考虑节能技术影响的远洋船舶航线优化和碳排放管理
摘要
经济全球化持续推高全球大宗贸易货运量，船舶作为经济发展及贸易货运的载体，
海运贸易市场连年增长。船舶动力来源船舶主机为船上最大能源消耗装置，其燃料消耗
带来的污染问题已极其严重，为应对日益增长的污染问题，国际组织及政府间机构已制
定严格的船舶排放规定，我国也做出相关碳中和、碳达峰的“双碳”承诺。基于以上背
景，船舶航线优化技术以应用范围广，普适性强，节能效果明显的特点已成为远洋船舶
节能减排的首选技术。该技术的推广能有效应对现行法规下的排放超标问题，对远洋船
舶航运实现低碳甚至零碳具有重要意义。
以某30万载重吨VLCC为研究对象，建立考虑航行气象的船舶航行性能模型，以
粒子群算法为基础进行适用于船舶航线优化的算法开发，结合历史航线及真实环境气象
对历史航行轨迹进行重新规划，选择最小燃料消耗航线。为保证船舶节能减排的可持续
发展，对适用于船舶的Magnus效应风动能转子推进技术、太阳能光伏发电技术、主机
余热利用技术以该型VLCC为搭载平台进行考虑气象条件的性能模型建立和装置布置
设计。同时，对搭载三种技术的船舶节能减排效果进行理论计算；利用优化算法，分别
对搭载三种技术的目标船舶进行航线优化，探究实际气象航行环境下对船舶节能减排及
降低运输成本的贡献。
研究结果表明，建立的船舶航行性能模型可准确模拟风浪条件下正常航速范围内满
载及装载状态下船舶所受航行阻力及燃油消耗，综合阻力油耗误差不超过3%。所开发
的优化算法可有效降低航次的燃油消耗、运输成本及碳排放，在同气象条件下相对于理
想大圆航线油耗降低8.81%，运输成本下降5.63%，平均每海里碳排放下降7.67%。搭
载节能装置的目标船舶在进行布置设计条件下减少船舶排放的同时对节约运营成本具
有明显作用，同气象条件风动能推进技术可减少燃油排放4.18%，太阳能光伏发电技术
减少燃油碳排放1.52%；主机余热利用技术减少燃油碳排放7.49%。运输成本较无装置
航线分别降低1.75%、0.62%、3.13%。三种节能装置对运营船舶节油贡献约为3:1:6。
以上计算结果明确了远洋船舶应用航线优化技术带来的节能减排效益及运营成本的优
势，同时为船舶实际航行条件下风能、太阳能和主机余热利用技术实现的减排效力提供
有力参考。
关键词：航线优化；节能减排；船舶能效；新能源船舶；碳排放管理
考虑节能技术影响的远洋船舶航线优化和碳排放管理
Abstract
Economicglobalizationcontinuestoincreasethevolumeofglobalbulktradefreight.As
thecarrierofeconomicdevelopmentandtradefreight,themaritimetrademarkethasbeen
growingyearafteryear.ShippowersourceShipmainengineisthelargestenergyconsumption
deviceonboard,andthepollutioncausedbyitsfuelconsumptionhasbeenextremelyserious.
Inordertodealwiththeincreasingpollutionproblem,internationalorganizationsand
intergovernmentalinstitutionshaveformulatedstrictregulationsonshipemission,andChina
hasalsomaderelevantcarbonneutralandcarbonpeakdoublecarboncommitment.Basedon
theabovebackground,shiprouteoptimizationtechnologyhasbecomethepreferred