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。

基于XGBoost算法的船舶油耗预测模型

船舶油耗预测是实现船舶能效评估与优化决策的基础与前提,对船舶航线航速设计,实现船舶能效优化有重要的意义。基于船舶实测航行数据和环境数据,通过相关性分析提取对船舶油耗影响较大的特征因素,并将特征因素作为模型的输入参数;通过数据清理技术并参照相关国际标准对特征因素进行筛选,得到建模的样本数据;把样本数据按0.8∶0.2的比例随机分为训练样本和测试样本,采用XGBoost算法建立油耗预测模型,并通过预测测试样本的油耗验证模型的准确性。该模型决定系数达到0.967,运行时间为2.723 s,与神经网络模型的准确率几乎一致且运行时间缩短了70%,适用于船舶航行决策中的油耗快速计算和实时预测。

面向能效设计指数的LNG燃料船CO_(2)捕集系统设计及性能分析

为满足国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)第三阶段船舶能效设计指数(energy efficiency design index,EEDI)的要求,提出一种液化天然气(liquefied natural gas,LNG)燃料船船载碳捕集系统(onboard carbon capture system,OCCS)。OCCS通过醇胺溶液对主机烟气中的CO_(2)进行富集,并回收主机烟气余热用于醇胺溶液再生,再利用LNG汽化过程中释放的冷能对解吸出的CO_(2)进行液化。以一艘Kamsarmax型船为例,构建基于冷热能综合利用的OCCS模型,分析烟气质量流量、溶剂质量流量和吸收塔进口处的贫液温度对CO_(2)捕集量及比热耗的影响。结果表明:提高贫液温度能够有效减少热量消耗,烟气和溶剂质量流量对CO_(2)捕集量影响显著,当溶剂质量流量大于18000 kg/h时,OCCS能满足IMO第三阶段的CO_(2)减排要求。该船通过所设计的OCCS可以满足IMO第三阶段EEDI的要求,其比热耗在10.9~12.2 GJ/t范围内。

基于BSO-BP的船舶油耗预测模型

为解决基于传统反向传播(back propagation,BP)神经网络的船舶油耗预测模型易陷入极小值和误差较大的问题,提出一种利用头脑风暴优化(brain storm optimization,BSO)算法优化BP神经网络的船舶油耗预测模型(简称BSO-BP模型)。以“维多利亚凯娅”号内河游船为研究对象,将BSO-BP模型的预测结果与采用传统BP神经网络以及模拟退火(simulated annealing,SA)算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)、粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法优化的BP神经网络的船舶油耗预测模型的预测结果进行对比分析。结果表明:与传统BP神经网络模型的预测结果相比,BSO-BP模型预测结果的可决系数R^(2)提高了0.003 9,均方误差、均方根误差、平均相对误差、平均绝对误差分别降低了0.034 4、0.154 1、0.010 2、0.017 8,说明在船舶油耗预测中BSO算法对BP神经网络的预测精度有显著的提升作用;BSO-BP模型预测结果的各项评价指标在所对比的5种模型中均表现最好,说明与SA算法、GA和PSO算法相比,BSO算法对BP神经网络的提升效果更好。

船舶节能减排技术应用现状与展望

随着国际海事组织(IMO)对于减排的短期要求即将实施,MEPC80会议上经最终修订的中长期减排战略也最终敲定,船舶节能减排的需求迫在眉睫。文章总结梳理了目前主流的船舶节能减排措施如LNG、甲醇、氨等替代燃料,电池、风力、太阳能、核能等新能源,以及碳捕捉与封存、空气润滑等船舶节能减排技术,并介绍了各技术的行业应用情况。同时,对未来可能的减排措施进行了展望。研究结果为后续节能减排措施的选择提供参考,在满足减排要求的前提下,实现经济效益最大化和使用便利性。

船舶氢电混合动力系统建模与全生命周期碳排放评价

[目的]为全面评价氢电混合动力船舶的碳减排能力,提出全生命周期碳排放评价方法。[方法]首先,基于Matlab/Simulink平台建立动力系统能量流模型;然后,计算实船营运工况下的耗氢量和耗电量,进而得出全生命周期碳排放量;最后,针对不同电能来源和氢气来源,对碳排放进行敏感性分析。[结果]某内河渡轮的计算结果表明,相较于传统柴油动力系统,氢电混合动力系统在一个营运周期内可以减少30.24%的碳排放。敏感性分析结果表明,氢电混合动力系统的全生命周期碳排放并非必然优于传统柴油动力系统,故建议采用可再生能源进行制氢和发电,以大幅降低碳排放量(最多可减少94.2%)。[结论]研究成果可为绿色船舶的动力系统设计提供参考。

我国首个中国籍船舶碳排放管理机构成立

3月20日,我国首个中国籍船舶碳排放管理机构——上海海事局船舶能效管理中心成立。中心将有针对性地指导我国航运企业积极采取技术、营运和使用替代燃料等措施降低船舶能耗。

基于IMO船舶燃油消耗数据报告的集装箱船营运碳强度分析

当前国际航运界正全力朝着低碳和脱碳目标前进,以应对温室气体排放带来的全球气候变化问题。集装箱船是国际航运主力船型,其脱碳趋势具有一定代表性。基于IMO最新公开的2019―2022年国际航行船舶营运碳强度指标数据,系统梳理集装箱船营运碳强度指标数据的变化情况,结果表明:受国际政治经济形势影响,虽然航运业采取强有力的温室气体减排措施,但效果并不明显,尤其是从营运碳强度来看,减排趋势较为乏力;集装箱船碳减排趋势不明朗,船舶大型化对提升船队整体能效的作用有限,并且大型船舶比小型船舶更易受国际政治经济形势影响。

基于IMO温室气体减排的某船队减碳路线

为应对温室气体变化,国际海事组织(IMO)提出2030年较2008年碳强度降低40%,2050年实现国际航运温室气体净零排放的减排战略,国际航行船舶需采取适当措施满足IMO减碳要求;同时中国提出“3060双碳目标”,2030年前CO_(2)排放达到峰值,2060年前实现碳中和。利用某船队减碳分析模型,以某航运公司船队为研究对象,分析不同燃料路径。评估结果表明,以绿氨和绿甲醇为主要燃料的路径,同时考虑碳捕捉,可实现碳中和。研究提出了适用于目标船队的减碳路线,对国内船队碳减排具有实际指导意义。

考虑排放控制区的多目标船舶航速优化研究

考虑在船舶排放控制区背景下,以燃油成本和租船成本为优化目标进行多目标船舶航速优化,选择基于蝴蝶优化算法与线性加权相结合和多目标蜻蜓算法的2种多目标优化方法,求解得出Pareto最优解集,最后通过理想点距离法的决策方法从Pareto最优解集中确定出最佳折衷解。结果表明,当以多目标蜻蜓算法优化航速航行时,燃油成本降低2.72%,租船成本降低15.57%,可有效降低5.78%的船舶营运成本,更能大大提高船东和航运企业的经济效益,更符合环保要求。

基于遗传算法的可调桨船舶油耗优化

本文针对长江航行调距桨船舶的螺距优化问题,对船舶调距桨螺距、船舶柴油机转速与船舶油耗量之间的关系进行研究。通过阻力计算、调距桨敞水效率分析和船-机-桨匹配,建立长江干线航行船舶螺距-油耗优化模型;进而对遗传算法进行改进,在交叉过程中对个体进行聚类、采用多父代的交叉算子,减少无效交叉,提高种群丰富性;基于改进后的遗传算法,对建立的优化模型进行求解,通过案例分析计算船舶在长江干线不同航段航行.的最佳螺距分配。结果表明,使用最佳螺距航行的船舶单航次油耗量比定距桨船舶降低478%。

基于改进蚁群算法的微气泡减阻气流量智能调控技术研究

[目的]为了提高微气泡减阻技术的实际效能,基于改进蚁群算法开展微气泡减阻气流量智能调控技术研究。[方法]首先,基于微气泡减阻机理,利用自主研发船模样机开展微气泡减阻试验,获得不同航速下的理想最佳气流量;随后,采用改进蚁群算法,开发气流量智能调控技术的软件系统;最后,将智能调控硬件系统应用于船模样机,开展自航模试验以验证该技术的有效性。[结果]所研技术不仅可以有效地调控气流量达到最佳微气泡减阻效果,还可以监控航速变化对气流量进行自适应调控,使船舶在各种航速下均能保持最大减阻。[结论]该技术可以提高微气泡减阻技术的自动化与智能程度,增强微气泡减阻技术的实际效能。

碳强度下现有营运船舶减排对策分析

在航运业降碳背景下,针对营运船舶碳排放法规的要求,建立营运船舶碳排放评估数学模型,并基于某集装箱船的运营数据对现有减排措施的碳强度和经济性进行分析。结果表明:短期内通过航速管理并辅以有效的减排技术,能满足未来约10 a的碳强度评级要求,而更大幅度地降低航速会影响船舶运营成本;中长期内可通过采用混合生物燃油和加强船队管理等方式降低船舶营运碳排放,使现有船舶在营运周期内能满足碳强度评级最低要求。

船舶能耗数据海事监管“CARBON”要点核查法

从国际公约、法律法规、现场执法的角度总结梳理船舶能耗数据监管的要素,创造性地提出“CARBON”要点核查法。结合我国船舶能耗数据管理现状,介绍“CARBON”要点核查法的内涵、实践和成效,分析船舶能耗数据海事监管的要点,提出运用“CARBON”要点核查法提升船舶能耗数据海事监管能力的建议。

IMO DCS相关决议最新修订要点解析

国际海事组织(IMO)数据收集机制(DCS)已实施完整的5个年度,其间DCS相关决议也经过多次修订。系统梳理DCS相关决议的制定与修订进程,结合船舶向IMO报告的数据项目,着重分析MEPC第81届会议DCS相关决议的最新修订要点,并提出应对建议,供相关方参考。

良好船艺探讨拖轮节能助推福州港绿色港口建设

绿色港口的建设既能保护港口环境,又能提高港口经济效益,并且能把环境因素与经济效益进行完美的结合,港口的经济发展不仅可以提高周边环境,同时港口环境也有利于促进港口的经济发展。因此绿色港口的发展是未来港口发展的必然趋势。拖轮是港口运作的重要组成部分,也是建设绿色港口的重要环节。福州港拖轮的作业主要是为福州港区往来船舶提供助靠离、拖带、水上交通及海上救助等各项港口业务。本文从运用良好船艺方面探讨拖轮节能,助推福州港绿色港口建设。

船舶进出港能耗数据智能监管研究

以天津海事局为例,充分运用动态管理和智能核查相结合的方式,探索和设计船舶能耗检查程序,解决船舶能耗核查目前存在的问题,以提高船舶进出港能耗核查效率。

“碳达峰、碳中和”背景下我国船用甲醇燃料加注研究

随着全球海运温室气体减排进程的加速推进,绿色船舶已成为未来航运的主流发展方向。海事部门调研发现,全球各大港口纷纷布局甲醇燃料加注业务,甲醇燃料应用将成为推动航运绿色、低碳转型的重要方向之一。本文结合我国航运业加快实现“碳达峰、碳中和”的目标背景,从船舶甲醇燃料应用及发展趋势、甲醇燃料加注相关技术标准和可借鉴经验进行分析研究,提出我国实施船用甲醇加注的相关建议,促进船用甲醇燃料加注业务安全规范和产业可持续发展。

新型燃烧促进剂在水泥生产中的应用

下文分析了燃烧促进剂的原理,并对燃烧促进剂在水泥生产中的应用进行了总结分析。结果表明,添加燃烧促进剂后,对熟料出窑质量无负面影响,吨标煤可节约2.7 kg,节碳7.182 kg,直接经济效益为225万元/年,环保效益为72.5万元/年。为水泥行业节能降碳增添了一种新路径。

LNG燃料船冷能利用可行性研究

针对目前低温LNG冷能在船舶领域尚未得到重视和利用的现状,基于某型汽车滚装运输船进行冷能利用相关探索,介绍冷能利用的原理,分析相关设备参数并进行选型。结合成本分析和环保优势阐述冷能利用的必要性、经济性以及前瞻性。