關于船舶節能減排信息化方法的研究

王愛民 王杰（中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452）

關于船舶節能減排信息化方法的研究

王愛民 王杰
（中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452）

船舶是中海油生產作業的最重要運輸工具，同時也是一種高能源消耗體和污染源。我公司設計的船舶油耗監管系統，采用科學的方法有效管理和控制船舶燃油消耗，通過統計分析計算船舶能耗指標并根據其合理安排任務，在顯著降低企業生產成本的同時，還大大降低了能源的消耗及尾氣的排放，實現了企業節能減排與生產經營的科學統一。

船舶；油耗；節能減排；實時監控

當今世界，資源、能源和環境壓力給人類的可持續發展帶來了嚴峻挑戰，減少對能源資源過度消耗的綠色低碳發展模式正在全球蓬勃興起。作為一家能源公司，中國海油積極按照國家新型工業化道路的要求，堅持“綠色低碳”的發展戰略，將可持續發展理念融入企業戰略和日常運營，大力提升公司的價值創造力、低碳競爭力和可持續發展能力，以更安全、更環保、更高效的方式，推動企業與社會、環境的共同繁榮與發展。

在環境責任方面，企業積極響應國家節能減排號召，努力踐行中央企業在“全球契約”中對社會的承諾，推動傳統產業轉型升級。公司在技術節能與管理節能方面做了大量工作，謀求從多方面、多角度發掘節能潛力。根據海洋石油“二次跨越”戰略構想及公司“十二五”規劃，越來越多的船舶將投入到海洋石油生產作業中，每年燃油消耗多達10萬噸。因此，尋求一種信息化的手段實現對船舶油耗的精細化管理，實現節能降耗、節能減排，不僅是企業目前迫切的管理需求，也是企業義不容辭的責任。

1 系統設計原理

1.1 系統設計思路

隨著國民經濟的發展及中海油業務的不斷擴大，傳統的油耗統計方法和監控手段，很難滿足公司日益壯大的船隊規模與統計的要求。隨著信息化技術的日益成熟，信息技術的高速發展與進步，為燃油科學化、數字化管理提供了成熟的解決方案，使構建新型的信息化燃油管理模式成為可能。我公司意識到信息化管理對船舶節能減排的重要性，積極組織研發隊伍，充分研究船舶原理，結合多次上船實地調研結果，通過與輪機長及船舶管理人員的交流學習，最終設計出一套利用信息化手段對船舶實行節能降耗管理的系統。

通過分析研究其工作原理，系統動態采集主輔機啟停狀態、運行功率、瞬時轉速、實時油耗等信息；通過后臺分析，計算各發動機油耗指標、不同海況和工況下的經濟轉速等，來指導船舶作業。

1.2 系統設計概述

船舶油耗監管系統的設計，以船舶為研究對象，根據船舶的推進和柴油機工作原理，集成應用北斗衛星通信系統、地理信息系統(GIS)、多媒體計算機、互聯網和傳感測量等多項高新技術，通過功能強大的船載終端，實時采集船舶發動機實時狀態、油耗、轉速和船舶航行通導等數據，通過北斗衛星發回岸基系統，岸基系統通過對數據進行分析、搜集以及數據挖掘，將船舶發動機油耗數據，轉速數據，船舶航速，每海里油耗量以及AIS信息等進行運算及圖形化處理后發送到用戶監控端；企業管理者通過用戶監控端可以實時監控、智能化分析船舶油耗等數據，并且可以查看船舶歷史工作情況，實現船舶油耗的遠程實時監控與管理。

利用信息化技術改造現有船舶系統，通過加裝信息采集設備、油耗探測設備等傳感器，不涉及發動機、船型的改進，不破壞船舶原有線路及油路，適合廣大船舶的安裝與推廣。利用信息化手段節能增效，實施方便，成本較低，效果明顯。主要有以下幾點：

1.2.1 通過該系統監控船舶航行通導、發動機油耗和轉速信息，實現船舶燃油消耗狀況實時遠程監測。

1.2.2 通過對實時的測量數據進行統計分析，根據發動機油耗、轉速與航速之間的關系式對船舶油耗進行分析計算，得到各船舶單位馬力單位時間油耗指標，根據該指標，指導船舶在不同海況工況下的經濟航速，實現船舶油耗最經濟的目標。

1.2.3 通過船舶油耗指標預測船舶燃油消耗，并與實際消耗實時進行對比，發現異常及時告警，極大提高了船舶燃油“跑、冒、滴、漏”等非正常消耗的預防及報警能力，節約能源的同時，也大大減低了污油、污水的產生。

1.2.4 通過該系統為企業提供實時監控和數據管理平臺，實時高效的數據采集與傳輸，船舶定位，結合船舶性能指標輔助生產調度系統，實現船舶作業的更合理安排，使管理更輕松，航運更高效，有效地降低船舶航運作業燃油消耗量，促進公司節能減排目標的實現。

1.3 系統主要組成部分及工作原理

1.3.1 油耗測量裝置

流量計，用于發動機燃油供給的實時精確測量，包括發動機瞬時油耗和累積油耗的計量、顯示，以及通過RS485接口與船載終端的通信。它是整個系統的核心部分，它的準確性、實時性以及穩定性將決定整個系統的使用價值。通過該裝置，可以省去人工統計油耗量的工作，提高數據采集的精確性及船舶的運作效率。

雖然每條船油路系統不盡相同，但船舶油料的主要路徑均是從油倉中首先流入沉淀柜沉淀，再流入日用柜，之后由日用柜對主機、輔機、鍋爐供油，對于未完全燃燒的油料再經回流管流入到日用柜當中。在主輔機的進油管、回油管處加裝流量計，可以準備的得出船舶實際燃油消耗情況。

圖1 船端系統邏輯

1.3.2船載終端系統

它是連通船舶和岸基系統的橋梁，實時采集匯總發動機啟停時間、運轉功率、轉速、航行里程、AIS、流量計信息等數據，并計算和顯示船舶航速、每海里油耗量等數據，然后利用北斗衛星通信系統將數據發到岸基系統，如圖1所示。

對于較新、自動化程度較高的船舶，系統可與船舶集控室主機連接，通過協議轉換實時采集船舶運行狀態數據；對于較舊、自動化程度不高的船舶，對于某些數據的采集將通過加裝傳感器實現，系統通過傳感器實時獲取船舶運行狀態數據，如轉速傳感器等。

通過船載終端系統，可以實時準確地了解船舶發動機的工作狀況，船舶行駛位置和速度等信息，這對管理船舶油耗起著重要的作用，解決了何時何地船舶在干什么的問題，使船舶管理者對船舶的運作情況了如指掌。

1.3.3 岸基數據分析系統

岸基數據分析系統由服務器、數據庫、軟件分析平臺等組成。它是面對船舶和船舶管理者的重要設備，負責接收匯總船載終端實時發送回來的數據，對數據進行入庫、存儲、分析處理、出庫等操作，支持多個用戶和多個船載終端并發訪問。岸基系統是船舶遠程管理的核心設備，通過它排查油料異常消耗、合理安排船舶作業任務，達到節能減排、指導生產的目的。其具體的實現方式，將在下節詳細介紹。1.3.4用戶監控端系統

綜合監控船舶的各項工況數據、燃油消耗數據、地理信息、實時航跡、生產統計報表等信息，以地圖、圖表、報表的形式表現，便于用戶對單船、船隊等的管理與分析；也可以對歷史數據進行回放與追溯。用戶監控端是船舶管理者監控管理船舶的重要窗口，管理者通過它可以實時了解所管理船舶的運作情況，提高船舶管理的技術水平和工作效率。析服務，能實時高效的動態采集數據并傳輸到陸地，實現船舶定位跟蹤、運轉監控，結合生產調度、財務管理等，整合船舶運輸產業的流程。通過本系統可有效提高船運管理水平，節能減排，降低運行成本，為業主、船東帶來可觀的經濟效益，提高市場競爭能力。通過該系統的統計分析功能，輔以合理的操作和優化的指揮調度，合理選用船只、優化分配任務以達到節能減排、降耗增效的目的。

2.2.1 兩船兩任務，優化任務分配

如在其他條件均一定的條件下，有A、B兩條船，和兩個船運任務：任務一需航行60小時，停靠裝載72小時；任務二需航行100小時，停靠裝載48小時。

系統采集日常數據積累并統計船舶單位時間油耗，得出船A單位時間油耗為0.7（噸/小時），船B為0.85（噸/小時），但船A與船B性能相同。這樣在安排出航任務時采取優化任務分配，時盡量安排船A航行時間、里程較長的；船B則盡量分配停靠時間較長、航行里程較短的。

2.2.2 兩船單任務，擇優選船

在海洋石油作業、運輸中，除了船的噸位、功率外，船的甲板面積（或各種罐體的容積，這里以面積為例）也是重要的性能指標，通過本系統的統計分析功能可計算出單船單位面積（容積）/小時的油耗，可根據該值進行合理調度，最大發揮船的性能。

例如甲板面積同為800平米的船（也可以不同），經統計船A單位面積油耗0.0035（噸/小時），船B單位面積油耗為0.0039（噸/小時）。現有一趟船運任務，船A和船B要完成的預計條件是：

*船A，航行110小時，總油耗為0.0035*800*110=308噸；

*船B，航行104小時，總油耗為0.0039*800*104=324.48噸。

雖然船A航行時間長一些，但由于其油耗較少，該任務盡量安排船A出行。

2 系統節能分析

3 總結

在全球氣候變暖現象加劇、我國長期受霧霾天氣困擾的背景下，我公司設計研發的船舶油耗監管系統，在船舶節能減排、降耗增效方面，發揮了重大的作用。

2.1 技術節能分析

船舶油耗方面，當前無論是公司自有船隊，還是外雇船舶，其作業所需燃油均由船舶租賃方統一供給，其成本與船上管理人員及船東關系不大。因此，船上機組人員或船東在船舶節能降耗方面并不積極，而之前公司在這方面也缺乏一種強有力的監管手段。船舶油耗監管系統的上線，可以精確計算出船舶不同海況工況下的經濟航速，可以統計分析出船舶單位馬力單位時間油耗等船舶性能指標，甚至可以計算出每一臺發動機的燃油消耗指標。

通過經濟航速指導船舶作業，通過船舶性能指標來約束、監管及定期考核船東，通過6個月的試運行，試驗船舶油耗降低近13%。按每年燃油消耗10萬噸計算，一年可以節約燃油消耗1.3萬噸。

2.2 管理節能分析

本系統為船舶管理提供實時監控手段和綜合管理、統計分

船舶油耗監管系統的設計研發，是我公司利用信息化技術在船舶節能減排、降耗增效方面一次大膽的、成功的嘗試，大力提升了公司的價值創造力、低碳競爭力和可持續發展能力，以更安全、更環保、更高效的方式，推動了企業與社會、環境的共同繁榮與發展，為其他船運企業的節能減排提供了一個切實有效的借鑒案例。該系統的成功實施，在技術上與管理上，有效地降低了船舶燃油的消耗量，為國家和企業節約了大量能源，保護了環境，體現了中海油作為大型央企對社會負責任的態度。

[1]鄭士君,黃愛平,岳躍申,蔡德慶,張燃,王勇.海運企業能效管理信息系統研發[J].中國航海,2010.

[2]陶秀,樊喆,嚴新平,陶劍鋒.船舶燃油使用狀況實時遠程監測系統[J].船舶工程,2008.

[3]蔡德清,張燃,鄭士君,黃愛平.中遠集運船舶燃油監控系統[J].航海技術,2008.

王愛民（1982-），男，天津，研究生學歷，主要從事船舶運行自動化監控及管理工作。