分析现有温室气体减排方法学,结合港口船舶岸基供电项目特点,明确了岸基供电项目基线确定、额外性论证、减排量计算、监测计划制定等要求,为港口船舶岸电项目参与碳排放交易提供了量化计算的依据。对某港口岸电项目进行了案例分析,研究提出的方法学具有针对性和可操作性,有利于推动船舶岸电项目参与碳排放交易,促进岸电项目的推广使用。     

柴电混合电力推进船舶负载频率H_∞鲁棒控制

[目的]风、浪及海流等多种随机不确定因素会引起船舶综合电力系统负载频率的波动。[方法]采用电池补偿柴油发电机组输出功率与船舶需求功率之间的差值,对柴油发电机组进行二次调频控制,保证船舶电网功率平衡,抑制电网频率波动。建立综合电力推进系统频率控制状态空间模型,基于H_∞混合灵敏度原理,选取合理的灵敏度与补灵敏加权函数设计鲁棒控制器,采用线性矩阵不等式(LMI)方法对设计的控制器进行求解并进行算例仿真。[结果]系统幅频特性表明,设计的鲁棒控制器具有合理性,短时冲击信号作用下的性能表现满足指标要求。与传统PI控制器的对比结果表明,设计的鲁棒控制器能显著抑制随机扰动引起的电网负载频率波动,减小柴油发电机组与电池的功率变化,电池荷电状态(SOC)变化范围明显缩小,可提高船舶电力系统鲁棒稳定性与鲁棒性能。[结论]该系统在各种工况下都能稳定运行并且使电网频率稳定,同时提高柴油发电机组燃油经济性,减小废气排放。     

MARPOL公约有关船舶燃油报告要求于3月1日生效

正据悉,有关船舶收集燃油消耗数据的要求于3月1日生效。有关船舶燃油消耗数据报告要求是最新强制性要求,旨在提高国际航运能效。数据收集工作将于2019年1月1日开始,每个日历年结束后向IMO报告数据。该数据收集系统旨在使IMO具备有关燃油消耗具体数据,帮助成员国就提高能效和解决国际航运温室气体(GHG)排放所需的     

基于BP神经网络的船舶气象航线决策系统

[目的]为应对国际燃油价格波动和降低温室气体排放的需求,提出一种基于BP神经网络的船舶气象航线决策系统,在考虑经济和环境因素的情况下提高船舶运营效率。[方法]首先,从航海日志和午报等提取船速、转速、平均吃水、吃水差、船上货物重量、风和海浪的影响等7种运营数据,通过BP神经网络方法预测船舶燃油消耗量;然后,提出基于改进Dijkstra算法的船舶气象航线决策系统,并利用该系统获得船舶最优航线。最后,对12 335 t多用途船营口至仁川的航线进行仿真分析。[结果]利用BP神经网络方法预测的燃油消耗量与实测值的拟合优度为79.97%,表明预测效果较好;通过决策系统获得了该船在15和17 kn航速下的气象航线。[结论]基于BP神经网络的船舶气象航线决策系统获得的船舶航线更准确、可靠,有助于减少船舶的燃油消耗量和CO2排放量,为船东和海事管理部门提供技术支持。     

考虑余热回收系统发电的船舶电力系统配置优化研究

针对配备有余热回收系统的船舶中,现有电力系统配置方案存在低电力负荷时发电机组功率过剩,运行效率较低的问题,文章提出了基于年均成本的船舶电力系统配置优化方法,建立了配置优化的数学模型,并根据模型给出了配置优化方案.配置优化方案同原始配置方案的对比,结果表明,配置优化方案可以有效降低电力系统的年均成本,提高系统内设备的运行...     

船舶气体减排的春秋之变

由于船舶排放气体中NOx、SOx等空气污染物和CO：温室气体对全球环境和气候带来影响，伴随着各种利益冲突，对船舶气体减排的讨论一直在激烈进行中。目前，讨论最为激烈的，并对航运、制造业将产生重要影响的有NOx、SOX、C02以及排放交易的部分。其中，NOx是针对柴油机的，SOx是针对燃油的，而CO2则是针对所有消耗能源的动力设备的，市场机制／排放交易是针对温室气体（GHG）的。     

中国国际海运船队温室气体排放测算研究

为估算中国国际海运船队温室气体的排放状况,对联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出的“自下而上”以及“自上而下”排放量估测方法进行分析,表明海运温室气体排放量取决于海运业燃油消耗量以及燃油的排放因子,燃油消耗量与海运船舶的活动频率以及船舶能效有关。提出基于船舶装机总量以及基于船舶活动强度的两种估算方法。结果表明,1990~2007年间,中国国际海运船队二氧化碳排放量平均年递增7.6%,而同期全球国际海运温室气体排放平均年递增3.7%。中国应积极研究相关措施以控制中国国际海运船队二氧化碳排放量的不断增长。     

船舶降碳的船员适任相关问题探讨

<正>国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)致力于减少船舶温室气体排放，不断修订《国际防止船舶造成污染公约》(International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, MARPOL)下的船舶降碳相关条款[1]。我国已于2019年开始收集船舶能耗数据，同时履行MARPOL相关要求。     

柴电混合动力船舶能量分配优化方法

针对柴电混合动力船舶多种工况能量分配问题,设计一种兼顾油耗成本和气体排放的船舶能量分配优化计算方法。以某海洋工程船动力系统为研究对象,研究其7种标准工况的特点,提取7种标准工况的功率需求范围。在满足船舶安全稳定运行的约束条件下,以船舶油耗成本和环境成本最小化为目标函数,建立优化模型。采用一种自适应差分进化算法进行优化计算,得出最优能量分配。     

佐敦HPS新造船解决方案力促改善EEDI

佐敦日前推出的基于SeaQuantum X200防污漆的HPS 新造船解决方案，采用最先进的甲基丙烯酸硅烷树脂技术，专为提升初始性能及长期性能而设计，旨在改善 EEDI，通过最大限度地提升船体性能，船厂可以生产出能效更高的船舶，增强新造船项目竞争优势的同时，有效地降低燃油成本，减少温室气体排放。根据HPS方案，佐敦为船厂提供了3个升级方案，包括光滑施工方案，舾装保护方案，可转让的高性能担保，船厂可以根据具体情况进行组合、搭配。HPS新造船解决方案，结合可靠担保，可为船舶设计方、船厂、船东、运营商提供长远利益并且长久保护环境。     

串联型混合动力船舶能量控制策略研究

如何分配混合动力电动船舶中柴油发电机组与燃料电池之间的能量,对提高船舶经济性和减少能耗至关重要。为了解决这个问题,提出用动态规划方法优化两种动力源的输出功率。首先建立船舶组件的数学模型。然后,基于贝尔曼最优化原理,以最小燃油消耗为目标函数得到柴油发电机组的最优控制序列。仿真结果表明,与开关式控制策略相比,动态规划算法可以合理分配输出功率,使电池SOC保持稳定,有效降低船舶的耗油量。     

混合储能系统在船舶电力系统中的应用

在船舶电力系统中引入储能技术可以解决由于负载频繁变化带来的问题。文章主要针对由电池和超级电容组成的混合储能系统进行研究,提出了一种应用于推进系统和脉冲功率负载的新型电池/超级电容混合储能系统,利用双有源桥的拓扑,通过移相控制能量双向流动,实现电池和超级电容的充、放电。新型混合储能系统可以提高船舶电力系统稳定性和可靠性、提高燃油利用率、减少有害气体排放,是船舶电力系统发展的新方向。     

靠港集装箱船岸电技术的应用

靠港船舶通常利用副机发电,以满足船上冷藏、空调、加热、通信、照明和应急等设备的电力需求。船舶副机为燃油发电机,在消耗燃油的过程中排放出二氧化碳等温室气体以及氮氧化合物、硫氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、挥发性有机化合物、可入肺颗粒物和可吸入颗粒物等污染物,对港区及其周边的生态环境造成破坏。     

船舶能量管理系统PMS对策

船舶电力系统是独立电网,电气设备相互连接在一起,发电机和负载相互影响,对电力系统优化运行和控制的最基本要求是安全运行并且能量消耗最少。早期的能量管理是指为满足实际负载的功率需求,自动启动或停止发电机组。最近,许多先进的控制系统加入能量管理。以电力推进船舶的电力系统配置和船舶综合控制系统及其控制层次结构为例,对能量管理系统PMS的目标、组成、具体功能进行详细介绍。     

船舶燃用MGO的几点建议

随着世界范围内环境保护意识不断增强,国际社会越来越关注船舶营运排放气体污染大气,《MARPOL73/78公约》附则Ⅵ(以下简称附则Ⅵ)要求控制船舶排放消耗臭氧物质、NOx、SOx、挥发性有机化合物(VOCS)等,尤其是SOx(硫氧化物)。SOx主要来源于燃料中的硫成分,控制燃油含硫量是目前降低船舶排放SOx最有效的方法。附则Ⅵ限制船舶燃油含硫量(见表1),硫排放控制区内的要求