ABB,Deltamarin,和VTT模拟和优化船舶能量流

挑战

提高新邮轮和现有邮轮、集装箱船和其他大型船舶的能源效率

使用Si金宝appmulink和的Simscape进行建模,仿真,并在系统级优化船舶能量流

结果

  • 系统级船舶能优化启用
  • 成本和节油改进设计鉴定
  • 检测成本降低了数万欧元

“金宝appSimulink和Simscape使我们能够创建跨越多个物理领域的复杂能源系统的动态模型。通过模拟这个模型,我们可以看到新能源子系统在建成之前的表现,并为客户提供他们投资回报的准确估计。”

Juha Orivuori, ABB
巡航船。ABB、Deltamarin和VTT建造的模拟器使工程师能够为这样的大型船舶设计和优化能量流。

不断上涨的燃料成本和国际海事组织(IMO)日益严格的规章制度引发了对更强大的、使用更少燃料的船舶能源系统的需求。

为了帮助满足这一需求,ABB,Deltamarin,和芬兰VTT技术研究中心合作,建立船舶能流模拟器使用MATLAB®,S金宝appimulink的®和的Simscape™。模拟器允许工程师测试,评估和实施以更少的原型的新技术,以及对设计,并根据客户的要求和船舶工作型态改造优化能源系统。

“这几乎是不可能的原型今天的一个主要的能源子系统的船只,它的时间太长,是太昂贵了,”尤哈Orivuori,在ABB领先的开发工程师说。“金宝appSimulink和的Simscape让我们来模拟每个个体子系统作为一个完整的船舶能量系统的一部分,这样才知道我们实现它,它是如何工作的。”

挑战

提高船舶的载货能力可降低单位运营成本,但更大的船需要更复杂的电厂更复杂的机械,电气,液压和热工子系统。由于这些子系统的行为是相互依存的,改进一个子系统的性能可能反而会降低整体效率。其结果是,选择和确定的推进,主电源系统中,所有的辅助设备,并且在冷却和加热新的和现有的船舶是一个具有挑战性的优化问题。

在过去,工程师们使用电子表格计算范围的部件尺寸,但他们发现一些缺点使用这种方法。该表格并非整个项目始终可重复使用的,和他的同事发现他们难以审查和理解。该方法是不切实际的,在不同的船速和草稿或下风,海况,以及其他工作条件分​​析系统。电子表格不适合动态分析,他们不能与在海上测量或用于开发控制系统中的数据进行比较。

理解和识别不同的子系统之间的相互作用,Deltamarin,ABB,和VTT需要具有机械,电气,液压,热,气动和热液压部件完整船舶能流进行建模。然后,他们需要模拟多域物理模型进行系统级的优化。

来自ABB,Deltamarin,和VTT工程师组成的小团队构建使用Simulink和的Simscape船舶能流模拟器。金宝app在Simulink工作金宝app,团队创建结合了主发动机,柴油发电机,电动交流电流(AC),推进器,冷却水和蒸汽的子系统顶层模型。

该团队使用来自机械、电气、热力、气动和液压领域的Simscape模块,开发了基于基本原理的组件模型。他们使用来自实际船舶系统的测量数据来设置模型中的参数值,并验证仿真结果。

“创建一个基于第一原则模型的一个优点是,该模型很容易理解,”光荣邹,在VTT科学家说。“我们可以清楚地看到多么恰当的Simscape模型工作,即使我们没有测量充分验证。”

使用的Simscape语言,他们定义了三个自定义物理领域 - thermalfluid,蒸汽,以及基于这些域定义,其中包括50多个组件的新thermalfluid图书馆新的Simscape组件的电AC-和建库。

该团队开发了MATLAB脚本来自动化模型配置和仿真运行。他们还使用MATLAB生成绘图和后期仿真结果。

为了满足船舶设计师使用电子表格来执行能量平衡方程的需求,该团队构建了模拟器的界面,使设计师能够在Microsoft中提供模拟输入和检查模拟输出®Excel®

该集团已建模和游轮,集装箱船和其他船舶类型进行能量流模拟,以及ABB使用其车载能量监测和管理(EMMA™)系统模拟器,了解现有船舶的效率。

结果

  • 系统级船舶能优化启用。Deltamarin的开发经理米亚•埃尔格(Mia Elg)表示:“虽然基本机制可以在电子表格中建模,但我们无法在Excel中实现所有目标。”“金宝appSimulink和Simscape使我们能够运行多域仿真和动态运行配置文件的能量平衡计算,并为今天的船舶和未来的船舶执行能源优化。”

  • 成本和节油改进设计鉴定。“金宝appSimulink的模拟结果表明,主水冷却泵是不是最佳尺寸或控制,且该设计单独改变这种泵可以由2.5%降低船舶的年度油耗” ELG说。邹补充说,“这仅仅是在机械辅助系统节省的开头:模拟显示的三通阀对照的优化导致了高达45%以上的热能回收。”

  • 检测成本降低了数万欧元。Orivuori说:“当我们在船上测试一个新系统时,每天的花费可能是巨大的。”“有了Sim金宝appulink和Simscape,我们可以通过模拟来发现和解决问题——在一个虚拟实验室中,不需要额外的成本——而在船上解决这些问题将是非常昂贵的。”

项目团队

ABB:Juha Orivuori是首席开发工程师,Kalevi Tervo是首席开发工程师

Deltamarin:米娅·埃尔格,发展经理,苏伦·夸奇,能源与环境效率,概念发展

超薄技术:Kari Tammi,研究教授和研究经理;Aki Kinnunen,资深科学家;和研究员邹光荣