纯电动绿色船舶长航程航次规划与充换电策略

针对纯电动船舶长航程航次规划和充换电站选址的动态规划问题,提出了一种可行的多变量、多目标优化模型,实现航速和充换电策略的同步优化;建立了能耗最低和航时最短的双目标函数,分析了影响纯电动船舶长航程航次规划的环境和操作因素,构建了航速、航时和能耗约束条件;研究了集装箱式电池运营管理模式,建立了能量补给按照实际耗电量计费和更换电池一次性计费2种优化模型;利用非支配排序遗传算法完成了模型求解并进行试验案例验证。研究结果表明:基于案例数据条件,优化前以保证续航到第2个充换电站进行补给的最大平均航速8.5 kn计算,需耗能96637.7 kWh、总航时62.1 h;以实际耗电量计费时,采用优化模型得到的充换电策略均是在第2个充换电站进行补给,以最短航时为优化目标时总航时仅需56.9 h,以最低能耗为优化目标时总能耗仅需65762.5 kWh;以更换电池一次性计费时,优化模型的结果存在2种策略,即全程不换电池和在第2个充换电站更换一次电池,并且满足在更换电池前累积能耗接近船载电池的总容量,可最大程度利用能量;优化模型能够给出不同电池运营管理模式和用户偏好条件下的最优航速和充换电策略,并且能够应用于充换电站选址决策,对提高纯电动绿色船舶的运营效益具有重要意义。