（船检）智能能效综合解决方案与综述.docx

温室气体(GHG)导致气候变暖已经成为当今国际社会共识，国际社会及各国政府纷纷采取相应措施致力于温室气体减排。近年来，海事界围绕节能减排也纷纷行动，推出了一系列应对措施。其中，通过技术、管理和操作等措施来提高船舶能效是实现节能减排的有效手段。自年始，船级社(CCS)携手业界，积极开展船舶能效法律法规与节能技术研究与应用，基于实践，形成了从船舶能效规范指南到能效节能服务产品系列能效综合解决方案，引领行业发展，实现船舶节能降耗，践行中国船级社保护环境的社会责任。智能能效管理/智能能效管理检验指南2015年中国船级社发布了智能船舶规范，该规范第五章为智能能效管理，通过对船舶航行状态、设备运行数据、能耗排放数据自动采集和在线监测，基于层次分析、数据挖掘、智能优化等关键技术，建立船舶能效分析模型和分析方法，实现了船岸同步对航行行为及船舶耗能设备监控、能源管理和能效分析评估、辅助决策等功能，以满足相关方对船舶能效智能化管理需求。为更好地指导业界操作，编写了船舶智能能效管理检验指南，对船舶能效在线智能监控、航速优化、基于纵倾优化的最佳配载、图纸审查、产品认可与试验技术、初次检验和建造后检验进行了详细说明。为验船师、船舶设计单位、制造厂、服务供应商和船东、船舶管理公司等开展相关工作提供了指导性文件，推进了船舶智能能效管理快速发展。智能能效管理标准要求己在业界广泛应用，40万吨VLOC>13500TEU、14500TEU、19000TEU.20000TEU.21000TEU集装箱，3800汽车滚装船以及散货船和油轮相继获得智能能效附加标志(i-shipE),取得了良好的社会和经济效益。营运船舶能效智能解决方案1、船舶能效管理为满足IMO船舶能耗数据收集系统、欧盟船舶CO2相关数据采集统计和中国海事局船舶能耗数据报告要求，中国船级社开发了船舶能效管理系统软件。系统由船端能效数据采集管理软件和公司能效管理系统软件、数据库中心和网络开放性应用平台组成。由船端软件输入航段营运能效基础数据并通过船舶通信系统传送至CCS能效数据库和公司数据库，CCS能效数据库将数据进行处理并导入，CCS网络应用平台根据网络用户的需求调用数据库数据进行统计、计算和相应的图表分析输出,中国船级社能效管理系统是一个开放性的应用网络平台，根据用户的不同，提供不同权限的能效信息管理和查询服务。该系统可通过在CCS网站注册免费使用，用户可从CCS主页链接进入该系统，或直接输入网站地址，点击“注册”并按提示填写用户信息，经身份验证后完成注册。系统可以实现的功能包括：船舶基本信息和营运能效信息管理；能效数据、能效指标统计输出；船舶/船队能效状况内外部分析对比；能效变化趋势和改进方向分析；MRV报告；能效相关信息查询。系统可以为航运企业能效相关数据统计、监测和报告管理提供便利化、多样化的服务，为第三方核查机构进行数据验证提供可靠的数据来源。系统已收集千艘船舶万航次/航段能效数据，为公司进行船队管理、能效数据监测、能效分析、能效数据核查核算、能效指标评估等提供服务。已为900余艘适用欧盟MRV法规要求的船舶开展能效数据核查验证服务，后续将为符合IMO能效数据收集机制要求的1900艘船舶开展能效核查验证服务。2、船舶能效数据采集监测为满足IMo船舶能耗数据收集系统、欧盟船舶CO2相关数据采集统计和中国海事局船舶能耗数据报告要求，CCS开发了船舶能效采集监测系统软件。该软件采集抵离港名称、抵离港时间、燃油消耗和加装数量、航行里程、载货量等能效相关数据，实现能效相关基础数据监测、统计分析、生成基于不同目标的排放报告等功能。软件可以单船独立安装运行，也可以配套中国船级社现有“船舶能效管理系统”或企业相应服务端使用，将采集数据通过邮件或接口等方式自动导入系统，从源头上保证能效数据的准确性和安全性。软件可以为第三方核查机构进行数据验证提供可靠的数据来源，为航运企业能效相关数据统计、监测和报告管理提供便利化、多样化的服务。软件开发最大限度地考虑了企业计算机配置现状，以期降低企业安装、运行和维护成本。软件具有中英文双语功能,一款应用软件即可满足不同法规对船舶能效数据的采集和报告要求，助力航运企业能效相关数据采集、报告和碳排放核算核查。3、船舶最佳纵倾优化船舶航行水动阻力受航速、排水量、吃水和浮态的影响，通过调整纵倾，可使船舶在最佳状态航行，可有效减少船舶主机功率消耗，降低营运成本，提高经济效益。区别于传统较为粗放的航行浮态管理，船舶纵倾优化决策系统(OTA)基于大量水池试验和数值模拟数据，给出最佳航行纵倾，为船舶营运航行提供科学合理指导。OTA可独立安装于任意一台计算机，只需简单输入燃油信息、船舶首尾吃水、航速等参数，一键点击即可进行自适应最佳纵倾寻优，并输出完备的优化计算报告。OTA己实现集装箱、散货船和油轮船型系列产品覆盖，并在百余艘船舶开展应用，实现约5%的节能效果。4、船舶能效在线智能管理基于业界需求及未来智能能效发展，2013年，中国船级社组织开发了“船舶能效在线智能管理系统”，系统可对船舶的主机、副机、锅炉等主要耗能设备的能耗、工况以及轴功率设备、全球卫星定位系统、风速风向仪、计程仪、倾斜仪、测深仪等航行设备运行参数数据进行自动采集、监测，并与岸基系统进行数据实时同步.通过对船舶耗能设备、航行设备运行参数的监控，岸基管理人员、船员能够实时掌握船舶运行状况、设备运行状况、设备能耗、天气海况等影响能效的因素，并通过综合分析，指导船舶航行操作，满足国际海事组织(IM0)、欧盟(EU)、政府主管机关、航运企业对能耗监测及管理要求，达到精细化管理和节能的目的。系统主要功能包括船舶耗能设备、航行设备运行参数监控、船舶能效趋势分析、多船能效比较分析、油耗管理、航态分析、航速优化、能效监测、报告和验证等。该系统构是面向船舶营运过程中能效实时数据采集、智能优化辅助决策、船岸一体化的船舶能效在线智能综合管理系统，已在散货船、滚装船、集装箱船等140余艘船舶安装使用，并获中国航海学会科学技术一等奖。5、温室气体排放优化评级RightShiPGHG船舶能效评级，被越来越多的租家、船东、金融机构使用，同时也是很多港口激励政策使用的评估手段。对于IMo能效规则生效前建造的船舶(2013),基于当时船舶设计建造技术水平、航运市场旺盛需求，船舶往往配置大功率机桨，其能耗高，根据GHG评级规则，其能效(EVDl)往往处于劣势。基于成本考虑，船东多采用限制主机功率(EnginePowerLimitation,EPL)的方式来提升GHG评级，以提高船舶航运市场竞争力。中国船级社可以提供的服务包括：EEDI/EVDI计算服务RightShip评级评估EPL管理计划咨询EPL登轮见证能效改进措施咨询及方案高能效措施试航验证6、船舶能效数据分析与能效评估针对新造船及营运船舶节能技术，开展新造船船体线型优化、涂层和气膜减阻、动力系统优化、推进装置节能附体、船舶轻量化等节能技术节能效果评估验证；开展营运船舶航速优化、最佳纵倾优化等管理措施节能效果监测、分析与评估；开展燃料电池、LNG等绿色能源应用节能技术评估，实现污染物及温室气体减排，引领航运能效管理及节能减排技术发展。未来，中国船级社将协同业界，继续开展船舶节能技术研究，为业界提供最佳节能方案，促进航运节能减排，守护人类生命家园。智能船舶关键技术及应用综述船电技术船舶工业是为水上交通、海洋资源开发及国防建设提供技术装备的现代综合性和战略性产业，其中，智能船舶是船舶工业技术创新的重点领域，2022年我国智能船舶行业市场规模已经达到了432.6亿元,其中智能船舶硬件设备市场规模达到249.2亿元。中国制造2025也明确指出，未来十年海洋工程装备和高技术船舶发展方向与重点之一是智能船舶，通过突破自动化技术、计算机技术、网络通信技术、物联网技术等信息技术在船舶上的应用，提高船舶的智能化水平0智能船舶定义2015年12月中国船级社发布了全球首个智能船舶规范，并于2016年3月正式生效。中国船级社智能船舶规范中定义，智能船舶系指利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理和分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加高效。此后，英国船级社、日本船级社、挪威船级社、美国船级社、法国船级社等全球主要船级社陆续发布了智能船舶相关的规范或者指南，分别是无人海事系统的规则、自动操作船舶概念设计指南、自主船舶和遥控船舶、船舶与海工单元的智能功能和自主航运,国际海事组织、各主要船级社和研究机构还对智能船舶的自主等级进行了不同的划分。智能船舶关键技术及应用感知、认知、决策、执行是智能系统的四个经典步骤，对于智能船舶也是如此。传统船舶是船员感知和机器感知相结合，认知、决策由人来实现，执行由机器实现。而理想中的全自主智能船舶，从感知到认知，从决策到执行都是由机器来实现，智能船舶的实现离不开七项关键技术，即信息感知技术、通信导航技术、自主航行技术、能效控制技术、航线规划技术、状态监测与故障诊断技术、遇险预警救助技术。信息感知技术及应用信息感知技术是智能船舶的“眼睛”，即利用各种传感设备、传感网络和信息处理设备获取、收集船舶本身以及周边环境中的各类信息。储备丰富的数据可以使船舶航行的更安全，还为船舶的智能分析、智能决策、智能航行打下良好信息基础。典型的信息感知技术应用有：日本古野电气（FURUNO）开发的3D鸟瞰系统。该系统已获得日本船级社（NK）产品/解决方案类创新认可证书，利用虚拟现实（VR）技术显示船舶安全航行所需相关资讯，为船员提供空间视觉支援服务（第三人视角），还利用雷达、船舶自动识别系统（AIS）资讯、碰撞风险区域等数据的结合，显示出船舶周围区域的鸟瞰图，同时能够自由调节鸟瞰图高度与角度，以全方位监控船舶周遭情况。ranMMrMWMm日本古野电气AR-IoOM系统通信导航技术及应用通信导航技术由两部分组成，船舶通信技术和船舶导航技术，船舶通信技术用于船舶内部各系统与设备、船与船、船与岸、船与航标之间的信息交互。船舶导航技术则是利用交互的信息服务于船舶的航行，对智能船舶的线路规划和航行起到重要的作用，能够基于通信信息协助船舶在开阔水域或狭窄水道等不同环境条件下安全航行。典型的通信导航技术应用有：日本SKYPerfeCtJSAT集团的高速海上宽带服务(JSATMarineK该集团为DFFAS项目(DeSigningtheFutureofFullAutonomousShiP)提供的两套同时与岸基操作中心连接的规格不同的频段保护型船载卫星通信系统(VSAT),使电波在中转时不与其他服务共享，从而达到智能船舶航行时所需的通信速度，并根据通信速度和通信量自动控制通信数据，进一步提高船岸间通信稳定性。Max50MbpsJapangatewayManagedHrewallservkc100%renewableenergyJSAT fleet;omize SKYPerfeCtJSAT集团海上卫星通信自主航行技术及应用自主航行技术是智能船舶实现无人驾驶的关键所在，是指通过船载态势感知系统对船舶在营运过程中的场景感知信息进行综合分析决策，按照预定的航线对推进和操纵系统，通信与信号系统进行控制，使船舶在开阔水域、狭窄水道或其他复杂海况下能够智能靠泊离泊、智能避碰，实现从锚地到锚地的自主航行。典型的信息感知技术应用有：日本川崎汽车与日本无线、YDKTeChnoIOgieS以及子公司川崎近海汽船共同开发的高级操纵辅助系统(AdvancedManeuveringAssistantSystem)该系统是川崎汽船在“MEGURI2040”无人船项目第二阶段中推进的船载自主航行系统的核心技术，能够自动生成避让路线，以避免在监测航线上与其他船舶发生碰撞，协助船舶避航操作。该系统在实验航线上，能够在维持船员正常航行任务的同时进行导航，在需要避让的情况下，自主航行系统提出避让路线并控制转向，以安全避让其他船只。在设定为操作设计领域(ODD)的海域,自主航行系统的平均系统运行率达到约96%<,该系统目前已获得日本船级社颁发的原则性批准(AiP)o 高级操纵辅助系统智能避碰能效控制技术及应用能效控制技术也称船舶能效管理控制计划，是通过对能效指标进行分析和汇总整理，指导船舶能效因素(航线设计、航速、船舶浮态、动力设备)和人员培训等技术措施的改善，最终实现减少排放、提高能效目的的技术手段。典型的能效控制技术应用有：我国海兰信公司旗下江苏海兰船舶电气系统科技有限公司研发的智能能效管理系统(HLD-SES600)已获得中国船级社(CCS)型式认证，满足CCS智能船舶规范2020及2022修改通告的规范要求，该系统提供船舶航行和设备的工况监控、全船能耗的分析、以及节能减排的辅助建议等功能，能够结合SEEMPParInl船舶营运碳强度计划，提供Cn评级和辅助建议，为用户提供全面的能效管理服务，促进船舶能效的优化。海兰信智能能效管理系统(HLD-SES600)航线规划技术及应用航线规划技术是指船舶根据航行水域交通流控制信息、前方航道船舶密度情况、公司船期信息、航道水流分布信息、航道航行难易信息，智能实时选择船舶在航道内的位置和航道,以优化航线，达到安全高效、绿色环保的方法。典型的航线规划技术应用有：我国海兰信公司独立自主开发的电子海图显示与信息系统LD-ECDIS600,该系统具备航线生成和优化的功能，可根据出发港和目的港，生成可航行航线，并根据气象和优化指标(时间最短、距离最短、能耗最低等)优化航线，同时可为船东提供中国和法国的海洋气象预报数据，辅助船员决策导航航线。该系统专门为“无纸化航行”而设计，满足IMo规范和最新IEC标准要求，已通过中国船级社CCS和挪威船级社DNV-GL的EC/MED(B+D)型式认可。海兰信LD-ECDIS600系统的航线优化功能状态监测与故障诊断技术及应用状态监测技术是以监测设备振动发展趋势等技术为手段,判断设备是处于稳定状态还是正在恶化。故障诊断技术就是在船舶机械设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，以及劣化状态发生的部位或零部件，并判定产生故障的原因，以及预测状态劣化的发展趋势等。典型的状态监测与故障诊断技术应用有：韩国三星重工独立研发的智能故障诊断系统SVESSELCBM,该系统应用了数字挛生技术，可在虚拟空间远程监测船舶的主要设备数据，对设备运行状态及故障进行诊断，制定维修保养计划，提高设备运行效率，该系统已通过美国船级社(ABS)的机械健康诊断系统原则性认可(AIP)O 三星SVESSEL系统遇险预警救助技术及应用船舶遇险预警救助技术是可以帮助船舶在遭遇恶劣海况、天气或其他特殊情况时对船舶航行姿态进行实时监测和预警，并能在船舶发生倾覆等突发情况时自动向监控中心或周围船舶发出求救信号，指引搜救人员和船舶前往遇难遇险船舶开展救助的方法手段。这项技术减轻了海上环境监测对人员的依赖性，并提高了风险预警率，及时控制事故的蔓延，提升工作效率和船上人员财产的安全性。典型的遇险预警救助技术应用有：瑞典爱立信(EriCSSOn)公司和裕民航运合作研发的船队安全管理系统(FIeetSafetyManagement,FSM)具备船队安全监控、船队性能监测、天气预报系统、海盗状态预报(PirateSituationAwareness).多种告警类型预报、危险区域告警等功能。FSM系统会搜集近乎即时的船舶信息，使公司管理人员可以在船舶营运中心集中掌握各艘船的航行信息、主要设备安全状况及发动机性能数据，并基于实际情况反馈不同类型的告警信号。该系统己获得日本船级社(NK)颁发的产品与解决方案创新认可证书。绿色智能船舶最新案例200TEU零排放自主航行近海集装箱船“ZuluMaSS”号“ZuluMaSS”号由荷兰船舶设计公司ConoshipInternational负责设计，ZuluAssociates旗下的子公司Angk)BeIgian船舶公司参与开发，计划于2025年投入使用部署在英吉利海峡。该船是一艘零排放、配备风力辅助推进的自主无人航行集装箱船，全长100米，配备了650千瓦的电力推进马达。自主航行电动渡轮“Zeam”号“Zeam”号是一艘运送乘客的商业化自主航行电动渡轮，由挪威ZeabUZ公司开发，可容纳25名乘客,于2023年6月开始投入商业运营,在斯德哥尔摩的Kungsholmen和Sodermalm往返营运，每15分钟一班，每天营运15小时。“Zeam”号上安装了雷达、激光雷达、摄像头、超声波传感器、人工智能和GPS,通过扫描环境对航行路线做出明智决策从而实现自主航行，船上还配备了一名安全员以确保安全。该船配备了一个188千瓦时的Zem电池组和可以产生清洁绿色能源的顶部太阳能电池板，以便实现绿色航行。中国首艘寒地纯电池推进绿色智能内河船“领航之星”“领航之星”号是中国首艘寒地纯电池推进绿色智能内河船，是黑龙江省首艘绿色新能源客船，也是黑龙江省首艘接受中国船级社入级检验的船舶，由北方船舶工业有限公司联合哈尔滨工程大学、哈尔滨电气集团有限公司、武汉理工船舶共同研发建造。全船采用纯电推进,设计船长26.84米，宽5.9米，锂电池容量600千瓦时，载客量53人，航行于内河B级航区，最大航速可达时速18公里。“领航之星”号智能机舱系统设计与开发工作由哈工程研窕院负责，实现了机舱设备的智能感知、故障预测和健康评估，保障船舶高性能可靠稳定运行。