船舶机舱能效优化与智能控制策略分析

引言​

船舶机舱是整合主机、发电机、辅机等核心设备的动力中枢，承担着为船舶航行提供动力与电力的关键职能，其能源消耗占船舶总能耗的 80% 以上。随着国际海事组织环保法规日趋严格，以及燃油价格波动带来的成本压力，提升机舱能效成为航运企业可持续发展的核心诉求。传统机舱控制依赖人工巡检与经验调节，存在参数响应滞后、能耗浪费等问题。

一、船舶机舱能效影响因素分析

1.1 动力设备运行参数影响分析

动力设备运行参数是决定机舱能效的核心因素。主机作为主要耗能设备，其转速、负荷率、缸温等参数直接影响燃油消耗率，参数偏离最优区间会导致燃烧不充分或功率浪费。发电机的输出功率与负载匹配度同样关键，轻载或过载运行均会降低发电效率。辅机如泵类、风机的流量、压力参数若与实际需求不匹配，易造成 “大马拉小车” 现象。此外，设备运行中的振动、异响等异常状态会间接增加能耗，需通过参数监测及时识别调整。

1.2 燃油品质与燃烧效率关联分析

燃油品质通过影响燃烧效率作用于机舱能效。燃油的粘度、硫含量、热值等指标决定了燃烧充分性，品质不佳会导致积碳增加、喷油嘴堵塞，降低主机热效率。燃油预处理环节的净化效果也至关重要，水分、杂质过多会破坏燃烧稳定性，增加排烟热损失。燃烧过程中，空燃比、点火时机等参数与燃油特性的适配性直接影响燃烧效率，需根据燃油品质动态调整，否则易出现不完全燃烧或爆震等问题。

1.3 机舱系统协同运行状态影响分析

机舱系统协同运行状态对整体能效有显著影响。各设备间的负荷分配是否合理，如主机与发电机的功率匹配、辅机与主设备的联动时机，会影响系统整体能耗。管路系统的流体阻力也是关键，阀门开度不当、管路结垢会增加泵类设备能耗。此外，设备启停顺序、运行模式切换的平滑性会导致瞬时能耗波动，系统协同不足易引发 “能耗叠加” 现象，需通过统筹调控实现各环节高效联动。

二、船舶机舱智能控制技术应用路径

2.1 设备状态感知与数据采集技术应用

设备状态感知与数据采集是智能控制的基础。通过在主机、辅机等关键设备安装温度、压力、振动等传感器，实时采集运行参数，结合 PLC 控制系统实现数据集成。针对机舱高温、高湿、振动大的环境特点，选用工业级防爆传感器确保长期稳定运行，传感器布置覆盖主机缸体、发电机绕组、辅机轴承等关键部位。采用边缘计算节点对数据进行预处理，通过滤波算法过滤噪声与冗余信息，对缺失数据进行合理插值补全，确保数据准确性。利用工业以太网与无线传输技术构建数据传输网络，采用冗余设计保障数据传输连续性，实现机舱内设备与控制中心的实时数据交互，为后续建模与调节提供完整、可靠的数据源。

2.2 智能算法在参数调节中的应用

智能算法为参数精准调节提供技术支撑。基于历史运行数据构建能效预测模型，通过数据挖掘提取设备运行参数与能耗的关联规律，建立多变量映射关系。采用 PID 控制算法实现主机转速、燃油喷射量等参数的闭环调节，通过自适应参数整定技术减少超调量与调节时间，确保参数稳定在最优区间。引入模糊控制算法处理非线性、时变的机舱系统，将船员操作经验转化为模糊规则库，动态调整控制策略以应对复杂工况变化。针对多设备协同问题，运用群智能算法优化负荷分配，通过目标函数构建实现主机、发电机等设备的能耗均衡，减少系统内耗，提升整体运行效率。

2.3 远程监控与自适应控制技术整合

远程监控与自适应控制拓展了智能调控的边界。通过搭建云端监控平台，整合船舶定位、气象数据与机舱运行参数，实现岸基中心对船舶机舱状态的远程实时监测，平台具备异常报警、趋势分析等功能，可及时发现异常并下发调控指令。自适应控制技术通过在线识别系统动态特性，建立设备运行状态与外部环境的关联模型，自动调整控制参数，适应船舶航行中负载、海况、气象等条件的变化。结合数字孪生技术构建机舱虚拟模型，通过物理实体与虚拟模型的实时数据交互，精确模拟不同工况下的运行状态，为远程调控方案验证与策略优化提供仿真支撑，提升控制决策的科学性。

三、船舶机舱能效优化策略探讨

3.1 基于运行工况的动态调节策略

基于运行工况的动态调节需结合船舶航行状态适配控制策略。在启航加速阶段，根据船舶载货量与吃水深度，通过算法优化主机功率输出与转速提升速率，避免功率冲击造成的瞬时能耗激增；在定速航行阶段，结合航线规划、海况预报数据，动态调整主机负荷率，维持经济航速区间，同时优化螺旋桨与主机的匹配状态。针对港口停靠、装卸货等低负荷工况，通过负荷预测算法优化辅机运行组合，实现 “按需启停”，关停冗余设备减少空载能耗。通过工况识别算法实时判断运行模式，自动触发对应调节方案，实现全工况能效最优。

3.2 设备维护与能效协同优化策略

设备维护与能效协同优化需建立预防性维护机制。基于设备运行数据与振动、温度等特征参数，运用劣化趋势分析技术评估设备健康状态，建立剩余寿命预测模型，提前规划维护周期，避免因突发性故障导致的能效下降。在维护过程中，同步校准传感器精度确保数据采集准确性，优化润滑系统参数如油品型号、换油周期，恢复设备设计能效水平。结合能效监测数据识别高能耗设备，通过能效诊断定位问题根源，优先安排节能改造或技术升级，制定针对性维护方案，实现维护活动与能效提升的双向协同，延长设备高效运行周期。

3.3 智能控制系统与机舱管理融合策略

智能控制系统与机舱管理融合需构建一体化管理体系。将智能控制平台与机舱日常管理流程深度对接，开发数据接口实现能耗数据与排班计划、巡检记录等管理信息的联动分析，形成闭环管理流程。建立能效考核机制，将智能系统生成的能耗指标、设备运行效率等数据纳入船员绩效评估体系，通过量化考核提升操作规范性。开展船员智能控制技术培训，重点培养数据解读、系统操作与异常处置能力，编制标准化操作手册指导实际运行。通过管理机制优化放大技术应用效果，形成 “技术 + 管理” 的能效提升闭环，确保系统长期稳定发挥效能。

四、结语

船舶机舱能效优化与智能控制是航运业绿色发展的关键抓手。通过深入分析动力设备参数、燃油品质及系统协同等影响因素，依托智能感知、算法调节与远程控制技术，构建动态适配的优化策略，可有效突破传统控制模式局限。实践中需注重技术与管理的深度融合，通过设备状态精准感知、参数动态调节及维护协同优化，实现机舱能效的持续提升。

参考文献

[1] 汤旺杰 . 面向能效管理的内河船舶机舱远程监测系统研究 [D]. 武汉理工大学 ,2019.

[2] 梅晓寒 , 陆董萍 , 董俊超 . 船舶机舱管系精度控制的关键技术与管理策略研究 [J]. 上海企业 ,2025,(06):99-101.

[3] 吴中正 , 马泽泰 , 王艳真 , 等 . 船舶机舱双向通风下小尺度油池火灾燃烧特性实验研究 [J]. 船海工程 ,2025,54(02):145-151.