JP6044922B2 - Ship hybrid operation system and hybrid operation ship - Google Patents

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Description

本発明は、省エネルギー効果を実現することができる船舶のハイブリッド運航システムおよびハイブリッド運航船に関する。   The present invention relates to a marine vessel hybrid operation system and a hybrid vessel that can realize an energy saving effect.

船舶の運航時におけるエネルギー使用量は、荷役(荷積み)、港内操船、通常航海、港内操船、荷役(荷揚げ)という運航モードの変化、さらに風浪等の外力の負荷変動により時間的に変化している。運航モードの変化によるエネルギー使用量の変動は比較的定性的であるが、風浪等の外力の負荷の変化によるエネルギー使用量の変動は比較的短い時間に非定性的に変動する。
船舶の運航時におけるエネルギー効率の向上は、省エネルギー(以下、適宜「省エネ」)という。)運航、ひいてはGHG(温室効果ガス)排出量削減に大きく貢献することから、従来、多くの取り組みが行われてきた(例えば、特許文献1〜6)。
The amount of energy used during the operation of a ship changes over time due to changes in operation modes such as cargo handling (loading), marine vessel maneuvering, normal voyage, port maneuvering, cargo handling (unloading), and load fluctuations of external forces such as wind waves. Yes. The fluctuation of the energy usage due to the change of the operation mode is relatively qualitative, but the fluctuation of the energy usage due to the change of the load of the external force such as the wind fluctuates non-qualitatively in a relatively short time.
Improvement of energy efficiency during ship operation is referred to as energy saving (hereinafter referred to as “energy saving” as appropriate). ) Many efforts have been made in the past (for example, Patent Documents 1 to 6) because it greatly contributes to the reduction of GHG (greenhouse gas) emissions.

特許文献1には、主機関が作動不能な状態であっても、自らの緊急避難を可能とすることを目的として、主機関と、主機関と結合されて動力断接を行うクラッチと、クラッチの出力軸に直結されるプロペラ軸およびプロペラを有し、動力伝達軸の途中には、動力伝達軸と直結される回転子を備えて、発電又は空転或いは動力補助を行う軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機を、他の電源装置と接続される電力中央連系盤に接続した船舶推進装置が記載されている。   Patent Document 1 discloses that a main engine, a clutch coupled to the main engine and connected to and disconnected from the main engine for the purpose of enabling emergency evacuation even when the main engine is inoperable, and a clutch A propeller shaft and a propeller that are directly connected to the output shaft, and a rotor that is directly connected to the power transmission shaft is provided in the middle of the power transmission shaft, and a shaft drive generator that performs power generation, idling, or power assistance is provided. A ship propulsion device is described in which the shaft-driven generator is connected to a power central interconnection panel connected to another power supply device.

特許文献2には、船舶の入港時以降接岸時までの間、補機発電機を駆動する補機用原動機を効率よい領域で運転することを目的として、入港時に電気推進器部の推力を下げて推進する際にその消費電力が閾値以下になると制御回路により電力貯蔵装置を補機発電機から充電させ、その充電動作中に始動スイッチの始動指令を受ける場合、電力貯蔵装置を放電動作させてバウスラスタにその放電電力を供給する船舶エネルギーシステムが記載されている。   In Patent Document 2, the thrust of the electric propulsion unit is reduced at the time of entering the port for the purpose of operating the auxiliary motor for driving the auxiliary generator in an efficient region from the time of arrival of the ship to the time of berthing. When the power consumption becomes below the threshold when propelling the power storage device, the control circuit charges the power storage device from the auxiliary generator, and when the start command of the start switch is received during the charging operation, the power storage device is discharged. A marine energy system is described that supplies bow power to its discharge power.

特許文献3には、船舶の走行において、効果的に節電することを目的として、電動機の出力軸上に、カウンターウェイトフライホイールおよび回転速度検知器を設置し、交流発電機の電力出力端をバッテリーユニットに連結した電動船舶の節電動力構造が記載されている。   In Patent Document 3, a counterweight flywheel and a rotational speed detector are installed on the output shaft of an electric motor for the purpose of saving power effectively during ship travel, and the power output terminal of the AC generator is connected to a battery. A power saving structure of an electric ship connected to the unit is described.

特許文献4には、海洋船における負荷応答特性を改善することを目的として、海洋船上のメインスイッチボードに、ジェネレータにより供給される追加の電気エネルギーを蓄えるように構成される電源バンクを接続した構造が記載されている。   Patent Document 4 discloses a structure in which a power bank configured to store additional electrical energy supplied by a generator is connected to a main switch board on a marine ship for the purpose of improving load response characteristics in the marine ship. Is described.

特許文献5には、各種の外乱を考慮した上で、定時運航を行うための運航管理を自動的に行うことを目的として、計画運航パターン作成部と、実運航パターン作成部と、船舶の運航時間に関する第1基準を満たす運航パターンを選択する運航時間評価部と、船舶の運航エネルギーに関する第2基準を満たす運航パターンを選択する運航エネルギー評価部とを備えて構成される船舶運航管理装置が記載されている。   In Patent Document 5, in consideration of various disturbances, for the purpose of automatically performing operation management for performing scheduled operations, a planned operation pattern creation unit, an actual operation pattern creation unit, and a ship operation A vessel operation management device configured to include an operation time evaluation unit that selects an operation pattern that satisfies a first criterion regarding time and an operation energy evaluation unit that selects an operation pattern that satisfies a second criterion related to vessel operation energy is described. Has been.

特許文献6には、船舶の推進のためのプロペラを駆動する交流電動機が、航行中に減速時や潮流などの影響で発電機として駆動されることにより発生する交流電力を、直流電力に変換してキャパシタに蓄えておくことにより、同キャパシタから取り出した直流電力を再び交流電力に変換して、船舶の推進用交流電動機に供給したり、船内電力需要設備へ利用できるようにしたりすることにより、全体として大幅な省エネルギー効果が得られるようにした舶用電気推進装置が記載されている。
このように、同文献には、舶用電気推進装置として、原動機における出力の制御と、キャパシタにおける蓄電の制御とを気象海象予測値および運航実績値に基づいて総合的に行うことにより船舶を最適状態で運航すべく、気象海象予測電子データ受信器および運航データベースからの情報に基づいて原動機の制御およびキャパシタの制御を行う最適運航制御システムが記載されている。
In Patent Document 6, AC power generated when an AC motor that drives a propeller for propulsion of a ship is driven as a generator under the influence of deceleration or current during navigation is converted into DC power. By storing in the capacitor, the DC power taken out from the capacitor is converted back to AC power and supplied to the AC motor for propulsion of the ship, or it can be used for onboard power demand equipment, There is described a marine electric propulsion device which can obtain a significant energy saving effect as a whole.
As described above, this document describes, as a marine electric propulsion device, an optimal state of a ship by comprehensively performing control of output in a prime mover and control of power storage in a capacitor based on predicted meteorological conditions and actual operation values. The optimum operational control system is described that controls the motor and the capacitor based on information from the weather and sea state prediction electronic data receiver and the operational database.

特開2004−359112号公報JP 2004-359112 A 特開2010−116701号公報JP 2010-116701 A 実用新案登録第3150541号公報Utility Model Registration No. 3150541 特表2010−537890号公報Special table 2010-537890 特開2001−291200号公報JP 2001-291200 A 特開2008−24187号公報JP 2008-24187 A

特許文献1〜4に記載の発明はいずれも、船舶が現在遭遇している状況に応じた機関出力の最適化、風浪等の外力の負荷変動に対応するものである。すなわち、これらは、蓄電手段に効率よく蓄電し、エネルギーが不足した時に蓄電されたエネルギーを使用するアイデアが基本となっている。
特許文献5に記載の発明は、定時運航船の運航管理の自動化を目的とするものであり、特に船舶の運航効率の向上に資するものではない。
特許文献6に記載の発明は、船舶を最適状態で運航して定時入港を行うよう制御するものである。しかし、同文献は、定時入港を行う定期船を主体としたものであるため運航データベースも運航実績値に基づくものであり、また、船舶が入港した後に必要となる例えば荷役に必要なエネルギーも何ら考慮されてない。
このように、従来、1航海全体のエネルギー需給バランスを考慮した上で、エネルギー効率の最適化を図ることは行われていない。特に、不定期船を想定した1航海全体のエネルギー効率の最適化を図ることは全く行われていない。
そこで、本発明は、船が目的地に到達した後の例えば荷役の際のエネルギー需給をも含んだ1航海全体のエネルギー需給バランスを最適化することにより、不定期船でも省エネ効果を実現できる船舶のハイブリッド運航システムおよびハイブリッド運航船を提供することを目的としている。
Each of the inventions described in Patent Documents 1 to 4 corresponds to optimization of engine output according to the situation that the ship is currently encountering, and load fluctuations of external force such as wind and waves. That is, these are based on the idea of efficiently storing power in the power storage means and using the stored energy when the energy is insufficient.
The invention described in Patent Document 5 is intended to automate the operation management of a scheduled ship, and does not particularly contribute to the improvement of ship operation efficiency.
The invention described in Patent Document 6 controls to operate a ship in an optimum state and make a regular port entry. However, since this document is mainly based on regular ships that enter the port on a regular basis, the operation database is also based on the actual operation values, and what energy is necessary for cargo handling, for example, after the ship has entered the port. Not considered.
Thus, in the past, energy efficiency has not been optimized in consideration of the energy supply-demand balance of the entire voyage. In particular, no attempt has been made to optimize the energy efficiency of the entire voyage assuming an irregular ship.
Therefore, the present invention optimizes the energy supply / demand balance of the entire voyage including the energy supply / demand at the time of cargo handling, for example, after the ship reaches the destination, thereby enabling an energy saving effect even for irregular ships. It aims to provide a hybrid operation system and a hybrid operation ship.

請求項1に記載の本発明の船舶のハイブリッド運航システムは、主機関と、発電手段と、前記発電手段で発電された電力を蓄える蓄電手段と、前記蓄電手段から出力される電力により駆動される補助駆動手段と、前記主機関および前記補助駆動手段により駆動される船体を推進する推進手段と、前記主機関の運転状態と運航計画に基づいて停泊後の荷役におけるエネルギー消費を含むエネルギー収支計画を立案する立案手段と、前記エネルギー収支計画に基づいて前記発電手段から前記蓄電手段への充電および前記蓄電手段から前記補助駆動手段への放電を制御するとともに停泊後の荷役に必要な電力を残すように前記補助駆動手段への放電を制御する蓄電制御手段を備えたことを特徴とする。
蓄電制御手段が1航海の全体の運航計画を考慮して立案されたエネルギー収支計画に基づいて蓄電手段の充電および放電を行うことにより、1航海の全体としてのエネルギー効率を最適化することができる。ここで「運航計画」とは、港内操船および出港した後の通常航海のみでなく、船舶が目的地に到着した停泊後におけるエネルギー消費をもふまえた計画をいう。例えば、資源やセメント等を運搬するいわゆる不定期船では、船が目的地に到達した後の荷揚げに要するエネルギーをも踏まえたうえ、立案手段により運航計画が立案される。
また、蓄電制御手段が停泊後の荷役に必要な電力を残すように補助駆動手段への放電を制御することにより、停泊後に機関を運転し、発電機によって荷役に要する電気を発生させる必要がなくせるかその総量を減らすことができ、比較的容量の小さな発電機の搭載で済むことから船体重量と機関スペースを節約することができる。
また、推進手段が主機関および補助駆動手段により駆動力を水に伝える手段を兼ねることができる。
Vessel hybrid navigation system of the present invention described in claim 1 includes a main engine, a power generation means, a storage means for storing electric power generated by the power generating means, driven by power output from said power storage means An energy balance plan including energy consumption in cargo handling after berthing based on an operating state and an operation plan of the main engine, and an auxiliary drive means for propelling the main engine and a hull driven by the auxiliary drive means And the charging from the power generation means to the power storage means and the discharge from the power storage means to the auxiliary drive means based on the energy balance plan, and the power necessary for cargo handling after berthing remains As described above, the power storage control means for controlling the discharge to the auxiliary drive means is provided.
The power storage control means charges and discharges the power storage means on the basis of the energy balance plan designed in consideration of the entire operation plan for one voyage, so that the energy efficiency of the whole voyage can be optimized. . Here, the “operation plan” refers to a plan based not only on the maneuvering in the port and the normal voyage after leaving the port, but also on the energy consumption after the berth when the ship arrives at the destination. For example, in a so-called irregular ship that transports resources, cement, and the like, an operation plan is made by the planning means in consideration of the energy required for unloading after the ship reaches the destination.
In addition, it is not necessary to operate the engine after berth and generate electricity required for cargo handling by the generator by controlling the discharge to the auxiliary drive means so that the power storage control means leaves the power necessary for cargo handling after berthing. The total amount can be reduced or a relatively small capacity generator can be installed, and the hull weight and engine space can be saved.
Further, the propulsion means can also serve as means for transmitting the driving force to the water by the main engine and the auxiliary drive means.

請求項2に記載の本発明の船舶のハイブリッド運航システムは、主機関と、前記主機関により駆動される船体を推進する推進手段と、発電手段と、前記発電手段で発電された電力を蓄える蓄電手段と、前記蓄電手段から出力される電力により駆動される補助駆動手段と、前記補助駆動手段により前記船体を補助的に推進する動力を生じさせる補助推進手段と、前記主機関の運転状態と運航計画に基づいて停泊後の荷役におけるエネルギー消費を含むエネルギー収支計画を立案する立案手段と、前記エネルギー収支計画に基づいて前記発電手段から前記蓄電手段への充電および前記蓄電手段から前記補助駆動手段への放電を制御するとともに停泊後の荷役に必要な電力を残すように前記補助駆動手段への放電を制御する蓄電制御手段を備えたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a marine hybrid operation system according to the present invention, wherein a main engine, propulsion means for propelling a hull driven by the main engine, power generation means, and power storage for storing electric power generated by the power generation means. Means, auxiliary driving means driven by the electric power output from the power storage means, auxiliary propulsion means for generating power for auxiliary propulsion of the hull by the auxiliary driving means, operating state and operation of the main engine Planning means for drafting an energy balance plan including energy consumption in cargo handling after berthing based on the plan; charging from the power generation means to the power storage means based on the energy balance plan; and from the power storage means to the auxiliary drive means And storage control means for controlling the discharge to the auxiliary drive means so as to control the discharge of the auxiliary drive means and leave the power necessary for the cargo handling after berthing. The features.
蓄電制御手段が1航海の全体の運航計画を考慮して立案されたエネルギー収支計画に基づいて蓄電手段の充電および放電を行うことにより、1航海の全体としてのエネルギー効率を最適化することができる。The power storage control means charges and discharges the power storage means on the basis of the energy balance plan designed in consideration of the entire operation plan for one voyage, so that the energy efficiency of the whole voyage can be optimized. .
また、蓄電制御手段が停泊後の荷役に必要な電力を残すように補助駆動手段への放電を制御することにより、停泊後に機関を運転し、発電機によって荷役に要する電気を発生させる必要がなくせるかその総量を減らすことができ、比較的容量の小さな発電機の搭載で済むことから船体重量と機関スペースを節約することができる。In addition, it is not necessary to operate the engine after berth and generate electricity required for cargo handling by the generator by controlling the discharge to the auxiliary drive means so that the power storage control means leaves the power necessary for cargo handling after berthing. The total amount can be reduced or a relatively small capacity generator can be installed, and the hull weight and engine space can be saved.

請求項に記載の本発明は、請求項1又は請求項2に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記立案手段は、さらに海象と気象を考慮して前記エネルギー収支計画を立案したことを特徴とする。
上記の構成により、立案手段が海象と気象に基づいて主機関に及ぶ外力を精度良く推定するこができる。
According to a third aspect of the present invention, in the hybrid operation system for a ship according to the first or second aspect , the planning means further formulates the energy balance plan in consideration of sea conditions and weather. And
With the above configuration, the external force exerted on the main engine by the planning means can be accurately estimated based on sea conditions and weather.

請求項に記載の本発明は、請求項1から請求項3のうちの1項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記発電手段は、前記主機関で駆動される構成とし、前記蓄電制御手段は、前記主機関の出力が所定の出力範囲内となるときに、余剰電力を前記蓄電手段に蓄え、前記主機関の出力が前記所定の出力範囲外となるときに、前記蓄電手段から前記補助駆動手段に放電を行う制御をしたことを特徴とする。
主機関を所定の出力範囲で運転することにより、エネルギー効率の良好なものとすることができる。
The present invention is defined in claim 4, in marine hybrid navigation system as recited in one of claims 1 to 3, wherein the power generating means, and configured to be driven by the main engine, before Symbol power storage control means, when the output of the main engine is within the output range of the Jo Tokoro, stored excess power to the power storage unit, when the output of the main engine is the predetermined output range, the storage means The auxiliary driving means is controlled to discharge.
By operating the main engine in a predetermined output range, energy efficiency can be improved.

請求項に記載の本発明は、請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記主機関の運転状態を検出する出力検出手段をさらに備え、前記蓄電制御手段は、前記出力検出手段の検出結果に基づいて、充電および放電を制御したことを特徴とする。 上記の構成により、出力検出手段が検出した主機関の運転状態の検出結果を用いて、蓄電制御手段が充電および放電を制御することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the marine hybrid operation system according to the fourth aspect , further comprising output detection means for detecting an operating state of the main engine, wherein the power storage control means Charging and discharging are controlled based on the detection result. With the above configuration, the power storage control unit can control charging and discharging using the detection result of the operating state of the main engine detected by the output detection unit.

請求項に記載の本発明は、請求項あるいは請求項5に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記所定の出力範囲以下においては、前記主機関の運転を停止したことを特徴とする。
上記の構成により、主機関によるエネルギー効率の悪い領域における運転を防止することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the marine hybrid operation system according to the fourth or fifth aspect , the operation of the main engine is stopped within the predetermined output range.
With the above configuration, it is possible to prevent the main engine from operating in an area where the energy efficiency is poor.

請求項に記載の本発明は、請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記主機関の運転の停止は、港近傍で行ったことを特徴とする。
上記の構成により、主機関の港内における運転によって生じる排気ガスや騒音などの問題を解消することができる
The present invention according to claim 7, in marine hybrid navigation system of claim 6, stop of the operation of the main engine is characterized in that made in the vicinity of the harbor.
With the above configuration, problems such as exhaust gas and noise caused by operation in the port of the main engine can be solved .

求項に記載の本発明は、請求項1から請求項7のうちの1項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記発電手段が前記補助駆動手段としての駆動モータを兼ねたことを特徴とする。
上記の構成により、発電手段および駆動モータを共通にすることができる。
The present invention described in Motomeko 8, in marine hybrid navigation system according to claims 1 to one of the claims 7, said generating means also serves as the driving motor of the said auxiliary driving means Features.
With the above configuration, the power generation means and the drive motor can be shared.

請求項に記載の本発明は、請求項1から請求項のうちの1項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記蓄電手段として2種類の蓄電手段あるいは2系統の蓄電手段を設けたことを特徴とする。
上記の構成により性質の異なる蓄電手段を併用することができる。また、2系統の蓄電手段を設けることとすれば、充電と放電とを切り分けて行うことができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the marine hybrid operation system according to one of the first to eighth aspects, two types of power storage means or two power storage means are provided as the power storage means. It is characterized by that.
With the above configuration, power storage units having different properties can be used in combination. If two power storage units are provided, charging and discharging can be performed separately.

請求項10に記載の本発明は、請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記2種類の蓄電手段は、蓄電池とキャパシタであることを特徴とする。
上記の構成により、発生した電力の大きさや時間に応じた適切な蓄電手段に電力を蓄え、必要な電力の大きさや時間に応じた適切な蓄電手段から電力を供給することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the marine hybrid operation system according to the ninth aspect , wherein the two kinds of power storage means are a storage battery and a capacitor.
With the above configuration, power can be stored in an appropriate power storage unit according to the magnitude and time of the generated power, and power can be supplied from an appropriate power storage unit according to the required power level and time.

請求項11に記載の本発明は、請求項10に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記蓄電制御手段は、電力負荷変化の大きさに応じて前記蓄電池と前記キャパシタの放電を制御したことを特徴とする。
上記の構成により、船舶において用いられる電力の負荷変化の大きさに応じて、電力の用途に応じた適切な蓄電手段から電力を供給することができる。さらに、例えば補助駆動手段に電力を供給すれば、主機関の負荷変動を抑制することができ、機関効率の向上を図ることができる。
The present invention described in claim 11 is the marine hybrid operation system according to claim 10 , wherein the storage control means controls the discharge of the storage battery and the capacitor according to the magnitude of the change in power load. Features.
With the above configuration, electric power can be supplied from an appropriate power storage unit according to the use of electric power according to the magnitude of load change of electric power used in the ship. Furthermore, for example, if electric power is supplied to the auxiliary drive means, load fluctuations of the main engine can be suppressed, and engine efficiency can be improved.

請求項12に記載の本発明は、請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、前記推進手段として可変ピッチプロペラを用い、前記出力検出手段は前記可変ピッチプロペラの回転数およびピッチ角を検出し、前記蓄電制御手段は前記出力検出手段の検出結果に基づいて充電および放電を制御したことを特徴とする。
上記のように、可変ピッチプロペラと蓄電制御手段とが共働するように、すなわち相互に関連するようにこれらを制御すれば、主機関による推進手段の駆動と蓄電制御手段よる充電放電とを関連させて制御することができる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the marine hybrid operation system according to the fifth aspect , a variable pitch propeller is used as the propulsion unit, and the output detection unit detects a rotation speed and a pitch angle of the variable pitch propeller. The power storage control unit controls charging and discharging based on a detection result of the output detection unit .
As described above, if the variable pitch propeller and the power storage control means work together, that is, they are controlled so as to be related to each other, the driving of the propulsion means by the main engine and the charge / discharge by the power storage control means are related. Can be controlled.

請求項13に記載の本発明のハイブリッド運航船は、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載した船舶のハイブリッド運航システムを搭載したことを特徴とする。 A hybrid operating ship according to a thirteenth aspect of the present invention is equipped with the marine hybrid operating system according to any one of the first to twelfth aspects.

本発明のハイブリッド運航システムは、1航海の全体としてのエネルギー効率を最適化することができるため、全体最適化による高い省エネルギー効果を実現することが可能となる。特に、運転状態と運航計画に基づいて停泊後の荷役におけるエネルギー消費を含むエネルギー収支計画を立案手段で立案し、蓄電手段の充電および放電を制御するため、不定期船にも適用が可能となる。
また立案手段は、さらに海象と気象を考慮してエネルギー収支計画を精度よく立案可能である。
主機関をエネルギー効率の良好な所定の出力範囲で運転することとすれば、省エネルギー効果をさらに向上させることが可能となる。主機関が所定の出力範囲内で運転され余力のあるときに蓄電手段に余剰電力を蓄え、所定の出力範囲外で蓄電手段から放電を行って補助駆動手段で駆動することにより、主機関をエネルギー効率の良好な所定の出力範囲内に戻したり、良好な所定の出力範囲の近傍で運転することが可能となる。
主機関の出力の検出結果を蓄電制御手段による制御に用いる構成、所定の出力範囲以下において主機関の運転を停止する構成とすること、および、主機関の運転停止を港近傍で行う構成とすることは、主機関の一層効率的な運転、および港内における排気ガスや騒音の問題の解決等にも有効である。
停泊後に機関を運転する必要がないように、停泊後の荷役に必要な電力を残すよう補助駆動手段への放電を制御すれば、省エネルギー効果の向上および港での機関の運転による問題の解消にも有効である。
推進手段が主機関および補助駆動手段により駆動される構成、および発電手段および駆動モータを共通のものとする構成によれば、ハイブリッド運航システムの構成を簡略化することが可能である。
性質の異なる蓄電手段を併用する構成によれば、適切な蓄電手段を用いて充電および放電を行うことが可能となる。例えば、蓄電手段として蓄電池とキャパシタとを併用すれば、電力の大きさや時間当たりの電力に応じて適切な蓄電手段を用いることができる。また、電力負荷変化に応じて放電を制御することにより、用途に応じた適切な蓄電手段から電力を供給して、省エネルギー効果をさらに向上させることが可能となる。
可変ピッチプロペラと蓄電制御手段とが共働するよう制御すれば、すなわち、出力検出手段が可変ピッチプロペラの回転数およびピッチ角を検出し、蓄電制御手段が出力検出手段の検出結果に基づいて充電および放電を制御すれば、主機関による推進手段の駆動と蓄電制御とを調整して、省エネルギー効果をさらに向上させることが可能となる。さらに補助駆動手段と蓄電制御手段とが共働するよう制御すれば主機関の負荷変動を抑制することができ機関効率の向上を図ることができ、省エネルギー効果の一層の向上につながる。
本発明のハイブリッド運航船は、本発明の船舶のハイブリッドシステムを搭載しているから、上述した船舶のハイブリッドシステムと同様の効果を奏することが可能である。
Since the hybrid operation system of the present invention can optimize the energy efficiency of one voyage as a whole, it is possible to realize a high energy saving effect by the whole optimization. In particular, the energy balance plan including energy consumption in cargo handling after berthing based on the driving state and the operation plan is formulated by the planning means, and charging and discharging of the power storage means are controlled, so that it can be applied to irregular ships. .
In addition, the planning means can accurately plan an energy balance plan in consideration of sea conditions and weather.
If the main engine is operated in a predetermined output range with good energy efficiency, the energy saving effect can be further improved. When the main engine is operated within a predetermined output range and has surplus power, surplus power is stored in the power storage means, discharged from the power storage means outside the predetermined output range, and driven by the auxiliary drive means. It becomes possible to return to a predetermined output range with good efficiency or to operate in the vicinity of a predetermined predetermined output range.
A configuration in which the detection result of the output of the main engine is used for control by the power storage control means, a configuration in which the operation of the main engine is stopped within a predetermined output range, and a configuration in which the operation of the main engine is stopped near the port This is also effective for more efficient operation of the main engine and solution of exhaust gas and noise problems in the port.
Controlling the discharge to the auxiliary drive means to leave the power necessary for cargo handling after berthing so that it is not necessary to operate the engine after berthing will improve the energy saving effect and eliminate problems due to engine operation at the port. Is also effective.
According to the configuration in which the propulsion unit is driven by the main engine and the auxiliary drive unit, and the configuration in which the power generation unit and the drive motor are shared, the configuration of the hybrid operation system can be simplified.
According to the configuration in which power storage means having different properties are used in combination, charging and discharging can be performed using appropriate power storage means. For example, if a storage battery and a capacitor are used in combination as the power storage means, an appropriate power storage means can be used according to the magnitude of power and the power per hour. In addition, by controlling the discharge according to the change in the power load, it is possible to supply power from an appropriate power storage unit according to the application and further improve the energy saving effect.
If control is performed so that the variable pitch propeller and the power storage control means work together, that is, the output detection means detects the rotation speed and pitch angle of the variable pitch propeller, and the power storage control means charges based on the detection result of the output detection means. If the discharge is controlled, the driving of the propulsion means by the main engine and the power storage control can be adjusted to further improve the energy saving effect. Furthermore, if the auxiliary driving means and the power storage control means are controlled to work together, the load fluctuation of the main engine can be suppressed, the engine efficiency can be improved, and the energy saving effect can be further improved.
Since the hybrid operating ship of the present invention is equipped with the marine hybrid system of the present invention, the same effect as the marine hybrid system described above can be obtained.

本発明の第1の実施形態の船舶のハイブリッド運航システムの概略を示すブロック図The block diagram which shows the outline of the hybrid operation system of the ship of the 1st Embodiment of this invention 最適な航路を決定する方法を説明する説明図Explanatory drawing explaining how to determine the optimal route 1航海全体における船舶の主機関の出力変化の一例を示すグラフA graph showing an example of changes in the output of the ship's main engine during one voyage 図1の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、立案手段がさらに海象と気象を考慮する場合を説明するグラフIn the marine hybrid operation system of FIG. 1, a graph explaining a case where the planning means further considers sea conditions and weather 本発明の第2の実施形態の船舶のハイブリッド運航システムの概略を示すブロック図The block diagram which shows the outline of the hybrid operation system of the ship of the 2nd Embodiment of this invention.

本発明は、例えば、荷役時のような目的地に到着した後のエネルギー需要をも含めた比較的長期と考えられる1航海全体のエネルギー需給バランスを推定し、エネルギー収支計画を立案する不定期船を想定した船舶のハイブリッド運航システムである。また、航海毎に最適なエネルギー収支計画を立案する際、気象・海象の予測データを用いて当該船舶に対する外力の影響をも考慮することにより、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
このように、本発明は、1航海全体のエネルギー需給バランスを考慮することで、1航海全体において消費されるエネルギー全体としての最適化を図り、大きな省エネルギー効果を実現するものである。
The present invention, for example, estimates the energy supply / demand balance of an entire voyage that is considered to be relatively long, including the energy demand after arriving at a destination such as cargo handling, and develops an energy balance plan. This is a hybrid navigation system for ships. Further, when an optimum energy balance plan is prepared for each voyage, energy efficiency can be further improved by taking into consideration the influence of external forces on the ship using weather / sea state prediction data.
As described above, the present invention achieves a great energy saving effect by considering the energy supply and demand balance of the entire voyage, thereby optimizing the entire energy consumed in the entire voyage.

(第1の実施形態)
図2は最適な航路を決定する方法を説明する説明図である。同図に示すように、船舶による荷物運搬の運航計画を立てる際、運航スケジュールを確保し、遅延により生じる責任を回避することが重視される。すなわち、荷主からの「遅れない」要請に応えることが目的とされる。このため、気象海象の不確実性を踏まえた上で、航海速力を一定として最短航路を選択することが、従来の運航の実態であった。この結果、余裕を持って目的地に到達して船舶が沖待ちをするという事態が生じる。
そこで、気象・海象予測情報を踏まえた上で、最適航海計画(最適航路、最適船速)を立てることにより、定時運航におけるスケジュールの確保や、燃料消費量の削減を図ることも行われる。
しかし、従来、出発地から目的地までの航海において、その場で局所的なエネルギー効率の最適化が図られていたに過ぎない。
(First embodiment)
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a method for determining an optimum route. As shown in the figure, when making an operation plan for cargo transportation by ship, it is important to secure an operation schedule and avoid the responsibility caused by delay. In other words, the purpose is to respond to “no delay” requests from shippers. For this reason, it has been the actual situation of conventional operations to select the shortest route while keeping the navigation speed constant based on the uncertainty of weather and sea conditions. As a result, a situation occurs where the ship reaches the destination with a margin and the ship waits for offshore.
Therefore, it is also possible to secure a schedule for scheduled operations and reduce fuel consumption by establishing an optimal navigation plan (optimal route, optimal ship speed) based on weather and sea state prediction information.
However, conventionally, in the voyage from the starting point to the destination, local energy efficiency has only been optimized on the spot.

図3は1航海全体における船舶の主機関の出力変化の一例を示すグラフであり、セメントを運ぶ不定期船についての例を示している。同図に示した例では、1航海が、荷役(荷積み)、港内操船、通常航海、港内操船、および荷役(荷揚げ)からなっている。
荷積みは、一般に陸上の設備を用いて行われる。このため、荷積みのために主機関から大きな出力を得る必要はない。これに対して、荷揚げは、一般に船舶側の設備を用いて行われる。図3に示したセメントを運ぶ不定期船の例では、荷揚げにおいて最初の段階で非常に大きな出力を得る必要がある。
FIG. 3 is a graph showing an example of a change in the output of the main engine of the ship in one voyage, and shows an example of an irregular ship carrying cement. In the example shown in the figure, one voyage is composed of cargo handling (loading), harbor maneuvering, normal voyage, harbor maneuvering, and cargo handling (unloading).
Loading is generally performed using land facilities. For this reason, it is not necessary to obtain a large output from the main engine for loading. On the other hand, unloading is generally performed using ship-side equipment. In the example of the non-regular ship carrying cement shown in FIG. 3, it is necessary to obtain a very large output at the first stage of unloading.

しかし、上述したとおり、従来、運航計画において、船舶が出発地および目的地において消費するエネルギーをも考慮して、1航海全体のエネルギー需給バランスを最適化することは行われていなかった。本発明の発明者は、従来考慮されていなかった停泊時において消費するエネルギーをも考慮してエネルギー収支計画を立案することにより、すなわち、港内操船および通常航海に要するエネルギーに加えて、船舶が停泊しているときに消費するエネルギーをも考慮したエネルギー収支計画を立案しこれに基づいて蓄電制御を行うことにより、1航海全体のエネルギー効率を向上させて省エネルギー化を実現できることを見いだした。   However, as described above, conventionally, in the operation plan, the energy supply / demand balance of the entire voyage has not been optimized in consideration of the energy consumed by the ship at the starting point and the destination. The inventor of the present invention creates an energy balance plan in consideration of energy consumed at the time of anchoring, which has not been considered in the past, that is, in addition to the energy required for maneuvering in a port and normal voyage, We have found that energy efficiency can be realized by improving the energy efficiency of the entire voyage by formulating an energy balance plan that also takes into account the energy consumed during operation and performing power storage control based on this plan.

船舶のライフサイクル(建造、運航、スクラップ)において生じるGHGの98%は、運航において排出されるものである。このため、船舶の運航を省エネルギー化することは、GHGの抑制に極めて有効である。
例えば、図3に破線で示したように、低い出力を維持すると同時に荷揚げに要するエネルギーを蓄えておき、荷揚げの際に蓄えたエネルギーを用いるというエネルギー収支計画を立案し、このエネルギー収支計画に基づいて電力の需給を制御する。このようにすれば、1航海全体のエネルギー需給バランスを最適化し、省エネルギー化を実現することができる。
この1航海全体のエネルギー需給バランスの最適化による省エネルギー化は、図3に示したように、目的地における荷役(荷揚げ)のために、通常航海に用いられる所定の出力範囲以上の大出力を発生させる必要がある場合に特に有効である。
98% of the GHG generated in the ship life cycle (construction, operation, scrap) is emitted during operation. For this reason, energy saving in the operation of the ship is extremely effective in suppressing GHG.
For example, as shown by a broken line in FIG. 3, an energy balance plan is prepared in which energy required for unloading is stored while maintaining a low output, and the energy stored at the time of unloading is used, and based on this energy balance plan. Power supply and demand. In this way, energy balance can be realized by optimizing the energy supply / demand balance of the entire voyage.
This energy saving by optimizing the energy supply / demand balance of the entire voyage, as shown in Fig. 3, generates a large output that exceeds the specified output range used for normal voyages for cargo handling (unloading) at the destination. It is especially effective when it is necessary to make it.

図1は本実施形態の船舶のハイブリッド運航システムの概略を示すブロック図である。同図に示すように本実施形態の船舶のハイブリッド運航システム100は、主機関1、プロペラ(推進手段)2、発電手段兼補助駆動手段3、蓄電手段(蓄電池)4、蓄電手段(キャパシタ)5、立案手段6、蓄電制御手段7、気象海象情報取得装置8、運航計画入力装置9、船体運動計測装置10および出力検出手段11を備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a marine hybrid operation system of the present embodiment. As shown in the figure, the marine hybrid operation system 100 of this embodiment includes a main engine 1, a propeller (propulsion means) 2, a power generation means / auxiliary drive means 3, a power storage means (storage battery) 4, and a power storage means (capacitor) 5. , Planning means 6, power storage control means 7, meteorological sea state information acquisition device 8, operation plan input device 9, hull motion measurement device 10 and output detection means 11.

本実施形態では、主機関1としてエンジンを用いた場合を説明する。ただし、主機関1はエンジンに限られるものではない。例えば、ポッド推進機のように、電気エネルギーのみを用いて駆動力を生じさせるものであってもよい。
プロペラ2は、主機関1により駆動される船体12を推進する推進手段であり、本実施形態では、主機関1に加えて、発電手段兼補助駆動手段3により駆動可能な構成となっている。また、プロペラ2として、その羽根のピッチを変化させることができる可変ピッチプロペラを用いてもよい。
In the present embodiment, a case where an engine is used as the main engine 1 will be described. However, the main engine 1 is not limited to an engine. For example, a driving force may be generated using only electric energy, such as a pod propulsion device.
The propeller 2 is a propulsion unit that propels the hull 12 driven by the main engine 1. In the present embodiment, the propeller 2 is configured to be driven by the power generation unit / auxiliary drive unit 3 in addition to the main engine 1. Further, as the propeller 2, a variable pitch propeller that can change the pitch of its blades may be used.

発電手段兼補助駆動手段3は、蓄電手段4および蓄電手段5に蓄える電力を発生させる発電手段および、蓄電手段4や蓄電手段5に蓄えられた電力により船体12を補助的に推進する動力を生じさせてプロペラ2を駆動する補助駆動手段(モータ)としても機能するものである。   The power generation means / auxiliary drive means 3 generates power for generating electric power stored in the power storage means 4 and the power storage means 5 and power for assisting propulsion of the hull 12 by the power stored in the power storage means 4 and the power storage means 5. Thus, it also functions as auxiliary driving means (motor) for driving the propeller 2.

発電手段兼補助駆動手段3は、プロペラ2の軸に直接設けられている。これによりエネルギーロスを無くし、プロペラ2の軸から直接エネルギーを取り出すことができる。このため、従来のプロペラ2の軸にギヤを噛まして回転させる軸発電機と比較して、エネルギー効率が向上する。
また、発電手段兼補助駆動手段3は、主機関1よりも船首側(図1では右側)のプロペラ2の軸に設けられている。すなわち、発電手段兼補助駆動手段3とプロペラ2との間に主機関1が位置している。船舶においては、数年に一度、検査のために、プロペラ2の軸を船体12から抜き出す必要があるが、上述した位置に発電手段兼補助駆動手段3を設けることにより、プロペラ2の軸からの取り外しが容易になる。これにより、船舶検査の際
に必要となるプロペラ2の軸抜き出しにも容易に対応することができる
The power generation means / auxiliary drive means 3 is provided directly on the shaft of the propeller 2. As a result, energy loss can be eliminated and energy can be extracted directly from the shaft of the propeller 2. For this reason, energy efficiency improves compared with the shaft generator which meshes and rotates a gear with the shaft of the conventional propeller 2.
Further, the power generation means / auxiliary drive means 3 is provided on the shaft of the propeller 2 on the bow side (right side in FIG. 1) of the main engine 1. That is, the main engine 1 is located between the power generation means / auxiliary drive means 3 and the propeller 2. In a ship, it is necessary to extract the shaft of the propeller 2 from the hull 12 for inspection once every several years. However, by providing the power generation means / auxiliary drive means 3 at the above-described position, the shaft from the propeller 2 is removed. Easy to remove. Thereby, it can respond easily also to the axial extraction of the propeller 2 required in the case of ship inspection.

発電手段兼補助駆動手段3は、主機関1により駆動されるものである。主機関1の運転は所定の出力範囲内で行われるものであり、所定の出力範囲以下においては、その運転を停止する。主機関の運転は、港近傍で停止することが好ましい。
ここで、「所定の出力範囲」とは、主機関1のエネルギー効率が良好となる出力範囲をいう。通常、主機関1「所定の出力範囲」は、その最大出力の40%〜85%程度である。また、「港近傍」とは、主機関を運転することによって港内において排気ガスや騒音などの問題が生じる範囲をいう。具体的には着岸バースから20船長以内の範囲をいう。
The power generation means / auxiliary drive means 3 is driven by the main engine 1. The operation of the main engine 1 is performed within a predetermined output range, and the operation is stopped below the predetermined output range. The operation of the main engine is preferably stopped near the port.
Here, the “predetermined output range” refers to an output range in which the energy efficiency of the main engine 1 is good. Usually, the main engine 1 “predetermined output range” is about 40% to 85% of the maximum output. The term “near the port” refers to a range where problems such as exhaust gas and noise occur in the port by operating the main engine. Specifically, it means the range within 20 captains from the berth berth.

蓄電手段4および蓄電手段5はいずれも、発電手段兼補助駆動手段3で発電された電力を蓄えるものである。本実施形態においては、蓄電手段4を電池で構成し、蓄電手段5をキャパシタで構成している。このように、本実施形態の船舶のハイブリッド運航システム100は、2種類の蓄電手段、具体的には蓄電池(バッテリー)とキャパシタを備えている。   Both the power storage means 4 and the power storage means 5 store the power generated by the power generation means / auxiliary drive means 3. In the present embodiment, the power storage means 4 is constituted by a battery, and the power storage means 5 is constituted by a capacitor. Thus, the marine hybrid operation system 100 of this embodiment includes two types of power storage means, specifically, a storage battery (battery) and a capacitor.

立案手段6は、主機関1の運転状態と1航海全体の運航計画に基づいてエネルギー収支計画を立案するものであり、例えば、中央演算装置(CPU)などを用いることができる。立案手段6は、運航計画入力装置9から入力された1航海全体の運航計画に基づいて、航路における、風、波浪および海流に関する情報を考慮した上でエネルギー収支計画を立案するものである。航路自体は従来用いられている方法に基づいて決定されるが、当該決定された航路において消費するエネルギーに加えて、船舶が目的地に到着した停泊後において消費するエネルギーを考慮した1航海全体のエネルギー収支計画を立案することにより、1航海全体として消費されるエネルギーを削減することができる。なお、立案手段6に1航海全体の計画を入力する運航計画入力装置9としては、例えば、キーボードなどを用いることができる。   The drafting means 6 drafts an energy balance plan based on the operation state of the main engine 1 and the overall plan for one voyage. For example, a central processing unit (CPU) can be used. The drafting means 6 drafts an energy balance plan in consideration of information on wind, waves, and ocean currents on the route, based on the overall sailing plan input from the sailing plan input device 9. The route itself is determined based on the method used in the past, but in addition to the energy consumed in the determined route, the energy consumed after the berth when the ship arrives at the destination is considered. By formulating an energy balance plan, the energy consumed by the entire voyage can be reduced. For example, a keyboard or the like can be used as the operation plan input device 9 that inputs the plan for the entire voyage to the planning means 6.

立案手段6は、航海中において、気象海象情報取得装置8から海象と気象に関する情報を得て、これらから主機関1に働く外力を推定してエネルギー収支計画を更新する。気象海象情報取得装置8により取得される気象海象情報としては、例えば、3時間毎に発表される情報を用いることができる。この情報を用いる場合、気象海象情報取得装置8により取得された新たな気象海象情報に基づいて、立案手段6において立案されたエネルギー収支計画が随時更新される。   During the voyage, the planning means 6 obtains information on the sea state and the weather from the meteorological sea state information acquisition device 8, estimates the external force acting on the main engine 1 from these, and updates the energy balance plan. As the weather and sea information acquired by the weather and sea information acquisition device 8, for example, information published every 3 hours can be used. When this information is used, the energy balance plan planned by the planning means 6 is updated as needed based on the new weather sea state information acquired by the weather sea state information acquisition device 8.

また、立案手段6は、船体運動計測装置10により計測された船体運動をふまえて、エネルギー収支計画を立案、更新する。船体運動をも考慮することにより、主機関1に働く外力の推定精度が向上する。
立案手段6は、以上のように構成され機能するものであるため、不定期船であっても1航海全体のエネルギー効率の最適化を図ることができる。
Further, the planning unit 6 formulates and updates an energy balance plan based on the hull motion measured by the hull motion measuring device 10. By considering the hull motion, the accuracy of estimating the external force acting on the main engine 1 is improved.
Since the planning means 6 is configured and functions as described above, the energy efficiency of the entire voyage can be optimized even if it is an irregular ship.

図4は図1の船舶のハイブリッド運航システムにおいて、立案手段6がさらに海象と気象を考慮する場合を説明するグラフである。同図には、海象と気象を考慮する必要がある通常航海(図3参照)のときを示している。同図に示すように、船舶の海に対する速度である対水速度および陸に対する速度である対地速度は、船体12を介して主機関1におよぶ外力の影響を受ける。そこで、立案手段6は、この外力の影響を考慮してエネルギー収支計画を随時更新して、エネルギー収支計画の精度を向上させる。   FIG. 4 is a graph for explaining a case where the planning means 6 further considers sea conditions and weather in the marine hybrid operation system of FIG. This figure shows a normal voyage (see Fig. 3) where sea conditions and weather must be considered. As shown in the figure, the water speed, which is the speed of the ship with respect to the sea, and the ground speed, which is the speed with respect to the land, are affected by an external force applied to the main engine 1 via the hull 12. Therefore, the planning unit 6 updates the energy balance plan as needed in consideration of the influence of this external force, and improves the accuracy of the energy balance plan.

蓄電制御手段7は、立案手段6によるエネルギー収支計画に基づいて発電手段兼補助駆動手段3から蓄電手段4、蓄電手段5への蓄電、および蓄電手段4、蓄電手段5から発電手段兼補助駆動手段3への放電を制御するものである。
本実施形態の蓄電制御手段7は、主機関1の出力が所定の出力範囲内となるときに、プロペラ2の駆動に要する出力を超えたエネルギーを用いて余剰電力を蓄電手段4および/または蓄電手段5に蓄える。また、主機関1の出力が所定の出力範囲外となるときに、蓄電手段4および/または蓄電手段5から、発電手段兼補助駆動手段3に放電を行う。ただし、主機関1の出力が所定の出力範囲内であっても、プロペラ2の駆動に要する出力を超えたエネルギー(余力)がない場合、蓄電を行わない。
The power storage control means 7 is based on the energy balance plan by the planning means 6, the power storage from the power generation means / auxiliary drive means 3 to the power storage means 4, the power storage means 5, and the power storage means 4, the power storage means 5 to the power generation means / auxiliary drive means. 3 is controlled.
When the output of the main engine 1 falls within a predetermined output range, the power storage control unit 7 of the present embodiment uses the energy exceeding the output required for driving the propeller 2 to store surplus power and / or power storage unit 4 and / or power storage. Store in means 5. Further, when the output of the main engine 1 is out of a predetermined output range, the power storage means 4 and / or the power storage means 5 discharges to the power generation means / auxiliary drive means 3. However, even if the output of the main engine 1 is within a predetermined output range, if there is no energy (remaining power) exceeding the output required for driving the propeller 2, the power storage is not performed.

蓄電制御手段7による蓄電手段4、蓄電手段5の充電および放電について、図4を参酌しつつ、以下、より具体的に説明する。同図では、主機関1の所定の出力範囲の下限が1850KWである場合を示している(一点鎖線参照)。
蓄電制御手段7は、主機関1の出力が1850KWより大きく(所定の出力範囲内)となるとき(X1、3〜5)、プロペラ2の駆動に要する出力を超えたエネルギーを用いて余剰電力を蓄電手段4および/または蓄電手段5に蓄える。ただし、この場合も、外力の影響により目標とする速度を実現できないときなどには、主機関1の出力を全てプロペラ2の駆動に用い、蓄電を行わない。また、主機関1の出力が1850KW未満となるとき(X2)においては、主機関1の運転を停止し、蓄電手段4および/または蓄電手段5の電力を用いて、発電手段兼補助駆動手段3によりプロペラ2を駆動する。これにより、主機関1をエネルギー効率の良好な範囲で運転しつつ、エネルギー収支計画に基づいて後に必要となるエネルギーを蓄電手段4、蓄電手段5に蓄えることができる。
Hereinafter, charging and discharging of the power storage unit 4 and the power storage unit 5 by the power storage control unit 7 will be described in more detail with reference to FIG. The figure shows a case where the lower limit of the predetermined output range of the main engine 1 is 1850 KW (see the alternate long and short dash line).
When the output of the main engine 1 becomes greater than 1850 KW (within a predetermined output range) (X1, 3 to 5), the power storage control means 7 uses the energy exceeding the output required for driving the propeller 2 to generate surplus power. The electricity is stored in the electricity storage means 4 and / or the electricity storage means 5. However, in this case as well, when the target speed cannot be realized due to the influence of external force, all the output of the main engine 1 is used for driving the propeller 2 and power is not stored. When the output of the main engine 1 is less than 1850 KW (X2), the operation of the main engine 1 is stopped and the power of the power storage means 4 and / or the power storage means 5 is used to generate power and auxiliary drive means 3. To drive the propeller 2. Thereby, the energy required later can be stored in the power storage means 4 and the power storage means 5 based on the energy balance plan while operating the main engine 1 in a range where the energy efficiency is good.

船舶のハイブリッド運航システム100は、主機関1の運転状態を検出する出力検出手段11をさらに備えている。出力検出手段11は、例えば、主機関1に供給される燃料の消費量やプロペラ2の回転数を検出する手段を用いることができる。
また、プロペラ2として可変ピッチプロペラを用いる場合、その回転数とピッチ角を検出する手段を用いることができる。この場合、蓄電制御手段7は可変ピッチプロペラの制御と共働して、蓄電手段4、蓄電手段5の充電および放電を制御する。なお、上述したものではなく、軸馬力計等の主機関1の出力を直接計測する出力計を用いることもできる。
蓄電制御手段7は、蓄電手段4、蓄電手段5の充電および放電を制御するために、出力検出手段11の検出結果を用いる。
The marine hybrid operation system 100 further includes output detection means 11 for detecting the operating state of the main engine 1. As the output detection means 11, for example, means for detecting the consumption of fuel supplied to the main engine 1 and the rotational speed of the propeller 2 can be used.
Further, when a variable pitch propeller is used as the propeller 2, means for detecting the rotation speed and the pitch angle can be used. In this case, the power storage control unit 7 controls charging and discharging of the power storage unit 4 and the power storage unit 5 in cooperation with the control of the variable pitch propeller. In addition, the output meter which directly measures the output of the main engine 1 such as a shaft horsepower meter can be used instead of the above.
The power storage control means 7 uses the detection result of the output detection means 11 in order to control charging and discharging of the power storage means 4 and the power storage means 5.

前記蓄電制御手段7は、蓄電手段4と蓄電手段5の放電を、電力負荷変化に応じて制御する。ここで「電力負荷変化」とは、蓄電手段4、蓄電手段5に蓄電されている電力の単位時間当たりの使用量の変化をいう。例えば、電力の単位時間当たりの使用量の変化が小さい場合には長時間の電力供給に適した蓄電手段(蓄電池)4から、電力の単位時間当たりの使用量の変化が大きい場合には短時間に大きな電力を供給するのに適した蓄電手段(キャパシタ)5から電力が供給されるように制御する。   The power storage control unit 7 controls the discharge of the power storage unit 4 and the power storage unit 5 in accordance with a change in power load. Here, “power load change” refers to a change in the amount of power stored in the power storage means 4 and the power storage means 5 per unit time. For example, when the change in the amount of power used per unit time is small, the power storage means (storage battery) 4 suitable for long-time power supply is used, and when the change in the amount of power used per unit time is large, the time is short. Control is performed so that electric power is supplied from power storage means (capacitor) 5 suitable for supplying large electric power.

比較的時間間隔の短い電力負荷変化に対しては、発電のための余力があれば、エネルギー供給源として主機関1を用いて発電手段兼補助駆動手段3による発電を行い、発電した電力を保存するための装置として蓄電手段(キャパシタ)5を用いる。そして、電力が必要な場合、蓄電手段(キャパシタ)5から電力を供給する。
また、比較的時間間隔の長い電力負荷変化に対しては、発電のための余力があれば、エネルギー供給源として主機関1を用いて発電手段兼補助駆動手段3による発電を行い、発電した電力を保存するための装置として蓄電手段(蓄電池)4を用いる。そして、電力が必要な場合、蓄電手段(蓄電池)4から電力を供給する。
このように、電力負荷変化の大きなものを蓄電手段(キャパシタ)5で、小さなものを蓄電手段4(蓄電池)で対応する。ここで、蓄電手段4としては、例えば、リチウム二次電池があげられる。
For power load changes with relatively short time intervals, if there is a surplus capacity for power generation, the main engine 1 is used as an energy supply source to generate power by the power generation means / auxiliary drive means 3, and the generated power is stored. A power storage means (capacitor) 5 is used as a device for this purpose. And when electric power is required, electric power is supplied from the electrical storage means (capacitor) 5.
For power load changes with relatively long time intervals, if there is a surplus capacity for power generation, the main engine 1 is used as an energy supply source to generate power by the power generation means / auxiliary drive means 3, and the generated power The storage means (storage battery) 4 is used as a device for storing the battery. And when electric power is required, electric power is supplied from the electrical storage means (storage battery) 4.
In this way, the power storage means (capacitor) 5 corresponds to a large change in power load, and the power storage means 4 (storage battery) corresponds to a small power load change. Here, as the electrical storage means 4, a lithium secondary battery is mentioned, for example.

蓄電制御手段7は、停泊後の荷役に必要な電力を残すように発電手段兼補助駆動手段3への放電を制御する。このため、荷役(荷揚げ)に要するエネルギーを得るためだけの目的で主機関1や発電用の機関を運転する必要がなくなる。図3に示したように、荷役には時間間隔の短い中で大きなエネルギーを要する。このため、従来、荷役のために主機関1や発電用の機関を運転して、発電手段兼補助駆動手段3により発電した電力が用いられていた。
そこで、本実施形態の船舶のハイブリッド運航システム100は、立案手段6により立案されたエネルギー収支計画に基づいて、航海中に蓄電手段4、蓄電手段5に蓄えた電力を主として用いて停泊後の荷役を行う。これにより、停泊前の余剰エネルギーを有効に活用することができる。したがって、1航海の全体としてのエネルギー効率を最適化し、省エネルギー化を実現できる。
The power storage control means 7 controls the discharge to the power generation means / auxiliary drive means 3 so as to leave the power necessary for cargo handling after berthing. For this reason, it is not necessary to operate the main engine 1 or the power generation engine only for the purpose of obtaining energy required for cargo handling (unloading). As shown in FIG. 3, cargo handling requires a large amount of energy in a short time interval. For this reason, conventionally, electric power generated by the power generation means / auxiliary drive means 3 by operating the main engine 1 or the power generation engine for cargo handling has been used.
Therefore, the marine hybrid operation system 100 according to the present embodiment uses the power stored in the power storage means 4 and the power storage means 5 during the voyage based on the energy balance plan planned by the planning means 6 for cargo handling after berthing. I do. Thereby, surplus energy before berthing can be used effectively. Therefore, the energy efficiency of one voyage as a whole can be optimized and energy saving can be realized.

なお、本実施形態では、船舶のハイブリッド運航システム100を油、鉄、セメント等を用いた不定期船に適用した場合を想定している。このため、発電手段兼補助駆動手段3への放電を制御して、停泊後の荷役に必要な電力を残すこととしている。しかし、これは一つの実施形態についての例である。例えば、船員の居住に必要ないわゆるホテルユースとして使用されるものである場合、立案手段6は停泊後の船内使用電力を残すように発電手段兼補助駆動手段3への放電を制御する。これにより、1航海の全体としてのエネルギー効率を最適化し、省エネルギー化を実現できる。   In the present embodiment, it is assumed that the ship's hybrid operation system 100 is applied to an irregular ship using oil, iron, cement, or the like. For this reason, discharge to the power generation means / auxiliary drive means 3 is controlled to leave electric power necessary for cargo handling after berthing. However, this is an example for one embodiment. For example, when it is used as a so-called hotel use necessary for the occupant's residence, the planning means 6 controls the discharge to the power generation means / auxiliary drive means 3 so as to leave the power used in the ship after berthing. Thereby, energy efficiency as a whole for one voyage can be optimized and energy saving can be realized.

また、再出港時における港内操船(図2参照)の際に必要となる、発電手段兼補助駆動手段3によりプロペラ2を駆動するための電力をも残すようにすれば、港内で主機関1を運転する必要がなくなる。このため、港内における騒音や排気ガスの問題を解消することができる。   Moreover, if the power for driving the propeller 2 by the power generation means / auxiliary drive means 3 which is necessary for the ship maneuvering in the harbor at the time of re-departure (see FIG. 2) is also left, the main engine 1 is No need to drive. For this reason, the problem of noise and exhaust gas in the harbor can be solved.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について、図5に基づいて以下に説明する。図5に示すように、本実施形態の船舶のハイブリッド運航システム200は、主機関1により駆動されるプロペラ2とは別のプロペラ22を駆動する補助駆動手段20を備えている。このため、発電手段兼補助駆動手段3が、発電手段23および補助駆動手段20により構成されている。これらの構成において、船舶のハイブリッド運航システム200は、船舶のハイブリッド運航システム100と相違している。機能の同じ部材については、図5において同じ記号を付し、本実施形態では説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below based on FIG. As shown in FIG. 5, the marine hybrid operation system 200 of this embodiment includes auxiliary drive means 20 that drives a propeller 22 different from the propeller 2 driven by the main engine 1. For this reason, the power generation means / auxiliary drive means 3 includes the power generation means 23 and the auxiliary drive means 20. In these configurations, the ship's hybrid operation system 200 is different from the ship's hybrid operation system 100. Members having the same function are denoted by the same reference numerals in FIG. 5, and description thereof is omitted in this embodiment.

補助駆動手段20は、プロペラ2とは別のプロペラ22を駆動するものである。プロペラ22は、その回転軸が船体12の船側方向を向くように設けられている。このため、補助駆動手段20によりプロペラ2を駆動して、船舶が横方向に移動させることができる。補助駆動手段20は、蓄電手段4、蓄電手段5の電力を用いてプロペラ(スターンスラスタ)22を駆動するものであり、蓄電制御手段7により制御される。補助駆動手段20およびプロペラ22は、例えば、図には記載されていないがバウスラスタにより構成することができる。
なお、発電手段23は、発電手段兼補助駆動手段3の発電機能を奏するものである。
The auxiliary drive means 20 drives a propeller 22 different from the propeller 2. The propeller 22 is provided such that its rotation axis faces the ship side direction of the hull 12. Therefore, the propeller 2 can be driven by the auxiliary drive means 20 and the ship can be moved in the lateral direction. The auxiliary drive means 20 drives the propeller (Stance raster) 22 using the electric power of the power storage means 4 and the power storage means 5, and is controlled by the power storage control means 7. The auxiliary driving means 20 and the propeller 22 can be constituted by, for example, a bow raster although not shown in the drawing.
The power generation means 23 has the power generation function of the power generation means / auxiliary drive means 3.

本発明は、上述した実施形態の船舶のハイブリッド運航システムを搭載したハイブリッド運航船として実施することもできる。ハイブリッド運航船として実施した場合も、船舶のハイブリッド運航システムについて説明した効果と同様の効果を奏することができる。   The present invention can also be implemented as a hybrid operating ship equipped with the marine hybrid operating system of the above-described embodiment. When implemented as a hybrid ship, the same effects as described for the ship's hybrid operation system can be obtained.

本発明は、1航海全体におけるエネルギー需給バランスを最適化することによる省エネルギー化を実現する船舶のハイブリッド運航システムとして、運搬対象および航路が様々な不定期船ならびにこれらが決まっている定期船に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a ship's hybrid operation system that realizes energy savings by optimizing the energy supply / demand balance in one whole voyage, as well as for non-regular ships with various transportation targets and routes, as well as regular ships for which these are determined. .

1 主機関
2 プロペラ(推進手段)
22 プロペラ(補助推進手段)
3 発電手段兼補助駆動手段(駆動モータ)
4 蓄電手段(蓄電池)
5 蓄電手段(キャパシタ)
6 立案手段
7 蓄電制御手段
8 気象海象情報取得装置
9 運航計画入力装置
11 出力検出手段
12 船体
20 補助駆動手段
23 発電手段
100、200 船舶のハイブリッド運航システム
1 main engine 2 propeller (propulsion hand stage)
22 Propeller (auxiliary propulsion means)
3 Power generation means and auxiliary drive means (drive motor)
4 Power storage means (storage battery)
5 Power storage means (capacitor)
6 Planning means 7 Power storage control means 8 Meteorological sea state information acquisition device 9 Operation plan input device 11 Output detection means 12 Hull 20 Auxiliary drive means 23 Power generation means 100, 200 Hybrid operation system for ships

Claims (13)

主機関と
電手段と、
前記発電手段で発電された電力を蓄える蓄電手段と、
前記蓄電手段から出力される電力により駆動される補助駆動手段と、
前記主機関および前記補助駆動手段により駆動される船体を推進する推進手段と、
前記主機関の運転状態と運航計画に基づいて停泊後の荷役におけるエネルギー消費を含むエネルギー収支計画を立案する立案手段と、
前記エネルギー収支計画に基づいて前記発電手段から前記蓄電手段への充電および前記蓄電手段から前記補助駆動手段への放電を制御するとともに停泊後の荷役に必要な電力を残すように前記補助駆動手段への放電を制御する蓄電制御手段を備えたことを特徴とする船舶のハイブリッド運航システム。
With the main engine ,
And the power generation means,
Power storage means for storing the power generated by the power generation means;
Auxiliary driving means driven by electric power output from the power storage means;
Propulsion means for propelling a hull driven by the main engine and the auxiliary drive means;
A planning means for formulating an energy balance plan including energy consumption in cargo handling after berthing based on the operating state and operation plan of the main engine;
Based on the energy balance plan, charging from the power generation means to the power storage means and discharging from the power storage means to the auxiliary drive means are controlled, and power to the auxiliary drive means is left so as to leave power necessary for cargo handling after berthing. A marine hybrid operation system comprising a storage control means for controlling the discharge of the ship.
主機関と、With the main engine,
前記主機関により駆動される船体を推進する推進手段と、Propulsion means for propelling the hull driven by the main engine;
発電手段と、Power generation means;
前記発電手段で発電された電力を蓄える蓄電手段と、Power storage means for storing the power generated by the power generation means;
前記蓄電手段から出力される電力により駆動される補助駆動手段と、Auxiliary driving means driven by electric power output from the power storage means;
前記補助駆動手段により前記船体を補助的に推進する動力を生じさせる補助推進手段と、Auxiliary propulsion means for generating motive power for assisting propulsion of the hull by the auxiliary drive means;
前記主機関の運転状態と運航計画に基づいて停泊後の荷役におけるエネルギー消費を含むエネルギー収支計画を立案する立案手段と、A planning means for formulating an energy balance plan including energy consumption in cargo handling after berthing based on the operating state and operation plan of the main engine;
前記エネルギー収支計画に基づいて前記発電手段から前記蓄電手段への充電および前記蓄電手段から前記補助駆動手段への放電を制御するとともに停泊後の荷役に必要な電力を残すように前記補助駆動手段への放電を制御する蓄電制御手段を備えたことを特徴とする船舶のハイブリッド運航システム。Based on the energy balance plan, charging from the power generation means to the power storage means and discharging from the power storage means to the auxiliary drive means are controlled, and power to the auxiliary drive means is left so as to leave power necessary for cargo handling after berthing. A marine hybrid operation system comprising a storage control means for controlling the discharge of the ship.
前記立案手段は、さらに海象と気象を考慮して前記エネルギー収支計画を立案したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 3. The marine hybrid operation system according to claim 1, wherein the planning unit further formulates the energy balance plan in consideration of sea conditions and weather. 前記発電手段は、前記主機関で駆動される構成とし
記蓄電制御手段は、前記主機関の出力が所定の出力範囲内となるときに、余剰電力を前記蓄電手段に蓄え、前記主機関の出力が前記所定の出力範囲外となるときに、前記蓄電手段から前記補助駆動手段に放電を行う制御をしたことを特徴とする請求項1から請求項3のうちの1項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。
The power generation means is configured to be driven by the main engine ,
Before SL power storage control means, when the output of the main engine is within the output range of the Jo Tokoro, stored excess power to the power storage unit, when the output of the main engine is the predetermined output range, Vessel hybrid navigation system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control for discharging said auxiliary driving means from said storage means.
前記主機関の運転状態を検出する出力検出手段をさらに備え、
前記蓄電制御手段は、前記出力検出手段の検出結果に基づいて、充電および放電を制御したことを特徴とする請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。
Further comprising output detection means for detecting the operating state of the main engine,
5. The marine hybrid operation system according to claim 4 , wherein the power storage control unit controls charging and discharging based on a detection result of the output detection unit.
前記所定の出力範囲以下においては、前記主機関の運転を停止したことを特徴とする請求項あるいは請求項5に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 6. The marine hybrid operation system according to claim 4 or 5 , wherein operation of the main engine is stopped within the predetermined output range. 前記主機関の運転の停止は、港近傍で行ったことを特徴とする請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 7. The marine hybrid operation system according to claim 6 , wherein the operation of the main engine is stopped near a port. 前記発電手段が前記補助駆動手段としての駆動モータを兼ねたことを特徴とする請求項1から請求項7のうちの1項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 8. The marine hybrid operation system according to claim 1, wherein the power generation means also serves as a drive motor as the auxiliary drive means. 前記蓄電手段として2種類の蓄電手段あるいは2系統の蓄電手段を設けたことを特徴とする請求項1から請求項のうちの1項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 Vessel hybrid navigation system according to one of claims 1 to 8, characterized in that a storage means of two storage means or two lines as said storage means. 前記2種類の蓄電手段は、蓄電池とキャパシタであることを特徴とする請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 10. The marine hybrid operation system according to claim 9 , wherein the two kinds of power storage means are a storage battery and a capacitor. 前記蓄電制御手段は、電力負荷変化の大きさに応じて前記蓄電池と前記キャパシタの放電を制御したことを特徴とする請求項10に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 11. The marine hybrid operation system according to claim 10 , wherein the power storage control unit controls discharge of the storage battery and the capacitor in accordance with a magnitude of a change in power load. 前記推進手段として可変ピッチプロペラを用い、前記出力検出手段は前記可変ピッチプロペラの回転数およびピッチ角を検出し、前記蓄電制御手段は前記出力検出手段の検出結果に基づいて充電および放電を制御したことを特徴とする請求項に記載の船舶のハイブリッド運航システム。 A variable pitch propeller is used as the propulsion unit, the output detection unit detects a rotation speed and a pitch angle of the variable pitch propeller, and the power storage control unit controls charging and discharging based on a detection result of the output detection unit . The marine hybrid operation system according to claim 5 . 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載した船舶のハイブリッド運航システムを搭載したことを特徴とするハイブリッド運航船。 A hybrid operating ship equipped with the ship's hybrid operating system according to any one of claims 1 to 12 .
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