关于船舶节能减排信息化方法的研究

王爱民 王杰（中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452）

关于船舶节能减排信息化方法的研究

王爱民 王杰
（中海油信息科技有限公司天津分公司 天津 300452）

船舶是中海油生产作业的最重要运输工具，同时也是一种高能源消耗体和污染源。我公司设计的船舶油耗监管系统，采用科学的方法有效管理和控制船舶燃油消耗，通过统计分析计算船舶能耗指标并根据其合理安排任务，在显著降低企业生产成本的同时，还大大降低了能源的消耗及尾气的排放，实现了企业节能减排与生产经营的科学统一。

船舶；油耗；节能减排；实时监控

当今世界，资源、能源和环境压力给人类的可持续发展带来了严峻挑战，减少对能源资源过度消耗的绿色低碳发展模式正在全球蓬勃兴起。作为一家能源公司，中国海油积极按照国家新型工业化道路的要求，坚持“绿色低碳”的发展战略，将可持续发展理念融入企业战略和日常运营，大力提升公司的价值创造力、低碳竞争力和可持续发展能力，以更安全、更环保、更高效的方式，推动企业与社会、环境的共同繁荣与发展。

在环境责任方面，企业积极响应国家节能减排号召，努力践行中央企业在“全球契约”中对社会的承诺，推动传统产业转型升级。公司在技术节能与管理节能方面做了大量工作，谋求从多方面、多角度发掘节能潜力。根据海洋石油“二次跨越”战略构想及公司“十二五”规划，越来越多的船舶将投入到海洋石油生产作业中，每年燃油消耗多达10万吨。因此，寻求一种信息化的手段实现对船舶油耗的精细化管理，实现节能降耗、节能减排，不仅是企业目前迫切的管理需求，也是企业义不容辞的责任。

1 系统设计原理

1.1 系统设计思路

随着国民经济的发展及中海油业务的不断扩大，传统的油耗统计方法和监控手段，很难满足公司日益壮大的船队规模与统计的要求。随着信息化技术的日益成熟，信息技术的高速发展与进步，为燃油科学化、数字化管理提供了成熟的解决方案，使构建新型的信息化燃油管理模式成为可能。我公司意识到信息化管理对船舶节能减排的重要性，积极组织研发队伍，充分研究船舶原理，结合多次上船实地调研结果，通过与轮机长及船舶管理人员的交流学习，最终设计出一套利用信息化手段对船舶实行节能降耗管理的系统。

通过分析研究其工作原理，系统动态采集主辅机启停状态、运行功率、瞬时转速、实时油耗等信息；通过后台分析，计算各发动机油耗指标、不同海况和工况下的经济转速等，来指导船舶作业。

1.2 系统设计概述

船舶油耗监管系统的设计，以船舶为研究对象，根据船舶的推进和柴油机工作原理，集成应用北斗卫星通信系统、地理信息系统(GIS)、多媒体计算机、互联网和传感测量等多项高新技术，通过功能强大的船载终端，实时采集船舶发动机实时状态、油耗、转速和船舶航行通导等数据，通过北斗卫星发回岸基系统，岸基系统通过对数据进行分析、搜集以及数据挖掘，将船舶发动机油耗数据，转速数据，船舶航速，每海里油耗量以及AIS信息等进行运算及图形化处理后发送到用户监控端；企业管理者通过用户监控端可以实时监控、智能化分析船舶油耗等数据，并且可以查看船舶历史工作情况，实现船舶油耗的远程实时监控与管理。

利用信息化技术改造现有船舶系统，通过加装信息采集设备、油耗探测设备等传感器，不涉及发动机、船型的改进，不破坏船舶原有线路及油路，适合广大船舶的安装与推广。利用信息化手段节能增效，实施方便，成本较低，效果明显。主要有以下几点：

1.2.1 通过该系统监控船舶航行通导、发动机油耗和转速信息，实现船舶燃油消耗状况实时远程监测。

1.2.2 通过对实时的测量数据进行统计分析，根据发动机油耗、转速与航速之间的关系式对船舶油耗进行分析计算，得到各船舶单位马力单位时间油耗指标，根据该指标，指导船舶在不同海况工况下的经济航速，实现船舶油耗最经济的目标。

1.2.3 通过船舶油耗指标预测船舶燃油消耗，并与实际消耗实时进行对比，发现异常及时告警，极大提高了船舶燃油“跑、冒、滴、漏”等非正常消耗的预防及报警能力，节约能源的同时，也大大减低了污油、污水的产生。

1.2.4 通过该系统为企业提供实时监控和数据管理平台，实时高效的数据采集与传输，船舶定位，结合船舶性能指标辅助生产调度系统，实现船舶作业的更合理安排，使管理更轻松，航运更高效，有效地降低船舶航运作业燃油消耗量，促进公司节能减排目标的实现。

1.3 系统主要组成部分及工作原理

1.3.1 油耗测量装置

流量计，用于发动机燃油供给的实时精确测量，包括发动机瞬时油耗和累积油耗的计量、显示，以及通过RS485接口与船载终端的通信。它是整个系统的核心部分，它的准确性、实时性以及稳定性将决定整个系统的使用价值。通过该装置，可以省去人工统计油耗量的工作，提高数据采集的精确性及船舶的运作效率。

虽然每条船油路系统不尽相同，但船舶油料的主要路径均是从油仓中首先流入沉淀柜沉淀，再流入日用柜，之后由日用柜对主机、辅机、锅炉供油，对于未完全燃烧的油料再经回流管流入到日用柜当中。在主辅机的进油管、回油管处加装流量计，可以准备的得出船舶实际燃油消耗情况。

图1 船端系统逻辑

1.3.2船载终端系统

它是连通船舶和岸基系统的桥梁，实时采集汇总发动机启停时间、运转功率、转速、航行里程、AIS、流量计信息等数据，并计算和显示船舶航速、每海里油耗量等数据，然后利用北斗卫星通信系统将数据发到岸基系统，如图1所示。

对于较新、自动化程度较高的船舶，系统可与船舶集控室主机连接，通过协议转换实时采集船舶运行状态数据；对于较旧、自动化程度不高的船舶，对于某些数据的采集将通过加装传感器实现，系统通过传感器实时获取船舶运行状态数据，如转速传感器等。

通过船载终端系统，可以实时准确地了解船舶发动机的工作状况，船舶行驶位置和速度等信息，这对管理船舶油耗起着重要的作用，解决了何时何地船舶在干什么的问题，使船舶管理者对船舶的运作情况了如指掌。

1.3.3 岸基数据分析系统

岸基数据分析系统由服务器、数据库、软件分析平台等组成。它是面对船舶和船舶管理者的重要设备，负责接收汇总船载终端实时发送回来的数据，对数据进行入库、存储、分析处理、出库等操作，支持多个用户和多个船载终端并发访问。岸基系统是船舶远程管理的核心设备，通过它排查油料异常消耗、合理安排船舶作业任务，达到节能减排、指导生产的目的。其具体的实现方式，将在下节详细介绍。1.3.4用户监控端系统

综合监控船舶的各项工况数据、燃油消耗数据、地理信息、实时航迹、生产统计报表等信息，以地图、图表、报表的形式表现，便于用户对单船、船队等的管理与分析；也可以对历史数据进行回放与追溯。用户监控端是船舶管理者监控管理船舶的重要窗口，管理者通过它可以实时了解所管理船舶的运作情况，提高船舶管理的技术水平和工作效率。析服务，能实时高效的动态采集数据并传输到陆地，实现船舶定位跟踪、运转监控，结合生产调度、财务管理等，整合船舶运输产业的流程。通过本系统可有效提高船运管理水平，节能减排，降低运行成本，为业主、船东带来可观的经济效益，提高市场竞争能力。通过该系统的统计分析功能，辅以合理的操作和优化的指挥调度，合理选用船只、优化分配任务以达到节能减排、降耗增效的目的。

2.2.1 两船两任务，优化任务分配

如在其他条件均一定的条件下，有A、B两条船，和两个船运任务：任务一需航行60小时，停靠装载72小时；任务二需航行100小时，停靠装载48小时。

系统采集日常数据积累并统计船舶单位时间油耗，得出船A单位时间油耗为0.7（吨/小时），船B为0.85（吨/小时），但船A与船B性能相同。这样在安排出航任务时采取优化任务分配，时尽量安排船A航行时间、里程较长的；船B则尽量分配停靠时间较长、航行里程较短的。

2.2.2 两船单任务，择优选船

在海洋石油作业、运输中，除了船的吨位、功率外，船的甲板面积（或各种罐体的容积，这里以面积为例）也是重要的性能指标，通过本系统的统计分析功能可计算出单船单位面积（容积）/小时的油耗，可根据该值进行合理调度，最大发挥船的性能。

例如甲板面积同为800平米的船（也可以不同），经统计船A单位面积油耗0.0035（吨/小时），船B单位面积油耗为0.0039（吨/小时）。现有一趟船运任务，船A和船B要完成的预计条件是：

*船A，航行110小时，总油耗为0.0035*800*110=308吨；

*船B，航行104小时，总油耗为0.0039*800*104=324.48吨。

虽然船A航行时间长一些，但由于其油耗较少，该任务尽量安排船A出行。

2 系统节能分析

3 总结

在全球气候变暖现象加剧、我国长期受雾霾天气困扰的背景下，我公司设计研发的船舶油耗监管系统，在船舶节能减排、降耗增效方面，发挥了重大的作用。

2.1 技术节能分析

船舶油耗方面，当前无论是公司自有船队，还是外雇船舶，其作业所需燃油均由船舶租赁方统一供给，其成本与船上管理人员及船东关系不大。因此，船上机组人员或船东在船舶节能降耗方面并不积极，而之前公司在这方面也缺乏一种强有力的监管手段。船舶油耗监管系统的上线，可以精确计算出船舶不同海况工况下的经济航速，可以统计分析出船舶单位马力单位时间油耗等船舶性能指标，甚至可以计算出每一台发动机的燃油消耗指标。

通过经济航速指导船舶作业，通过船舶性能指标来约束、监管及定期考核船东，通过6个月的试运行，试验船舶油耗降低近13%。按每年燃油消耗10万吨计算，一年可以节约燃油消耗1.3万吨。

2.2 管理节能分析

本系统为船舶管理提供实时监控手段和综合管理、统计分

船舶油耗监管系统的设计研发，是我公司利用信息化技术在船舶节能减排、降耗增效方面一次大胆的、成功的尝试，大力提升了公司的价值创造力、低碳竞争力和可持续发展能力，以更安全、更环保、更高效的方式，推动了企业与社会、环境的共同繁荣与发展，为其他船运企业的节能减排提供了一个切实有效的借鉴案例。该系统的成功实施，在技术上与管理上，有效地降低了船舶燃油的消耗量，为国家和企业节约了大量能源，保护了环境，体现了中海油作为大型央企对社会负责任的态度。

[1]郑士君,黄爱平,岳跃申,蔡德庆,张燃,王勇.海运企业能效管理信息系统研发[J].中国航海,2010.

[2]陶秀,樊喆,严新平,陶剑锋.船舶燃油使用状况实时远程监测系统[J].船舶工程,2008.

[3]蔡德清,张燃,郑士君,黄爱平.中远集运船舶燃油监控系统[J].航海技术,2008.

王爱民（1982-），男，天津，研究生学历，主要从事船舶运行自动化监控及管理工作。