JP5859469B2 - エネルギー管理システム、及びエネルギー管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー管理システムに関し、特に船舶のエネルギー使用予測及び使用最適化を行うエネルギー管理システムに関する。

現状の技術において、一般船を対象としたシステムは、一部メーカが商品化している。一般船では居住区での電力はほぼ一定であり、ほとんどのエネルギーは推進部にて消費される。

また、現在においても、天候や海象（Ｓｅａ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）等に応じた運転は、船長の経験と勘に頼っていることが多い。船舶の運航情報はその航海限りで活用されるのみであり、データベースとして取得、蓄積されることがほとんどなく、次の航海に活用されていない。

また、大型客船等では、一般船と異なり、船内電力に関しては推進部と並行して居住区の電力使用量も多いが、需要（Ｄｅｍａｎｄ）が発生した際にその需要に応じて発電するだけであり、現状最適化等については考慮されていない。

また、船内の冷暖房に使用する冷水／温水の需要についても、事前に予測することなく、必要になった段階で必要な量を生成するだけであり、効率化については考慮されていない。

このように、大型船舶における運用計画支援システムの分野においては、依然として多くの改善の余地が残されている。

［公知技術］
当該技術分野における公知技術として、特許文献１（特開２０１１−１４９３２７号公報）には「エンジン排気エネルギー回収装置」が開示されている。この技術では、エンジンの負荷、回転数によりエンジン燃料消費率が所定値以下となるように排気ガスバイパス弁を制御し、余剰な排気ガスをハイブリッド過給機（Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｕｒｂｏ）に供給することにより、排気ガスを有効利用する。

また、特許文献２（特開２０１２−１１７６９７号公報）には「排熱回収システム」が開示されている。この技術では、船舶の航行中及び停泊中に関わらず、主機関の排熱によって加熱された熱媒体を有効利用して、吸熱式冷凍機を作動させることができる。

しかし、上記技術は、いずれもシステム単独の構成及び運転計画についての技術であり、排熱回収機器（ハイブリッド過給器、排熱回収発電装置）を有する排熱回収システム及び発電システム等を含む船舶全体の燃費の定量評価手法についての言及はなく、船舶全体としての最適な運転計画を作成していない。また、船内電力、熱負荷、空調負荷等の具体的な算出手法、適用手法が含まれていない。

特開２０１１−１４９３２７号公報 特開２０１２−１１７６９７号公報

本発明では、排熱回収機器（ハイブリッド過給器、排熱回収発電装置）を有する排熱回収システム及び発電システム等を含む船舶全体の燃費の定量評価手法、船舶全体としての最適な運転計画、及び船内電力、熱負荷、空調負荷等の具体的な算出手法や適用手法について提案する。

本発明に係るエネルギー管理システムは、発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶におけるエネルギー管理システムであって、船内全体の電力／熱需要を入力する機構と、船内全体の電力／熱需要と、船速／推進出力／エンジン出力／燃料消費率のうち少なくとも１つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用／推進用エンジン出力及び排熱回収機器出力の最適点を算出する機構と、最適点に基づき、発電用／推進用エンジン出力、排熱回収機器出力、及び船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力する機構を備える。

本発明に係るエネルギー管理方法は、発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶において実施されるエネルギー管理方法であって、船内全体の電力／熱需要を入力することと、船内全体の電力／熱需要と、船速／推進出力／エンジン出力／燃料消費率のうち少なくとも１つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用／推進用エンジン出力及び排熱回収機器出力の最適点を算出することと、最適点に基づき、発電用／推進用エンジン出力、排熱回収機器出力、及び船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力することを含む。

本発明に係るプログラムは、上記のエネルギー管理方法における処理を、計算機等の電子機器に実行させるためのプログラムである。なお、本発明に係るプログラムは、記憶装置や記憶媒体に格納することが可能である。

簡便な手法で、常に排熱回収機器及び前エンジン出力を船舶全体で最適化し、低燃費運航を可能とする。

本発明の第１実施形態に係るエネルギー管理システムの構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るエネルギー管理システムの構成例を示す図である。 第２実施形態に係る最適燃料消費量算出の基本計算処理のフローチャートである。 空調最適化処理を追加した計算処理のフローチャートである。 供給熱量の初期値設定処理を追加した計算処理のフローチャートである。 排熱回収機器追加時の計算処理のフローチャートの前半である。 排熱回収機器追加時の計算処理のフローチャートの後半である。 本発明の全実施形態に係るエネルギー管理システムの構成例を示す図である。

本発明は、船舶の運航計画を行う際に気象等の予測データに基づく船内機器の最適な運転計画の算出手法と、リアルタイムで船舶の燃費を最適化する機器運転指令値を出力する計算手法を含むものである。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について説明する。

本実施形態では、リアルタイムで船舶の燃費を最適化する機器運転指令値を出力する計算手法について説明する。

本実施形態では、排熱回収機器として、「ハイブリッド過給機」（Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｕｒｂｏ）及び「排熱回収発電装置」のうち少なくとも一方（両方でも可）を搭載して排熱エネルギーを有効活用する船舶において、気象／海象及びその他任意の条件に基づき、エンジン及び排熱回収機器を含む船内機器について、リアルタイムに（運航中に）、燃費が最少となる最適運用計算を行う。

すなわち、対象となる船舶は、エンジン発電機とは別に、発電するシステムを追加している。対象となる船舶の例として、ハイブリッド過給機を搭載可能なディーゼルエンジンを有する船舶等を想定している。ディーゼルエンジンの用途は、推進用／発電用を問わない。また、排熱回収発電装置の例として、蒸気タービンやパワータービン等が知られている。

本実施形態に係るエネルギー管理システムは、排熱回収機器の主要な仕様（発電容量、効率、ロス、エンジン燃料消費率への影響）と、排熱回収機器の出力電力を制御する機能を有する。

［エネルギー管理システム］
図１に示すように、本実施形態に係るエネルギー管理システムは、入力値取得部１１と、目標値設定部１２と、指令値計算部１３と、指令値出力部１４を備える。

［入力値取得部］
入力値取得部１１は、船内全体の電力／熱需要を入力する。例えば、入力値取得部１１は、リアルタイム船内データ、主機関データ、排熱回収機器データを入力する。リアルタイム船内データの例として、船内電力負荷、熱負荷、空調負荷、推進エネルギー等が考えられる。主機関データの例として、エンジン出力、燃料消費率、燃料噴射タイミング等が考えられる。排熱回収機器データの例として、発電負荷率、排気バイパス弁開度、掃気圧、掃気温度等が考えられる。

［目標値設定部］
目標値設定部１２は、船舶の最適運用計算のための目標値（パラメータ）を設定する。例えば、目標値設定部１２は、船舶の最適運用計算の対象として、船速、推進出力、発電用／推進用エンジン出力、各エンジン燃料消費率、総燃料消費率の各項目から少なくとも１つの項目を選択し、その目標値を決定する。

［指令値計算部］
指令値計算部１３は、発電用／推進用エンジン出力指令値、排熱回収機器運転指令値、船内機器運転指令値、主機関最適制御指令値等を計算する。そのため、船内全体の電力／熱需要と、上記目標値を満たす排熱回収機器を含む船内の電力系統（電力システム）及び熱系統（熱システム）の需給バランス計算を行う。電力系統及び熱系統の需給バランス計算には、電力系統／熱系統の運転計画を模擬した計算モデルを用いる。例えば、需給バランス計算には、２分法、ニュートン法等の反復法による求根アルゴリズムを用いる。排熱回収機器を含む熱系統の計算では、各系統（高圧蒸気、低圧蒸気、温水、冷水、冷却水等）での過不足を算出し、不足分があればボイラ（ｂｏｉｌｅｒ）の追い炊きやターボ冷凍機を稼動させる等、実機構成を反映した計算が可能である。排熱回収機器出力と各エンジン出力については、熱／電力需給バランスと目標値を満たすことを条件とし、燃費最少となるよう上記同様の反復計算を行う。このとき、指令値計算部１３は、燃料消費量が改善したか確認する。例えば、指令値計算部１３は、燃料消費量の目標値となる所定の閾値に対して、算出された燃料消費量が所定の閾値以下であるか確認し、燃料消費量が所定の閾値以下でなければ再計算を行い、燃料消費量が所定の閾値以下であれば、現在の指令値を維持（運転指令維持）する。

［指令値出力部］
指令値出力部１４は、発電用／推進用エンジン出力指令値、排熱回収機器運転指令値、船内機器運転指令値、主機関最適制御指令値等を出力する。例えば、船内機器運転指令値は、船内機器の運転パターン等を示す。また、主機関最適制御指令値は、各エンジンの最適運転のための排気バイパス弁開度、燃料噴射タイミング等を示す。

発電用／推進用エンジン及び排熱回収機器を含む船内機器は、指令値に応じた効率的な運転を行う。

［本実施形態固有の作用・効果］
本実施形態に係るエネルギー管理システムは、船内の電力／熱需要を入力とし、船速、推進出力、エンジン出力等の目標値を満たす効率的な電力／熱のバランス計算を行い、発電用／推進用エンジン出力及び排熱回収機器出力の指令値を出力する。

通常、船舶には発電用エンジンと推進用エンジンがあるため、燃費を最少とする最適点（エンジン出力及び排熱回収機器出力の両方を考慮した最適値）は、上記指令値と時々刻々変化する船内の電力／熱需要により随時変動する。エネルギー管理システムは、この最適点を算出し、最適点に基づく指令値を出力して船内機器を制御することにより船舶の燃費を低減させる。

本実施形態を適用することにより、簡便な手法で、現在の排熱回収機器を搭載する船内の電力／熱エネルギー需要を賄い、かつ船速／エンジン出力等の目標値を満たす効率運転が可能となる。つまり、常に排熱回収機器及び前エンジン出力を船舶全体で最適化し、低燃費運航を可能とする。

本実施形態は、運航時に時々刻々の効率的な船舶機器の運用を行う船内機器制御システム／エネルギーマネジメントシステムに適用可能である。すなわち、実際の船舶の中に組み込むことが可能である。

＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態では、船舶の運航計画を行う際に気象等の予測データに基づく船内機器の最適な運転計画の算出手法について説明する。

本実施形態では、排熱回収機器として、「ハイブリッド過給機」（Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｕｒｂｏ）及び「排熱回収発電装置」のうち少なくとも一方（両方でも可）を搭載して排熱エネルギーを有効活用する船舶において、発生時間帯をシフト可能なエネルギー需要に関して、事前に（予め）設定した優先度に応じて発生時間帯をシフトした反復計算もしくは最適計算を行い、燃費低減可能な機器運転計画を作成する。

本実施形態に係るエネルギー管理システムは、船舶の運航前／運航中に、時系列のエネルギー需要予測データを入力し、排熱回収機器を有する排熱回収システム及び発電システム等を含む船舶の電力／熱の需給バランス計算を行い、燃料消費量等を算出する。排熱回収機器は、熱系統における排熱回収エネルギーの一部を用いて発電する。排熱回収機器の発電量によりエンジン出力及びエンジン燃料消費率は変動するため、燃費が最少となる最適点を算出する。

［エネルギー管理システム］
図２に示すように、本実施形態に係るエネルギー管理システムは、予測データ作成部２１と、燃料消費量計算部２２と、運転計画部２３と、運転計画更新部２４と、運転実績記憶部２５を備える。

［予測データ作成部］
予測データ作成部２１は、評価対象とする航海について、過去の実績データベースから類似ケースを抽出・参照し、時系列の予測データ（運航データ、気象／海象データ、船内エネルギー需要予測データ）を作成する。時系列的なエネルギー需要予測データ作成時には、運航計画の他に、船内の居住区や共用設備、遊戯施設等（客船の場合）で想定される需要の発生状況を考慮する。各々のエネルギー需要予測データには、発生時間が変更可能、発生時間が変更不可能、発生有無もしくは発生時間帯が不確定等の属性を持たせる。変更可能な需要に、その絶対値や他への影響等を勘案して変更するための優先度付けを行う。

［燃料消費量計算部］
燃料消費量計算部２２は、排熱回収機器を含む船内の電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、時系列の燃料消費量、電力消費量、熱消費量及び船内機器の詳細な運転計画を算出する。需給バランス計算には、２分法、ニュートン法等の反復法による求根アルゴリズムを用いる。熱系統の計算では、各系統（高圧蒸気、低圧蒸気、温水、冷水、冷却水等）での過不足を算出し、不足分があればボイラの追い炊きやターボ冷凍機を稼動させる等、実機構成を反映した計算が可能である。更に、船舶の機器特性、運転手法に応じた排熱回収機器出力とエンジン出力、エンジン燃料消費率の関係を示すエンジンデータベースを用いて、上記需給バランス計算同様の反復計算により最適（最少）な燃料消費量を計算する。

［運転計画部］
運転計画部２３は、船内機器の運転計画を行う。そのため、排熱で熱需要を賄えずボイラやターボ冷凍機が稼動している時間帯を特定し、変更可能な需要のうち優先度の高い順に熱需要を変更させた場合の熱系統の計算を行う。更に、時間帯変更可能な需要のうち優先度の高い順に電力需要を変更させた場合の電力系統の計算を行う。時間帯の変更は、対象時間帯を一定時間間隔に分割し、制約条件を満たす範囲において発生タイミングを順番にシフトさせ、再度需給バランス計算を行う。上記計算を繰り返し実行し、最も燃費低減効果が大きいものを選択する。

［運転計画更新部］
運転計画更新部２４は、船内機器の運転計画を更新する。ここでは、運航中、予測データの更新周期に合わせて予測データを更新する。当初の予測データとの偏差の累積が許容範囲を超えた場合、燃料消費量計算、運転計画を再度実施する。なお、運転計画更新部２４は、運転計画部２３と同一の装置・機構でも良い。

［運転実績記憶部］
運転実績記憶部２５は、運航後、実績データ及びその予測データとの偏差を実績データベースに蓄積し、次の航海にフィードバック（反映）する。

［船舶最適燃料消費量の基本計算処理］
図３を参照して、運航計画作成時における船舶最適燃料消費量の基本計算処理について説明する。

（１）ステップＳ１０１
燃料消費量計算部２２は、運航計画案（目標船速、船内機器稼働条件）、気象／海象予報、日照、時刻、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データを入力する。燃料消費量計算部２２は、これらのデータを予測データ作成部２１から受け取るものとする。なお、リアルタイム計算時は、リアルタイムデータ（実データ）を入力することになる。

（２）ステップＳ１０２
燃料消費量計算部２２は、様々な予測モデルに基づく計算を行う。例えば、推進器予測モデルに基づいて、推進エネルギー（馬力又は電力）を算出する。また、空調予測モデルに基づいて、船内冷暖房負荷を算出する。或いは、電力予測モデルに基づいて、推進系、空調系、熱系統以外の総電力値を算出する。これらを同時に／順番に行うようにしても良い。

（３）ステップＳ１０３
燃料消費量計算部２２は、事前に（予め）設定された負荷分散パターンに基づいて、ボイラ等の熱交換を行う熱源機器と、ターボ冷凍機等の電力を用いる熱源機器の負荷分散を決定する。

（４）ステップＳ１０４
燃料消費量計算部２２は、発電用／推進用エンジン出力の初期値を設定する。

（５）ステップＳ１０５
燃料消費量計算部２２は、事前に（予め）用意したエンジンデータベース（エンジン出力に対する発電量マップや各系統（蒸気系統、温水系統等）の排熱回収熱量マップ）に基づいて、総発電量や総エンジン排気熱量を算出する。

（６）ステップＳ１０６
燃料消費量計算部２２は、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する。

（７）ステップＳ１０７
燃料消費量計算部２２は、不足分熱量の供給源であるボイラ等の熱源機器の熱負荷、電力負荷を決定する。

（８）ステップＳ１０８
燃料消費量計算部２２は、再度、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する。

（９）ステップＳ１０９
燃料消費量計算部２２は、熱不足分が所定の閾値以下であるか確認する。

（１０）ステップＳ１１０
燃料消費量計算部２２は、熱不足分が所定の閾値以下でない場合（ステップＳ１０９でＮｏ）、ボイラ等の熱源機器の供給熱量を変更し、再度、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する（ステップＳ１０８に移行）。

（１１）ステップＳ１１１
燃料消費量計算部２２は、熱不足分が所定の閾値以下である場合（ステップＳ１０９でＹｅｓ）、総必要電力量を算出する。

（１２）ステップＳ１１２
燃料消費量計算部２２は、総発電量と総必要電力量の差分を算出する。

（１３）ステップＳ１１３
燃料消費量計算部２２は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下であるか確認する。

（１４）ステップＳ１１４
燃料消費量計算部２２は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下でない場合（ステップＳ１１３でＮｏ）、需給バランス計算を行い、発電用／推進用エンジン出力を変更し、再度、総発電量や総エンジン排気熱量を算出する（ステップＳ１０５に移行）。

（１５）ステップＳ１１５
燃料消費量計算部２２は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下である場合（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、燃料消費量を算出する。

（１６）ステップＳ１１６
燃料消費量計算部２２は、算出された燃料消費量を最適な燃料消費量として決定する。

［各予測モデルの計算手法］
以下に、上記の基本計算処理における各予測モデルの計算手法の詳細について説明する。

［推進機モデル］
燃料消費量計算部２２は、対象となる船舶固有の船型特性データベースを用いた推進エネルギー算出手法により、目標船速、気象／海象予報に基づいて、推進エネルギーを算出する。

［空調予測モデル］
燃料消費量計算部２２は、対象となる船舶固有の室配置、形状、構造、材質、内装品情報、及び空調機器特性を考慮した空調負荷算出手法を用いて、気象／海象予報、日照、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データ、船内機器稼働条件等に基づいて、船内冷暖房負荷を算出する。

［電力予測モデル］
燃料消費量計算部２２は、対象となる船舶で必要な電力のうち、推進系、空調系、熱系統以外で必要な電力（照明、室内機器、エンジン補機、空調補機等）をそれぞれの電力特性、需要予測データベースを用いて、気象／海象予報、日照、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データ、船内機器稼働条件等に基づいて、それぞれの電力量を算出し、船内総電力値を算出する。

［熱負荷予測モデル］
燃料消費量計算部２２は、対象となる船舶固有の熱系統（蒸気系統、温水系統、冷水系統等）において、各系統に接続される機器の必要熱量及び必要電力量を、それぞれの機器の熱負荷特性、電力負荷特性、熱需要予測データベースを用いて、発電用／推進用エンジン出力の初期値、空調負荷予測値、気象／海象予報、日照、進行方向、位置、乗客、乗員データ、船内イベントデータ、乗客占有率予想データ、船内機器稼働条件等に基づいて、それぞれの熱負荷、電力量を算出する。このとき、熱系統の各系統における総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する。

［空調最適化処理の追加］
図４を参照して、上記の基本計算処理（図３参照）に空調の最適化処理を追加した場合について説明する。ここでは、上記の基本計算処理との差分についてのみ説明する。

上記の基本計算処理との差分として、燃料消費量計算部２２は、船内総電力値を算出した後（ステップＳ１１５の後）、不足分熱量の供給源である熱源機器の熱負荷、電力負荷の最適化処理を行う。

（１）ステップＳ２０１
燃料消費量計算部２２は、不足分熱量の供給源である熱源機器の燃料消費量が最適（最少）であるか確認する。燃料消費量が最適（最少）である場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）、算出された燃料消費量を最適な燃料消費量として決定する（ステップＳ１１６に移行）。

（２）ステップＳ２０２
燃料消費量計算部２２は、燃料消費量が最適（最少）でない場合（ステップＳ２０１でＮｏ）、熱源機器の負荷分散を変更し、再度、発電用／推進用エンジン出力の初期値を設定する（ステップＳ１０４に移行）。

他の処理については、上記の基本計算処理と同様である。

［供給熱量初期値設定処理の追加］
図５を参照して、上記の計算処理（図４参照）に、更にボイラ等の熱源機器の供給熱量の初期値を設定する処理を追加した場合について説明する。ここでは、上記の計算処理との差分についてのみ説明する。

上記の計算処理との差分として、燃料消費量計算部２２は、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する際、事前に（予め）ボイラ等の熱源機器の供給熱量の初期値を設定しておく。

（１）ステップＳ３０１
燃料消費量計算部２２は、総発電量や総エンジン排気熱量を算出した後（ステップＳ１０５の後）、ボイラ等の熱源機器の供給熱量の初期値を設定する。その後、熱負荷予測モデルに基づいて、各熱系統の総熱負荷、過不足分熱量、熱系統の必要電力を算出する（ステップＳ１０８に移行）。

［排熱回収機器追加時の計算処理］
図６Ａ、図６Ｂを参照して、上記の計算処理（図５参照）において、更に排熱回収機器を追加した場合の計算処理について説明する。ここでは、上記の計算処理との差分についてのみ説明する。

上記の計算処理との差分として、燃料消費量計算部２２は、排熱回収機器の発電負荷率の最適化処理を行う。

（１）ステップＳ４０１
燃料消費量計算部２２は、熱源機器の負荷分散を決定した後（ステップＳ１０３の後）、エンジン出力に応じた排熱回収機器の負荷率の初期値を設定する。なお、排熱回収機器が複数ある場合、燃料消費量計算部２２は、各排熱回収機器の排熱利用の優先順位と、排熱利用量の上限値と、負荷率の初期値を設定する。その後、発電用／推進用エンジン出力の初期値を設定する（ステップＳ１０４に移行）。

（２）ステップＳ４０２
燃料消費量計算部２２は、総発電量と総必要電力量の差分が所定の閾値以下である場合（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、排熱回収機器の発電量に伴うエンジン効率変動を加味した燃料消費量を算出する。

（３）ステップＳ４０３
燃料消費量計算部２２は、エンジン効率変動を加味した燃料消費量が最適（最少）であるか確認する。エンジン効率変動を加味した燃料消費量が最適（最少）である場合（ステップＳ４０３でＹｅｓ）、更に、不足分熱量の供給源である熱源機器の燃料消費量が最適（最少）であるか確認する（ステップＳ２０１に移行）。

（４）ステップＳ４０４
燃料消費量計算部２２は、エンジン効率変動を加味した燃料消費量が最適（最少）でない場合（ステップＳ４０３でＮｏ）、排熱回収機器の発電負荷率を変更し、再度、発電用／推進用エンジン出力の初期値を設定する（ステップＳ１０４に移行）。

［本実施形態固有の作用・効果］
本実施形態を適用することにより、排熱回収機器を備えた排熱回収システムを搭載する船舶の最適な運用計画が作成可能となり、燃費低減運航が可能となる。

また、本実施形態を適用することにより、出航前もしくは航行中に、低燃費、低コスト、低環境負荷等を目的とした運航計画を行うシステムにおいて、任意の条件における正確なエネルギー収支の算出が可能となる。

＜各実施形態の関係＞
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。例えば、運航計画作成時（運航前）には第２実施形態を実施し、リアルタイム最適運転制御時（運航中）には第１実施形態を実施することが考えられる。この場合、本発明に係るエネルギー管理システムは、図７に示すように、全実施形態が実施可能な構成となる。

［エネルギー管理システム］
図７に示すように、本実施形態に係るエネルギー管理システムは、リアルタイム最適運転制御部１０と、運航計画作成部２０を備える。

リアルタイム最適運転制御部１０は、入力値取得部１１と、目標値設定部１２と、指令値計算部１３と、指令値出力部１４を備える。

運航計画作成部２０は、予測データ作成部２１と、燃料消費量計算部２２と、運転計画部２３と、運転計画更新部２４と、運転実績記憶部２５を備える。

入力値取得部１１、目標値設定部１２、指令値計算部１３、指令値出力部１４、予測データ作成部２１、燃料消費量計算部２２、運転計画部２３、運転計画更新部２４、及び運転実績記憶部２５の各々については、基本的に、前述の通りである。

＜ハードウェアの例示＞
以下に、本発明に係るエネルギー管理システムを実現するための具体的なハードウェアの例について説明する。

図示しないが、本発明に係るエネルギー管理システムは、プログラムに基づいて駆動し所定の処理を実行するプロセッサと、当該プログラムや各種データを記憶するメモリを備えた計算機等の電子機器によって実現される場合がある。

上記のプロセッサの例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ネットワークプロセッサ（ＮＰ：Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコントローラ（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、或いは、専用の機能を有する半導体集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等が考えられる。

上記のメモリの例として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ等の半導体記憶装置、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の補助記憶装置、又は、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のリムーバブルディスクや、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等の記憶媒体（メディア）等が考えられる。また、バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）やレジスタ（ｒｅｇｉｓｔｅｒ）等でも良い。

なお、上記のプロセッサ及び上記のメモリは、一体化していても良い。例えば、近年では、マイコン等の１チップ化が進んでいる。したがって、電子機器に搭載される１チップマイコンが、上記のプロセッサ及び上記のメモリを備えている事例も考えられる。

但し、実際には、これらの例に限定されない。

＜備考＞
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。

１０… リアルタイム最適運転制御部
１１… 入力値取得部
１２… 目標値設定部
１３… 指令値計算部
１４… 指令値出力部
２０… 運航計画作成部
２１… 予測データ作成部
２２… 燃料消費量計算部
２３… 運転計画部
２４… 運転計画更新部
２５… 運転実績記憶部

Claims (7)

1. 発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶におけるエネルギー管理システムであって、
   船内全体の電力需要と熱需要を入力する手段と、
   前記船内全体の電力需要及び熱需要と、船速、推進出力、エンジン出力、及び燃料消費率のうち少なくとも１つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力の最適点を算出する手段と、
   前記最適点に基づき、発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力、並びに船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力する手段と
   を具備する
   エネルギー管理システム。
2. 請求項１に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記最適点を算出する手段は、
   反復法による球根アルゴリズムを用いて前記需給バランス計算を行い、前記排熱回収機器を具備する熱系統の計算では、高圧蒸気系統、低圧蒸気系統、温水系統、及び冷水系統の各系統の過不足熱量を算出し、不足分熱量に応じて熱源機器を稼働させ、実機構成を反映した計算を行う手段と、
   前記指令値と、時々刻々変化する前記船内全体の電力需要と熱需要とにより変動する前記最適点を算出する手段と
   を含む
   エネルギー管理システム。
3. 請求項１又は２に記載のエネルギー管理システムであって、
   評価対象とする航海について、過去の実績データベースから類似ケースを抽出して参照し、運航計画、船内の居住区及び施設で想定される需要の発生状況に基づいて時系列のエネルギー需要の予測データを作成する手段と、
   前記予測データに基づいて電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、時系列の燃料消費量、電力消費量、及び熱消費量、並びに船内機器の運転計画を算出する手段と、
   運航後、実績データ、及び前記実績データと前記予測データとの偏差を、前記実績データベースに蓄積して、次の航海にフィードバックする手段と
   を更に具備する
   エネルギー管理システム。
4. 請求項３に記載のエネルギー管理システムであって、
   運行中、前記予測データの更新周期に合わせて前記予測データを更新する手段と、
   当初の予測データとの偏差の累計が許容範囲を超えた場合、再度、前記予測データに基づいて電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、時系列の燃料消費量、電力消費量、及び熱消費量、並びに船内機器の運転計画を算出する手段と
   を更に具備する
   エネルギー管理システム。
5. 請求項３又は４に記載のエネルギー管理システムであって、
   前記予測データに、発生時間の変更可否及び発生有無を示す属性を持たせて、変更可能な需要に優先度を割当てる手段と、
   不足分熱量に応じて熱源機器が稼働している時間帯を特定する手段と、
   前記変更可能な需要のうち、優先度の高い順に熱需要を変更させた場合の熱系統の計算を行う手段と、
   前記変更可能な需要のうち、優先度の高い順に電力需要を変更させた場合の電力系統の計算を行う手段と、
   対象時間帯を一定時間間隔に分割し、制約条件を満たす範囲において発生タイミングを順番にシフトさせ、再度需給バランス計算を行う手段と、
   上記の計算を繰り返し実行し、最も燃費低減効果が大きいものを選択する手段と
   を更に具備する
   エネルギー管理システム。
6. 発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶において実施されるエネルギー管理方法であって、
   船内全体の電力需要と熱需要を入力することと、
   前記船内全体の電力需要及び熱需要と、船速、推進出力、エンジン出力、及び燃料消費率のうち少なくとも１つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力の最適点を算出することと、
   前記最適点に基づき、発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力、並びに船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力することと
   を含む
   エネルギー管理方法。
7. 発電システムとしてエンジン発電機と排熱回収機器とを有する船舶におけるエネルギー管理用のプログラムであって、
   船内全体の電力需要と熱需要を入力するステップと、
   前記船内全体の電力需要及び熱需要と、船速、推進出力、エンジン出力、及び燃料消費率のうち少なくとも１つにおける目標値とを満たす電力系統及び熱系統の需給バランス計算を行い、燃費を最少とする発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力の最適点を算出するステップと、
   前記最適点に基づき、発電用エンジン出力、推進用エンジン出力、及び排熱回収機器出力、並びに船内機器運転制御のそれぞれの指令値を出力するステップとを電子機器に実行させるための
   プログラム。
   

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