日趋严格的船舶排放法规以及不断飙升的燃油价格使得航运业开始积极寻求节能减排、最大化船舶经济效益的方法。船舶能量系统是船舶推进系统、电力系统以及热源系统的总称，其提供船舶正常营运所需全部能量的同时也占据了全船几乎所有的燃油消耗，合理优化船舶能量系统，提升系统能效水平对降低船舶营运成本、减少船舶温室气体排放有重要意义。
　　本文将在香港-新加坡航线上用作班轮运输的某4500TEU集装箱船作为研究对象，从其能量系统的配置优化及运营优化两方面着手，以提高船舶能量系统内各设备的运行效率、降低船舶燃油消耗及温室气体排放量为目标，针对能量系统的最优配置以及最佳节能航速的选取展开了研究。具体研究内容如下：
　　（1）基于目标船舶及其配备的船舶主机的实际参数，采用模块化建模思想，建立了船舶主机、船舶通航环境以及船-机-桨匹配的数学模型；之后依托推进系统各模块的数学模型，根据模块之间的物理关系及数据交换过程搭建了完整的船舶推进系统仿真模型；并通过模型仿真数据与稳态工况下的柴油机台架试验数据以及目标船舶试航数据的对比验证了推进系统仿真模型的正确性。
　　（2）联立推进系统仿真模型构建了目标船舶主机余热回收系统的仿真模型，在对比分析余热锅炉回收热能与能量系统热力负载后确定了燃油辅锅炉的容量配置；随后依据能量系统的实际电力负载，拟定了考虑余热回收系统发电在内的两种电力系统配置方案并分别构建了二者的容量优化数学模型，使用自适应权重粒子群算法求解得到两种方案下的系统最优容量配置后，结合电力系统单个航次的总体燃油消耗及航次各阶段的功率裕量对两种方案进行了综合分析，给出了电力系统的最终容量配置方案，确定了目标船舶能量系统的最优配置。
　　（3）基于能量系统的最优配置，以系统整个航次的燃油消耗为目标函数，综合考虑目标船舶的船期要求以及主机的转速限制等约束，结合船舶航线信息和其通航环境中的风、浪等时变条件建立了航速优化数学模型；之后运用量子行为粒子群算法进行迭代寻优计算，求解得到了目标船舶在既定航线航行时的优化建议航速，并进一步分析了目标船舶以优化建议航速航行时船舶能量系统的工作状态变化；最后通过对比目标船舶以不同航行模式航行时的船舶能量系统油耗数据，验证了本文优化方法的有效性。