CN113031492A - 船舶耗能设备的能耗监测系统及能耗监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶耗能设备的能耗监测系统及能耗监测方法，涉及船舶控制技术领域，填充了该领域在船舶耗能设备的能耗监管方面的空白。能耗监测系统包括内部监测系统，内部监测系统包括：采集模块、存储模块、内部控制模块，以及数据处理单元和数据终端。数据处理单元依据采集和存储的能耗数据和运行工况参数以及航行状态数据绘制能耗统计图；内部控制模块对船舶的能耗进行评估，并控制数据终端将采集以及计算得到的各种数据显示出来。如此设置，船舶的操纵人员根据数据终端的数据，清楚的了解船舶的能耗数据，便于对船舶的航行行为和船舶耗能设备的工作状态进行调整，实现对船舶的能耗监管。

Description

船舶耗能设备的能耗监测系统及能耗监测方法

技术领域

本发明涉及船舶控制技术领域，更具体地说，涉及一种船舶耗能设备的能耗监测系统及能耗监测方法。

背景技术

根据国际海事组织(IMO，International Maritime Organization)统计，如果不采取任何措施加以限制CO₂的排放，到2050年海运碳排放量将会占到全球碳的总排放量的12-18％。为此，国际海事组织根据《联合国气候变化框架公约》，针对造船业和航运业制定一系列的节能减排强制性措施，比如新造的船舶要满足能效设计指数(EEDI，EnergyEfficiency Design Index)，正在运行的船舶排放要求达到基线，这些强制性措施将对造船业和航运业产生重大影响。然而，长久以来，由于缺乏有效的技术手段，船舶的能源消耗在国内未能得到有效的监控和管理。到目前为止，船舶领域依然缺少一种能够对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测的设备系统，缺乏对智能船舶耗能设备的能源消耗监测和设备运行状态进行监测的手段。

因此，如何能够对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测和管理，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶耗能设备的能耗监测系统及能耗监测方法，解决现有技术中缺乏相应的系统和手段，无法对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测和管理的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种船舶耗能设备的能耗监测系统，包括设置在船舶上的内部监测系统，所述内部监测系统包括：

采集模块，采集所述船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数以及船舶的航行状态数据；

内部控制模块，与所述采集模块可通信地相连接，所述内部控制模块获取所述能耗数据和所述运行工况参数以及所述航行状态数据、并对船舶的能耗进行评估；

存储模块，与所述内部控制模块可通信地相连接，对应存储所述能耗数据、所述运行工况参数以及所述航行状态数据；

数据处理单元，所述数据处理单元与所述内部控制模块可通信地相连接，所述内部控制模块控制所述数据处理单元根据所述能耗数据绘制能耗统计图；

数据终端，与所述内部控制模块可通信地相连接，显示所述能耗数据、所述运行工况参数、所述航行状态数据、所述对船舶的能耗进行评估的评估结果以及所述能耗统计图。

优选地，还包括：

预警模块，所述预警模块与所述内部控制模块可通信地相连接；

判断单元，与所述内部控制模块可通信地相连接，判断所述能耗数据是否大于能耗阈值，若大于，则所述内部控制模块控制所述预警模块发出能耗预警信息。

优选地，所述船舶耗能设备包括主机、辅机、发电机组、锅炉、空调、压缩机、泵；

所述采集模块和所述存储模块分别采集和存储各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据、所述运行工况参数；

所述内部控制模块控制所述数据处理单元对各个所述船舶耗能设备分别绘制能耗统计图、并控制所述数据终端显示各个所述船舶耗能设备的所述能耗统计图。

优选地，所述内部控制模块控制所述数据处理单元根据各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据绘制设备能耗分布图、并控制所述数据终端显示所述设备能耗分布图。

优选地，还包括设置在船舶以外的外部监测系统以及网络传输模块，所述外部监测系统通过所述网络传输模块与所述内部监测系统可通信地相连接、以使所述外部监测系统能够获取所述数据终端所显示的数据信息。

优选地，还包括服务器和移动终端，所述内部监测系统、所述外部监测系统以及所述移动终端均与所述服务器可通信地相连接，以使所述移动终端显示所述数据终端所显示的数据信息。

本发明还提供一种船舶耗能设备的能耗监测方法，包括：

采集所述船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数以及船舶的航行状态数据；

获取和存储所述能耗数据、所述运行工况参数以及所述航行状态数据；

根据所述能耗数据、所述运行工况参数和所述航行状态数据对船舶的能耗进行评估；

根据所述能耗数据绘制所述船舶耗能设备的能耗统计图；

输出所述能耗数据、所述运行工况参数、所述航行状态数据，并输出所述对船舶的能耗进行评估的评估结果和所述能耗统计图。

优选地，还包括：

判断所述能耗数据是否大于能耗阈值，若大于，则发出能耗预警信息。

优选地，所述船舶耗能设备包括主机、辅机、发电机组、锅炉、空调、压缩机、泵；

所述能耗监测方法还包括：采集和存储各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据、所述运行工况参数，对各个所述船舶耗能设备分别绘制能耗统计图，并将各个所述船舶耗能设备的所述能耗统计图输出。

优选地，还包括：

根据各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据绘制设备能耗分布图，并将所述设备能耗分布图输出。

本发明提供的技术方案中，船舶耗能设备的能耗监测系统包括设置在船舶上的内部监测系统，内部监测系统包括采集模块、内部控制模块、存储模块、数据处理单元和数据终端。采集模块、存储模块、数据处理单元以及数据终端均与内部控制模块可通信地相连接，采集模块采集船舶耗能设备的能耗数据、船舶耗能设备的运行工况参数以及船舶的航行状态数据，内部控制模块获取以上数据、并对船舶的能耗进行评估，存储模块存储采集模块采集的以上数据，建立一个数据库，数据处理单元根据采集模块采集的数据绘制船舶耗能设备的能耗统计图。数据终端将采集模块采集的数据、对船舶的能耗进行评估的评估结果以及能耗统计图显示出来，船舶的操纵人员获取到数据终端显示的数据和一些图表信息，可以依据数据和图表信息对船舶进行航行控制、对船舶耗能设备进行工况调节和管理，实现了对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测和管理，填充了船舶领域在此方面的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中船舶耗能设备的能耗监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中船舶耗能设备的能耗监测方法的流程示意图。

图中：

1-内部监测系统，11-内部控制模块，12-采集模块，13-存储模块，14-数据终端，15-数据处理单元，16-判断单元，17-预警模块，2-外部监测系统，3-网络传输模块，4-服务器，5-移动终端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供一种船舶耗能设备的能耗监测系统，解决现有技术中缺乏相应的能源监测系统和手段，无法对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测和管理的问题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参阅图1，在本实施例中，船舶耗能设备的能耗监测系统包括设置在船舶上的内部监测系统1，内部监测系统1包括采集模块12、内部控制模块11、存储模块13、数据处理单元15和数据终端14。采集模块12、存储模块13、数据处理单元15以及数据终端14均与内部控制模块11可通信地相连接。采集模块12采集船舶耗能设备的能耗数据、船舶耗能设备的运行工况参数以及船舶的航行状态数据，内部控制模块11获取以上数据、并对船舶的能耗进行评估，存储模块13存储采集模块12采集的以上数据，建立一个数据库，数据处理单元15根据采集模块12采集的数据绘制船舶耗能设备的能耗统计图。数据终端14将采集模块12采集的数据、对船舶的能耗进行评估的评估结果以及能耗统计图显示出来，船舶的操纵人员获取到数据终端14显示的数据和一些图表信息，可以依据数据和图表信息对船舶进行航行控制、对船舶耗能设备进行工况调节和管理，实现了对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测和管理的智能化，填充了船舶领域在此方面的空白。

需要说明的是，船舶耗能设备消耗的能源包括燃油、天然气和电能中的至少一种，其消耗的燃油和天然气可以通过流量计进行计量，消耗的电能可以通过电表进行计量。能耗数据可以为固定时间内的能源消耗，例如，记录一小时内或者一天内的能源消耗量，还可以为某一航次的能源消耗量等。内部控制模块11利用大数据处理、数值分析及仿真优化等方法，建立一个计算模型，通过计算模型对船舶的能耗进行评估。例如，结合C#.net的界面开发能力和MATLAB(矩阵实验室，Matrix Laboratory)的强大计算和图形处理能力开发的船舶能耗评估和能耗预测系统，能够根据船舶的航行状态数据和船舶耗能设备的能耗数据以及运行工况参数对船舶的能耗进行评估。数据终端14包括能够显示数据信息的显示屏幕和数据平台软件，还可以包括数据服务器等。船舶的航行状态数据包括但不限于由计程仪、全球卫星定位系统、倾斜仪、风速风向仪、测深仪、轴功率计、船舶压载吃水，航速仪等提供的数据。

在本实施例的优选方案中，能耗监测系统还包括预警模块17和判断单元16，预警模块17和判断单元16均与内部控制模块11可通信地相连接，判断单元16判断能耗数据是否大于能耗阈值，如果大于能耗阈值，则内部控制模块11控制预警模块17发出能耗预警信息。

具体地，采集模块12还可以采集手动录入数据，能耗阈值可以为船舶操纵人员手动输入的数据，也可以为自动采集的数据。该自动采集的数据由数据处理单元15计算得出，计算的依据为存储模块13存储的大数据，在船舶的航行状态基本相同、航行路线相同的情况下，采集到多组船舶耗能设备的能耗数据或者船舶的总的能源消耗，数据处理单元15基于以上数据可以得到能耗的平均值，能耗阈值就可以根据能耗的平均值来确定。另外，能耗预警信息可以为数据终端14显示的提示信息，还可以在船舶上设置警报器，警报器与内部控制模块11可通信地相连接，当能耗数据大于能耗阈值时，内部控制模块11控制警报器发出警报，提醒船舶的操纵人员对船舶的航行行为进行控制。该能耗监测系统实现了对船舶耗能设备进行能耗监测和预警的功能，还能指导操控人员对船舶的航行进行控制。

通常，智能船舶的船舶耗能设备主要包括主机、辅机、发电机组、锅炉、空调、压缩机、泵。当然，不仅限于以上几种，船舶耗能设备还包括一些辅助的机械设备等。采集模块12对以上各个船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数均进行采集并通过存储模块13存储这些数据，内部控制模块11获取到各个船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数，再结合船舶的航行状态数据，对船舶的能耗进行评估。数据处理单元15要对各个船舶耗能设备均绘制能耗统计图，内部控制模块11控制数据终端14将各个船舶耗能设备的能耗统计图一一显示出来。需要说明的是，船舶耗能设备的能耗统计图可以为时间-能耗关系图，还可以为航次-能耗关系图等，能耗统计图可以为曲线图、柱状图等，能够更清晰地指导操作人员对船舶的航行行为和船舶耗能设备的工作状态进行控制。

进一步地，内部控制模块11控制数据处理单元15绘制设备能耗分布图，数据来源为存储模块13内存储的数据，根据船舶在相同的航行状态下，各个船舶耗能设备的能耗数据进行绘制，可以得到能源的消耗分配，便于船舶操纵人员了解船舶耗能设备的能耗比例，进而对船舶耗能设备的工作状态进行控制，实现船舶的智能化能源管理。

在本实施例中，能耗监测系统还包括设置在船舶以外的外部监测系统2，外部监测系统2与内部监测系统1通过网络传输模块3进行通信连接，使得内部监测系统1的各种数据能够同步到外部监测系统2，外部监测系统2可以包括外部控制模块，外部终端等，通过外部终端显示内部检测系统的数据终端14所显示的数据信息。网络传输模块3设置为有线网络传输模块和无线网络传输模块中的至少一种。外部监测系统2可以设置在码头、船务航运公司、监管部门等位置，实现船舶能耗的外部监管。

进一步地，能耗监测系统还包括服务器4和移动终端5，内部监测系统1、外部监测系统2和移动终端5均与服务器4可通信地相连接。移动终端5包括外部应用软件，外部应用软件与服务器4建立连接，以将内部监测系统1中的各种数据同步到移动终端5上，更便于使用者了解船舶的航行状态、船舶耗能设备的工作状态和能耗数据。优选地，移动终端5与服务器4之间通过网络传输模块3进行数据传输，移动终端5可以为手机、平板电脑等，网络传输模块3首选为无线网络传输模块。

如此设置，多个数据中心均能够对内部监测系统的各种数据进行存储和显示，实现了多数据中心之间的数据转发，使得船舶耗能设备的能耗监测系统的使用更加方便，实现了数据的多点同步监测和管理。

下面内容结合上述各个实施例对本船舶耗能设备的能耗监测系统进行具体说明，在本实施例中，能耗监测系统包括设置在船舶上的内部监测系统1、设置在船舶以外的外部监测系统2，还包括服务器4和移动终端5，内部监测系统1、外部监测系统2和移动终端5均与服务器4可通信地相连接，内部监测系统1和外部监测系统2还通过网络传输模块3可通信地相连接。其中，内部监测系统1包括采集模块12、存储模块13、内部控制模块11、数据处理单元15、预警模块17、判断单元16以及数据终端14。采集模块12、存储模块13、数据处理单元15、预警模块17、判断单元16以及数据终端14均与内部控制模块11可通信地相连接。采集模块12和存储模块13分别对各个船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数以及船舶的航行状态数据进行采集和存储，内部控制模块11对船舶的能耗进行评估，数据处理单元15绘制各个船舶耗能设备的能耗统计图以及所有船舶耗能设备的设备能耗分布图。数据终端14显示采集模块12采集的各种数据、评估结果、能耗统计图和设备能耗分布图。判断单元16判断能耗数据是否大于能耗阈值，如果大于能耗阈值，则内部控制模块11控制预警模块17发出能耗预警信息。

如此设置，船舶的操纵人员根据数据终端14显示的数据对船舶的航行行为以及船舶耗能设备的工作状态进行调节，能耗监测系统为用户提供了能源数据采集、统计分析、能耗分析、能耗预警、数据存储、设备管理等服务，起到指导航行优化、航行绩效评估、航运管理决策的作用，填充了船舶领域在船舶耗能设备的能耗监管方面的空白。另外，多数据中心转发能够实现码头、船务航运公司以及监管部门同时进行数据查询，实现船舶能耗的多维度监管。

本发明还提供一种船舶耗能设备的能耗监测方法，请参考图2，包括采集船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数以及船舶的航行状态数据；获取以上数据并存储；根据获取的能耗数据、运行工况参数和航行状态数据对船舶的能耗进行评估；根据能耗数据绘制出船舶耗能设备的能耗统计图；将能耗数据、运行工况参数、航行状态数据和评估结果以及能耗统计图进行输出。

如此设置，输出的各种数据结果被船舶的操纵人员获取，便于对船舶进行航行控制、对船舶耗能设备进行工况调节和管理，实现了对智能船舶的耗能设备进行能源消耗监测和管理的智能化，填充了船舶领域在此方面的空白。

进一步地，判断能耗数据是否大于能耗阈值，如果大于能耗阈值，则发出能耗预警信息。船舶操纵人员得到能耗预警信息后，调节船舶的航行行为、并对船舶耗能设备的运行状态进行控制，尽量降低船舶的能耗。

由于船舶耗能设备主要包括主机、辅机、发电机组、锅炉、空调、压缩机、泵，在数据采集和存储时，需要将各个船舶耗能设备的能耗数据、运行工况参数进行采集和存储，绘制并输出各个船舶耗能设备的能耗统计图。另外，还可以根据各个船舶耗能设备的能耗数据绘制并输出设备能耗分布图。便于船舶操纵人员了解各个船舶耗能设备的工作状态和耗能情况，并清楚船舶的能源分配情况，通过以上数据指导操纵人员对船舶进行控制，达到节能减排的目的。

在其它一些实施例中，还可以将采集、获取以及计算得到的各种数据发送到船舶以外的码头、船务航运公司、监管部门等，实现多数据中心之间的数据转发，便于外部对船舶的能耗情况进行监管。

如此设置，在本实施例中，提供的船舶耗能设备的能耗监测方法，可以对智能船舶的船舶耗能设备进行耗能监控和管理，了解船舶的能耗分布，对船舶操纵人员起到辅助决策的功能，填补了船舶领域在该方面的空白。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种船舶耗能设备的能耗监测系统，其特征在于，包括设置在船舶上的内部监测系统(1)，所述内部监测系统(1)包括：

采集模块(12)，采集所述船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数以及船舶的航行状态数据；

内部控制模块(11)，与所述采集模块(12)可通信地相连接，所述内部控制模块(11)获取所述能耗数据和所述运行工况参数以及所述航行状态数据、并对船舶的能耗进行评估；

存储模块(13)，与所述内部控制模块(11)可通信地相连接，对应存储所述能耗数据、所述运行工况参数以及所述航行状态数据；

数据处理单元(15)，所述数据处理单元(15)与所述内部控制模块(11)可通信地相连接，所述内部控制模块(11)控制所述数据处理单元(15)根据所述能耗数据绘制能耗统计图；

数据终端(14)，与所述内部控制模块(11)可通信地相连接，显示所述能耗数据、所述运行工况参数、所述航行状态数据、所述对船舶的能耗进行评估的评估结果以及所述能耗统计图。

2.如权利要求1所述的能耗监测系统，其特征在于，还包括：

预警模块(17)，所述预警模块(17)与所述内部控制模块(11)可通信地相连接；

判断单元(16)，与所述内部控制模块(11)可通信地相连接，判断所述能耗数据是否大于能耗阈值，若大于，则所述内部控制模块(11)控制所述预警模块(17)发出能耗预警信息。

3.如权利要求1所述的能耗监测系统，其特征在于，

所述船舶耗能设备包括主机、辅机、发电机组、锅炉、空调、压缩机、泵；

所述采集模块(12)和所述存储模块(13)分别采集和存储各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据、所述运行工况参数；

所述内部控制模块(11)控制所述数据处理单元(15)对各个所述船舶耗能设备分别绘制能耗统计图、并控制所述数据终端(14)显示各个所述船舶耗能设备的所述能耗统计图。

4.如权利要求3所述的能耗监测系统，其特征在于，所述内部控制模块(11)控制所述数据处理单元(15)根据各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据绘制设备能耗分布图、并控制所述数据终端(14)显示所述设备能耗分布图。

5.如权利要求1所述的能耗监测系统，其特征在于，还包括设置在船舶以外的外部监测系统(2)以及网络传输模块(3)，所述外部监测系统(2)通过所述网络传输模块(3)与所述内部监测系统(1)可通信地相连接、以使所述外部监测系统(2)能够获取所述数据终端(14)所显示的数据信息。

6.如权利要求5所述的能耗监测系统，其特征在于，还包括服务器(4)和移动终端(5)，所述内部监测系统(1)、所述外部监测系统(2)以及所述移动终端(5)均与所述服务器(4)可通信地相连接，以使所述移动终端(5)显示所述数据终端(14)所显示的数据信息。

7.一种船舶耗能设备的能耗监测方法，其特征在于，包括：

采集所述船舶耗能设备的能耗数据和运行工况参数以及船舶的航行状态数据；

获取和存储所述能耗数据、所述运行工况参数以及所述航行状态数据；

根据所述能耗数据、所述运行工况参数和所述航行状态数据对船舶的能耗进行评估；

根据所述能耗数据绘制所述船舶耗能设备的能耗统计图；

输出所述能耗数据、所述运行工况参数、所述航行状态数据，并输出所述对船舶的能耗进行评估的评估结果和所述能耗统计图。

8.如权利要求7所述的能耗监测方法，其特征在于，还包括：

判断所述能耗数据是否大于能耗阈值，若大于，则发出能耗预警信息。

9.如权利要求7所述的能耗监测方法，其特征在于，

所述船舶耗能设备包括主机、辅机、发电机组、锅炉、空调、压缩机、泵；

所述能耗监测方法还包括：采集和存储各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据、所述运行工况参数，对各个所述船舶耗能设备分别绘制能耗统计图，并将各个所述船舶耗能设备的所述能耗统计图输出。

10.如权利要求9所述的能耗监测方法，其特征在于，还包括：

根据各个所述船舶耗能设备的所述能耗数据绘制设备能耗分布图，并将所述设备能耗分布图输出。

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