中型邮轮电力推进系统能效控制与优化研究

中型邮轮电力推进系统能效控制与优化研究摘要：不同于传统推进船舶，中型邮轮通常采用电力推进系统，其能效不仅受到推进器负荷的影响，还会受到除推进电机外的整个电力系统负荷的影响。为了提升电力推进系统综合能效控制与优化，本文分析硏究中型邮轮主要能耗设备的各种能效评佔指标特点，提出了电力船舶的综合能效评估指标和利用能量管理系统来监测、管理船舶综合能效，分析了基于能量特性的运行工况可行性指标'介绍了相矢船舶电力推进系统综合能效智能评佔的方法的前提基础，为邮轮电力推进系统综合能效的控制和优化提供参考。矢键词：电力推进系统：能效控制：能效评佔0引言中型邮轮通常采用电力推进系统，其能效不仅受到推进器负荷的影响，还会受到除推进电机外的整个电力系统负荷的影响。这一区别导致中型邮轮营运能效不仅与风、浪、流等通航环境因素以及航行速度有矢，还会受到船上乘客及设备用电负荷等多种因素的影响。这些复杂多变的影响因素使船舶操作者很难仅根据自己的经验作出科学的节能操作。因此本文接下来介绍船舶电力推进系统的组成部分，分析中型邮轮主要能耗设备的各种评估指标特点，提出了船舶综合能效评估指标计算方法和综合能效优化管理，为邮轮电力推进系统综合能效控制和优化研究提供理论基础参考依据。1中型邮轮船舶电力推进系统的特征宙于中型邮轮动力系统的容量大，一般使用中压或高压动力系统。船用电力集成系统具有两个明显的特点：一是供电和接收点设备相互鼎近，发电端与接收端集成度高，船用电力集成系统使用高功率密度和电子功率。机舱的工业环境较硕，电磁耦合，磁滞特性和发动机温度的变化将导致发电机和推进发动机的参数发生变化。很难描述集成动力船动力系统设备与非线性之间的各种矢系。它具有突出的特性，属于强大的非线性系统。其次，船舶动力系统的负载经常变化，并且船舶的运行条件是可变的。即使在相同工作条件下的功耗也很大，对应于不同工作条件的功耗也会有很大差异。因此，为了解决船舶电力推进系统复杂的工作条件，需要进行改变，有必要确定不同工况下发电机组的形式。为了研究中型邮轮的能耗结构和能效评佔特征，并分析不同工况下船舶能耗的实时分布和历史数据特征，有必要确定其配置形式。电力推进系统和能源系统的功能要求。为了提高中型邮轮的综合能效，首先需要分析船舶电力推进系统的组成和工作原理，以确定提高能的研究对象。典型的船用电力推进系统山三部分组成：能量产生系统，能量分配系统和充电系统。2邮轮电力系统的主要能耗结构及指标邮轮运营的能耗结构主要是山船舶柴油机发电机组、船舶锅炉系统及船舶用电负载组成的。其中，船舶柴油机发电机组和锅炉系统能耗指标是燃油消耗量，船舶用电负载能耗指标是消耗电量。其中船舶燃油消耗量的计算如公式（2J）:（2-1）式中：一每次航程的油耗单位为吨（t）—船舶发电机的油耗单位为吨（t）—船用发电机组的油耗单位为吨（t）2.1中型邮轮柴油机发电机组能耗指标中型邮轮柴油发电机组的能耗指标主要有两个，一是耗油量，；一是耗油率，克/马力小时。通常，设备出厂时规定了额定耗油量和耗油率。其中发电机的燃油消耗量的计算如公式（2・2）：（2-2）式中：一船舶航行期间柴油发电机组的燃料消耗，单位为吨（t）。计算公式为（2・3）；—船舶黑泊时，在非卸载状态下柴油发电机的燃料消耗，单位为吨（t）。有矢计算公式，请参见（2-4）；—船用柴油发电机的额外燃料消耗，以吨（t）为单位。有矢计算公式，请参见（2-5）；（2-3）式中：一在船舶航行期间，柴油发电机组的每小时燃料消耗量是按每个发电机

组的额定条件下每小时燃料消耗量的60%计算的，其单位为每小时千克（kg/h）。（2-4）式中：一在非装卸状态下停靠船舶是柴油发电机组每小时的油耗，，它是根据额定条件下每台发电机组的每小时燃料消耗量的50%计算得出的。单位是千克每小时（kg/h）；—在非卸载状态下的系泊时间，单位为小时（h）。（2-5）式中：一船用柴油发电机每小时额外的燃料消耗，以每小时公斤数（kg/h）；—船用柴油发电机的额外使用时间，以小时（h）为单位。对于一些新建的船舶，首先，应尽可能选择消耗能量较低的燃料的设备：对于在役船舶，必须评佔实际能耗。中型船舶的柴油发电机组的耗油率不仅受到推进器负荷的影响，还会受到除推进电机外的整个电力系统负荷的影响。因此，必须制定实际使用情况的能耗指标。2.2中型邮轮锅炉能耗指标对于船舶燃油锅炉而言，其能耗指标为耗油率，克/公斤小时。其中锅炉的燃油消耗量的计算如公式（2-6）:（2-6）式中：一船舶锅炉每小时的燃油消耗，单位为千克每小时（kg/h）—船用锅炉在实际的使用时间，单位为小时（h）23中型邮轮用电负载负载系统可分为推进负载和其他电气设备负载。其他电气负载主要涉及燃料系统，冷却水系统，消防系统，FM-200灭火系统，舱底水系统，卫生用水系统，洒水系统，空气压缩机，屮板机械，厨房和餐厅设备以及娱乐场所。设施，照明，舷内通讯，通讯导航，空调，制冷和其他电气设备等。在船舶营运期间，这部分能耗占总用电量的一小部分，大部分电力消耗来自不断增加的负荷。3基于能量特性的运行工况可行性指标能源特性的最基本要求是能源供应的连续性和能源供应的活力。在此基础上，充分考虑了船舶能源系统运行条件的可行性。根据长期能源监控系统的运行和设计经验，本文认为影响系统运行条件可行性的主要因素可以归纳为四种类型：设备生命周期，系统负载，系统负载分配和系统操作模式更改策略。船舶可用操作模式的可行性标准Y用公式（引）表示。（3-D式中，表示诸如系统设备的生命周期，系统负载的类型，系统能量流的分布以及系统工作模式的切换策略等因素。；分别为不同因子的不同加权因子，且。计算出的结果越大，就证明在这样的模式下的船舶可行T生就越高。（3-2）4•综合能效评估指标讣算方法4・1船舶能效营运指数(EEOI)船舶能效营运指数EEOh表示每海里运输一吨货物所产生的C02排放量或单位运输功C02的排放量。一个航次EEOI的基本表达式为：(4-1)某段时间或多个航段的EEOI平均值计算公式为(4-2)式中：为燃油类型；为航程数；为在航行中消耗燃料的总量；为航程中燃油的消耗量；为燃油的燃油量与C02量转换系数，即燃烧单位质量燃料的C02质量排放量，也称为C02排放因子；为载货量；D为船舶航行的里程，指在所考虑航次或时间段内的实际航行距离。由EEOI的计算公式中的的定义为载货量可以看出，EEOI这一指标是针对货运船的，不适用于其他非货运□的的船舶。因此，本文探索了货运船舶的能耗分布，确定了对于中型邮轮的电力推进系统的能效评佔指数和评估方法。4.2中型邮轮的能效指标确定科学和客观的评佔指标是确定正确和合理的评佔方法的前•提。电力驱动中型邮轮与货运船具有不同的特性。智能能效管理规范中提出的EEOI指标，单位距离的油耗，单位运输工作的油耗，单位距离的C02排放量和单位运输的C02排放量指标不适用。因此，有必要找到其他合适的能效指标来进行能效评佔。以上对EEOI的分析是因为原始EEOI公式不适用于电力推进船，并且不能用作评佔电力推进系统的能效指标。原始的EEOI公式代表每单位运输工作所排放的C02量，并结合对推进系统和电力推进游轮的能耗白分比的研究，并且经过大量的模拟，发电机的功率和速度为引入能效指标的公式以改善EEOI公式(4-3)式中：为发电机的功率；为船舶的航行速度。改进后的EEOI表示船舶单位做功下C02的排放量，可视为电力推进中型邮轮的能效评估指标。5结论本文研究分析了电力推进船舶的综合能耗分布和智能评佔系统，首先分析了船舶电力推进系统的组成结构、特征和主要的能耗设备和结构，发现船舶柴油机发电机组和锅炉系统是必需的能耗设备，以耗油量或耗油率作为能耗评佔指标；船舶用电负载部分，以推进负载占据较大的比重，其次是空调系统和厨房设施等，其中网络通讯类负载能耗也较大，也是船舶节能需要考虑的因素。本文提出了电力船舶的综合能效评估指标和利用能量管理系统来监测、管理船舶综合能效，分析了基于能量特性的运行工况可行性指标，介绍了相矢船舶电力推进系统综合能效智能评估的方法和系统开发的前提基础，为邮轮电力推进系统综合能效的控制和优化评估系统的开发提供参考依据。参考文献：⑴伍赛特.船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究卩］・机电信2019(15):159-160.［2］白桂银•船舶电力推进系统故障诊断技术［J］•舰船科学技^2019,41(10):91-93.⑶林云峰,付立军，夏立，肖雄波・舰船推进负载管理技术研究现状和发展趋势［J］•舰船科学技^^019,41(09):1-5・⑷郑东蝶•船舶电力推进技术发展现状分析卩〕・中国水运(下半月),2018,18(11):13-14.⑸杨祥国，于桐，杨诚，魏斯琦，杜枢，陈虹见，吴书礼•基于复合储能的船舶电力推进系统功率波动