JP6782643B2 - Ship operation support system and ship operation support method - Google Patents

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Description

本発明は、船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法に関する。 The present invention relates to a ship operation support system and a ship operation support method.

船内蓄電池の電力を用いて推進するハイブリッド型の船舶が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2等参照)。このようなハイブリッド型の船舶では、船内蓄電池の電力を効率的に使用するための船舶の運用システムが搭載されている。また、可搬式の蓄電装置を有する電気自動車を積載して運航する船舶において、蓄電装置を電力源として使用する構成が知られている(例えば、特許文献3等参照)。 A hybrid type ship that is propelled by using the electric power of an inboard storage battery is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Such a hybrid type ship is equipped with a ship operation system for efficiently using the electric power of the onboard storage battery. Further, it is known that a ship that carries and operates an electric vehicle having a portable power storage device uses the power storage device as a power source (see, for example, Patent Document 3 and the like).

特開2013−209018号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-209018 特開2015−003658号公報JP 2015-003658 特許第5455765号公報Japanese Patent No. 5455765

上記のような船舶の運航支援システムは、船内蓄電池の電力を効率的に使用することに加えて、1回の運航に要する運航コストを抑えることが求められる。 The above-mentioned ship operation support system is required to efficiently use the electric power of the onboard storage battery and to reduce the operation cost required for one operation.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、1回の運航に要する運航コストを抑制することが可能な船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a ship operation support system and a ship operation support method capable of suppressing the operation cost required for one operation.

本発明に係る船舶の運航支援システムは、船内蓄電池を備え、蓄電装置を有する積載物を積載して第1地点から第2地点までの航路を運航し、前記蓄電装置に対して充放電を行うことが可能な船舶の運航支援システムであって、前記運航に要する時間、前記航路を複数の区間に分割した場合の前記区間ごとの対水船速、前記船舶の船内電力需要、前記船舶の出力、前記区間ごとの前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量及び充電率、並びに前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の温度を制約条件として設定する制約条件設定部と、前記制約条件のもとに、前記区間ごとの対水船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの運航コストを目的関数として、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの対水船速配分と前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量とを解として得る最適化計算を行う演算部と、を備え、前記運航コストは、前記船舶の航行に関するコストと、前記蓄電装置の充放電に関するコストとを含む。 The ship operation support system according to the present invention is equipped with an inboard storage battery, loads a load having a power storage device, operates a route from a first point to a second point, and charges and discharges the power storage device. It is a ship operation support system capable of the operation, the time required for the operation, the speed of the ship against water when the route is divided into a plurality of sections, the inboard power demand of the ship, and the output of the ship. , The charge / discharge amount and charge rate of the inboard storage battery and the power storage device for each section, and the constraint condition setting unit that sets the temperature of the inboard storage battery and the power storage device as constraint conditions, and under the constraint condition. The speed distribution of the watercraft for each section is minimized, with the speed of the watercraft for each section as the control variable and the operating cost from the first point to the second point as the objective function. And an arithmetic unit that performs an optimization calculation obtained by solving the onboard storage battery and the charge / discharge amount of the power storage device, and the operating cost includes the cost related to the navigation of the ship and the cost related to the charge / discharge of the power storage device. And include.

本発明によれば、船内蓄電池及び積載物の蓄電装置からの電力を活用することが可能な船舶において、蓄電装置に関する条件を含む制約条件のもとに、目的関数(運航コスト)を最小化する対水船速配分及び充放電量を解として得る最適化計算を行うため、船内蓄電池の必要容量を低減しつつ、1回の運航に要する運航コストを低減することが可能な船舶の運航支援システムが得られる。 According to the present invention, in a ship capable of utilizing the electric power from the onboard storage battery and the power storage device of the load, the objective function (operating cost) is minimized under the constraint conditions including the conditions related to the power storage device. A ship operation support system that can reduce the operating cost required for one operation while reducing the required capacity of the onboard storage battery in order to perform optimization calculations obtained by solving the speed distribution to water and the amount of charge and discharge. Is obtained.

また、前記船舶は、船内発電装置を有し、前記船内電力需要は、前記船内発電装置の発電出力と、前記船内蓄電池の出力と、前記蓄電装置の出力との和であってもよい。 Further, the ship has an inboard power generation device, and the inboard power demand may be the sum of the power generation output of the inboard power generation device, the output of the inboard storage battery, and the output of the power storage device.

本発明によれば、船内電力需要として、蓄電装置に関する条件を含む制約条件とすることにより、運航コストを最小化する船速配分及び充放電量の値を高精度に算出可能となる。 According to the present invention, it is possible to calculate the values of the ship speed distribution and the charge / discharge amount that minimize the operating cost with high accuracy by setting the inboard power demand as a constraint condition including the condition related to the power storage device.

また、前記船内発電装置は、再生エネルギー発電装置を含んでもよい。 Further, the onboard power generation device may include a renewable energy power generation device.

これにより、省エネルギー化を図ることができるため、運航コストをより低減することができる。 As a result, energy saving can be achieved, and the operating cost can be further reduced.

また、前記演算部は、前記航路の気象予報情報に基づいて前記再生エネルギー発電装置の発電量の予測値を算出してもよい。 In addition, the calculation unit may calculate a predicted value of the amount of power generated by the renewable energy power generation device based on the weather forecast information of the route.

これにより、運航コストをより正確に求めることができる。これにより、運航コストを最小化する船速配分及び充放電量の値を高精度に算出可能となる。 As a result, the operating cost can be obtained more accurately. As a result, it becomes possible to calculate the values of the ship speed distribution and the charge / discharge amount that minimize the operating cost with high accuracy.

本発明に係る船舶の運航支援方法は、船内蓄電池を備え、蓄電装置を有する積載物を積載して第1地点から第2地点までの航路を運航し、前記蓄電装置に対して充放電を行うことが可能な船舶の運航支援方法であって、前記運航に要する時間、前記航路を複数の区間に分割した場合の前記区間ごとの対水船速、前記船舶の船内電力需要、前記船舶の出力、前記区間ごとの前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量及び充電率、並びに前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の温度を制約条件として設定することと、前記制約条件のもとに、前記区間ごとの対水船速配分を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの運航コストを目的関数として、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの対水船速と前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量とを解として得る最適化計算を行うことと、を含み、前記運航コストは、前記船舶の航行に関するコストと、前記蓄電装置の充放電に関するコストとを含む。 The ship operation support method according to the present invention includes an inboard storage battery, loads a load having a power storage device, operates a route from a first point to a second point, and charges and discharges the power storage device. It is a possible ship operation support method, such as the time required for the operation, the speed of the ship against water when the route is divided into a plurality of sections, the inboard power demand of the ship, and the output of the ship. , The charge / discharge amount and charge rate of the onboard storage battery and the power storage device for each section, and the temperature of the onboard storage battery and the power storage device are set as constraint conditions, and for each section under the constraint conditions. The speed distribution to the water vessel is used as a control variable, and the operating cost from the first point to the arrival at the second point is used as the objective function, and the anti-water vessel speed for each section and the inside of the ship are minimized. The operation cost includes the cost related to the navigation of the ship and the cost related to the charge / discharge of the power storage device, including performing an optimization calculation obtained by solving the charge / discharge amount of the storage battery and the power storage device.

本発明によれば、船内蓄電池及び積載物の蓄電装置からの電力を活用することが可能な船舶において、蓄電装置に関する条件を含む制約条件のもとに、目的関数(運航コスト)を最小化する対水船速配分及び充放電量を解として得る最適化計算を行うため、船内蓄電池の必要容量を低減しつつ、1回の運航に要する運航コストを低減することが可能な船舶の運航支援システムが得られる。 According to the present invention, in a ship capable of utilizing the electric power from the onboard storage battery and the power storage device of the load, the objective function (operating cost) is minimized under the constraint conditions including the conditions related to the power storage device. A ship operation support system that can reduce the operating cost required for one operation while reducing the required capacity of the onboard storage battery in order to perform optimization calculations obtained by solving the speed distribution to water and the amount of charge and discharge. Is obtained.

本発明によれば、運航コストを抑制することが可能な船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a ship operation support system and a ship operation support method capable of suppressing operation costs.

図1は、船舶の運航支援システムの一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a ship operation support system. 図2は、制御装置における処理の流れを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a processing flow in the control device. 図3は、船舶に接続予定の自動車情報の一例を示す表である。FIG. 3 is a table showing an example of automobile information scheduled to be connected to a ship. 図4は、制約条件設定部で設定される制約条件と、演算部の演算に用いられる制御変数及び目的関数の内容を具体的に示す表である。FIG. 4 is a table specifically showing the constraint conditions set by the constraint condition setting unit and the contents of the control variables and objective functions used in the calculation of the calculation unit. 図5は、第1地点から第2地点に到着するまでの運航コストが最小となるように、区間ごとに配分された船速を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing ship speeds allocated for each section so that the operating cost from the first point to the second point is minimized. 図6は、区間ごとに配分された船速で航海したときの区間と船速との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the section and the ship speed when sailing at the ship speed allocated to each section. 図7は、船舶の運航支援方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of a ship operation support method. 図8は、ステップS20における処理をより詳細に示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the process in step S20 in more detail. 図9は、ステップS120における処理をより詳細に示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the process in step S120 in more detail. 図10は、複数の候補航路の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a plurality of candidate routes. 図11は、複数の候補航路の中から最適航路を選定するための処理を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a process for selecting an optimum route from a plurality of candidate routes.

以下、本発明に係る船舶の運航支援システム及び船舶の運航支援方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, embodiments of the ship operation support system and the ship operation support method according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, the components in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same.

図1は、船舶の運航支援システムSYSの一例を示すブロック図である。運航支援システムSYSは、船舶10と、制御装置30とを備えている。運航支援システムSYSは、例えば船舶10の航海計画、気象・海象予報情報、及び初期条件(例えば、船速配分)に基づいて船舶の運航を支援するものである。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of a ship operation support system SYS. The operation support system SYS includes a ship 10 and a control device 30. The operation support system SYS supports the operation of a ship based on, for example, the voyage plan of the ship 10, meteorological / sea condition forecast information, and initial conditions (for example, ship speed distribution).

船舶10は、船内蓄電池を有する電気推進船、ハイブリッド推進船等である。具体的には、自動車運搬船、カーフェリー、客船、艦船等が挙げられる。船舶10は、船舶10を推進させるためのメインエンジンである主機関11と、主機関11から得られる動力により発電するタービン発電機等の発電機12と、主機関11とは独立して構成されたディーゼル発電機等の発電機13と、太陽光発電装置等の直流電力を生じる再生エネルギー発電装置14と、風力発電装置等の交流電力を生じる再生エネルギー発電装置15と、これら発電機12、13、再生エネルギー発電装置14、15により生じた電力を蓄電可能な船内蓄電池17とを有する。 The ship 10 is an electric propulsion ship having an inboard storage battery, a hybrid propulsion ship, and the like. Specific examples include car carriers, car ferries, passenger ships, and ships. The ship 10 is composed of a main engine 11 which is a main engine for propelling the ship 10, a generator 12 such as a turbine generator which generates electricity by power obtained from the main engine 11, and the main engine 11. A generator 13 such as a diesel generator, a renewable energy generator 14 that generates DC power such as a solar power generator, a renewable energy generator 15 that generates AC power such as a wind power generator, and these generators 12 and 13. It also has an onboard storage battery 17 capable of storing the electric power generated by the renewable energy power generation devices 14 and 15.

船舶10は、蓄電装置を有する積載物を積載して第1地点P1から第2地点P2までの所定の航路(図6等参照)を運航する。本実施形態において、蓄電装置を有する積載物としては、例えば自動車蓄電池(又は自動車用蓄電池)18を有する電気自動車、ハイブリッド自動車等が挙げられる。なお、蓄電装置を有する積載物として、自動車蓄電池18とは異なる他の可搬式蓄電システムを有する積載物であってもよい。 The ship 10 loads a load having a power storage device and operates a predetermined route (see FIG. 6 and the like) from the first point P1 to the second point P2. In the present embodiment, examples of the load having the power storage device include an electric vehicle having an automobile storage battery (or an automobile storage battery) 18 and a hybrid vehicle. The load having the power storage device may be a load having another portable power storage system different from the automobile storage battery 18.

船舶10は、交流系統22及び直流系統23を有する。交流系統22と直流系統23とは、DC/ACコンバータ21を介して接続される。交流系統22には、発電機12、13と、再生エネルギー発電装置15、推進装置16と、その他の交流系統の負荷(AC負荷)19とが接続される。直流系統23には、再生エネルギー発電装置14と、船内蓄電池17と、その他の直流系統の負荷(DC負荷)20とが接続される。また、直流系統23には、上記の自動車蓄電池18が接続可能となっている。直流系統23に自動車蓄電池18が接続された場合、自動車蓄電池18に対して充放電が可能となる。 Vessel 10 has an AC system 22 and a DC system 23. The AC system 22 and the DC system 23 are connected via a DC / AC converter 21. The generators 12 and 13, the renewable energy power generation device 15, the propulsion device 16, and the load (AC load) 19 of the other AC system are connected to the AC system 22. The renewable energy power generation device 14, the onboard storage battery 17, and the load (DC load) 20 of the other DC system are connected to the DC system 23. Further, the above-mentioned automobile storage battery 18 can be connected to the DC system 23. When the automobile storage battery 18 is connected to the DC system 23, the automobile storage battery 18 can be charged and discharged.

船舶10では、発電機12、13、再生エネルギー発電装置14、15により生じた電力が、船内蓄電池17に充電され、又は推進装置16、その他の交流系統の負荷19、その他の直流系統の負荷20等により消費される。直流系統23に自動車蓄電池18が接続される場合には、発電機12、13、再生エネルギー発電装置14、15により生じた電力が自動車蓄電池18に充電可能となる。 In the ship 10, the electric power generated by the generators 12 and 13 and the renewable energy power generators 14 and 15 is charged to the inboard storage battery 17, or the propulsion device 16, the load 19 of the other AC system, and the load 20 of the other DC system. Etc. are consumed. When the automobile storage battery 18 is connected to the DC system 23, the electric power generated by the generators 12, 13 and the renewable energy power generation devices 14 and 15 can be charged to the automobile storage battery 18.

制御装置30は、第1地点P1から第2地点P2までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの対水船速を算出する。図2は、制御装置30における処理の流れを示すブロック図である。制御装置30は、入力される各種情報に基づいて所定の制約条件を設定する制約条件設定部31と、設定された制約条件のもとに、区間ごとの対水船速及び船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量の最適値を算出する演算部32と、演算部32における演算の初期条件を設定する初期条件設定部33とを有する。 The control device 30 divides the route from the first point P1 to the second point P2 into a plurality of sections, and calculates the anti-water vessel speed for each section. FIG. 2 is a block diagram showing a processing flow in the control device 30. The control device 30 has a constraint condition setting unit 31 that sets predetermined constraint conditions based on various input information, and based on the set constraint conditions, the speed of the watercraft for each section, the inboard storage battery 17, and the automobile. It has a calculation unit 32 for calculating the optimum value of the charge / discharge amount of the storage battery 18, and an initial condition setting unit 33 for setting initial conditions for calculation in the calculation unit 32.

図2に示すように、制約条件設定部31は、例えば、運航計画情報A1、海象予報情報A2、気象予報情報A3、過去の電力使用実績情報A4、大規模負荷設備の利用計画情報A5、接続予定の自動車情報A6等の情報が入力される。制約条件設定部31は、入力された各情報に基づいて、制約条件を設定して出力する。 As shown in FIG. 2, the constraint condition setting unit 31 is, for example, operation plan information A1, sea condition forecast information A2, weather forecast information A3, past power usage record information A4, use plan information A5 of large-scale load equipment, and connection. Information such as scheduled automobile information A6 is input. The constraint condition setting unit 31 sets the constraint condition and outputs it based on each input information.

運航計画情報A1は、例えば出航時刻、入港時刻、航路、船速制限区画、喫水、トリム、及び水深のうち少なくとも1つの情報を含む。海象予報情報A2は、例えば風向、風速、潮流(流速及び方向)、海流、波高、及び波向のうち少なくとも1つの情報を含む。気象予報情報A3は、例えば天気、気温、日射量のうち少なくとも1つの情報を含む。海象予報情報A2及び気象予報情報A3は、例えば航路上の各ウェイポイントWPの出航時刻から次のウェイポイントWPの到着時刻までのものであり、航路全域にわたり入手されてもよい。過去の電力使用実績情報A4は、過去の運航における電力使用実績のデータを含む。大規模負荷設備の利用計画情報A5は、船舶10のうち負荷の大きい推進装置16、客室電力、空調電力又は補機電力等の設備の電力利用計画データを含む。接続予定の自動車情報A6は、自動車の仕様、台数、自動車蓄電池18の充電率等が挙げられる。 The flight plan information A1 includes, for example, information on at least one of departure time, port entry time, route, ship speed limit section, draft, trim, and water depth. The ocean forecast information A2 includes, for example, at least one of wind direction, wind speed, tidal current (flow velocity and direction), ocean current, wave height, and wave direction. The weather forecast information A3 includes, for example, at least one of weather, temperature, and solar radiation. The sea condition forecast information A2 and the weather forecast information A3 are, for example, from the departure time of each waypoint WP on the route to the arrival time of the next waypoint WP, and may be obtained over the entire route. The past power usage record information A4 includes the data of the power usage record in the past operation. The use plan information A5 of the large-scale load equipment includes the power usage plan data of the equipment such as the propulsion device 16 having a large load, the guest room power, the air conditioning power, or the auxiliary power of the ship 10. The automobile information A6 to be connected includes the specifications of the automobile, the number of automobiles, the charge rate of the automobile storage battery 18, and the like.

また、制約条件設定部31は、入力された海象予報情報A2について、各ウェイポイントWP(図6等参照)の時間ステップ毎の値に変換し、変換した情報B1を出力する。制約条件設定部31は、入力された気象予報情報A3に基づいて再生エネルギー発電装置14、15における発電量を予測し、予測結果情報B2を出力する。制約条件設定部31は、入力された気象予報情報A3、過去の電力使用実績情報A4及び大規模負荷設備の利用計画情報A5に基づいて、船内電力需要を予測し、予測結果情報B3を出力する。 Further, the constraint condition setting unit 31 converts the input sea condition forecast information A2 into a value for each time step of each waypoint WP (see FIG. 6 and the like), and outputs the converted information B1. The constraint condition setting unit 31 predicts the amount of power generated by the renewable energy power generation devices 14 and 15 based on the input weather forecast information A3, and outputs the prediction result information B2. The constraint condition setting unit 31 predicts the onboard power demand based on the input weather forecast information A3, past power usage record information A4, and use plan information A5 of large-scale load equipment, and outputs prediction result information B3. ..

なお、上記の各種情報A1、A2、A3、A4、A5、A6については、それぞれ更に詳細にカテゴライズしてもよい。図3は、船舶に接続予定の自動車情報A6の一例を示す表である。図3に示すように、接続予定の自動車情報A6としては、車についての情報と、蓄電池についての情報と、その他の情報とに分類される。車についての情報としては、車種、排気量、モータ出力、満充電時の走行距離、経済性(例えば、1km走行時の費用)、環境性(1km走行時のCO排出量)等の各項目が挙げられる。車種については、電気自動車の例と、プラグインハイブリッド車の例と、電源車の例とにカテゴライズされている。 The various information A1, A2, A3, A4, A5, and A6 may be categorized in more detail. FIG. 3 is a table showing an example of automobile information A6 scheduled to be connected to a ship. As shown in FIG. 3, the automobile information A6 to be connected is classified into information about a car, information about a storage battery, and other information. Information about the vehicle includes items such as vehicle type, displacement, motor output, mileage when fully charged, economic efficiency (for example, cost when traveling 1 km), and environmental friendliness (CO 2 emissions when traveling 1 km). Can be mentioned. Vehicle types are categorized into examples of electric vehicles, plug-in hybrid vehicles, and power supply vehicles.

また、蓄電池についての情報としては、種類、容量、使用年数、劣化状態等の項目が挙げられる。蓄電池の種類については、リチウムイオンの例と、鉛の例と、ニッケル水素の例とにカテゴライズされている。また、その他の情報としては、充電設備、課金方法等の項目が挙げられる。充電設備については、コンセント型、ケーブル型、急速型の設備にカテゴライズされている。課金方法については、時間毎の課金、充放電量毎の課金にカテゴライズされている。このように、自動車情報について多方向からカテゴライズすることにより、演算部32においてより精度の高い解を得ることができる。なお、図3に示す自動車情報は一例であり、上記記載内容に限定されるものではない。 In addition, as information about the storage battery, items such as type, capacity, years of use, and deterioration state can be mentioned. The types of storage batteries are categorized into examples of lithium ions, examples of lead, and examples of nickel-metal hydride. In addition, other information includes items such as charging equipment and billing methods. Charging equipment is categorized into outlet type, cable type, and rapid type equipment. The billing method is categorized into hourly billing and charge / discharge amount billing. By categorizing the automobile information from multiple directions in this way, the calculation unit 32 can obtain a more accurate solution. The automobile information shown in FIG. 3 is an example, and is not limited to the above description.

図4は、制約条件設定部31で設定される制約条件と、演算部32の演算に用いられる制御変数及び目的関数の内容を具体的に示す表である。制約条件設定部31は、上記各種情報A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3に基づいて、例えば運航に要する時間、航路を複数の区間に分割した場合の区間ごとの対水船速、船舶10の船内電力需要、船舶10の出力、区間ごとの船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量及び充電率、並びに船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の温度、等の制約条件を設定する。 FIG. 4 is a table specifically showing the constraint conditions set by the constraint condition setting unit 31 and the contents of the control variables and objective functions used in the calculation of the calculation unit 32. The constraint condition setting unit 31 is based on the various information A1, A2, A3, A4, A5, A6, B1, B2, and B3, for example, the time required for operation and each section when the route is divided into a plurality of sections. Constraints such as speed to water, inboard power demand of ship 10, output of ship 10, charge / discharge amount and charge rate of inboard storage battery 17 and automobile storage battery 18 for each section, and temperature of inboard storage battery 17 and automobile storage battery 18. To set.

具体的には、運航に要する時間についての制約条件としては、例えば到着時刻から出発時刻を差し引いた総航海時間と、途中区間の通過時刻とを含む。航路を複数の区間に分割した場合の区間ごとの対水船速の制約条件としては、例えば区間ごとの対水船速の上限及び下限を含む。船舶10の船内電力需要の制約条件としては、例えば発電機12、13及び再生エネルギー発電装置14、15の出力と、船内蓄電池17の出力と、自動車蓄電池18の出力との和である。船舶10の出力の制約条件としては、例えば主機関11、発電機12及び推進装置16等の船内主要機器の区間ごとの最大出力を含む。区間ごとの船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量及び充電率の制約条件としては、充放電量の最大値及び最小値、充電率の上限及び下限、充放電率の最終値を含む。船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の温度の制約条件としては、船内蓄電池17、自動車蓄電池18に設定される温度条件を含む。 Specifically, the constraints on the time required for operation include, for example, the total voyage time obtained by subtracting the departure time from the arrival time, and the transit time of the intermediate section. The constraint condition of the anti-water vessel speed for each section when the route is divided into a plurality of sections includes, for example, the upper limit and the lower limit of the anti-water vessel speed for each section. The constraint condition of the inboard power demand of the ship 10 is, for example, the sum of the outputs of the generators 12 and 13 and the renewable energy power generation devices 14 and 15, the output of the inboard storage battery 17, and the output of the automobile storage battery 18. The constraint condition of the output of the ship 10 includes, for example, the maximum output for each section of the main equipment on the ship such as the main engine 11, the generator 12, and the propulsion device 16. Constraints on the charge / discharge amount and charge rate of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 for each section include the maximum and minimum values of the charge / discharge amount, the upper and lower limits of the charge rate, and the final value of the charge / discharge rate. The temperature constraint conditions of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 include the temperature conditions set in the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18.

演算部32は、制約条件設定部31から出力される制約条件が入力される。演算部32は、入力される制約条件のもとに、区間ごとの対水船速を制御変数とし、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの運航コストを目的関数として、当該目的関数を最小とする区間ごとの対水船速と、船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量を解として算出する最適化計算を行い、計算結果を出力する。 In the calculation unit 32, the constraint condition output from the constraint condition setting unit 31 is input. Under the input constraint condition, the calculation unit 32 uses the speed of the watercraft for each section as a control variable, and the operating cost from the first point P1 to the second point P2 as the objective function. The optimization calculation is performed by using the speed of the ship against water for each section that minimizes the function and the charge / discharge amount of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 as solutions, and the calculation result is output.

図4に示すように、運航コストは、船舶の航行に関するコストと、自動車蓄電池18の充放電に関するコストとの和である。具体的には、船舶の航行に関するコストは、例えば船内機器の起動停止に要するコストと、船舶10の運転に要するコストと、船舶10のメンテナンスに要するコストとの和である。また、自動車蓄電池18の充放電に関するコストは、自動車蓄電池18から電力を放電する場合に自動車の所有者に支払う費用(放電料)から、自動車蓄電池18に充電する場合に自動車の所有者から受け取る費用(充電料)を差し引いた値である。 As shown in FIG. 4, the operating cost is the sum of the cost related to the navigation of the ship and the cost related to the charging / discharging of the automobile storage battery 18. Specifically, the cost related to the navigation of a ship is, for example, the sum of the cost required for starting and stopping the onboard equipment, the cost required for operating the ship 10, and the cost required for the maintenance of the ship 10. The cost related to charging / discharging of the automobile storage battery 18 is from the cost paid to the owner of the automobile when discharging the electric power from the automobile storage battery 18 (discharge fee), and the cost received from the owner of the automobile when charging the automobile storage battery 18. It is the value after deducting (charging fee).

演算部32は、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち、少なくとも2つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いるように構成される。図5は、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの運航コストが最小となるように、区間ごとに配分された船速を示す図である。図6は、区間ごとに配分された船速で航海したときの区間と船速との関係を示す図である。 The calculation unit 32 uses, as the initial condition of the optimization calculation, a constant condition for the constant speed of the water vessel in at least two sections other than the section excluding the speed limiting section where the maximum vessel speed is limited. It is configured as follows. FIG. 5 is a diagram showing ship speeds allocated for each section so that the operating cost from the first point P1 to the second point P2 is minimized. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the section and the ship speed when sailing at the ship speed allocated to each section.

図6に示すように、航路には、第1地点P1から第2地点P2までの間に複数の区間(本実施形態では第1区間から第10区間の10区間)が設定される。なお、複数の区間のうち第4区間及び第7区間は、船速制限区間である。また、各区間には、複数のウェイポイントWPが設定される。ウェイポイントWPは、例えば各区間内に距離が一定となるように均等に割り当てられる。なお、ウェイポイントWPは、距離が一定になるような割り当てに限定されるものではなく、例えば海象予報情報A2及び気象予報情報A3を取得可能な地点に設定されてもよい。また、ウェイポイントWPの設定は、演算部32によって行われてもよいし、外部機器において設定されたウェイポイントWPが任意のインターフェースを介して演算部32に入力されてもよい。 As shown in FIG. 6, a plurality of sections (10 sections from the first section to the tenth section in the present embodiment) are set between the first point P1 and the second point P2 in the route. Of the plurality of sections, the fourth section and the seventh section are ship speed limiting sections. In addition, a plurality of waypoints WP are set in each section. Waypoints WP are evenly assigned, for example, so that the distance is constant within each section. The waypoint WP is not limited to the allocation such that the distance is constant, and may be set to, for example, a point where the sea condition forecast information A2 and the weather forecast information A3 can be acquired. Further, the waypoint WP may be set by the calculation unit 32, or the waypoint WP set in the external device may be input to the calculation unit 32 via an arbitrary interface.

演算部32は、所定の運航コスト計算モデルを用いて最適値を算出する。例えば、海象予報情報A2、気象予報情報A3等の情報に基づく制約条件については、ウェイポイントWP毎に設定される制約条件を適用することができる。また、演算部32は、初期条件によって規定される各区間の船速(船速初期値)について全区間における運航コストを算出し、船速配分及び船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量を変更する。そして、演算部32は、変更後の値に基づいて運航コストの算出を繰り返し行うことで、上記の制約条件を満たし、かつ、運航コストが最小となる対水船速配分C1及び充放電量(充放電計画)C2(図2参照)を算出する。なお、演算部32は、最適化計算のアルゴリズムとして、内点法、逐次二次計画法等の公知のアルゴリズムを採用可能である。 The calculation unit 32 calculates the optimum value using a predetermined operation cost calculation model. For example, the constraint conditions set for each waypoint WP can be applied to the constraint conditions based on the information such as the sea condition forecast information A2 and the weather forecast information A3. Further, the calculation unit 32 calculates the operating cost in all sections for the ship speed (initial value of the ship speed) of each section defined by the initial conditions, and calculates the ship speed distribution and the charge / discharge amount of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18. change. Then, the calculation unit 32 repeatedly calculates the operating cost based on the changed value, thereby satisfying the above constraint conditions and minimizing the operating cost for the watercraft speed distribution C1 and the charge / discharge amount (charge / discharge amount). Charge / discharge plan) C2 (see FIG. 2) is calculated. The calculation unit 32 can adopt a known algorithm such as an interior point method or a sequential quadratic programming method as an algorithm for optimization calculation.

図5に示す例では、最大船速が制限される第4区間及び第7区間を除く第1区間から第3区間、第5区間及び第6区間、並びに第8区間から第10区間において対水船速が一定である対水船速一定条件が最適化計算の初期条件として用いられる。このようにすれば、最適化計算の解の収束性が高まり、第1地点P1から第2地点P2までの運航コストが最小となる対水船速配分C1及び充放電量C2を区間ごとに求めることができる。 In the example shown in FIG. 5, water resistance is observed in the first to third sections, the fifth and sixth sections, and the eighth to tenth sections except the fourth and seventh sections where the maximum ship speed is restricted. The condition that the vessel speed is constant against water is used as the initial condition for the optimization calculation. In this way, the convergence of the solution of the optimization calculation is improved, and the water vessel speed distribution C1 and the charge / discharge amount C2 that minimize the operating cost from the first point P1 to the second point P2 are obtained for each section. be able to.

なお、図6には、対水船速一定条件の例を示しており、最大船速が制限される第4区間及び第7区間を除く第1区間から第3区間、第5区間及び第6区間、並びに第8区間から第10区間において一定である。尚、対水船速が一定で航海する場合であっても各区間において潮流の影響を受けるので、大部分において対地船速は一定にはならない。 Note that FIG. 6 shows an example of a constant condition for the speed of the ship to water, and the first to third sections, the fifth section and the sixth section excluding the fourth section and the seventh section where the maximum ship speed is limited. It is constant in the section and the 8th to 10th sections. Even when sailing at a constant speed to the water, the speed to the ground is not constant in most cases because it is affected by the tidal current in each section.

上記の構成によれば、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも2つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いる。上記初期条件は、初期条件設定部33において設定される。このため、最適化計算の解の収束性が高まり、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの運航コストを最小にする対水船速配分C1及び充放電量C2を区間ごとに求めることができる。 According to the above configuration, the initial condition of the optimization calculation is the constant condition of the anti-water vessel speed at which the anti-water vessel speed is constant in at least two sections except the section where the maximum vessel speed is restricted. Use. The initial conditions are set in the initial condition setting unit 33. For this reason, the convergence of the solution of the optimization calculation is improved, and the speed distribution C1 for the water vessel and the charge / discharge amount C2 that minimize the operating cost from the first point P1 to the second point P2 are obtained for each section. be able to.

次に、本実施形態に係る船舶10の運航支援方法を説明する。船舶10の運航支援方法は、第1地点P1から第2地点P2までの航路を複数の区間に分割し、該区間ごとの対水船速配分C1及び充放電量C2を算出する。図7は、船舶10の運航支援方法の一例を示すフローチャートである。図7に示すように、船舶10の運航支援方法は、制約条件を設定する工程(ステップS10)と、対水船速配分C1及び充放電量C2を演算する工程(ステップS20)とを含む。 Next, the operation support method of the ship 10 according to the present embodiment will be described. The operation support method for the ship 10 divides the route from the first point P1 to the second point P2 into a plurality of sections, and calculates the water-to-water speed distribution C1 and the charge / discharge amount C2 for each section. FIG. 7 is a flowchart showing an example of an operation support method for the ship 10. As shown in FIG. 7, the operation support method for the ship 10 includes a step of setting constraint conditions (step S10) and a step of calculating the speed distribution C1 to water and the charge / discharge amount C2 (step S20).

ステップS10において、制約条件設定部31は、制約条件を設定するための上記各種情報A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3に基づいて、例えば運航に要する時間、航路を複数の区間に分割した場合の区間ごとの対水船速、船舶10の船内電力需要、船舶10の出力、区間ごとの船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量及び充電率、並びに船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の温度、等の制約条件を設定する。制約条件設定部31は、設定した制約条件を出力する。 In step S10, the constraint condition setting unit 31 determines, for example, the time required for operation and the route based on the various information A1, A2, A3, A4, A5, A6, B1, B2, and B3 for setting the constraint condition. The speed of the ship to water for each section when divided into a plurality of sections, the power demand of the ship 10 on board, the output of the ship 10, the charge / discharge amount and charge rate of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 for each section, and the inboard storage battery 17 And the constraint conditions such as the temperature of the automobile storage battery 18 are set. The constraint condition setting unit 31 outputs the set constraint condition.

ステップS20において、演算部32は、制約条件設定部31から出力される制約条件のもとに、区間ごとの対水船速を制御変数とし、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの運航コストを目的関数として、当該目的関数を最小とする区間ごとの対水船速配分C1と、船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量C2を解として算出する最適化計算を行い、計算結果を出力する。 In step S20, the calculation unit 32 sets the speed of the watercraft for each section as a control variable under the constraint condition output from the constraint condition setting unit 31, and from the first point P1 to the second point P2. With the operating cost of the above as the objective function, the optimization calculation is performed and calculated using the speed distribution C1 for each section that minimizes the objective function and the charge / discharge amount C2 of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 as solutions. Output the result.

図8は、ステップS20における処理をより詳細に示すフローチャートである。図8に示すように、ステップS20においては、まず、最大船速条件、最小船速条件、実測船速条件、及び対水船速条件の中から条件が設定される(ステップS110)。条件が設定されると、区間ごとに初期値が算出され、区間ごとに初期値が設定される(ステップS120)。次に、条件ごとに最適化計算が実行され(ステップS130)、条件ごとに運航コストが最小となる解が算出される(ステップS140)。次に、運航コストが最小となる条件を抽出し(ステップS150)、抽出された計算条件で求められた解(区間ごとの対水船速配分C1及び充放電量C2)を最適解として出力する(ステップS160)。 FIG. 8 is a flowchart showing the process in step S20 in more detail. As shown in FIG. 8, in step S20, first, a condition is set from the maximum ship speed condition, the minimum ship speed condition, the measured ship speed condition, and the anti-water ship speed condition (step S110). When the condition is set, the initial value is calculated for each section, and the initial value is set for each section (step S120). Next, the optimization calculation is executed for each condition (step S130), and the solution that minimizes the operating cost is calculated for each condition (step S140). Next, the condition that minimizes the operating cost is extracted (step S150), and the solution (water vessel speed distribution C1 and charge / discharge amount C2 for each section) obtained by the extracted calculation condition is output as the optimum solution. (Step S160).

なお、上記ステップST120においては、最大船速が制限される船速制限区間を除く区間のうち少なくとも二つの区間において対水船速が一定である対水船速一定条件を最適化計算の初期条件として用いてもよい。これにより、解の収束性が高まり、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの運航コストを最小にする船速を区間ごとに求めることができる。 In step ST120, the initial condition of the optimization calculation is the constant condition of the anti-water vessel speed at which the anti-water vessel speed is constant in at least two sections other than the vessel speed restriction section where the maximum vessel speed is restricted. May be used as. As a result, the convergence of the solution is enhanced, and the ship speed that minimizes the operating cost from the first point P1 to the second point P2 can be obtained for each section.

図9は、ステップS120における処理をより詳細に示すフローチャートである。図9に示すように、まず、船速制限区画を除く区間について初期対水船速を設定する(ステップS121)。つぎに、設定された初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着時刻を求める(ステップS122)。求めた到着予定時刻と目標到着時刻との差が許容範囲内の場合(ステップS123のYES)には設定された初期対水船速を対水船速とする(ステップS124)。一方、求めた到着予定時刻と目標到着時刻との差が許容範囲内でない場合(ステップS123のNO)には許容範囲内に収まるように初期対水船速を補正する(ステップS125)。そして、補正した初期対水船速で航海した場合における第2地点P2への到着予定時刻と目標到着時刻との差が許容範囲内となった場合(ステップS123のYES)に補正した初期対水船速を対水船速とする(ステップS124)。 FIG. 9 is a flowchart showing the process in step S120 in more detail. As shown in FIG. 9, first, the initial anti-water vessel speed is set for the section excluding the vessel speed limiting section (step S121). Next, the arrival time at the second point P2 when sailing at the set initial anti-water vessel speed is obtained (step S122). When the difference between the estimated estimated arrival time and the target arrival time is within the permissible range (YES in step S123), the set initial anti-water vessel speed is set as the anti-water vessel speed (step S124). On the other hand, if the difference between the estimated estimated arrival time and the target arrival time is not within the permissible range (NO in step S123), the initial anti-water vessel speed is corrected so as to be within the permissible range (step S125). Then, when the difference between the estimated arrival time at the second point P2 and the target arrival time when sailing at the corrected initial water vessel speed is within the permissible range (YES in step S123), the corrected initial water resistance is achieved. The ship speed is set to the water speed (step S124).

以上のように、本実施形態に係る船舶10の運航支援システムSYSは、船内蓄電池17を備え、自動車蓄電池18等の蓄電装置を有する積載物(電気自動車等)を積載して第1地点P1から第2地点P2までの航路を運航し、蓄電装置に対して充放電を行うことが可能であり、運航に要する時間、航路を複数の区間に分割した場合の区間ごとの対水船速、船舶10の船内電力需要、船舶10の出力、区間ごとの船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量及び充電率、並びに船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の温度を制約条件として設定する制約条件設定部31と、上記の制約条件のもとに、区間ごとの対水船速を制御変数とし、第1地点P1から第2地点P2に到着するまでの運航コストを目的関数として、当該目的関数を最小とする区間ごとの対水船速と、船内蓄電池17及び自動車蓄電池18の充放電量を解として算出する最適化計算を行う演算部32と、を備え、運航コストは、船舶10の航行に関するコストと、自動車蓄電池18等の蓄電装置の充放電に関するコストとを含む。 As described above, the operation support system SYS of the ship 10 according to the present embodiment is equipped with the inboard storage battery 17 and is loaded with a load (electric vehicle or the like) having a power storage device such as an automobile storage battery 18 from the first point P1. It is possible to operate the route to the second point P2 and charge / discharge the power storage device, the time required for the operation, the speed of the watercraft for each section when the route is divided into multiple sections, and the ship. Constraint condition setting unit 31 that sets the inboard power demand of 10, the output of the ship 10, the charge / discharge amount and charge rate of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 for each section, and the temperature of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 as constraint conditions. Under the above constraint conditions, the anti-water vessel speed for each section is used as a control variable, the operating cost from the first point P1 to the second point P2 is used as the objective function, and the objective function is set to the minimum. It is equipped with a calculation unit 32 that performs an optimization calculation that calculates the charge / discharge amount of the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18 as a solution, and the operating cost is the cost related to the navigation of the ship 10. , Costs related to charging / discharging of a power storage device such as an automobile storage battery 18.

これにより、船内蓄電池17及び自動車蓄電池18等の蓄電装置からの電力を活用することが可能な船舶10において、自動車蓄電池18等の蓄電装置に関する条件を含む制約条件のもとに、目的関数(運航コスト)を最小化する対水船速配分C1及び充放電量C2を解として得る最適化計算を行うため、船内蓄電池17の必要容量を低減しつつ、1回の運航に要する運航コストを低減することが可能な運航支援システムSYSが得られる。なお、自動車蓄電池18等の蓄電装置の電力を船舶10側に供給する場合、つまり、蓄電装置を放電する場合には、船舶10の所有者側から自動車蓄電池18等の蓄電装置の所有者に対して報酬等を供与することにより、船舶10側に電力を供給するためのインセンティブを生じさせることができる。 As a result, in the ship 10 capable of utilizing the electric power from the power storage device such as the inboard storage battery 17 and the automobile storage battery 18, the objective function (operation) is performed under the constraint conditions including the conditions related to the power storage device such as the automobile storage battery 18. Since the optimization calculation is performed to obtain the solution of the speed distribution C1 to the water vessel and the charge / discharge amount C2 that minimizes the cost), the operation cost required for one operation is reduced while reducing the required capacity of the inboard storage battery 17. A possible flight support system SYS is obtained. When supplying the electric power of the power storage device such as the automobile storage battery 18 to the ship 10, that is, when discharging the power storage device, the owner side of the ship 10 informs the owner of the power storage device such as the automobile storage battery 18. By providing a reward or the like, an incentive for supplying electric power to the ship 10 side can be generated.

また、本実施形態に係る船舶10の運航支援システムSYSにおいて、船舶10は、船内発電装置である発電機12、13を有し、制約条件である船内電力需要が、発電機12、13等を含む船内発電装置の発電出力と、船内蓄電池17の出力と、自動車蓄電池18等の蓄電装置の出力との和であるため、船内電力需要として、自動車蓄電池18等の蓄電装置に関する条件を含む制約条件とすることにより、運航コストを最小化する対水船速配分C1及び充放電量C2の値を高精度に算出可能となる。 Further, in the operation support system SYS of the ship 10 according to the present embodiment, the ship 10 has generators 12 and 13 which are inboard power generators, and the inboard power demand which is a constraint condition is the generators 12, 13 and the like. Since it is the sum of the power generation output of the onboard power generation device including, the output of the onboard storage battery 17, and the output of the power storage device such as the automobile storage battery 18, the constraint condition including the condition related to the power storage device such as the automobile storage battery 18 as the onboard power demand. By doing so, it is possible to calculate the values of the speed distribution C1 for water vessels and the charge / discharge amount C2 that minimize the operating cost with high accuracy.

また、本実施形態に係る船舶10の運航支援システムSYSにおいて、船内発電装置は、再生エネルギー発電装置14、15を含むため、省エネルギー化を図ることができる。これにより、運航コストをより低減することができる。 Further, in the operation support system SYS of the ship 10 according to the present embodiment, since the inboard power generation device includes the renewable energy power generation devices 14 and 15, energy saving can be achieved. As a result, the operating cost can be further reduced.

また、本実施形態に係る船舶10の運航支援システムSYSは、航路の気象予報情報A3に基づいて再生エネルギー発電装置14、15の発電量の予測値を算出するため、運航コストをより正確に求めることができる。これにより、運航コストを最小化する対水船速配分及び充放電量の値を高精度に算出可能となる。 Further, the operation support system SYS of the ship 10 according to the present embodiment calculates the predicted value of the power generation amount of the renewable energy power generation devices 14 and 15 based on the weather forecast information A3 of the route, so that the operation cost can be obtained more accurately. be able to. This makes it possible to calculate the values of the speed distribution to the water vessel and the charge / discharge amount that minimize the operating cost with high accuracy.

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上述の実施形態では、予め定められた航路の各区間への対水船速配分C1及び充放電量C2を最適化するものであったが、航路選択の自由度が比較的高い場合、演算部32は、複数の候補航路の中から運航コストが最小となる最適航路を選定するように構成されてもよい。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the speed distribution C1 to the water vessel and the charge / discharge amount C2 to each section of the predetermined route are optimized, but when the degree of freedom in selecting the route is relatively high, The calculation unit 32 may be configured to select the optimum route that minimizes the operating cost from the plurality of candidate routes.

図10は、変形例に係る複数の候補航路の例を示す図である。図10に示すように、候補航路A、候補航路B及び候補航路Cは、それぞれ、複数の区間に区分され、各区分内には複数のウェイポイントWPが設定されている。演算部32は、候補航路A、候補航路B及び候補航路Cのそれぞれについて、対水船速配分C1及び充放電量C2の最適化計算を行い、候補航路A、候補航路B及び候補航路Cの中から目的関数(運航コスト)が最小となる最適航路を選定するように構成される。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a plurality of candidate routes according to the modified example. As shown in FIG. 10, the candidate route A, the candidate route B, and the candidate route C are each divided into a plurality of sections, and a plurality of waypoint WPs are set in each section. The calculation unit 32 performs optimization calculation of the speed distribution to the water vessel C1 and the charge / discharge amount C2 for each of the candidate route A, the candidate route B, and the candidate route C, and performs the optimization calculation of the candidate route A, the candidate route B, and the candidate route C. It is configured to select the optimum route that minimizes the objective function (operating cost).

演算部32は、候補航路A、候補航路B及び候補航路Cのそれぞれについて、初期条件によって規定される各区間の船速(船速初期値)について全区間における運航コストを算出し、船速配分及び充放電量を変更して運航コストの算出を繰り返し行うことで、制約条件(例えば、第2地点P2への目標到着時刻(目標航海時間)や各区間の最大船速制限および最小船速制限等)を満たし、かつ運航コストが最小となる対水船速配分C1及び充放電量C2を候補航路A、候補航路B及び候補航路C毎に算出する。このような最適化計算によって候補航路A、候補航路B及び候補航路C毎に得られた運航コストの最小値を比較し、運航コストが最小となるものを最適航路として選定する。 The calculation unit 32 calculates the operating cost for each section of the candidate route A, the candidate route B, and the candidate route C for the ship speed (initial value of the ship speed) of each section defined by the initial conditions, and distributes the ship speed. By changing the charge / discharge amount and repeatedly calculating the operating cost, the constraint conditions (for example, the target arrival time (target voyage time) at the second point P2, the maximum ship speed limit and the minimum ship speed limit for each section) are performed. Etc.) are satisfied, and the speed distribution C1 for the water vessel and the charge / discharge amount C2 that minimize the operating cost are calculated for each candidate route A, candidate route B, and candidate route C. The minimum value of the operating cost obtained for each of the candidate route A, the candidate route B, and the candidate route C by such the optimization calculation is compared, and the one having the minimum operating cost is selected as the optimum route.

図11は、複数の候補航路の中から最適航路を選定するための処理を示すフローチャートである。図11に示すように、まず、複数の候補航路を設定する(ステップS210)。この際、候補航路としては、例えば船舶の渋滞予測結果、季節的要因、または、突発的要因(台風、事故等)等の有無に基づいて設定してもよい。次に、設定した複数の候補航路について船速配分及び充放電量の最適化計算を実施し、制約条件を満たし、かつ運航コストが最小となる対水船速配分C1及び充放電量C2を候補航路毎に算出する(ステップS220)。次に、各候補航路について行った最適計算結果を比較し、運航コストが最小となる航路を最適航路として選定する(ステップS230)。このように、複数の候補航路の中から、運航コストを最小とする航路(最適航路)と、該最適航路のための対水船速配分C1及び充放電量C2の最適化計算結果と、が得られる。 FIG. 11 is a flowchart showing a process for selecting an optimum route from a plurality of candidate routes. As shown in FIG. 11, first, a plurality of candidate routes are set (step S210). At this time, the candidate route may be set based on the presence or absence of, for example, a ship congestion prediction result, a seasonal factor, or a sudden factor (typhoon, accident, etc.). Next, the ship speed distribution and the charge / discharge amount optimization calculation are performed for the set multiple candidate routes, and the water vessel speed distribution C1 and the charge / discharge amount C2 that satisfy the constraint conditions and minimize the operating cost are candidates. Calculated for each route (step S220). Next, the optimum calculation results performed for each candidate route are compared, and the route with the minimum operating cost is selected as the optimum route (step S230). In this way, from among the plurality of candidate routes, the route that minimizes the operating cost (optimal route) and the optimization calculation result of the anti-water vessel speed distribution C1 and the charge / discharge amount C2 for the optimum route are obtained. can get.

また、上記実施形態においては、演算部32は、出港地点である第1地点P1と入港地点である第2地点P2との間の各区間について対水船速配分C1及び充放電量C2を算出する例を説明したが、これに限定されない。例えば、演算部32は、船舶10が第1地点P1と第2地点P2との間に位置する中間地点に到達した場合、当該中間地点と第2地点P2との間の区間について最適化計算を再び行い、中間地点と第2地点P2との間の各区間について対水船速配分C1及び充放電量C2を算出し直すように構成されてもよい。 Further, in the above embodiment, the calculation unit 32 calculates the speed distribution C1 to the water vessel and the charge / discharge amount C2 for each section between the first point P1 which is the departure point and the second point P2 which is the entry point. However, the example is not limited to this. For example, when the ship 10 reaches an intermediate point located between the first point P1 and the second point P2, the calculation unit 32 performs an optimization calculation for the section between the intermediate point and the second point P2. It may be configured to perform again and recalculate the speed distribution C1 to the water vessel and the charge / discharge amount C2 for each section between the intermediate point and the second point P2.

また、上記実施形態においては、自動車蓄電池18等の蓄電装置を利用して1航海の航路全体の運航コストの最小化を図る構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、航路のうちある特定の区間や期間において特別な要求がなされる場合であって、予めその内容が既知である場合には、上記実施形態における最適化計算の初期設定条件等に加えてもよい。例えば停泊中の区間において荷役中の消費電力のピークを極力低減する要求がなされる場合や、砕氷船等において所定の区間でパルス的な負荷変動が生じる場合、艦船等において所定の区間で高出力パルス兵器を使用するため全蓄電池の使用可能な電力を一気に放電する場合等が挙げられる。 Further, in the above embodiment, a configuration for minimizing the operating cost of the entire route of one voyage by using a power storage device such as an automobile storage battery 18 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, if a special request is made in a specific section or period of a route and the content is known in advance, it may be added to the initial setting conditions of the optimization calculation in the above embodiment. Good. For example, when there is a request to reduce the peak power consumption during cargo handling as much as possible in the berthed section, or when a pulse-like load fluctuation occurs in a predetermined section of an icebreaker, etc. There is a case where the usable power of the total storage battery is discharged at once because the pulse weapon is used.

10 船舶
11 主機関
12,13 発電機
14,15 再生エネルギー発電装置
16 推進装置
17 船内蓄電池
18 自動車蓄電池
19,20 負荷
21 DC/ACコンバータ
22 交流系統
23 直流系統
30 制御装置
31 制約条件設定部
32 演算部
33 初期条件設定部
A,B,C 候補航路
A1 運航計画情報
A2 海象予報情報
A3 気象予報情報
A4 過去の電力使用実績情報
A5 大規模負荷設備の利用計画情報
A6 接続予定の自動車情報
B1,B2,B3 情報
C1 対水船速配分
C2 充放電量
P1 第1地点
P2 第2地点
SYS 運航支援システム
WP ウェイポイント
10 Ship 11 Main engine 12, 13 Generator 14, 15 Regenerative energy generator 16 Propulsion device 17 Onboard storage battery 18 Automobile storage battery 19, 20 Load 21 DC / AC converter 22 AC system 23 DC system 30 Control device 31 Constraint condition setting unit 32 Calculation unit 33 Initial condition setting unit A, B, C Candidate route A1 Operation plan information A2 Sea condition forecast information A3 Weather forecast information A4 Past power usage record information A5 Large-scale load facility usage plan information A6 Vehicle information to be connected B1, B2, B3 Information C1 Speed distribution to water C2 Charge / discharge amount P1 1st point P2 2nd point SYS Operation support system WP Waypoint

Claims (5)

船内蓄電池を備え、蓄電装置を有する積載物を積載して第1地点から第2地点までの航路を運航し、前記蓄電装置に対して充放電を行うことが可能な船舶の運航支援システムであって、
前記運航に要する時間、前記航路を複数の区間に分割した場合の前記区間ごとの対水船速、前記船舶の船内電力需要、前記船舶の出力、前記区間ごとの前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量及び充電率、並びに前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の温度を制約条件として設定する制約条件設定部と、
前記制約条件のもとに、前記区間ごとの対水船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの運航コストを目的関数として、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの対水船速配分と前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量とを解として得る最適化計算を行う演算部と、
を備え、
前記運航コストは、前記船舶の航行に関するコストと、前記蓄電装置の充放電に関するコストとを含む、船舶の運航支援システム。
It is a ship operation support system that is equipped with an inboard storage battery, loads a load having a power storage device, operates a route from a first point to a second point, and can charge and discharge the power storage device. hand,
The time required for the operation, the speed of the watercraft for each section when the route is divided into a plurality of sections, the power demand of the ship, the output of the ship, the inboard storage battery and the power storage device for each section. A constraint condition setting unit that sets the charge / discharge amount and charge rate, and the temperatures of the onboard storage battery and the power storage device as constraint conditions.
Under the constraints, the speed of the watercraft for each section is used as a control variable, the operating cost from the first point to the second point is used as the objective function, and the objective function is minimized. An arithmetic unit that performs optimization calculation to obtain the solution of the speed distribution to the water for each section and the charge / discharge amount of the inboard storage battery and the power storage device.
With
The operation cost is a ship operation support system including a cost related to navigation of the ship and a cost related to charging / discharging of the power storage device.
前記船舶は、船内発電装置を有し、
前記船内電力需要は、前記船内発電装置の発電出力と、前記船内蓄電池の出力と、前記蓄電装置の出力との和である請求項1に記載の船舶の運航支援システム。
The ship has an onboard power generator
The ship operation support system according to claim 1, wherein the onboard power demand is the sum of the power generation output of the onboard power generation device, the output of the onboard storage battery, and the output of the power storage device.
前記船内発電装置は、再生エネルギー発電装置を含む請求項2に記載の船舶の運航支援システム。 The ship operation support system according to claim 2, wherein the onboard power generation device includes a renewable energy power generation device. 前記演算部は、前記航路の気象予報情報に基づいて前記再生エネルギー発電装置の発電量の予測値を算出する請求項3に記載の船舶の運航支援システム。 The ship operation support system according to claim 3, wherein the calculation unit calculates a predicted value of the amount of power generated by the renewable energy power generation device based on the weather forecast information of the route. 船内蓄電池を備え、蓄電装置を有する積載物を積載して第1地点から第2地点までの航路を運航し、前記蓄電装置に対して充放電を行うことが可能な船舶の運航支援方法であって、
前記運航に要する時間、前記航路を複数の区間に分割した場合の前記区間ごとの対水船速、前記船舶の船内電力需要、前記船舶の出力、前記区間ごとの前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量及び充電率、並びに前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の温度を制約条件として設定することと、
前記制約条件のもとに、前記区間ごとの対水船速を制御変数とし、前記第1地点から前記第2地点に到着するまでの運航コストを目的関数として、前記目的関数を最小とする前記区間ごとの対水船速配分と前記船内蓄電池及び前記蓄電装置の充放電量とを解として得る最適化計算を行うことと、
を含み、
前記運航コストは、前記船舶の航行に関するコストと、前記蓄電装置の充放電に関するコストとを含む、船舶の運航支援方法。
It is a ship operation support method that is equipped with an inboard storage battery, loads a load having a power storage device, operates a route from a first point to a second point, and can charge and discharge the power storage device. hand,
The time required for the operation, the speed of the watercraft for each section when the route is divided into a plurality of sections, the power demand of the ship, the output of the ship, the inboard storage battery and the power storage device for each section. Setting the charge / discharge amount and charge rate, and the temperatures of the onboard storage battery and the power storage device as constraint conditions.
Under the constraints, the anti-water vessel speed for each section is used as a control variable, the operating cost from the first point to the second point is used as the objective function, and the objective function is minimized. Performing an optimization calculation to obtain the solution of the speed distribution to the water for each section and the charge / discharge amount of the inboard storage battery and the power storage device.
Including
The operating cost is a method for supporting the operation of a ship, which includes a cost related to the navigation of the ship and a cost related to charging / discharging the power storage device.
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