摘 要

航运业的快速发展，使得船舶二氧化碳减排越来越迫在眉睫。船舶在航行时，通航环境发生变化时，会对船舶的运行状态以及船舶能耗产生影响，以往的研究中降速航行和气象定线是主要的研究热点。文中通过分析认为，在船舶上，轴功率其实就是反映的主机功率，不同的通航环境都会在轴功率上有所反映，即轴功率本身就隐含了船舶行驶环境对主机的影响，因此，本文集中以轴功率监测的方法来实现能耗管理，提出降低油耗的方案。

文中首先在分析船舶主机特性和通航环境的基础上，设计了船舶营运能效采集实验系统，并介绍和选择实验采集设备，完成数据采集实验，获得大量的数据。随后以这些数据为依据，通过MATLAB作出散点图，对船舶的通航环境特征如风速、流速、水深等数据的空间分布以及船舶运行的主要参数间的关系如油耗、功率、航速、转速的关系，结果表明以轴功率的监测实现船舶能耗管理具有可行性。最后，通过数据分析发现，存在一个功率值使得船舶油耗最低，因此，以这个公率为基准，设计一个简单的反馈控制系统对功率进行控制，从而达到降低油耗的目的。

关键词：船舶能耗；轴功率监测；降低油耗

Abstract

The rapid development of the shipping industry, making the ship more and more carbon dioxide emissions is imminent.Upon the voyage, when the navigation environment changes, the operating state and the ship's energy consumption will ship impact, previous studies deceleration navigational and meteorological alignment is the main research focus. Through analysis, in a ship, the shaft power is actually reflected in the main engine power, different navigation environment will be reflected in the shaft power, shaft power that is implied by the impact of the ship itself with the host environment, and therefore, this article concentrated in shaft power monitor ways to achieve energy management, and proposed solutions to reduce fuel consumption.

Firstly on the basis of the host ship navigation environment characteristics and analysis on the design of energy-efficient operation of the ship collecting the experimental system, and describes the experimental and select capture devices, data acquisition experiments to obtain large amounts of data. Then the relationship between these data as the basis, make a scatter plot by MATLAB, the ship's navigation environment features such as spatial wind speed, velocity, depth and other data distribution and operation of the ship's main parameters such as the relationship between fuel consumption, power, speed, speed the results show that the shaft power monitor implementation of ship energy management feasible. Finally, data analysis found that there is a power value such that the lowest fuel consumption of ships, therefore, the reference to the public was to design a simple feedback control system for controlling the power, so as to achieve the purpose of reducing fuel consumption.

Key words: ship energy consumption; shaft power monitor; reduce fuel consumption

目录

第一章 绪论 1

1.1论文背景及研究意义 1

1.2国内外的研究现状 2

1.2.1船舶营运节能措施 2

1.2.2通航环境的影响 2

1.2.3 船舶能效评价方法 3

1.3论文研究内容 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2章节内容安排 4

第二章 船舶实时数据采集 5

2.1数据采集需求分析 5

2.1.1船舶主机数据 5

2.1.2通航环境数据 6

2.2数据采集系统及设备 6

2.2.1系统框架设计 6

2.2.2数据采集设备 7

2.3本章小结 13

第三章 内河船舶油耗数据分析与处理 14

3.1理论分析与数据预处理 14

3.1.1理论分析 14

3.1.2数据预处理 15

3.2通航环境特征分析 15

3.2.1风速 15

3.2.2流速 16

3.2.3水深 17

3.3船舶主要参数的分析 18

3.3.1功率与航速关系分析 18

3.3.2功率与转速关系分析 20

3.3.3单位距离油耗与功率关系分析 20

3.3.4单位距离油耗与转速关系分析 21

3.4本章小结 22

第四章 提出降低油耗的方案 23

4.1降低油耗的重要性 23

4.2降低油耗的方案 23

4.2.1基于轴功率监测降低油耗 23

4.4.2降低辅机油耗 24

4.3本章小结 24

第五章 总结与展望 25

5.1总结 25

5.2展望 26

参考文献 27

致谢 28

第一章 绪论

1.1论文背景及研究意义

近年来，随着全球工业化程度的加快和世界人口的快速增长，人类通过各种途径排放了大量的温室气体和污染气体，使得全球环境发生了很大的变化。由温室气体造成的全球气候变化问题成为了国际社会的一个热门话题，被人们广泛关注，这已经成为了全球首要环境问题。

需要提出的是，船舶产生的温室气体在全球温室气体排放中占有较大的比重。2009年的国际海事组织温室气体研究报告中提出，全球航运业在2007年产生约1046百万吨的二氧化碳，占了全球总排放的3.3%，并且航运业快速发展的今天，如果不对其加以控制，到了2050年，这个比例将会比2007年多150%到250%，同时，全球二氧化碳的总排放量也将提高12%到18%。由此，船舶的温室气体减排问题将愈发重要^[13]。

船舶能效管理概念的提出就是对这个日益严峻的问题的应对，它主要通过合理管理控制船舶的运行能源消耗、能源利用效率和温室气体的排放，确定管理目标，设计管理计划，最终达到节约能源、降低污染、改进能源的最终目标。对船舶能效进行有效的管理，不仅可以改善环境问题，站在船舶本身的角度来看，它还能提高船舶运输中的经济性，提高经济效益^[2]。

国际海事组织（IMO）一直极力推进船舶能效管理和温室气体减排工作，其下属的海洋环境保护委员会（MEPC）也开始关注和探讨船舶问题和大气污染问题。1997年防止船舶造成污染国际公约缔约国大会上，IMO决定在联合国气候变化框架公约的基础上，研究和控制船舶温室气体的排放。