JP5859469B2 - Energy management system and energy management method - Google Patents
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Description
本発明は、エネルギー管理システムに関し、特に船舶のエネルギー使用予測及び使用最適化を行うエネルギー管理システムに関する。 The present invention relates to an energy management system, and more particularly to an energy management system that performs ship energy use prediction and use optimization.
現状の技術において、一般船を対象としたシステムは、一部メーカが商品化している。一般船では居住区での電力はほぼ一定であり、ほとんどのエネルギーは推進部にて消費される。 In the current technology, some manufacturers have commercialized systems for general ships. In general ships, the power in the residential area is almost constant, and most of the energy is consumed by the propulsion unit.
また、現在においても、天候や海象(Sea condition)等に応じた運転は、船長の経験と勘に頼っていることが多い。船舶の運航情報はその航海限りで活用されるのみであり、データベースとして取得、蓄積されることがほとんどなく、次の航海に活用されていない。 Even now, the operation according to the weather, the sea condition, etc. often relies on the experience and intuition of the captain. Ship operation information is only used for the duration of the voyage, is rarely acquired and stored as a database, and is not used for the next voyage.
また、大型客船等では、一般船と異なり、船内電力に関しては推進部と並行して居住区の電力使用量も多いが、需要(Demand)が発生した際にその需要に応じて発電するだけであり、現状最適化等については考慮されていない。 In addition, unlike large ships, large passenger ships, etc., use a lot of electricity in the residential area in parallel with the propulsion unit. However, when demand (Demand) is generated, just generate electricity according to the demand. Yes, current optimization is not considered.
また、船内の冷暖房に使用する冷水/温水の需要についても、事前に予測することなく、必要になった段階で必要な量を生成するだけであり、効率化については考慮されていない。 Further, the demand for chilled water / warm water used for in-air cooling / heating is not predicted in advance, but only a necessary amount is generated at a necessary stage, and efficiency is not considered.
このように、大型船舶における運用計画支援システムの分野においては、依然として多くの改善の余地が残されている。 Thus, there is still much room for improvement in the field of operation planning support systems for large ships.
[公知技術]
当該技術分野における公知技術として、特許文献1(特開2011−149327号公報)には「エンジン排気エネルギー回収装置」が開示されている。この技術では、エンジンの負荷、回転数によりエンジン燃料消費率が所定値以下となるように排気ガスバイパス弁を制御し、余剰な排気ガスをハイブリッド過給機(Hybrid Turbo)に供給することにより、排気ガスを有効利用する。
[Known technology]
As a known technique in this technical field, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-149327) discloses an “engine exhaust energy recovery device”. In this technique, the exhaust gas bypass valve is controlled so that the engine fuel consumption rate becomes a predetermined value or less depending on the engine load and the rotational speed, and surplus exhaust gas is supplied to the hybrid turbocharger (Hybrid Turbo). Make effective use of exhaust gas.
また、特許文献2(特開2012−117697号公報)には「排熱回収システム」が開示されている。この技術では、船舶の航行中及び停泊中に関わらず、主機関の排熱によって加熱された熱媒体を有効利用して、吸熱式冷凍機を作動させることができる。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2012-117697) discloses an “exhaust heat recovery system”. In this technique, regardless of whether the ship is sailing or anchored, the heat absorption type refrigerator can be operated by effectively using the heat medium heated by the exhaust heat of the main engine.
しかし、上記技術は、いずれもシステム単独の構成及び運転計画についての技術であり、排熱回収機器(ハイブリッド過給器、排熱回収発電装置)を有する排熱回収システム及び発電システム等を含む船舶全体の燃費の定量評価手法についての言及はなく、船舶全体としての最適な運転計画を作成していない。また、船内電力、熱負荷、空調負荷等の具体的な算出手法、適用手法が含まれていない。 However, the above technologies are all related to the configuration and operation plan of the system alone, and include a waste heat recovery system having a waste heat recovery device (hybrid supercharger, waste heat recovery power generation device), a power generation system, and the like. There is no mention of a quantitative evaluation method for overall fuel consumption, and an optimal operation plan for the entire ship has not been created. In addition, specific calculation methods such as inboard power, heat load, and air conditioning load, and application methods are not included.
本発明では、排熱回収機器(ハイブリッド過給器、排熱回収発電装置)を有する排熱回収システム及び発電システム等を含む船舶全体の燃費の定量評価手法、船舶全体としての最適な運転計画、及び船内電力、熱負荷、空調負荷等の具体的な算出手法や適用手法について提案する。 In the present invention, a quantitative evaluation method for fuel efficiency of the entire ship including an exhaust heat recovery system having an exhaust heat recovery device (hybrid supercharger, exhaust heat recovery power generation device) and a power generation system, an optimal operation plan for the entire ship, In addition, we propose specific calculation methods and application methods such as ship power, heat load, and air conditioning load.
本発明に係るエネルギー管理システムは、発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶におけるエネルギー管理システムであって、船内全体の電力/熱需要を入力する機構と、船内全体の電力/熱需要と、船速/推進出力/エンジン出力/燃料消費率のうち少なくとも1つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用/推進用エンジン出力及び排熱回収機器出力の最適点を算出する機構と、最適点に基づき、発電用/推進用エンジン出力、排熱回収機器出力、及び船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力する機構を備える。 An energy management system according to the present invention is an energy management system in a ship having an engine generator and an exhaust heat recovery device as a power generation system, and includes a mechanism for inputting power / heat demand of the entire ship, Power generation / propulsion engine that minimizes fuel consumption by calculating the demand balance of power system and heat system that satisfy the heat demand and target value for at least one of ship speed / propulsion output / engine output / fuel consumption rate A mechanism that calculates the optimum point of output and exhaust heat recovery equipment output, and a mechanism that outputs each command value for power generation / propulsion engine output, exhaust heat recovery equipment output, and inboard equipment operation control based on the optimum point Prepare.
本発明に係るエネルギー管理方法は、発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶において実施されるエネルギー管理方法であって、船内全体の電力/熱需要を入力することと、船内全体の電力/熱需要と、船速/推進出力/エンジン出力/燃料消費率のうち少なくとも1つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用/推進用エンジン出力及び排熱回収機器出力の最適点を算出することと、最適点に基づき、発電用/推進用エンジン出力、排熱回収機器出力、及び船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力することを含む。 An energy management method according to the present invention is an energy management method that is implemented in a ship having an engine generator and an exhaust heat recovery device as a power generation system, and that inputs the power / heat demand of the entire ship, and the entire ship For power generation / minimization of fuel consumption by calculating the demand balance of power system and heat system satisfying the target value in at least one of ship power / heat demand and ship speed / propulsion output / engine output / fuel consumption rate Calculates the optimum point for propulsion engine output and exhaust heat recovery equipment output, and outputs each command value for power generation / propulsion engine output, exhaust heat recovery equipment output, and inboard equipment operation control based on the optimum point Including doing.
本発明に係るプログラムは、上記のエネルギー管理方法における処理を、計算機等の電子機器に実行させるためのプログラムである。なお、本発明に係るプログラムは、記憶装置や記憶媒体に格納することが可能である。 The program which concerns on this invention is a program for making electronic devices, such as a computer, perform the process in said energy management method. The program according to the present invention can be stored in a storage device or a storage medium.
簡便な手法で、常に排熱回収機器及び前エンジン出力を船舶全体で最適化し、低燃費運航を可能とする。 A simple method always optimizes exhaust heat recovery equipment and front engine output for the entire ship, enabling low fuel consumption operation.
本発明は、船舶の運航計画を行う際に気象等の予測データに基づく船内機器の最適な運転計画の算出手法と、リアルタイムで船舶の燃費を最適化する機器運転指令値を出力する計算手法を含むものである。 The present invention provides a method for calculating an optimal operation plan for inboard equipment based on forecast data such as weather when performing a ship operation plan, and a calculation technique for outputting an equipment operation command value that optimizes the fuel consumption of the ship in real time. Is included.
<第1実施形態>
以下に、本発明の第1実施形態について説明する。
<First Embodiment>
The first embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態では、リアルタイムで船舶の燃費を最適化する機器運転指令値を出力する計算手法について説明する。 In the present embodiment, a calculation method for outputting a device operation command value that optimizes the fuel efficiency of a ship in real time will be described.
本実施形態では、排熱回収機器として、「ハイブリッド過給機」(Hybrid Turbo)及び「排熱回収発電装置」のうち少なくとも一方(両方でも可)を搭載して排熱エネルギーを有効活用する船舶において、気象/海象及びその他任意の条件に基づき、エンジン及び排熱回収機器を含む船内機器について、リアルタイムに(運航中に)、燃費が最少となる最適運用計算を行う。 In the present embodiment, as a waste heat recovery device, at least one of “hybrid turbocharger” and “exhaust heat recovery power generation device” (both are possible) is used to effectively utilize the waste heat energy. , On the basis of weather / sea conditions and other arbitrary conditions, an optimal operation calculation for minimizing fuel consumption is performed in real time (during operation) for inboard equipment including the engine and exhaust heat recovery equipment.
すなわち、対象となる船舶は、エンジン発電機とは別に、発電するシステムを追加している。対象となる船舶の例として、ハイブリッド過給機を搭載可能なディーゼルエンジンを有する船舶等を想定している。ディーゼルエンジンの用途は、推進用/発電用を問わない。また、排熱回収発電装置の例として、蒸気タービンやパワータービン等が知られている。 That is, the target ship has added a power generation system separately from the engine generator. As an example of the target ship, a ship having a diesel engine on which a hybrid supercharger can be mounted is assumed. The use of the diesel engine may be either propulsion / power generation. Moreover, a steam turbine, a power turbine, etc. are known as an example of an exhaust heat recovery power generation device.
本実施形態に係るエネルギー管理システムは、排熱回収機器の主要な仕様(発電容量、効率、ロス、エンジン燃料消費率への影響)と、排熱回収機器の出力電力を制御する機能を有する。 The energy management system according to the present embodiment has a function of controlling main specifications (power generation capacity, efficiency, loss, influence on engine fuel consumption rate) of exhaust heat recovery equipment and output power of the exhaust heat recovery equipment.
[エネルギー管理システム]
図1に示すように、本実施形態に係るエネルギー管理システムは、入力値取得部11と、目標値設定部12と、指令値計算部13と、指令値出力部14を備える。
[Energy management system]
As shown in FIG. 1, the energy management system according to the present embodiment includes an input
[入力値取得部]
入力値取得部11は、船内全体の電力/熱需要を入力する。例えば、入力値取得部11は、リアルタイム船内データ、主機関データ、排熱回収機器データを入力する。リアルタイム船内データの例として、船内電力負荷、熱負荷、空調負荷、推進エネルギー等が考えられる。主機関データの例として、エンジン出力、燃料消費率、燃料噴射タイミング等が考えられる。排熱回収機器データの例として、発電負荷率、排気バイパス弁開度、掃気圧、掃気温度等が考えられる。
[Input value acquisition unit]
The input
[目標値設定部]
目標値設定部12は、船舶の最適運用計算のための目標値(パラメータ)を設定する。例えば、目標値設定部12は、船舶の最適運用計算の対象として、船速、推進出力、発電用/推進用エンジン出力、各エンジン燃料消費率、総燃料消費率の各項目から少なくとも1つの項目を選択し、その目標値を決定する。
[Target value setting section]
The target
[指令値計算部]
指令値計算部13は、発電用/推進用エンジン出力指令値、排熱回収機器運転指令値、船内機器運転指令値、主機関最適制御指令値等を計算する。そのため、船内全体の電力/熱需要と、上記目標値を満たす排熱回収機器を含む船内の電力系統(電力システム)及び熱系統(熱システム)の需給バランス計算を行う。電力系統及び熱系統の需給バランス計算には、電力系統/熱系統の運転計画を模擬した計算モデルを用いる。例えば、需給バランス計算には、2分法、ニュートン法等の反復法による求根アルゴリズムを用いる。排熱回収機器を含む熱系統の計算では、各系統(高圧蒸気、低圧蒸気、温水、冷水、冷却水等)での過不足を算出し、不足分があればボイラ(boiler)の追い炊きやターボ冷凍機を稼動させる等、実機構成を反映した計算が可能である。排熱回収機器出力と各エンジン出力については、熱/電力需給バランスと目標値を満たすことを条件とし、燃費最少となるよう上記同様の反復計算を行う。このとき、指令値計算部13は、燃料消費量が改善したか確認する。例えば、指令値計算部13は、燃料消費量の目標値となる所定の閾値に対して、算出された燃料消費量が所定の閾値以下であるか確認し、燃料消費量が所定の閾値以下でなければ再計算を行い、燃料消費量が所定の閾値以下であれば、現在の指令値を維持(運転指令維持)する。
[Command value calculation section]
The command
[指令値出力部]
指令値出力部14は、発電用/推進用エンジン出力指令値、排熱回収機器運転指令値、船内機器運転指令値、主機関最適制御指令値等を出力する。例えば、船内機器運転指令値は、船内機器の運転パターン等を示す。また、主機関最適制御指令値は、各エンジンの最適運転のための排気バイパス弁開度、燃料噴射タイミング等を示す。
[Command value output section]
The command
発電用/推進用エンジン及び排熱回収機器を含む船内機器は、指令値に応じた効率的な運転を行う。 The inboard equipment including the power generation / propulsion engine and the exhaust heat recovery equipment operates efficiently according to the command value.
[本実施形態固有の作用・効果]
本実施形態に係るエネルギー管理システムは、船内の電力/熱需要を入力とし、船速、推進出力、エンジン出力等の目標値を満たす効率的な電力/熱のバランス計算を行い、発電用/推進用エンジン出力及び排熱回収機器出力の指令値を出力する。
[Operations and effects unique to this embodiment]
The energy management system according to the present embodiment uses the power / heat demand in the ship as an input, performs an efficient power / heat balance calculation that satisfies target values such as ship speed, propulsion output, engine output, etc. Command values for engine output and exhaust heat recovery equipment output.
通常、船舶には発電用エンジンと推進用エンジンがあるため、燃費を最少とする最適点(エンジン出力及び排熱回収機器出力の両方を考慮した最適値)は、上記指令値と時々刻々変化する船内の電力/熱需要により随時変動する。エネルギー管理システムは、この最適点を算出し、最適点に基づく指令値を出力して船内機器を制御することにより船舶の燃費を低減させる。 Usually, since a ship has a power generation engine and a propulsion engine, the optimum point for minimizing fuel consumption (optimal value considering both engine output and exhaust heat recovery equipment output) changes from time to time with the above command value. It fluctuates from time to time depending on the power / heat demand on board. The energy management system calculates the optimum point, outputs a command value based on the optimum point, and controls the inboard equipment to reduce the fuel consumption of the ship.
本実施形態を適用することにより、簡便な手法で、現在の排熱回収機器を搭載する船内の電力/熱エネルギー需要を賄い、かつ船速/エンジン出力等の目標値を満たす効率運転が可能となる。つまり、常に排熱回収機器及び前エンジン出力を船舶全体で最適化し、低燃費運航を可能とする。 By applying this embodiment, it is possible to perform an efficient operation that covers the power / thermal energy demand in the ship equipped with the current exhaust heat recovery equipment and satisfies the target values such as the ship speed / engine output by a simple method. Become. In other words, the exhaust heat recovery device and the front engine output are always optimized for the entire ship, enabling low fuel consumption operation.
本実施形態は、運航時に時々刻々の効率的な船舶機器の運用を行う船内機器制御システム/エネルギーマネジメントシステムに適用可能である。すなわち、実際の船舶の中に組み込むことが可能である。 The present embodiment can be applied to an inboard equipment control system / energy management system that efficiently operates ship equipment every moment during operation. That is, it can be incorporated into an actual ship.
<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
The second embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態では、船舶の運航計画を行う際に気象等の予測データに基づく船内機器の最適な運転計画の算出手法について説明する。 In the present embodiment, a method for calculating an optimum operation plan for inboard equipment based on prediction data such as weather when performing a ship operation plan will be described.
本実施形態では、排熱回収機器として、「ハイブリッド過給機」(Hybrid Turbo)及び「排熱回収発電装置」のうち少なくとも一方(両方でも可)を搭載して排熱エネルギーを有効活用する船舶において、発生時間帯をシフト可能なエネルギー需要に関して、事前に(予め)設定した優先度に応じて発生時間帯をシフトした反復計算もしくは最適計算を行い、燃費低減可能な機器運転計画を作成する。 In the present embodiment, as a waste heat recovery device, at least one of “hybrid turbocharger” and “exhaust heat recovery power generation device” (both are possible) is used to effectively utilize the waste heat energy. In the above, regarding the energy demand in which the generation time zone can be shifted, iterative calculation or optimum calculation in which the generation time zone is shifted according to the priorities set in advance (preliminarily) is performed, and an equipment operation plan capable of reducing fuel consumption is created.
本実施形態に係るエネルギー管理システムは、船舶の運航前/運航中に、時系列のエネルギー需要予測データを入力し、排熱回収機器を有する排熱回収システム及び発電システム等を含む船舶の電力/熱の需給バランス計算を行い、燃料消費量等を算出する。排熱回収機器は、熱系統における排熱回収エネルギーの一部を用いて発電する。排熱回収機器の発電量によりエンジン出力及びエンジン燃料消費率は変動するため、燃費が最少となる最適点を算出する。 The energy management system according to the present embodiment inputs time-series energy demand prediction data before / during the operation of the ship, and uses the power / power of the ship including the exhaust heat recovery system and the power generation system having the exhaust heat recovery device. Calculate heat supply and demand balance, and calculate fuel consumption. The exhaust heat recovery device generates power using a part of the exhaust heat recovery energy in the heat system. Since the engine output and the engine fuel consumption rate fluctuate depending on the power generation amount of the exhaust heat recovery device, the optimum point at which the fuel consumption is minimized is calculated.
[エネルギー管理システム]
図2に示すように、本実施形態に係るエネルギー管理システムは、予測データ作成部21と、燃料消費量計算部22と、運転計画部23と、運転計画更新部24と、運転実績記憶部25を備える。
[Energy management system]
As shown in FIG. 2, the energy management system according to the present embodiment includes a prediction
[予測データ作成部]
予測データ作成部21は、評価対象とする航海について、過去の実績データベースから類似ケースを抽出・参照し、時系列の予測データ(運航データ、気象/海象データ、船内エネルギー需要予測データ)を作成する。時系列的なエネルギー需要予測データ作成時には、運航計画の他に、船内の居住区や共用設備、遊戯施設等(客船の場合)で想定される需要の発生状況を考慮する。各々のエネルギー需要予測データには、発生時間が変更可能、発生時間が変更不可能、発生有無もしくは発生時間帯が不確定等の属性を持たせる。変更可能な需要に、その絶対値や他への影響等を勘案して変更するための優先度付けを行う。
[Prediction data generator]
The prediction
[燃料消費量計算部]
燃料消費量計算部22は、排熱回収機器を含む船内の電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、時系列の燃料消費量、電力消費量、熱消費量及び船内機器の詳細な運転計画を算出する。需給バランス計算には、2分法、ニュートン法等の反復法による求根アルゴリズムを用いる。熱系統の計算では、各系統(高圧蒸気、低圧蒸気、温水、冷水、冷却水等)での過不足を算出し、不足分があればボイラの追い炊きやターボ冷凍機を稼動させる等、実機構成を反映した計算が可能である。更に、船舶の機器特性、運転手法に応じた排熱回収機器出力とエンジン出力、エンジン燃料消費率の関係を示すエンジンデータベースを用いて、上記需給バランス計算同様の反復計算により最適(最少)な燃料消費量を計算する。
[Fuel consumption calculator]
The fuel
[運転計画部]
運転計画部23は、船内機器の運転計画を行う。そのため、排熱で熱需要を賄えずボイラやターボ冷凍機が稼動している時間帯を特定し、変更可能な需要のうち優先度の高い順に熱需要を変更させた場合の熱系統の計算を行う。更に、時間帯変更可能な需要のうち優先度の高い順に電力需要を変更させた場合の電力系統の計算を行う。時間帯の変更は、対象時間帯を一定時間間隔に分割し、制約条件を満たす範囲において発生タイミングを順番にシフトさせ、再度需給バランス計算を行う。上記計算を繰り返し実行し、最も燃費低減効果が大きいものを選択する。
[Operation Planning Department]
The
[運転計画更新部]
運転計画更新部24は、船内機器の運転計画を更新する。ここでは、運航中、予測データの更新周期に合わせて予測データを更新する。当初の予測データとの偏差の累積が許容範囲を超えた場合、燃料消費量計算、運転計画を再度実施する。なお、運転計画更新部24は、運転計画部23と同一の装置・機構でも良い。
[Operation plan update department]
The operation
[運転実績記憶部]
運転実績記憶部25は、運航後、実績データ及びその予測データとの偏差を実績データベースに蓄積し、次の航海にフィードバック(反映)する。
[Operation result memory]
The driving
[船舶最適燃料消費量の基本計算処理]
図3を参照して、運航計画作成時における船舶最適燃料消費量の基本計算処理について説明する。
[Basic calculation processing of optimal fuel consumption for ships]
With reference to FIG. 3, the basic calculation processing of the optimum fuel consumption of the ship at the time of creating the operation plan will be described.
(1)ステップS101
燃料消費量計算部22は、運航計画案(目標船速、船内機器稼働条件)、気象/海象予報、日照、時刻、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データを入力する。燃料消費量計算部22は、これらのデータを予測データ作成部21から受け取るものとする。なお、リアルタイム計算時は、リアルタイムデータ(実データ)を入力することになる。
(1) Step S101
The fuel
(2)ステップS102
燃料消費量計算部22は、様々な予測モデルに基づく計算を行う。例えば、推進器予測モデルに基づいて、推進エネルギー(馬力又は電力)を算出する。また、空調予測モデルに基づいて、船内冷暖房負荷を算出する。或いは、電力予測モデルに基づいて、推進系、空調系、熱系統以外の総電力値を算出する。これらを同時に/順番に行うようにしても良い。
(2) Step S102
The fuel
(3)ステップS103
燃料消費量計算部22は、事前に(予め)設定された負荷分散パターンに基づいて、ボイラ等の熱交換を行う熱源機器と、ターボ冷凍機等の電力を用いる熱源機器の負荷分散を決定する。
(3) Step S103
The fuel consumption
(4)ステップS104
燃料消費量計算部22は、発電用/推進用エンジン出力の初期値を設定する。
(4) Step S104
The fuel
(5)ステップS105
燃料消費量計算部22は、事前に(予め)用意したエンジンデータベース(エンジン出力に対する発電量マップや各系統(蒸気系統、温水系統等)の排熱回収熱量マップ)に基づいて、総発電量や総エンジン排気熱量を算出する。
(5) Step S105
The fuel
(6)ステップS106
燃料消費量計算部22は、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する。
(6) Step S106
The fuel
(7)ステップS107
燃料消費量計算部22は、不足分熱量の供給源であるボイラ等の熱源機器の熱負荷、電力負荷を決定する。
(7) Step S107
The fuel
(8)ステップS108
燃料消費量計算部22は、再度、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する。
(8) Step S108
The fuel
(9)ステップS109
燃料消費量計算部22は、熱不足分が所定の閾値以下であるか確認する。
(9) Step S109
The fuel
(10)ステップS110
燃料消費量計算部22は、熱不足分が所定の閾値以下でない場合(ステップS109でNo)、ボイラ等の熱源機器の供給熱量を変更し、再度、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する(ステップS108に移行)。
(10) Step S110
When the heat shortage is not equal to or less than the predetermined threshold value (No in step S109), the fuel consumption
(11)ステップS111
燃料消費量計算部22は、熱不足分が所定の閾値以下である場合(ステップS109でYes)、総必要電力量を算出する。
(11) Step S111
If the heat shortage is equal to or less than the predetermined threshold (Yes in Step S109), the fuel consumption
(12)ステップS112
燃料消費量計算部22は、総発電量と総必要電力量の差分を算出する。
(12) Step S112
The fuel consumption
(13)ステップS113
燃料消費量計算部22は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下であるか確認する。
(13) Step S113
The fuel consumption
(14)ステップS114
燃料消費量計算部22は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下でない場合(ステップS113でNo)、需給バランス計算を行い、発電用/推進用エンジン出力を変更し、再度、総発電量や総エンジン排気熱量を算出する(ステップS105に移行)。
(14) Step S114
When the difference between the total power generation amount and the total required power amount is not equal to or less than the predetermined threshold (No in step S113), the fuel consumption
(15)ステップS115
燃料消費量計算部22は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下である場合(ステップS113でYes)、燃料消費量を算出する。
(15) Step S115
When the difference between the total power generation amount and the total required power amount is equal to or less than a predetermined threshold (Yes in step S113), the fuel consumption
(16)ステップS116
燃料消費量計算部22は、算出された燃料消費量を最適な燃料消費量として決定する。
(16) Step S116
The fuel consumption
[各予測モデルの計算手法]
以下に、上記の基本計算処理における各予測モデルの計算手法の詳細について説明する。
[Calculation method of each prediction model]
Below, the detail of the calculation method of each prediction model in said basic calculation process is demonstrated.
[推進機モデル]
燃料消費量計算部22は、対象となる船舶固有の船型特性データベースを用いた推進エネルギー算出手法により、目標船速、気象/海象予報に基づいて、推進エネルギーを算出する。
[Propulsion model]
The fuel
[空調予測モデル]
燃料消費量計算部22は、対象となる船舶固有の室配置、形状、構造、材質、内装品情報、及び空調機器特性を考慮した空調負荷算出手法を用いて、気象/海象予報、日照、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データ、船内機器稼働条件等に基づいて、船内冷暖房負荷を算出する。
[Air conditioning prediction model]
The fuel
[電力予測モデル]
燃料消費量計算部22は、対象となる船舶で必要な電力のうち、推進系、空調系、熱系統以外で必要な電力(照明、室内機器、エンジン補機、空調補機等)をそれぞれの電力特性、需要予測データベースを用いて、気象/海象予報、日照、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データ、船内機器稼働条件等に基づいて、それぞれの電力量を算出し、船内総電力値を算出する。
[Power prediction model]
The fuel
[熱負荷予測モデル]
燃料消費量計算部22は、対象となる船舶固有の熱系統(蒸気系統、温水系統、冷水系統等)において、各系統に接続される機器の必要熱量及び必要電力量を、それぞれの機器の熱負荷特性、電力負荷特性、熱需要予測データベースを用いて、発電用/推進用エンジン出力の初期値、空調負荷予測値、気象/海象予報、日照、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データ、船内機器稼働条件等に基づいて、それぞれの熱負荷、電力量を算出する。このとき、熱系統の各系統における総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する。
[Heat load prediction model]
The fuel
[空調最適化処理の追加]
図4を参照して、上記の基本計算処理(図3参照)に空調の最適化処理を追加した場合について説明する。ここでは、上記の基本計算処理との差分についてのみ説明する。
[Addition of air conditioning optimization processing]
With reference to FIG. 4, the case where the optimization process of an air conditioning is added to said basic calculation process (refer FIG. 3) is demonstrated. Here, only the difference from the basic calculation process will be described.
上記の基本計算処理との差分として、燃料消費量計算部22は、船内総電力値を算出した後(ステップS115の後)、不足分熱量の供給源である熱源機器の熱負荷、電力負荷の最適化処理を行う。
As a difference from the above basic calculation process, the fuel
(1)ステップS201
燃料消費量計算部22は、不足分熱量の供給源である熱源機器の燃料消費量が最適(最少)であるか確認する。燃料消費量が最適(最少)である場合(ステップS201でYes)、算出された燃料消費量を最適な燃料消費量として決定する(ステップS116に移行)。
(1) Step S201
The fuel consumption
(2)ステップS202
燃料消費量計算部22は、燃料消費量が最適(最少)でない場合(ステップS201でNo)、熱源機器の負荷分散を変更し、再度、発電用/推進用エンジン出力の初期値を設定する(ステップS104に移行)。
(2) Step S202
When the fuel consumption is not optimal (minimum) (No in step S201), the fuel
他の処理については、上記の基本計算処理と同様である。 Other processes are the same as the basic calculation process described above.
[供給熱量初期値設定処理の追加]
図5を参照して、上記の計算処理(図4参照)に、更にボイラ等の熱源機器の供給熱量の初期値を設定する処理を追加した場合について説明する。ここでは、上記の計算処理との差分についてのみ説明する。
[Addition of heat supply initial value setting process]
With reference to FIG. 5, the case where the process which sets the initial value of the heat supply amount of heat source apparatuses, such as a boiler, is further added to said calculation process (refer FIG. 4) is demonstrated. Here, only the difference from the above calculation process will be described.
上記の計算処理との差分として、燃料消費量計算部22は、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する際、事前に(予め)ボイラ等の熱源機器の供給熱量の初期値を設定しておく。
As a difference from the above calculation processing, the fuel
(1)ステップS301
燃料消費量計算部22は、総発電量や総エンジン排気熱量を算出した後(ステップS105の後)、ボイラ等の熱源機器の供給熱量の初期値を設定する。その後、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する(ステップS108に移行)。
(1) Step S301
After calculating the total power generation amount and the total engine exhaust heat amount (after step S105), the fuel consumption
[排熱回収機器追加時の計算処理]
図6A、図6Bを参照して、上記の計算処理(図5参照)において、更に排熱回収機器を追加した場合の計算処理について説明する。ここでは、上記の計算処理との差分についてのみ説明する。
[Calculation process when adding waste heat recovery equipment]
With reference to FIG. 6A and FIG. 6B, the calculation process when the exhaust heat recovery device is further added in the calculation process (see FIG. 5) will be described. Here, only the difference from the above calculation process will be described.
上記の計算処理との差分として、燃料消費量計算部22は、排熱回収機器の発電負荷率の最適化処理を行う。
As a difference from the above calculation process, the fuel
(1)ステップS401
燃料消費量計算部22は、熱源機器の負荷分散を決定した後(ステップS103の後)、エンジン出力に応じた排熱回収機器の負荷率の初期値を設定する。なお、排熱回収機器が複数ある場合、燃料消費量計算部22は、各排熱回収機器の排熱利用の優先順位と、排熱利用量の上限値と、負荷率の初期値を設定する。その後、発電用/推進用エンジン出力の初期値を設定する(ステップS104に移行)。
(1) Step S401
After determining the load distribution of the heat source device (after step S103), the fuel consumption
(2)ステップS402
燃料消費量計算部22は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下である場合(ステップS113でYes)、排熱回収機器の発電量に伴うエンジン効率変動を加味した燃料消費量を算出する。
(2) Step S402
When the difference between the total power generation amount and the total required power amount is equal to or less than a predetermined threshold (Yes in step S113), the fuel consumption
(3)ステップS403
燃料消費量計算部22は、エンジン効率変動を加味した燃料消費量が最適(最少)であるか確認する。エンジン効率変動を加味した燃料消費量が最適(最少)である場合(ステップS403でYes)、更に、不足分熱量の供給源である熱源機器の燃料消費量が最適(最少)であるか確認する(ステップS201に移行)。
(3) Step S403
The fuel
(4)ステップS404
燃料消費量計算部22は、エンジン効率変動を加味した燃料消費量が最適(最少)でない場合(ステップS403でNo)、排熱回収機器の発電負荷率を変更し、再度、発電用/推進用エンジン出力の初期値を設定する(ステップS104に移行)。
(4) Step S404
The fuel
[本実施形態固有の作用・効果]
本実施形態を適用することにより、排熱回収機器を備えた排熱回収システムを搭載する船舶の最適な運用計画が作成可能となり、燃費低減運航が可能となる。
[Operations and effects unique to this embodiment]
By applying this embodiment, it is possible to create an optimal operation plan for a ship equipped with an exhaust heat recovery system equipped with an exhaust heat recovery device, and to operate with reduced fuel consumption.
また、本実施形態を適用することにより、出航前もしくは航行中に、低燃費、低コスト、低環境負荷等を目的とした運航計画を行うシステムにおいて、任意の条件における正確なエネルギー収支の算出が可能となる。 In addition, by applying this embodiment, an accurate energy balance can be calculated under arbitrary conditions in a system that performs an operation plan aimed at low fuel consumption, low cost, low environmental load, etc. before departure or during navigation. It becomes possible.
<各実施形態の関係>
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。例えば、運航計画作成時(運航前)には第2実施形態を実施し、リアルタイム最適運転制御時(運航中)には第1実施形態を実施することが考えられる。この場合、本発明に係るエネルギー管理システムは、図7に示すように、全実施形態が実施可能な構成となる。
<Relationship between each embodiment>
Note that the above embodiments can be implemented in combination. For example, it is conceivable to implement the second embodiment at the time of creating an operation plan (before operation) and to implement the first embodiment at the time of real-time optimum operation control (during operation). In this case, the energy management system according to the present invention has a configuration in which all the embodiments can be implemented as shown in FIG.
[エネルギー管理システム]
図7に示すように、本実施形態に係るエネルギー管理システムは、リアルタイム最適運転制御部10と、運航計画作成部20を備える。
[Energy management system]
As shown in FIG. 7, the energy management system according to the present embodiment includes a real-time optimum
リアルタイム最適運転制御部10は、入力値取得部11と、目標値設定部12と、指令値計算部13と、指令値出力部14を備える。
The real-time optimum
運航計画作成部20は、予測データ作成部21と、燃料消費量計算部22と、運転計画部23と、運転計画更新部24と、運転実績記憶部25を備える。
The operation
入力値取得部11、目標値設定部12、指令値計算部13、指令値出力部14、予測データ作成部21、燃料消費量計算部22、運転計画部23、運転計画更新部24、及び運転実績記憶部25の各々については、基本的に、前述の通りである。
Input
<ハードウェアの例示>
以下に、本発明に係るエネルギー管理システムを実現するための具体的なハードウェアの例について説明する。
<Example of hardware>
Below, the example of the concrete hardware for implement | achieving the energy management system which concerns on this invention is demonstrated.
図示しないが、本発明に係るエネルギー管理システムは、プログラムに基づいて駆動し所定の処理を実行するプロセッサと、当該プログラムや各種データを記憶するメモリを備えた計算機等の電子機器によって実現される場合がある。 Although not shown, the energy management system according to the present invention is realized by an electronic device such as a computer that includes a processor that drives based on a program and executes predetermined processing, and a memory that stores the program and various data. There is.
上記のプロセッサの例として、CPU(Central Processing Unit)、ネットワークプロセッサ(NP:Network Processor)、マイクロプロセッサ(microprocessor)、マイクロコントローラ(microcontroller)、或いは、専用の機能を有する半導体集積回路(LSI:Large Scale Integration)等が考えられる。 Examples of the processor include a CPU (Central Processing Unit), a network processor (NP), a microprocessor, a microcontroller (microcontroller), or a semiconductor integrated circuit (LSI: Large Scale) having a dedicated function. Integration) or the like.
上記のメモリの例として、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリ等の半導体記憶装置、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の補助記憶装置、又は、DVD(Digital Versatile Disk)等のリムーバブルディスクや、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等の記憶媒体(メディア)等が考えられる。また、バッファ(buffer)やレジスタ(register)等でも良い。 Examples of the memory include semiconductor storage devices such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), a flash memory, and an HDD (Hold SMD). An auxiliary storage device such as State Drive), a removable disk such as a DVD (Digital Versatile Disk), a storage medium such as an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like is conceivable. Further, a buffer, a register, or the like may be used.
なお、上記のプロセッサ及び上記のメモリは、一体化していても良い。例えば、近年では、マイコン等の1チップ化が進んでいる。したがって、電子機器に搭載される1チップマイコンが、上記のプロセッサ及び上記のメモリを備えている事例も考えられる。 Note that the processor and the memory may be integrated. For example, in recent years, a single chip such as a microcomputer has been developed. Therefore, a case where a one-chip microcomputer mounted on an electronic device includes the above processor and the above memory can be considered.
但し、実際には、これらの例に限定されない。 However, actually, it is not limited to these examples.
<備考>
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
<Remarks>
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, actually, it is not restricted to said embodiment, Even if there is a change of the range which does not deviate from the summary of this invention, it is included in this invention.
10… リアルタイム最適運転制御部
11… 入力値取得部
12… 目標値設定部
13… 指令値計算部
14… 指令値出力部
20… 運航計画作成部
21… 予測データ作成部
22… 燃料消費量計算部
23… 運転計画部
24… 運転計画更新部
25… 運転実績記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
船内全体の電力需要と熱需要を入力する手段と、
前記船内全体の電力需要及び熱需要と、船速、推進出力、エンジン出力、及び燃料消費率のうち少なくとも1つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力の最適点を算出する手段と、
前記最適点に基づき、発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力、並びに船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力する手段と
を具備する
エネルギー管理システム。 An energy management system for a ship having an engine generator and a waste heat recovery device as a power generation system,
A means to input the power demand and heat demand of the entire ship,
Minimize fuel consumption by calculating the supply and demand balance of the power system and heat system that satisfy the power demand and heat demand of the entire ship and the target value in at least one of the ship speed , propulsion output , engine output , and fuel consumption rate. Means for calculating the optimum point of power generation engine output, propulsion engine output , and exhaust heat recovery equipment output;
Based on said optimum point, the energy management system and means for outputting power generation engine output, propulsion engine power, and exhaust heat recovery device outputs, as well as the respective command values inboard equipment operation control.
前記最適点を算出する手段は、
反復法による球根アルゴリズムを用いて前記需給バランス計算を行い、前記排熱回収機器を具備する熱系統の計算では、高圧蒸気系統、低圧蒸気系統、温水系統、及び冷水系統の各系統の過不足熱量を算出し、不足分熱量に応じて熱源機器を稼働させ、実機構成を反映した計算を行う手段と、
前記指令値と、時々刻々変化する前記船内全体の電力需要と熱需要とにより変動する前記最適点を算出する手段と
を含む
エネルギー管理システム。 The energy management system according to claim 1,
The means for calculating the optimum point is:
Performs the supply-demand balance calculation using bulbs algorithm by iterative method, wherein in the calculation of the thermal system having a heat recovery device, a high pressure steam system, low-pressure steam system, hot water system, and excess and deficiency of the systems of cold water system Means for calculating the amount of heat, operating the heat source device according to the insufficient amount of heat, and performing a calculation reflecting the actual machine configuration;
An energy management system comprising: the command value; and means for calculating the optimum point that fluctuates depending on the power demand and heat demand of the entire ship that changes from moment to moment.
評価対象とする航海について、過去の実績データベースから類似ケースを抽出して参照し、運航計画、船内の居住区及び施設で想定される需要の発生状況に基づいて時系列のエネルギー需要の予測データを作成する手段と、
前記予測データに基づいて電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、時系列の燃料消費量、電力消費量、及び熱消費量、並びに船内機器の運転計画を算出する手段と、
運航後、実績データ、及び前記実績データと前記予測データとの偏差を、前記実績データベースに蓄積して、次の航海にフィードバックする手段と
を更に具備する
エネルギー管理システム。 The energy management system according to claim 1 or 2,
For voyages to be evaluated, extract similar cases from past performance databases , refer to them, and provide time series energy demand forecast data based on the operational plans, the inhabited areas and facilities, and the expected generation of demand. Means to create,
On the basis of the prediction data carried out supply and demand balance calculation of the power system and thermal systems, when fuel consumption line, means for calculating power consumption, and heat consumption, and the operation plan of the ship equipment,
An energy management system further comprising means for accumulating actual data and deviation between the actual data and the predicted data in the actual database after operation and feeding back to the next voyage.
運行中、前記予測データの更新周期に合わせて前記予測データを更新する手段と、
当初の予測データとの偏差の累計が許容範囲を超えた場合、再度、前記予測データに基づいて電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、時系列の燃料消費量、電力消費量、及び熱消費量、並びに船内機器の運転計画を算出する手段と
を更に具備する
エネルギー管理システム。 The energy management system according to claim 3,
Means for updating the prediction data in accordance with the update period of the prediction data during operation;
If the cumulative deviation from the original forecast data exceeds the allowable range, the power supply and heat system supply-demand balance is calculated again based on the forecast data, and the time series fuel consumption, power consumption, and heat are calculated. consumption, as well as further energy management system and means for calculating the operation plan of the ship equipment.
前記予測データに、発生時間の変更可否及び発生有無を示す属性を持たせて、変更可能な需要に優先度を割当てる手段と、
不足分熱量に応じて熱源機器が稼働している時間帯を特定する手段と、
前記変更可能な需要のうち、優先度の高い順に熱需要を変更させた場合の熱系統の計算を行う手段と、
前記変更可能な需要のうち、優先度の高い順に電力需要を変更させた場合の電力系統の計算を行う手段と、
対象時間帯を一定時間間隔に分割し、制約条件を満たす範囲において発生タイミングを順番にシフトさせ、再度需給バランス計算を行う手段と、
上記の計算を繰り返し実行し、最も燃費低減効果が大きいものを選択する手段と
を更に具備する
エネルギー管理システム。 The energy management system according to claim 3 or 4,
Wherein the prediction data, and to have an attribute indicating whether to change and occurrence or non-occurrence of generation time, and means for assigning priority to changeable demands,
Means for identifying the time zone during which the heat source device is operating according to the amount of heat shortage,
Among the changeable demand, means for performing a calculation of the thermal strains when was changed heat demand in order of priority,
Among the changeable demand, means for performing calculation of power system when was changed power demand in order of priority,
Means for dividing the target time period into fixed time intervals, sequentially shifting the occurrence timing within a range that satisfies the constraint conditions, and calculating the supply-demand balance again;
An energy management system further comprising means for repeatedly executing the above calculation and selecting a unit having the greatest effect of reducing fuel consumption.
船内全体の電力需要と熱需要を入力することと、
前記船内全体の電力需要及び熱需要と、船速、推進出力、エンジン出力、及び燃料消費率のうち少なくとも1つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力の最適点を算出することと、
前記最適点に基づき、発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力、並びに船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力することと
を含む
エネルギー管理方法。 An energy management method implemented in a ship having an engine generator and a waste heat recovery device as a power generation system,
Entering power and heat demand for the entire ship,
Minimize fuel consumption by calculating the supply and demand balance of the power system and heat system that satisfy the power demand and heat demand of the entire ship and the target value in at least one of the ship speed , propulsion output , engine output , and fuel consumption rate. Calculating the optimal point of the power generation engine output, propulsion engine output , and exhaust heat recovery equipment output,
Energy management method comprising a said based on the optimum point, the power generating engine output, propulsion engine power, and exhaust heat recovery device output, and outputs a respective command values inboard equipment operation control.
船内全体の電力需要と熱需要を入力するステップと、
前記船内全体の電力需要及び熱需要と、船速、推進出力、エンジン出力、及び燃料消費率のうち少なくとも1つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力の最適点を算出するステップと、
前記最適点に基づき、発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力、並びに船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力するステップとを電子機器に実行させるための
プログラム。
A program for energy management in a ship having an engine generator and a waste heat recovery device as a power generation system,
Entering power and heat demand for the entire ship,
Minimize fuel consumption by calculating the supply and demand balance of the power system and heat system that satisfy the power demand and heat demand of the entire ship and the target value in at least one of the ship speed , propulsion output , engine output , and fuel consumption rate. Calculating the optimum point of power generation engine output, propulsion engine output , and exhaust heat recovery equipment output ; and
Based on the optimum point, the power generating engine output, propulsion engine power, and exhaust heat recovery device output, and program for executing the steps to the electronic device for outputting the respective command values inboard equipment operation control.
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