前言

为系统总结发展成果、推广创新经验，智能新能源船舶技术创新产业联盟于2025年首次发起全国性创新案例征集活动。本次活动得到高校、行业科研院所、船舶制造企业、航运公司等单位的积极响应，经过严格评审，最终遴选出21项具有代表性的优秀案例，涵盖绿色船舶设计、技术装备研发、应用示范等多个领域，在技术创新性、经济效益、社会价值等方面均达到行业领先水平，充分展现了行业创新活力。

「 案例内容 」

基于北斗物联离散数据梳理的行业级内河船舶零碳生活解决方案的研发及产业化

完成单位：湖州市港航管理中心、浙江特勤卫星导航科技有限公司

完成人：郭丹、史旭初、王勇斌、张震、池名扬、朱晓燕、张鹏飞、徐涛、陈斐斐

01主要建设内容

传统水运行业生活用电难、用电贵、污染重的问题是内河航运行业的顽疾，特别是随着生活设施设备的改善，航行中生活用电的需求和供给的矛盾进一步突出，同时柴油发电的高污染、高损耗问题也严重破坏着整个内河生态环境。想要从根本上解决这个痛点，必须打造真正的行业级可控内河船舶零碳生活整体解决系统。

本项目聚焦绿色低碳内河航运领域，基于自主研发的北斗光电油一体化船载极小型能源模组、内河船舶多源融合PWMS系统、船电魔方北斗智能中控、内河航运北斗物联中心、北斗云进化降碳GPT引擎等关键技术。以北斗物联+为核心，结合大数据分析、AI智能梳理、用电GPT学习进化模型等新技术、新思路，以智能化手段服务于内河航运行业，提升船户日常生活的幸福指数，减少内河航运的整体碳排放，保护内河生态环境，为内河航运碳排放管理提供数据支持。

建设内容实地照片：

02主要技术

（一）主要技术

这是一个多功能的船电储能系统（以下称船电魔方），集成了变频器、AC滤波器、光伏储能逆变器和储能电池，变频器将油机不稳定的频率转换为50Hz稳定频率，光伏储能逆变器集成MPPT太阳能充电控制器、正弦波逆变器和UPS功能。本系统协同调度油机、岸电、太阳能和储能多种能源，最大限度的利用太阳能，靠岸后由储能给船上生活设备进行供电，减少油机使用时间，非常适合于船舶供电使用。

整个系统还需要其他设备才能完整运行，如太阳能组件、油机或岸电。设备具备通讯模块，用户可以随时随地通过手机或网站监控系统的运行状态。

（二）系统特征

1.以光伏发电为主，结合船用动力能源回收为辅以及岸电为补充。

2.减少油机使用，降低排放污染和噪音污染。

3.使用北斗智能中控和北斗物联云平台中心。

4.智能控制储电放电，为负载提供稳定电源。

5.实施监控储能状态，提供安全使用保障。

6.减少内河航运的整体碳排放，保护内河生态环境。

7.为内河碳排放管理提供数据支持。

（三）系统原理

船舶在开航过程中，太阳能作为主要能源提供途径，储能系统在为船舶提供非动力电能同时，将太阳能转换成电能储存于电池组内，由于天气问题或使用需求增加的情况下，系统控制动能回收单元介入工作，将船舶动力溢出能源作为太阳能的补充，以满足船舶更高的用电需求。泊船状态下太阳能供电加上储存能源的释放能满足船户的基本生活用电需求。

控制系统由电池管理系统、逆变管理系统、能源回收管理系统、供电状况监测系统集成的船用储能管理系统。区别于普通储能系统的是，它能根据船户需求和环境天气状况精确管理和自动分配能源储存与使用。

系统原理图

(1)逆变管理系统

能对输入和输出电源实时监控，提供优质电源，增加用电设备的安全性和使用寿命。

(2)电池管理系统

实时监控电池组电量、温度等状态，根据电池状态调节充电功率，提升电池安全性和使用寿命。

(3)能源回收管理系统

能根据用户使用需求，自动调节介入时机、输出功率，有效提升系统供能能力和电池安全性。

(4)供电状况监测系统

实时监测整个系统的供用电核心参数，及时反馈及参与调节，提升整个系统的安全性。

系统框图

具体通过以下技术方案实现：

一、提供一种基于多源供电储能系统的船舶生活用电供电方法，多源供电储能系统包括太阳能转换单元、逆变管理单元、能量储存单元、动能回收单元，逆变管理单元分别与太阳能转换单元、动能回收单元连接，动能回收单元连接船舶柴油发动机的轴带式发电机，逆变管理单元与能量存储单元的输入端连接，方法包括：检测能量存储单元的输出端供电电流和能量存储单元的剩余电能；基于船舶生活用电变化趋势预测电能需求量；基于供电电流、剩余电能和电能需求量预测剩余电能的供能时长；基于供能时长与船舶生活用电变化趋势调整太阳能转换单元、动能回收单元与逆变管理单元的连通性和充电电流，其中，太阳能转换单元的使用优先级高于动能回收单元。

二、提供一种基于多源供电储能系统的船舶生活用电供电装置，多源供电储能系统包括太阳能转换单元、逆变管理单元、能量储存单元、动能回收单元，逆变管理单元分别与太阳能转换单元、动能回收单元连接，动能回收单元连接船舶柴油发动机的轴带式发电机，逆变管理单元与能量存储单元的输入端连接，装置包括检测模块、预测模块和处理模块，其中，检测模块，用于检测能量存储单元的输出端供电电流和能量存储单元的剩余电能；预测模块，用于基于船舶生活用电变化趋势预测电能需求量，还用于基于供电电流、剩余电能和电能需求量预测剩余电能的供能时长；

处理模块，用于基于供能时长与船舶生活用电变化趋势调整太阳能转换单元、动能回收单元与逆变管理单元的连通性和充电电流，其中，太阳能转换单元的使用优先级高于动能回收单元。

03解决的主要问题及解决方案

1.碳减排：就湖州港籍近6000艘内河船舶小样板测算，一年至少实现预计单船每年可节电18Gwh以上、节省电费1500万元以上、节省柴油3000万元以上、提升航行效率15%、减少碳排放21600吨以上，经济价值、社会价值显著，极具推广使用意义。

2.“零”碳生活：通过船舶能源结构的改变，彻底解决由于航行中用电困难导致的诸多安全隐患；大幅优化由于锚泊地限制导致的航线航路不合理规划状况；根本性提升船户生活品质、航行感受，打造内河航运新蓝图。

3.新能源背景下标准化船舶的电气系统升级变革：为接下去标准化船舶非动力供电船舶电器系统研究做先行探索。

4.为管理部门提供可靠详实的碳排数据支持，年均可提供碳排相关数据3亿条以上，为绿色航道建设以及岸电网络布局提供有力支持。

04成果示范应用效果

本项目已完成小范围产品化运行以及监测，监测对象船舶累计随设备运行航行里程达62540km，累计运营时间20830小时(含靠泊非航行时间)，在监测期间内无需柴油发电以及岸电支持，全天24小时均可正常使用电器，实现了零碳生活目标，预计单船每年可节电3000Kwh以上、节省电费2500元以上、节省柴油5000元以上、提升航行效率15%、减少碳排放3600Kg以上，经济价值、社会价值显著，极具推广使用意义。

根据表1中的对比数据，安装能效系统后，船舶在上下水航次中采用降速航行策略的航次每日利润及单航次总利润均有所提高。其中，在上水航次中，船舶采用530转比采用650转航行，可节省燃油成本24 450.07元，可增加单航次总利润15 073.87元，船舶营运经济性提升了约118.5%；在下水航次中，船舶采用480转比采用530转航行，可节省燃油成本7 668.84元，可增加单航次总利润4 137.36元，营运经济性提升了约14.8%，经济性提升了约3.2%。

05项目创新点

模式创新：

1.内河水运“零”碳生活新模式构建。通过引入北斗光电油一体化船载极小型能源模组，改造并整合内河船舶生活供电系统。形成以光伏新能源为基干、岸电能源作为补充、油电能源为备用的“零”碳或近“零”碳船舶绿色生活能源结构，为新型低碳航运体系的建立提供一整套可复制、可持续、可推广的产品及技术。

2.北斗云进化降碳AI模式。以北斗高精度数据为基础，创建异源型多源融合碳降GPT引擎，将离散型点状用户特征数据，梳理、重组后形成结构化碳降数据模型，并通过持续深入自学习、自改良，持续优化船电魔方供电策略，并实时反馈至船电魔方北斗智能中控，形成采集、梳理、学习、反馈的良性降碳新模式。

3.内河船舶非动力供电系统规范。参与内河船舶安全生活用电系统检验指南的课题研究，探索形成内河船新能源时代背景下的有效、安全、规范的设备定型、使用及配置。

技术创新：

1.光电油一体化船载极小型能源模组，搭载自研一体化管理DMS技术为基础的高效、低耗电池管理系统。

2.内河船舶多源融合PWMS系统研制。通过新型逆变器底层管理系统的开发、推出了适用于多源性、异型性能源输入端的设计和改造。可以满足内河船舶多源融合接入的接口标准，符合光伏、市电、油电等同时接入时复杂工况下的电源输入输出安全性、稳定性要求。

3.北斗云进化降碳GPT引擎，结合了边缘计算、AI分析、GPT学习进化引擎技术，将有效、持续、深入的推动内河船舶动态减碳指标的改良。

服务创新：

1.减碳轨迹图。帮助管理部门动态掌握船舶碳减排趋势，助力打造绿色低碳航道。

2.用电晴雨表(热力图)。提供用电(碳排)区域分布特征可视化数据，有助于岸电网络的合理化布局建设。

3.碳降GPT模式。辅组标准体系指南研制，填补船舶安全标准空白。

4.24小时云服务。提供全时段全天候服务，助力船舶航运安全。

「 核心技术装备情况 」

01核心技术装备名称

内河船舶多源融合PWMS系统（设备）

02核心技术装备参数

220V多源输入、多模块功能隔离管理

1.DC/DC模块采用了超小型SIP封装，2:1宽电压输入范围，1500VDC的常规隔离电压，允许工作温度-40℃至+85℃；在20Mhz带宽，5%-100%负载情况下，纹波&噪声为80-120mVp-p；开关频率在PWM的模式下，满载330Khz。

2.AC/DC模块具有全球输入电压范围、交直流两用，输入电压范围：85-305Vac，工作频率：47-63Hz，工作温度范围：-40℃-+85℃，4200VDC的高隔离电压，效率高达87%，纹波&噪声≤100mVp-p。

3.高功率密度的数字化整流电源，工作温度：–25℃~+75℃，工作电压：85V AC~290V AC，工作频率：45Hz~66Hz，输出电压：42V DC~58V DC；通过CAN通讯来调节输出电压及电流。稳压精度：≤±0.2％Vo，满载情况下，纹波&噪声≤200mVp-p。在25%~50%、50%~75%跳变的情况下：动态响应≤±5% ，恢复时间≤200µs（±0.6%Vo），在10%~90%跳变的情况下：恢复时间≤50µs（±5%Vo）。

03装备的特点、创新点及技术先进性

目前填补水运行业内空白，改变船舶生活用电传统的能源获取模式。创新技术点归纳为：

1. 船舶航行无感电能转化

2. 能源无感切换

3.多源能源安全管控中控

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