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考虑港口拥堵的电煤航运船舶调度与航速优化研究
| 论文题名： | 考虑港口拥堵的电煤航运船舶调度与航速优化研究 |
| 关键词： | 电煤航运;港口拥堵;船舶调度;航速优化;改进遗传算法 |
| 摘要： | 电煤指火电厂发电装机生产用煤，在我国“北煤南运”背景下，电煤航运作为电煤供需连接重要纽带，该系统的降本提效和优化协同对推动我国煤炭、火电、干散货航运产业可持续发展的重要意义。煤电联营模式下，由煤炭、火电等能源企业投资组建的航运公司与干散货航运市场为电煤航运提供了充足的运力供给，然而相对落后的煤炭港口基础设施与运营管理导致了不足的港口通过能力以及严重的港口拥堵，这已成为我国电煤航运系统健康运行的一大瓶颈问题。因此，在拥堵港口大量船舶长时间压港这一常态下，亟需对电煤航运调度进行优化，以保障电厂煤炭供应能力、节约电煤航运系统成本、推动煤电一体化发展。为提出该常态下有效的电煤航运系统运行优化方案，本文主要可分为以下三个部分： 首先研究煤炭港口拥堵现状及其负面影响，并基于相关港口拥堵研究与航班延误理论，结合不同港口通过能力差异，提出拥堵港口船舶等泊时间量化方法，为港口拥堵下的电煤航运调度提供理论依据。 其次，基于传统的电煤航运船舶调度优化问题，重构煤炭航运系统的时空网络，引入拥堵煤炭港口船舶平均等泊时间与航速-燃油消耗率函数，构建考虑港口拥堵的电煤航运船舶调度优化模型，从而实现电煤航运平均运输成本最小化。同时，依据模型特点，采用遗传算法进行求解，提出考虑分离海运航线与内河航线的两阶段求解思路以及具有针对性的染色体编码方法、修复策略与加速策略。进而，对某能源集团电煤航运调度实例进行优化建模及求解，并对相关参数进行灵敏度分析，结果表明，通过确定规划期内港口装煤与卸煤计划、船舶租赁、航线配船、船舶路径、航速配置及船期计划，本模型可为决策者提供科学详细且更具实操性的船舶调度计划，并得出本模型中电厂煤炭计划运输量最优允许偏差值为0.05。 最后，为实现船舶实际运行中燃油成本最小化，引入船舶等泊时间函数和港口潮汐时间窗约束，构建港口拥堵下的电煤船舶航速优化模型。同时，考虑该模型的非线性特征及其变量关系，提出基于自适应遗传算法的染色体编码简化方法和基于正弦函数的自适应调整策略，进而通过构建虚拟算例验证模型算法有效性。结果表明，相较于经典遗传算法，自适应调整策略有效提高了算法的全局寻优能力；相较于原调度计划，航速优化方案一方面可保证满载船舶在涨潮期间安全离泊，另一方面通过缩短等泊时间降低船舶航速，从而有效节省约23%的燃油成本。 |
| 作者： | 李佳欣 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 周博见 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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