關(guān)于船舶節(jié)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(guān)于船舶節(jié)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(chǎn)作業(yè)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(shè)計的船舶油耗監(jiān)管系統(tǒng)，采用科學的方法有效管理和控制船舶燃油消耗，通過統(tǒng)計分析計算船舶能耗指標并根據(jù)其合理安排任務，在顯著降低企業(yè)生產(chǎn)成本的同時，還大大降低了能源的消耗及尾氣的排放，實現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能減排與生產(chǎn)經(jīng)營的科學統(tǒng)一。

船舶；油耗；節(jié)能減排；實時監(jiān)控

當今世界，資源、能源和環(huán)境壓力給人類的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，減少對能源資源過度消耗的綠色低碳發(fā)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(yè)化道路的要求，堅持“綠色低碳”的發(fā)展戰(zhàn)略，將可持續(xù)發(fā)展理念融入企業(yè)戰(zhàn)略和日常運營，大力提升公司的價值創(chuàng)造力、低碳競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力，以更安全、更環(huán)保、更高效的方式，推動企業(yè)與社會、環(huán)境的共同繁榮與發(fā)展。

在環(huán)境責任方面，企業(yè)積極響應國家節(jié)能減排號召，努力踐行中央企業(yè)在“全球契約”中對社會的承諾，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。公司在技術(shù)節(jié)能與管理節(jié)能方面做了大量工作，謀求從多方面、多角度發(fā)掘節(jié)能潛力。根據(jù)海洋石油“二次跨越”戰(zhàn)略構(gòu)想及公司“十二五”規(guī)劃，越來越多的船舶將投入到海洋石油生產(chǎn)作業(yè)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(xiàn)對船舶油耗的精細化管理，實現(xiàn)節(jié)能降耗、節(jié)能減排，不僅是企業(yè)目前迫切的管理需求，也是企業(yè)義不容辭的責任。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展及中海油業(yè)務的不斷擴大，傳統(tǒng)的油耗統(tǒng)計方法和監(jiān)控手段，很難滿足公司日益壯大的船隊規(guī)模與統(tǒng)計的要求。隨著信息化技術(shù)的日益成熟，信息技術(shù)的高速發(fā)展與進步，為燃油科學化、數(shù)字化管理提供了成熟的解決方案，使構(gòu)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(jié)能減排的重要性，積極組織研發(fā)隊伍，充分研究船舶原理，結(jié)合多次上船實地調(diào)研結(jié)果，通過與輪機長及船舶管理人員的交流學習，最終設(shè)計出一套利用信息化手段對船舶實行節(jié)能降耗管理的系統(tǒng)。

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

1.2 系統(tǒng)設(shè)計概述

船舶油耗監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計，以船舶為研究對象，根據(jù)船舶的推進和柴油機工作原理，集成應用北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、多媒體計算機、互聯(lián)網(wǎng)和傳感測量等多項高新技術(shù)，通過功能強大的船載終端，實時采集船舶發(fā)動機實時狀態(tài)、油耗、轉(zhuǎn)速和船舶航行通導等數(shù)據(jù)，通過北斗衛(wèi)星發(fā)回岸基系統(tǒng)，岸基系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)進行分析、搜集以及數(shù)據(jù)挖掘，將船舶發(fā)動機油耗數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，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(fā)送到用戶監(jiān)控端；企業(yè)管理者通過用戶監(jiān)控端可以實時監(jiān)控、智能化分析船舶油耗等數(shù)據(jù)，并且可以查看船舶歷史工作情況，實現(xiàn)船舶油耗的遠程實時監(jiān)控與管理。

利用信息化技術(shù)改造現(xiàn)有船舶系統(tǒng)，通過加裝信息采集設(shè)備、油耗探測設(shè)備等傳感器，不涉及發(fā)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(jié)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(tǒng)監(jiān)控船舶航行通導、發(fā)動機油耗和轉(zhuǎn)速信息，實現(xiàn)船舶燃油消耗狀況實時遠程監(jiān)測。

1.2.2 通過對實時的測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，根據(jù)發(fā)動機油耗、轉(zhuǎn)速與航速之間的關(guān)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(jù)該指標，指導船舶在不同海況工況下的經(jīng)濟航速，實現(xiàn)船舶油耗最經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(jié)約能源的同時，也大大減低了污油、污水的產(chǎn)生。

1.2.4 通過該系統(tǒng)為企業(yè)提供實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理平臺，實時高效的數(shù)據(jù)采集與傳輸，船舶定位，結(jié)合船舶性能指標輔助生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)船舶作業(yè)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(yè)燃油消耗量，促進公司節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。

1.3 系統(tǒng)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(fā)動機燃油供給的實時精確測量，包括發(fā)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(tǒng)的核心部分，它的準確性、實時性以及穩(wěn)定性將決定整個系統(tǒng)的使用價值。通過該裝置，可以省去人工統(tǒng)計油耗量的工作，提高數(shù)據(jù)采集的精確性及船舶的運作效率。

雖然每條船油路系統(tǒng)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(jīng)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(tǒng)邏輯

1.3.2船載終端系統(tǒng)

它是連通船舶和岸基系統(tǒng)的橋梁，實時采集匯總發(fā)動機啟停時間、運轉(zhuǎn)功率、轉(zhuǎn)速、航行里程、AIS、流量計信息等數(shù)據(jù)，并計算和顯示船舶航速、每海里油耗量等數(shù)據(jù)，然后利用北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)到岸基系統(tǒng)，如圖1所示。

對于較新、自動化程度較高的船舶，系統(tǒng)可與船舶集控室主機連接，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換實時采集船舶運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；對于較舊、自動化程度不高的船舶，對于某些數(shù)據(jù)的采集將通過加裝傳感器實現(xiàn)，系統(tǒng)通過傳感器實時獲取船舶運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速傳感器等。

通過船載終端系統(tǒng)，可以實時準確地了解船舶發(fā)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(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

岸基數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由服務器、數(shù)據(jù)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(shè)備，負責接收匯總船載終端實時發(fā)送回來的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)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(fā)訪問。岸基系統(tǒng)是船舶遠程管理的核心設(shè)備，通過它排查油料異常消耗、合理安排船舶作業(yè)任務，達到節(jié)能減排、指導生產(chǎn)的目的。其具體的實現(xiàn)方式，將在下節(jié)詳細介紹。1.3.4用戶監(jiān)控端系統(tǒng)

綜合監(jiān)控船舶的各項工況數(shù)據(jù)、燃油消耗數(shù)據(jù)、地理信息、實時航跡、生產(chǎn)統(tǒng)計報表等信息，以地圖、圖表、報表的形式表現(xiàn)，便于用戶對單船、船隊等的管理與分析；也可以對歷史數(shù)據(jù)進行回放與追溯。用戶監(jiān)控端是船舶管理者監(jiān)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(shù)水平和工作效率。析服務，能實時高效的動態(tài)采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)疥懙兀瑢崿F(xiàn)船舶定位跟蹤、運轉(zhuǎn)監(jiān)控，結(jié)合生產(chǎn)調(diào)度、財務管理等，整合船舶運輸產(chǎn)業(yè)的流程。通過本系統(tǒng)可有效提高船運管理水平，節(jié)能減排，降低運行成本，為業(yè)主、船東帶來可觀的經(jīng)濟效益，提高市場競爭能力。通過該系統(tǒng)的統(tǒng)計分析功能，輔以合理的操作和優(yōu)化的指揮調(diào)度，合理選用船只、優(yōu)化分配任務以達到節(jié)能減排、降耗增效的目的。

2.2.1 兩船兩任務，優(yōu)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(tǒng)采集日常數(shù)據(jù)積累并統(tǒng)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(yōu)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(yōu)選船

在海洋石油作業(yè)、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(tǒng)的統(tǒng)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(jù)該值進行合理調(diào)度，最大發(fā)揮船的性能。

例如甲板面積同為800平米的船（也可以不同），經(jīng)統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)節(jié)能分析

3 總結(jié)

在全球氣候變暖現(xiàn)象加劇、我國長期受霧霾天氣困擾的背景下，我公司設(shè)計研發(fā)的船舶油耗監(jiān)管系統(tǒng)，在船舶節(jié)能減排、降耗增效方面，發(fā)揮了重大的作用。

2.1 技術(shù)節(jié)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(yè)所需燃油均由船舶租賃方統(tǒng)一供給，其成本與船上管理人員及船東關(guān)系不大。因此，船上機組人員或船東在船舶節(jié)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(jiān)管手段。船舶油耗監(jiān)管系統(tǒng)的上線，可以精確計算出船舶不同海況工況下的經(jīng)濟航速，可以統(tǒng)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(fā)動機的燃油消耗指標。

通過經(jīng)濟航速指導船舶作業(yè)，通過船舶性能指標來約束、監(jiān)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(jié)約燃油消耗1.3萬噸。

2.2 管理節(jié)能分析

本系統(tǒng)為船舶管理提供實時監(jiān)控手段和綜合管理、統(tǒng)計分

船舶油耗監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)，是我公司利用信息化技術(shù)在船舶節(jié)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(chuàng)造力、低碳競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力，以更安全、更環(huán)保、更高效的方式，推動了企業(yè)與社會、環(huán)境的共同繁榮與發(fā)展，為其他船運企業(yè)的節(jié)能減排提供了一個切實有效的借鑒案例。該系統(tǒng)的成功實施，在技術(shù)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(yè)節(jié)約了大量能源，保護了環(huán)境，體現(xiàn)了中海油作為大型央企對社會負責任的態(tài)度。

[1]鄭士君,黃愛平,岳躍申,蔡德慶,張燃,王勇.海運企業(yè)能效管理信息系統(tǒng)研發(fā)[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(jiān)測系統(tǒng)[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(jiān)控系統(tǒng)[J].航海技術(shù),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(jiān)控及管理工作。