摘 要

船舶作为水路运输的主要承载者，每天对于能源的消耗是巨大的，在能源日益短缺和紧张的今天，对船舶进行能量分析研究，改善船舶的用能情况，提升船舶的能量利用效率具有重大意义。

本文首先介绍了能耗分析中常用的两种方法，热平衡分析法和㶲平衡分析法。对两种方法进行了比较，选择㶲平衡分析法作为本文的分析方法。之后根据㶲平衡分析法的原理，以“凯娅号”主机为研究对象，对额定转速运转的主机进行能耗分析并绘制㶲流图反映能量的流动和分布情况。之后根据采集到的数据，使用MATLAB软件，计算出不同转速、不同功率下主机的㶲效率，并绘制对应的分析图。最后综合前面的计算分析结果，找出主机的节能空间，提出提高主机能量利用效率的建议。

关键词：船舶能耗；㶲分析；能量管理；

Abstract

Ship is the main carrier of water transport, the daily consumption of energy is huge, in the increasingly scarce energy and tension today, the ship energy analysis and research to improve the ship's energy use, improve the efficiency of the ship's energy efficiency is of great significance.

This paper first introduces two methods commonly used in energy consumption analysis, thermal equilibrium analysis and exergy balance analysis. The two methods are compared and the exergy balance analysis is chosen as the analysis method of this paper. Then, according to the principle of the exergy balance analysis method, the "Kaya" host is taken as the research object, and the energy consumption of the host with rated speed operation is analyzed and the exergy flow diagram is drawn to reflect the flow and distribution of energy. Then according to the collected data, the use of MATLAB software to calculate the different speed, different power host efficiency, and draw the corresponding analysis. Finally, the synthesis of the previous analysis of the results, to find the host of energy-saving space, put forward to improve the efficiency of the host energy utilization recommendations.

Key Words：ship energy consumption, exergy analysis, energy management

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外研究现状分析 3

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外研究现状 4

1.3 船舶动力系统的发展 4

1.4 论文研究的主要内容 6

第2章 船舶动力系统的热平衡分析与㶲分析 7

2.1 船舶动力系统简介 7

2.2 热平衡分析法 8

2.3 㶲分析法 8

2.3.1 㶲的概念 8

2.3.2 㶲分析法 9

2.4 方法比较 9

第3章 凯娅号主机㶲分析 11

3.1 凯娅号简介 11

3.2 建立模型 11

3.3 能耗分析计算 12

第4章 MATLAB分析 16

4.1 㶲效率-转速分析 16

4.2 㶲效率-功率分析 18

第5章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

1.1 目的及意义

人类社会的发展离不开能源，就像人的生长离不开食物和水。在人类社会一步步发展和进步的过程中，人类社会的每一次飞跃发展都与能源息息相关。通过对新的能源一次次的发现和利用，人类从茹毛饮血的时代慢慢进化至现代社会。因此，开发和利用新能源对世界经济和人类社会的进步有极大的推进作用。目前，在全世界能源的生产和消费中，中国的排行处于领先位置，居于第一。我国在金融、经济领域的发展在充足的能源供应下一步步崛起。

在这个各个国家都大力发展科技和推动社会进步的时代，环境意识、能源意识开始越来越普及，更多的人在环境改善和能源有效利用方面投入关注。许多国家或出台法律政策、或广泛收集人们的建议，努力营造良好的环境，让人们可以看到蓝天白云，呼吸到新鲜空气。能源的日渐短缺和流失是每个人不得不面对的问题，而且这一问题越来越紧迫。为了缓解这一世界性的问题，除了开发和寻找新的替代品外，最好的方法就是在现有的基础上进行合理科学的能耗分析，寻找新的节能空间，提出改进办法，为可持续发展争取更多的时间。

中国作为一个地大物博的国家，在资源总量上自然十分充足，然而中国拥有十几亿的人口，如此丰富的资源总量平均计算下来也是有些捉衿见肘，人均拥有量较低[^[1]]。巨大的人口压力使得能源压力也逐渐增大，并消耗着大量的能源[^[2]]。因此节约能源对我国来说具有更重要的意义，而能耗分析在开发节能减排新技术的过程中则扮演了十分重要的角色[^[3]]。

据“2010年中国经济社会发展报告”统计，全国共有六个能源密集型子行业：石油加工，核燃料加工，原料化工原料和化工产品制造， 金属矿产品（建筑行业下属行业），黑色金属冶炼和冶炼（钢铁工业），有色金属冶炼和压制（这种从属于有色金属工业的行业），生产和供应电力和热力。1990年，中国能源密集型行业的能源消耗总量为3.9529亿吨标准煤，占工业能源消费总量的58.49％，占当年中国能源消耗总量的40％。 2013年，中国能源密集型行业消耗211648.7万吨标准煤当量，分别占工业和国家水平的72.69％和50.77％。过去24年来，中国能源密集型产业的能源消耗总量增长了5.35倍，工业和国家能源消费总量的比重呈上升趋势。毫无疑问，中国能源密集型产业的能源需求变化将严重影响中国的能源需求。此外，自2009年以来，中国在能源消费方面处于世界第一位，具有影响世界能源消费结构的力量。中国的能源密集型产业在实现减少自身和世界的化石能源消耗和二氧化碳排放方面发挥了重要作用。考虑到中国能源密集型行业的大量能源消耗，对能源需求和节约潜力的估算对决策者来说是非常重要的。但实际情况是，能源回弹效应会在一定程度上降低应该节省的能源，这不利于实现节能。基于此，中国能源密集型产业的未来节能潜力应考虑能源反弹效应。这一结果对决策者来说将更为现实和有意义。

海运占国际贸易的约90％，增长速度快于世界经济。虽然海运是迄今为止最节能的运输方式（以英里计算），但人们越来越担心船上燃料燃烧造成的大气排放对人类健康和环境的不利影响。面对日益全球化的局面，情况将会恶化。海运大气排放的影响有两个主要因素。燃烧排气中的一些物质，例如颗粒物质（PM），特别是直径小于2.5μm（PM2.5），氮氧化物（NOx），硫氧化物（SOx）对人类健康和生态系统是不利的。特别优先关注的问题是人口稠密地区发生的大量航运活动。大约70％的船舶航行发生在全球海岸线400公里内，造成沿海和港口地区交通繁忙的环境问题。除了PM，NOx，SOx，其衍生物种如海洋船只的挥发性有机化合物（VOC）可以传播数百公里，加剧内陆的空气污染。因此，研究船舶节能的相关课题[^[4]]，实现运营船舶的节能减排目标[^[5]]，具有重要意义。