目前，国际航行船舶主要采用以较为劣质的重燃料油为燃料的传统柴油机动力形式。燃料油燃烧后排放的大量二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）、颗粒物（PM）等对大气环境造成严重的影响。随着人类环境保护意识的增强和对船舶航运市场的关注，国际海事组织等相关海事机构，对船舶节能、船舶污染物和碳减排方面均提出了严格的要求。太阳能具有无污染、使用便捷等优点，越来越受到航运界的青睐。不少研究者探讨了太阳能在船舶领域应用价值以及可行性等。目前世界上已有不少太阳能在船舶上成功应用的案例。虽然太阳能船舶在一定程度上可以达到节能减排的目的，但太阳能系统初始投入高，且需要有较高技术水平的维护人员，维护费用也比较高。因此，如何对太阳能混合动力船舶（简称“太阳能船舶”）的节能减排效果进行科学的评估，是大力推广太阳能船舶急需解决的关键技术之一。
本文针对太阳能船舶节能减排效益的评估问题，以一艘大型太阳能滚装船“中远腾飞”轮为对象，设计了船舶能耗和尾气排放测试系统。通过监测采集实船的数据，对船舶的油耗、排放及节能减排效果进行了分析。此基础上，根据太阳能船舶的特征，建立了太阳能船舶节能减排效果评估体系，提出了太阳能船舶节能减排效果评估方法。最后，采用模糊逻辑控制策略，进一步提高太阳能船舶节能减排效果。具体工作总结如下：
（1）根据SEMTECH-DS尾气分析系统的特点，结合对象船舶机舱柴油机、涡轮增压器、进油管路和回油管路的布局，设计了太阳能船舶尾气排放测试系统。在船舶电气负载4种运行工况下，测试了CO2、CO、NOX、碳氢化合物（HC）和PM等排放浓度数据。通过对测试结果的分析，验证该尾气测试系统的有效性。利用该测试系统，采集了船舶在进出港口和正常航行工况下实船的实验数据，分析了太阳能船舶的油耗和排放特征，研究了船舶在不同电力负荷需求下，太阳能功率最佳接入范围。在进出港口工况下，当船舶负荷较低时，太阳能输出功率最好在60-90kW之间。在正常航行工况下，太阳能的输出功率应越大越好，在峰值功率下运行船舶的节能减排效果明显。
（2）以太阳能船舶实船采集的实验数据为基础，根据船舶本身的特征，从能源消耗、技术特征、能源/能量转换效率、污染物排放和成本效益五大方面构建太阳能船舶节能减排评价指标体系。在模糊数学综合评价方法中引入区间值相关理论，建立基于区间值的模糊数学综合评价模型，针对柴油机动力、电力推进以及太阳能等不同技术特征的船舶开展节能减排效益的评估对比分析。在此基础上，考虑到船舶在不同的运行工况下，其节能减排的效益是不同的。为了科学评价不同太阳能输出功率下船舶的节能减排效益，采用全排列图示指标法对该船的节能减排效果进行了动态评估。结果表明，太阳能船舶的节能减排效果好，技术先进，其次是LNG动力船舶，柴油机动力船舶节能减排效益最差。当太阳能输出功率比例在10%-17%之间时，太阳能船舶节能减排指数位于较高的区间。
（3）根据船舶的负荷需求具有随机性和不确定性以及太阳能光伏系统产生的电能同样具有随机性和不确定性的特点，提出采用太阳能船舶动力系统的模糊逻辑控制方法。将船舶实时电力负荷需求、太阳能输出功率以及蓄电池SOC等3个因素作为模糊逻辑能量策略的输入变量，将太阳能和蓄电池的实际功率作为输出参考变量。根据系统燃油消耗最小原则，建立27条模糊规则。经过逻辑函数判断后，得出太阳能、柴油发电机和蓄电池最佳功率输出，通过PI控制器，精确控制蓄电池和太阳能的实时功率输出。再通过知识库的学习，得到在该模糊逻辑控制方法下的船舶燃油消耗量。通过仿真结果的分析，船舶在营运期间，若采用基于模糊逻辑控制方法，对太阳能动力系统进行优化控制，约可以减少6%的燃油消耗量。
本文的研究对太阳能船舶的节能减排效果评估提供科学的理论方法，为推进太阳能在船舶上的广泛应用提供技术支撑，对航运业的节能减排有着重要的意义。
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