随着社会的不断发展,能源消耗的与日俱增,环境污染日趋严重,全球范围内都将面临可持续性发展的重大课题,而充分开发利用新能源,为降低环境污染,提高能源利用率带来了希望。在船舶运输领域,燃料节约与温室气体排放也越来越受到行业重视。在这一形势下,结合船舶运动特性,将新能源引入大型船舶,建立新能源船舶电站这一课题一经提出,就引起了全球范围内的广泛关注。新能源船舶与传统船舶相比,在保证船舶正常航行的同时,可减少船舶柴油机的柴油消耗,节约石化能源,减少环境污染,降低船舶噪音。尽管风力发电与太阳能发电技术在国内外诸多领域的应用已较为成熟,但将风能与太阳能应用于大型船舶中的研究尚处于实验探索阶段。限于风力发电与太阳能发电技术的成熟度与经济性等问题,新能源在大型船舶中的实际应用并不广泛。值得注意的是,与国外发达国家相比,我国新能源船舶电站的设计应用还存在较大差距。本文着眼于新能源及船舶海洋工程领域,以工信部大型项目《太阳能在油船上的应用技术研究》为背景,以大型油轮为研究对象,选择中国大连—也门亚丁的远洋航线,搭建包含有太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、柴油机发电系统和船舶负载在内的新能源船舶电站;基于太阳能发电与风力发电技术特点,结合海洋环境与船舶特点,解决了新能源船舶电站中太阳能光伏组件的优化布置、风力机组的优化布置与储能系统容量优化匹配等问题。首先,建立了船舶太阳能发电系统、船舶风能发电系统、储能系统、柴油机发电系统和船舶负载的数学模型。基于太阳高度角、太阳能时角和太阳赤纬角与经纬度和时间的关系,引入阴影因素影响,提出了具有船舶特点的太阳能光伏发电数学模型。根据船舶航向及航速,建立了具有相对风速特性的船舶风力发电系统数学模型。根据船舶太阳能光伏发电系统和风力发电系统输出特性,搭建了铅酸蓄电池储能系统数学模型,并考虑其充放电特性,以平滑新能源系统不稳定的输出。其次,完成了太阳能船舶电站中太阳能光伏组件的优化布置和储能容量的优化匹配。根据船型特点,选择主甲板具有大面积可利用区域的大型油轮为目标船舶,选择中国大连到也门亚丁为航线,进行太阳能辐射总量核算,计算太阳能光伏组件在不同倾斜角下的总发电量。综合考虑太阳能船舶电站建设成本与运行成本,结合阴影因素,分析得到太阳能光伏组件在油轮中固定水平铺设时,太阳能船舶电站的综合利润最高,故在大型油轮中光伏组件平铺方式为最佳。以太阳能光伏系统理想输出功率与实时输出功率差值为依据,确定储能系统的最大输出功率;以太阳能发电系统运行成本和储能系统建设成本总和最低为目标,充分考虑储能系统能量损失与光伏系统弃电成本,建立铅酸蓄电池储能系统容量优化模型。运用多目标遗传算法,对太阳能船舶电站中储能容量进行优化配置分析。最后,完成了风能船舶电站中风电机组的优化布置和储能容量的优化匹配。与陆上风电场不同,风能船舶电站中风电机组的工作风速为自然风速与船舶航速相互作用下的相对风速,因此本文结合中国大连到也门亚丁航线中船舶航向和航速特点,核算大型油轮中风力发电机组的工作风速,并基于此结果,完成风力发电机组的优化布置分析。根据船舶风力发电特性,结合多目标遗传算法,对风能船舶电站中的储能系统进行优化配置分析。