船舶动力系统的效率优化研究

２０１１年　第３期　第３３卷总第２０１期　物流工程与管理　ＬＯＧＩ　ＳＴｌ　ＣＳ　ＥＮＧｌ　ＮＥＥＲｌ　ＮＧ　ＡＮＤ　ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　设备设施　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉ　ｓｓｎ．１６７４—４９９３．２０１１．０３　０５５　

混合动力系统在船舶上的应用研究　

口金　

（武汉理工大学华夏学院，　君　

湖北武汉４３０２２３）　

【摘要】文中介绍了四种混合动力技术，并针对船舶动力系统的特点，分别研究了这四种混合动力技术在船　

舶上的应用方式。　【关键词】混合动力；太阳能；超级电容　

【中图分类号】Ｕ６７４　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１６７４—４９９３（２０１１）０３－０１３６－０２　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　Ｓｈｉｐｓ　

口ＪＩＮ　Ｊｕｎ　（Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｈｕａｘｉａ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，ＷｕＨａｎ　４３０２２３，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｆｏｕｒ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｍａｒｉｎｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｈｙｂｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｈｉｐ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｗａｙ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｈｙｂｒｉｄ；ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ；ｓｕｐｅｒ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　

船舶的供能来源内燃机，当它运行在尽可能地接近最优　

化设计输出时，运转效率是最高的。这种发动机在低负载或　超负荷水平运行时都是低效率的，不仅会产生过量的排放，　

也会缩短它们的使用寿命，进而增加维护费用。通过安装混　

合动力系统装置，操作者能够以一个恒定的速度运行辅助内　燃机驱动模块，带动发电机把电发送到电网，通过电网给驱　

船舶动力系统设计及性能优化

摘要：船舶动力系统被称为船的“心脏”， 在为船舶提供动力的同时，还关系到船舶的运行稳定性、安全性、节能、经济等因素。因此，需要一个可靠的船舶动力系统以保障船舶正常安全运行。与此同时，为实现可持续发展的目标，提高船舶的经济效益，使不同类型船舶在排水量限制下，保证其输出功率的同时，提高效率降低能耗，提高船舶载重量与续航能力就显得十分重要。本文通过对各种形式的动力系统的比较，以分析如何对该系统进行优。

关键词：船舶动力系统；稳定；安全；优化

引言

由船舶主机（柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等）、传动系统（轴系、齿轮箱、联轴节、离合器等）和推进器（螺旋桨、全向推进器、侧向推进器等）组成的船舶动力系统，好比船舶的心脏，此套设备约占全船设备总成本的1/3，全船造价的1/4左右。而船舶动力系统的性能直接关系到船舶的安全稳定和运输效率的高低，因此船舶动力系统的研究成为船舶行业技术研究的重中之重。

1.背景

船舶是世界主要的交通运输工具之一，船舶工业在工业生产中同样占有重要地位，而船舶动力系统被称为船舶的”心脏”，在不同类型船舶的排水量限制下，在保证其输出功率的同时，提高动力系统的效率、降低能耗、提高船舶载重量与续航能力就显得十分重要。随着全球的能源、资源急剧消耗，有效、合理地利用自然资源是保证经济可持续发展的基本出发点，因此船舶节能也十分重要。目前船舶燃料价格上涨、直接造成了船舶运营成本的增加，因此提升船舶的经济性尤为重要。

与此同时，国际海事组织以及各国政府对船舶尾气排放导致的空气环境污染问题越来越重视，并且出台了一些相关法律法规来限制尾气的排放。因此对船舶动力系统的性能方面的优化设计显得迫在眉睫。

2.动力系统设计理论

2.1船舶动力系统概述

船舶动力系统是保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备综合体，作为船舶的重要组成部分，船舶动力系统设计是一项包含多个学科的复杂的系统工程，具有以下特点：系统设计模块化、系统设计参数化、系统设计规范化、用户需求的多样化和个性化、设计过程复杂。产品配置设计的理论和方法应用于船舶动力系统的设计，根据不同的用户功能和个性化需求，选择和组合不同性能的组件进行配置，可以实现对用户多样化、个性化

瓦斯来生产中、高压等级蒸汽。为了更好地利用能源，通常　

要求高压锅炉多生产３．５Ｍｐａ的中压或更高压力的蒸汽，通　

过各等级蒸汽管网分布的不同类型汽轮机和减温减压器，对　

锅炉产生的中、高压蒸汽逐级利用，得到工艺系统所需的不　

同等级蒸汽。各蒸汽管网在输送不同等级蒸汽以满足工艺　

过程的蒸汽需求同时，通过汽轮机带动发电机产生电力以满　

足Ｔ艺用电。　

蒸汽动力系统的运营特性通常有如下几点特点：　

１）系统的汽电需求具有确定性与不确定性　

蒸汽动力系统运营活动的主要目的是为满足系统和外　

界所必需的蒸汽和电力的要求，而这些能量的需求并不是固　

定的。随着操作条件、市场需求量、季节等变化，系统的能量　

需求也随之变化。　

对于由于操作条件、市场需求量、季节等因素引起需求　

确定性变化，系统可以通过制定合理的运行调度方案来满足　

这些需求变化，以保证系统和工艺过程的安全稳定运行。对　

于由于用户数量、用户需求情况、用户的汽电需求参数等引　

起需求不确定性变化，这时需要系统必须对处于动态变化的　

Ｔ艺用户汽电需求作出相应的措施。如果通过改变正在运　

行的锅炉、汽轮机负荷来满足工艺用户变化的汽电需求或者　

在较短时间内增开锅炉、汽轮机，这样的做法很明显不符合　

Ｔ程实际，因此要保证工艺过程和蒸汽动力系统安全稳定运　

行，系统中的锅炉、汽轮机不应处于额定负荷下运行，而应在　

实际的系统优化运营过程中留出主要设备的运行余量。　

２）蒸汽动力系统运行过程的安全稳定要求高　

①设备的安全稳定　

任何系统（包括蒸汽动力系统）的运行都需要对设备进　

行定期地维护。对于蒸汽动力系统主要设备的维护，不仅消　

耗了大量的人力，物力，还要消耗大量的财力，如果对系统主　

要设备的维护安排不恰当，会导致全厂内的物料流、能量流、　

信息流等流对象的不平衡，严重时会影响全厂的正常生产，　

使全厂的经济效益产生很大的影响。因此，在制定系统最优　

运行调度方案的同时还要安排恰当的设备维护计划。　

②蒸汽管网输送蒸汽的安全稳定　

坶事冒埋　

ＶＴＳ系统船舶调度优化研究　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｖｅｓｓｅｌｓ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ＶＴＳ　Ｓｙｓｔｅｍ　０刘俭’。王福斋　（１．河北海事局，河北秦皇岛０６６００４；２．交通运输部规划研究院，北京１００７３６）　ＬＩＵＪｉａｎ　，ＷＡＮＧ　Ｆｕ—ｚｈａｉ！（１．Ｈｅｂｅｉ　ＭＳＡ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ　０６６００４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏＦＴｒａｎｓｐｏｒｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００７３６，Ｃｈｉｎａ）　摘　要：文中在综合考虑了船舶航行安全因素和航运效率的　情况下，采用基于海面能见度、风速、水流、引航和船舶尺　度等因子进行加权的方式来评价调度方案，并建立了一个数　学模型。验证模型通过调度参数的设定和调整可以得到最佳　的调度方案。　关键词：船舶交通服务（ＶＴＳ）；船舶调度；微粒群算法（Ｐｓｏ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｖｅｓｓｅｌｓ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｓｓｅｌｓ，ｗｈｉｃｈ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｔ　ｓｅａ，ｗｉｎｄ　ｓｐｅｅｄ，ｗａｔｅｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ｐｉｌｏｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｅｓｓｅ１．Ｉｔ　ｃａｎ　ｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　１ｏｃａｌ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｏｎｅ　ｔｏ　ｖａｌｉｄａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｓｓｅｌ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＶＴＳ）；ｖｅｓｓｅｌｓ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；　Ｐａｒｔｉｃｌｅ￣＇ｗａｒ：ｉ１　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯ）　中图分类号：Ｕ６４４．８　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３－２２７８（２０１０）０９—００４７—０４　收稿日期：２０１０—０７—３０　第一作者简介：刘俭（１９７８一），男，辽宁绥中人，工程帅，本科，研究方向为海事综合管理。