中国船级社发布《智能船舶规范》要求能效智能管理系统

2022-12-11

2015年，中国船级社（CCS）发布了《智能船舶规范》，并于2019年进行了修订，规范提出了“智能化能效管理”的要求，得到了业界的广泛认可和实施。越来越多的航运企业借助智能手段提高船舶能效，市场上相继开发出多种符合法规要求的能效智能管理系统。

“智能能效管理”是基于对主机、辅机、锅炉、航海设备、船岸传输等主要耗能设备相关参数的采集，实现船舶状态监测、能效评估、能源管理、能效优化、报表输出、辅助决策等功能，实现船岸联动能效智能化管理。这些功能需求对于新船来说很容易实现，但是对于运营船来说，在实现之前需要考虑很多实际问题。

1 数据收集

由于需要监测船舶在不同装载状态和航行环境下的能耗，主要能耗设备和相关辅助设备数据是必要的输入，包括涉及的船舶设备、数据格式和输出接口。

1）船舶设备及参数

需要采集主机、辅机和锅炉工况的参数，特别是与燃烧状态和负荷有关的参数，如主机夹套水进水压力、进出水口温度等；推力轴承和中间轴承润滑油入口的压力和温度；主辅机润滑油进口温度；柴油机排气温度等参数。

除了轴功率、燃油流量、油箱液位等参数监测外，还需要监测风向风速、船舶姿态、船位等环境参数，如测斜仪、测深仪、卫星定位等。

2）数据格式及输出接口

通常能耗管理网，各种设备都有与外部计算机进行数据通信的接口，接口类型有串口（RS232、RS422、RS485）、TCP等，协议格式多为厂商定制的格式或类似格式。协议格式的输出范围通常为-32768-32767，不能满足流量计等累计设备参数的范围，需要特别注意。

采集系统需要满足各种通信接口和数据格式的集成要求。同时，考虑到机舱与舰桥（常规安装采集系统的地方）距离较远（10米以上），当机舱设备的接口类型为串口时，应优先选用RS422接口标准。如果接口类型是TCP，则没有限制。

3）采集频率和传输

采集频率取决于设备的输出，可根据设计要求选择性调整。最小周期为每 10 分钟一次。

由于卫星传输成本高，可以考虑将采集到的数据通过船侧通信计算机以邮件的形式定期发送到岸基服务器。如果不需要实时数据同步，可以在移动网络覆盖的情况下进行数据同步，一次发送多条数据，降低通信成本。

通信费视船岸通信方式和数据采集频率而定，一般按数据包大小收费。以7台设备，约150个监测参数，24小时采集的数据量计算，数据包约20kb。

2 数据整合

下图是一个常见的设备接入方案，轴功率和流量计数据通过报警系统连接到能效采集服务器。

其他可能的选择，例如：

① 流量计和轴功率连接到单独的采集模块，由采集模块发送到能效采集服务器；

② 轴功率单独接入能效采集服务器，通过报警系统接入流量计；

③ 流量计单独接入能效采集服务器，轴功率通过报警系统接入；

④ 流量计和轴功率分别连接到采集服务器。

多口数据采集卡信号采集模块

各种设备的输出接口需要通过相应的数据线连接到驾驶台（或船舶指定位置）。串口RS422或RS485，使用3对6芯RS485通讯专用线（具体芯数根据接入点数量，建议适当预留），端子使用DB9母头输出；RS232，使用专用RS232通讯线，端子采用DB9母头；TCP接入，采用5e类双绞线（普通网线），终端采用RJ45连接交换机。以上输出信号应光电隔离，避免信号相互干扰。设备接线图如下：

3 信号线敷设

电缆敷设不得破坏原有的防火分隔。施工时应充分利用现有电缆穿隔，施工时最好留有备用电缆。否则，电缆需要借助现有穿孔进行穿线。此时，施工人员将现有穿孔中的堵料挖出。现场施工人员需查明船上批准的《防火区域划分》、《甲板覆盖物布置图》等图纸，并注意相邻舱室之间的防火分隔。电缆敷设完毕后，将损坏的堵料恢复原状。注意所用的防火材料，应与图纸相符。

电缆敷设尽量使用原有的备用电缆和已安装的贯通等设备，实在无法使用时应考虑重新敷设电缆和开孔。

电缆敷设过程中，如果原先没有贯穿件，这次如需在舱壁/甲板上开新孔，则应使用标准贯穿件（A级分隔贯穿件的长度不得小于 250mm，B 级分隔的贯穿件长度不小于 250mm)。小于100mm），双面连续焊应由持证焊工进行，焊接完成后应进行焊缝外观检查。如原有结构遭到破坏，必要时应加固。电缆敷设完成后，要进行防火堵料封堵，并注意防火隔断如上要求，以保证原有结构的完整性。

4 流量计安装

流量计是准确测量设备能耗的关键设备。如果选择、布置和安装不正确，将导致测量的准确性和可靠性出现偏差。

1）常用布局方案

①主机、辅机独立燃油系统流量计布置

对于进口流量计，如果有原装供油装置的信号，可以使用原装供油装置提供的流量信号；当原供油装置不能提供信号时，可在原供油装置流量计附近安装流量计。供油泵后，燃油循环泵前，避免计量燃油循环量。

出口流量计：在常规的燃油系统布置方案中，主机回油经过一个三通阀，一路回到空气分离器。在机柜的管道上。

② 主辅机共用一套燃油系统流量计布置

流量计的安装位置可参考方案1）。为了测量辅机的燃油消耗量，需要在辅机燃油系统的进、出口总管上分别安装流量计。虽然有部分燃油参与循环，但由于副机油耗较低，实测循环数据并不大。

③ 锅炉燃油系统流量计的安装布置

方案可参照主机流量计安装方案。如果没有回油或回油只到空气分离器，则无需安装回油流量计。

2）流量计安装

通常流量计本身会产生0.2bar左右的压力损失，这还不包括管道中其他部分如弯头、颈部等引起的压力损失；当循环介质粘度较低时，可以准确计算压力损失，但使用HFO的粘度过大时，管路和仪表中的压力损失不能很好地控制，会引起流量波动甚至在实际使用中没有流量。因此，在使用HFO介质时，为保证管道的畅通和流量的稳定，必须由泵提供工作压力。

安装流量计时，应注意防止虹吸和气蚀。安装时应注意避免垂直或倾斜向下安装，这样安装的流量计可能会产生虹吸现象；另外，如果水平安装的流量计出口处有一根长管子，在直下的道路上有可能出现气穴。

五轴功率计安装

轴功率测量仪分为定子和转子两部分。定子（包括处理单元）通过支架固定在机舱底部，转子和定子均为非接触式。转子和定子的安装通常由设备制造商的专业工程师在船上进行定位和安装。实际安装时，应注意定子底座的安装，遵循不破坏现有船体结构和管系、不焊接船体板等原则，尽可能与周围结构定位对齐。尽可能安装在坚固的构件上。焊接前注意周围是否有油槽，以免因疏忽造成安全事故。焊接应由持证焊工进行。焊接完成后，对焊接部位进行打磨，目视检查。

由于轴功率测量仪等设备安装在花板下方，因此部分电缆必须敷设在花板下方。花纹钢板下方敷设的电缆应敷设在金属管或管内。管道或管道应靠近花纹钢板安装。两端一般应高出花纹钢板250mm以上，并应填充填料函或保持器。若采用金属管作套管，应在管口处倒角、倒圆，以免磨损电缆。

6 系统功能实现

“智能能效管理”通常需要开发软件系统来实现，包括船端和岸基系统。船端实时采集和存储数据，实时分析和决策，岸基系统根据管理需要定时向岸基传输数据。岸基管理者对船队（船）管理的需求。

船舶能效智能管理系统应具备能耗设备监测、能效评估、能源管理、能效管理、航行状态分析、能效辅助管理等功能。

1）能耗设备监测、监测主机、辅机、锅炉、轴功率表、流量计、航速计程仪、全球卫星定位系统、电子测斜仪、风速风向仪、测深仪、油箱（柜）液位仪表等设备的运行参数。

2）能效评价：建立推进系统能效评价指标，利用采集的油耗和功率对推进系统能效进行实时评价，为能效管理提供辅助决策。

3）能源管理，实现燃油加油管理、设备油耗管理、燃油产品切换管理、航次油耗汇总等功能。

4）能效管理、航次综合信息管理、能效多指标趋势分析、对比分析等功能。

5）航行状态分析、速度相关性分析、滑移率、风速风向、功率速度分布、航速、功率统计等。

6）速度优化和best trim优化。

7）能效辅助管理，根据公司管理需要，提供能效相关报表、排放控制区预警等。

7 实施方案

实施方案包括系统的技术架构、采集频次和通信方式的设计、采集数据清单的确定。

系统可以考虑采用B/S结构（/，浏览器/服务器模式），将系统功能实现的核心部分集中在服务器上。用户使用WEB浏览器作为客户端的主要应用软件。推荐的系统硬件配置如表所示。

硬件服务器

CPU：至强2.4GHz及以上

内存：16GB以上

硬盘：2块500GB，

其他：网卡、显示器、键盘、鼠标、光驱

移动硬盘

容量≥1T

操作系统

2008年及以上

IIS7.0

数据库

使用Sql 2005及以上或.5及以上数据库

评论

软件需要正版软件

8 智能能效管理技术发展

目前，船舶能效在船舶全生命周期内逐步从信息化向智能化转变。其特点是对各种格式的数据进行采集、存储和关联分析。与实体融合构建船岸一体化智能信息服务体系，实现船岸信息共享，打破信息不对称问题，构建信息技术与实体融合架构，实现基于大数据的能效管理。在船舶能效智能化设计中，需要充分考虑技术进步和发展需求。

6月29日，工业和信息化部、国家发改委等六部门联合印发《工业能效提升行动计划》（以下简称《方案》）。《方案》明确了工业节能增效的七项重点任务，提出支持符合条件的企业上市融资。

《方案》明确，到2025年，规模以上工业增加值能耗比2020年下降13.5%，新型高效节能电机占比70%以上，再创新高-高效节能变压器占比80%以上，新建大型、超大型数据中心用电效率（PUE）优于1.3，工业领域电能占终端能耗比重达到30%。

《方案》明确推动5G、云计算、边缘计算、物联网、大数据、人工智能等数字技术在节能增效领域的研发应用，积极构建数字孪生体系用于能源效率管理。

《方案》提出，到2025年，在重点耗能行业遴选100家能效“领头羊”企业，探索10家超高能效工厂。

《方案》鼓励金融机构为节能减碳效果显着的重点项目提供优质金融服务。充分发挥国家产融合作平台作用，支持企业开展技术改造。支持符合条件的企业上市融资再融资。

提出7项重点任务全面提升工业能效

为全面提高工业能源效率，《方案》提出7项重点任务：

一是大力提高重点行业能效。加强重点行业能源系统优化，继续开展国家绿色数据中心建设，推动跨行业跨领域耦合提效协同升级。

二是不断提高耗能设备系统能效。实施电机、变压器、锅炉等设备能效提升计划，加强重点耗能设备系统配套节能改造和运行控制优化。

三是统筹提升企业园区综合能效。对重点耗能行业实施能效“领跑者”制度，探索创建超级能效工厂。加强工业企业和园区能效管理，强化大型企业能效带动作用，提升中小企业能效服务能力，系统提升产业链和供应链综合能效水平链。

四是有序推进工业用能低碳转型。加强能源供需双向互动，协调利用多种能源，积极构建电、热、冷、气等多种能源高效互补的工业能源结构。

五是积极推进数字能效升级。提升数字化节能增效技术水平和能效管理公共服务能力，充分发挥数字技术对工业能效提升的赋能作用。

六是继续夯实节能增效产业基础。着力提高节能技术装备产品供给水平，大力发展节能服务，积极打造绿色增长新引擎，培育制造业绿色竞争新优势。

七是加快完善节能增效体制机制。实施工业节能监督和节能诊断，完善工业节能标准体系，遏制高耗能、高排放、低水平项目的盲目发展。

看点一：推动数字能效升级

《方案》明确推动5G、云计算、边缘计算、物联网、大数据、人工智能等数字技术在节能增效领域的研发应用，积极构建数字孪生体系用于能源效率管理。推动企业深化能源管控体系建设，鼓励企业探索实施基于能源管控体系的数字化碳管理，共同推进能源消耗数据和碳排放数据的采集、分析和管理。

《方案》还指出，推进重点耗能设备和工艺数字化改造，上云使用。推进以工业互联网为载体、以能效管理为对象的平台设计、智能制造、网络协同等集成创新模式。

推进钢铁、石化、有色、建材、电子等行业识别分析二级节点建设，为行业流程再造、跨行业耦合、跨区域协同、跨——配给等节能增效和绿色低碳发展需求。支持和深化标识在各环节的应用创新，打造一批典型应用标杆，推动企业和园区利用工业互联网实现节能增效和绿色转型。

看点二：打造行业能效“领跑者”，推动大中型企业能耗升级

《方案》要求，推动工业企业和工业园区加强全链条、全维度、全过程的能源消耗管理，共同推进大中型企业节能增效。规模企业，系统提升产业链供应链综合能效水平。

在重点耗能行业，评选并公布能效“领头羊”企业名单及其能效指标，通过政策激励等方式，引导行业企业赶超能效“领头羊”。《方案》提出，到2025年，在重点耗能行业遴选100家能效“领头羊”企业，探索10家超高能效工厂。

《方案》提出，支持规模以上企业加快节能增效工艺创新和数字化、绿色化转型。鼓励以项目合作、产业共建、联盟建设等市场化方式，加强产业链供应链能效管理，引导能效提升。鼓励大型企业率先落实企业绿色采购指引，强化采购能效约束。

同时，引导中小企业应用节能增效技术和装备，加大可再生能源和新能源利用力度，对标创建绿色工厂。分行业、分领域推动完善中小企业能效合作服务机制，为中小企业提供各类节能服务。在节能增效技术装备领域，培育一批专精特新“小巨人”企业和单项冠军企业。

看点三：支持符合条件的企业上市融资

为推动主要目标和重点任务顺利实施，《方案》还提出四项保障措施：

一是加强组织实施，加强部门间协调配合，发挥行业协会、智库、第三方机构等桥梁作用和中央企业示范引领作用，加快提高工业能效和绿色低碳发展。

二是加强政策引导，实行能源消费“双控”制度。统筹利用现有财政资金、政府投资资金等渠道，以及节能节水等税收优惠政策，促进工业能效提高。加大绿色产品政府采购力度，建立统一的高耗能行业阶梯电价体系。

三是加大金融支持力度，鼓励金融机构为节能减碳效果显着的重点项目提供优质金融服务。充分发挥国家产融合作平台作用，支持企业开展技术改造。支持符合条件的企业上市融资再融资。充分发挥首台（套）重大技术装备和首批重点新材料保险补偿机制作用，支持符合条件的绿色低碳技术装备应用。

四是加强宣传交流，鼓励节能技术装备服务企业“走出去”，开展节能合作项目，推广中国做法、技术、经验和标准。

看点四：这些行业市场前景广阔

工信部节能与综合利用司在政策解读中指出，近年来，国内工业能效水平不断提高。“十四五”期间，制造业配套比重将保持基本稳定，能源需求刚性增长。同时，工业节能增效面临绿色能源结构水平不高、节能增效技术创新和装备推广短板、节能减排挖潜难度加大等问题。重点耗能行业。

因此，面对新形势新要求，亟需加强工业能效提升顶层设计，明确“十四五”时期的主要目标和重点任务，引导重点行业进一步提高能源利用效率，促进能源资源优化配置。

工信部节能与综合利用司表示，我国工业能源消耗约占全社会能源消耗总量的65%。提高工业能源消费效率，有利于减少化石能源的使用，从源头上减少二氧化碳排放。

工信部节能与综合利用司也指出，节能减碳已成为科技革命和产业变革的主攻方向之一，以科技发展节能产业，以产品、服务为主要内容的潜力巨大。一方面，超高效装备产品、新能源装备、节能与新能源汽车在我国具有广阔的市场空间和应用前景，可以持续形成绿色发展的新动能；另一方面，

国信证券研报显示，在全球脱碳的大趋势下，光伏发电成本优势凸显，成为最重要的增量可再生能源。从存量来看园区能耗管理系统，2021年光伏发电仅占全球发电量的3.7%，提升空间巨大。今年以来，国内外光伏需求持续旺盛。2022年1-5月，我国光伏累计装机23.71GW，同比增长139%；增长95.9%。预计2022-2024年，全球光伏新增装机容量有望达到230/281/342GW，同比增长36.9%/22.2%/21.7%。

浙商证券研报指出，2022年以来，稳增长成为重要命题，电网投资项目有望增加。建设以新能源为主体的新型电力体系，对电网提出了更高的要求。根据两网化行动计划，特高压和配电网智能化成为建设重点。“十四五”期间，国家电网、南方电网计划投资近3万亿元，年均投资5800亿元，再创新高。2022年疫情扰乱导致投资进度延后，加之经济压力加大和稳增长政策落地，