(57)【要約】【課題】船舶の運航中に最大限までエネルギーを蓄積（蓄電／蓄熱）し、蓄積エネルギーを放出する最適なタイミング及び量を算出し、最適なタイミング及び量で蓄積エネルギーを放出する。【解決手段】運用計画支援システムは、エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶における運用計画支援システムであって、蓄熱装置及び蓄電装置の仕様を設定する機構と、蓄熱装置及び蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する機構と、蓄熱装置及び蓄電装置への蓄積エネルギー量を計算する機構と、蓄積エネルギー量に基づいて、電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、最適化された燃料消費量を算出する機構とを備える。【選択図】図１
2014165946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶における運用計画支援システムであって、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置の仕様を設定する手段と、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する手段と、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置への蓄積エネルギー量を計算する手段と、
前記蓄積エネルギー量に基づいて、電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、最適化された燃料消費量を算出する手段と
を具備する
運用計画支援システム。
【請求項２】
請求項１に記載の運用計画支援システムであって、
船内のエネルギー需要予測データから特徴量として一定時間毎の最大値、最小値、平均値を抽出する手段と、
前記特徴量の変動状況に基づいて計算対象期間を複数の領域に分割する手段と、
前記複数の領域の各々を一群の時間間隔として扱い、変動の幅が閾値より大きい領域は最適化対象外とし、計算量を低減させる手段と、
前記特徴量に基づいて最適化計算を実施し、運転計画を作成する手段と
を更に具備する
運用計画支援システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の運用計画支援システムであって、
事前の入力条件に対して最適化計算を実施して運転計画を作成し、前記入力条件と前記運転計画とをデータベースに蓄積する手段と、
新たな運転計画立案時には、今回の入力条件を、前記データベースに格納された入力条件と照合して該当する入力条件を検出し、前記検出された入力条件に対応する運転計画が評価指標を満足する場合には、新たな最適化計算を実施せず、前記評価指標を満足する運転計画を採用する手段と
を更に具備する
運用計画支援システム。
【請求項４】
エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶に対して、電子機器により実施される運用計画支援方法であって、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置の仕様を設定することと、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御することと、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置への蓄積エネルギー量を計算することと
前記蓄積エネルギー量に基づいて、電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、最適化された燃料消費量を算出することと
を含む
運用計画支援方法。
【請求項５】
請求項４に記載の運用計画支援方法であって、
船内のエネルギー需要予測データから特徴量として一定時間毎の最大値、最小値、平均値を抽出することと、
前記特徴量の変動状況に基づいて計算対象期間を複数の領域に分割することと、
前記複数の領域の各々を一群の時間間隔として扱い、変動の幅が閾値より大きい領域は最適化対象外とし、計算量を低減させることと、
前記特徴量に基づいて最適化計算を実施し、運転計画を作成することと、
を更に含む
運用計画支援方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の運用計画支援方法であって、
事前の入力条件に対して最適化計算を実施して運転計画を作成し、前記入力条件と前記運転計画とをデータベースに蓄積することと、
新たな運転計画立案時には、今回の入力条件を、前記データベースに格納された入力条件と照合して該当する入力条件を検出し、前記検出された入力条件に対応する運転計画が評価指標を満足する場合には、新たな最適化計算を実施せず、前記評価指標を満足する運転計画を採用することと
を更に含む
運用計画支援方法。
【請求項７】
エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶に対して、電子機器により実行されるプログラムであって、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置の仕様を設定するステップと、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御するステップと、
前記蓄熱装置及び前記蓄電装置への蓄積エネルギー量を計算するステップと、
前記蓄積エネルギー量に基づいて、電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、最適化された燃料消費量を算出するステップと
を電子機器に実行させるための
プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムであって、
船内のエネルギー需要予測データから特徴量として一定時間毎の最大値、最小値、平均値を抽出するステップと、
前記特徴量の変動状況に基づいて計算対象期間を複数の領域に分割するステップと、
前記複数の領域の各々を一群の時間間隔として扱い、変動の幅が閾値より大きい領域は最適化対象外とし、計算量を低減させるステップと、
前記特徴量に基づいて最適化計算を実施し、運転計画を作成するステップと
を更に電子機器に実行させるための
プログラム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のプログラムであって、
事前の入力条件に対して最適化計算を実施して運転計画を作成し、前記入力条件と前記運転計画とをデータベースに蓄積するステップと、
新たな運転計画立案時には、今回の入力条件を、前記データベースに格納された入力条件と照合して該当する入力条件を検出し、前記検出された入力条件に対応する運転計画が評価指標を満足する場合には、新たな最適化計算を実施せず、前記評価指標を満足する運転計画を採用するステップと
を更に電子機器に実行させるための
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運用計画支援システムに関し、特に排熱回収機器及びエネルギー貯蔵装置を含む大型船舶の運用計画支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
［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２０１２−１１７６９７号公報）に「排熱回収システム」が開示されている。この排熱回収システムでは、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、吸収式冷凍機を作動させることができる。
【０００８】
また、特許文献２（特開２０１１−２３０５３５号公報）及び特許文献３（特開２０１１−０２０６２０号公報）に「自動車運搬船」が開示されている。これらの「自動車運搬船」では、蓄電池を備えた自動車運搬船の特徴が開示されている。
【０００９】
但し、これらは主に機器やシステムの構成についての技術であり、蓄熱装置や蓄電装置等のエネルギー貯蔵装置を有する船舶排熱回収システムの燃費の定量評価方法については考慮されておらず、全体システムとしての最適な運転／運用計画を作成することはなかった。
【００１０】
更に、特許文献４（特許４９８４１０７号公報）の第０００５段落には、コジェネレーションプラントに蓄熱装置を追加した場合における最適化計算の難しさや課題について記載されている。蓄電装置を追加した場合も上記と同様であり、蓄熱装置と蓄電装置の両方を追加する場合、機器の組合せの数が更に増加するため、更に計算量が膨大になると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１２−１１７６９７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３０５３５号公報
【特許文献３】特開２０１１−０２０６２０号公報
【特許文献４】特許４９８４１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶における基本的な運転方法の例として、船舶の運航中に最大限まで蓄電／蓄熱し、停泊中にこれらを放出することでエンジンやボイラ（ｂｏｉｌｅｒ）の燃料消費量を低減することが考えられるが、そうするにしても停泊期間中のどのタイミングでどの程度放出するのが最適なのかは単純には決定できない。
【００１３】
また、運航中は、排熱回収機器の運転状況の計算に加え、蓄電／蓄熱装置を活用した電力のピークシフトと熱のピークシフトの両方を同時に考慮してトータルとして燃費最小となるように最適化計算を行う必要があり、非常に複雑かつ膨大な計算が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る運用計画支援システムは、エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶における運用計画支援システムであって、蓄熱装置及び蓄電装置の仕様を設定する機構と、蓄熱装置及び蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する機構と、蓄熱装置及び蓄電装置への蓄積エネルギー量を計算する機構と、蓄積エネルギー量に基づいて、電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、最適化された燃料消費量を算出する機構とを備える。
【００１５】
本発明に係る運用計画支援方法は、エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶に対して、電子機器により実施される運用計画支援方法である。この運用計画支援方法では、蓄熱装置及び蓄電装置の仕様を設定する。また、蓄熱装置及び蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する。また、蓄熱装置及び蓄電装置への蓄積エネルギー量を計算する。また、蓄積エネルギー量に基づいて、電力系統及び熱系統の需要バランス計算を行い、最適化された燃料消費量を算出する。
【００１６】
本発明に係るプログラムは、上記の運用計画支援方法における処理を、計算機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。
【発明の効果】
【００１７】
エネルギー貯蔵装置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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る運用計画支援システムの構成例を示す図である。
【図２】船舶排熱回収システムの系統モデルの例を示す図である。
【図３】予測されたエネルギー需要から特徴量を抽出する場合の説明図である。である。
【図４】特徴量の変動に基づいて複数の領域に分割する場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態では、エネルギー貯蔵装置（蓄電装置、蓄熱装置、その両方）を利用して燃費最小で運航する際の具体的な運転計画手法を提案する。
【００２１】
［システム構成］
図１に示すように、本実施形態に係る運用計画支援システムは、燃料消費量制御部１０と、運転計画作成部２０を含む。
【００２２】
燃料消費量制御部１０は、エネルギー貯蔵装置として蓄熱装置及び蓄電装置を有する船舶における燃料消費効率の向上のための演算を行い、船舶の運航中に最大限までエネルギーを蓄積（蓄電／蓄熱）し、蓄積エネルギーを放出する最適なタイミング及び量を算出し、最適なタイミング及び量で蓄積エネルギーを放出する。
【００２３】
運転計画作成部２０は、船内のエネルギー需要予測データから特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて運転計画（運転パターン）を作成するための最適化計算を実施する。このとき、運転計画作成部２０は、図２に示すような蓄電装置及び蓄熱装置を含む船舶排熱回収システムの系統モデルを用いて、熱需要／電力需要と熱供給量／発電量との需給バランス計算を実施する。
【００２４】
［燃料消費量制御部］
燃料消費量制御部１０は、蓄電量制御部１１と、蓄熱量制御部１２を含む。
【００２５】
蓄電量制御部１１は、蓄電装置の主要な仕様（個数、容量、設置する系統、効率、ロス等）を設定した場合に、蓄電装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する機能と、蓄積エネルギー量を計算する機能を有する。
【００２６】
蓄熱量制御部１２は、蓄熱装置の主要な仕様（個数、容量、設置する系統、効率、ロス等）を設定した場合に、蓄熱装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する機能と、蓄積エネルギー量を計算する機能を有する。蓄熱装置の場合、時間経過と共に温度低下し、熱エネルギー量が減少する点等も考慮する。
【００２７】
［運転計画作成部］
運転計画作成部２０は、特徴量抽出部２１と、予測データ分割部２２と、最適化計算部２３を含む。
【００２８】
特徴量抽出部２１は、船内のエネルギー需要予測データから特徴量を抽出する。ここで、図３に示すように、特徴量の例として、一定期間（例えば３時間）毎の最大値、最小値、平均値を想定している。図３では、エネルギー需要の一例として、電力需要のみ示しているが、熱需要についても同様である。或いは、エネルギー需要予測データに対して平滑化フィルタや移動平均等の演算を実施し、その結果を特徴量として使用しても良い。これらを用いることで、エネルギー需要予測データをそのまま用いるよりも計算量を低減できる。
【００２９】
予測データ分割部２２は、運転計画期間を複数の期間に分割し、その時間間隔毎に最適化計算を実施する。しかし、この時間間隔が短いと指数関数的に計算量が増大する。反対に、時間間隔が長すぎると十分な最適化効果が得られない。本実施形態では、予測データ分割部２２は、上記の特徴量の変動状況を基に、計算対象期間を数パターン程度の領域（一定領域、変動が小さな領域、変動が大きな領域、等）に分割する。なお、変動が小さな領域とは、変動の幅が所定の閾値以下となる／より小さい領域を指す。反対に、変動が大きな領域とは、変動の幅が所定の閾値以上となる／より大きい領域を指す。例えば、図４に示すように、船内のエネルギー需要予測データに対し、電力需要データ及び熱需要データのそれぞれを変動状況に応じて数パターン程度の領域に分割する。図４では、エネルギー需要の一例として、電力需要のみ示しているが、熱需要についても同様である。
【００３０】
最適化計算部２３は、上記の領域を用いて運転計画作成のための最適化計算を実施する。例えば、数理最適化手法（混合整数計画法）等を適用した最適化計算を行う。上記の領域をパターン毎にひとまとまり（一群）の時間間隔として扱い、更に変動が大きな領域は最適化対象外とすることで、計算量を低減できる。
【００３１】
［本実施形態固有の作用・効果］
本実施形態では、燃料消費効率の向上のための演算において、蓄電装置を活用した電力需要の演算、蓄熱装置を活用した熱需要の演算を追加し、数理最適化手法（混合整数計画法）等を適用した最適化計算を行う。
【００３２】
上記演算には、蓄熱装置及び蓄電装置の主要な仕様を設定した場合に、これらの装置へのエネルギー蓄積・放出を制御する機能及び蓄積エネルギー量を計算する機能等を含める。蓄熱装置の場合、時間経過と共に温度低下し、熱エネルギー量が減少する点等も考慮する。
【００３３】
船内のエネルギー需要予測データに対し、電力需要データ及び熱需要データを変動状況に応じて数パターン程度の領域に分割する。これらの領域をパターン毎にひとまとまりの時間間隔として扱い、更に変動が大きな領域は最適化対象外とする等すれば計算量を低減できる。
【００３４】
本実施形態を適用することで、エネルギー需要予測データとして全ての時系列データを用いる場合に比べ計算量を大幅に低減できる。更に、エネルギー貯蔵装置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。
【００３５】
＜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。
【００３６】
本実施形態では、最適化計算に基づいて作成された運用計画をデータベース化し手蓄積し、以降の運転計画作成時に、蓄積された運用計画が利用可能か確認し、最適化計算の必要性の有無を判断する。
【００３７】
本実施形態に係る運用計画支援システムの構成は、基本的に、第１実施形態と同様である。以降、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００３８】
本実施形態では、最適化計算部２３は、事前に（予め）代表的な入力条件（気象・海象予報、航路、エネルギー需要パターン等）に対して、最適運転計画を作成する最適化計算をオフラインで実施し、これらの情報（入力条件及び最適運転計画）をデータベースに格納（データベース化）しておく。
【００３９】
また、最適化計算部２３は、新たな運転計画立案時には、今回の入力条件を、上記のデータベースに格納された入力条件と照らし合わせて（照合して）、該当する入力条件を検索する。該当する入力条件を検す通信した場合、検出された入力条件に対応する最適運転計画が評価指標を満足するか確認する。検出された入力条件に対応する最適運転計画が評価指標を満足する場合には、新たな最適化計算は実施せずに、当該最適運転計画を採用する。これにより、計算負荷を低減できる。
【００４０】
評価指標の例としては、データベースの入力条件と今回の入力条件の時系列データの一定時間毎の最大値、平均値、最小値の偏差等が考えられる。例えば、最大値、平均値、最小値の偏差のいずれか又は全部が所定の閾値（１０％）以下である場合、評価指標を満足すると判断する。
【００４１】
＜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。
【００４２】
＜ハードウェアの例示＞
以下に、本発明に係る運用計画支援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。
【００４３】
図示しないが、本発明に係る運用計画支援システムは、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と、ネットワークとの通信に用いられるインターフェースを備えた計算機等の電子機器によって実現される場合も考えられる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。或いは、ＤＡＳ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｔｔａｃｈｅｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ）、ＦＣ−ＳＡＮ（Ｆｉｂｒｅ  Ｃｈａｎｎｅｌ  −  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＮＡＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｔｔａｃｈｅｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ）、ＩＰ−ＳＡＮ（ＩＰ  −  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等を用いたストレージ装置でも良い。
【００４６】
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。従って、電子機器等に搭載される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。
【００４７】
上記のインターフェースの例として、ネットワーク通信に対応した基板（マザーボード、Ｉ／Ｏボード）やチップ等の半導体集積回路、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｒｄ）等のネットワークアダプタや同様の拡張カード、アンテナ等の通信装置、接続口（コネクタ）等の通信ポート等が考えられる。
【００４８】
また、ネットワークの例として、インターネット、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、無線ＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、バックボーン（Ｂａｃｋｂｏｎｅ）、ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）回線、固定電話網、携帯電話網、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ  ８０２．１６ａ）、３Ｇ（３ｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、専用線（ｌｅａｓｅ  ｌｉｎｅ）、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、シリアル通信回線、データバス等が考えられる。
【００４９】
なお、運用計画支援システムの内部の構成要素は、モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）、コンポーネント（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、或いは専用デバイス、又はこれらの起動（呼出）プログラムでも良い。
【００５０】
但し、実際には、これらの例に限定されない。
【００５１】
＜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。
【符号の説明】
【００５２】
１０…  燃料消費量制御部
１１…  蓄電量制御部
１２…  蓄熱量制御部
２０…  運転計画作成部
２１…  特徴量抽出部
２２…  予測データ分割部
２３…  最適化計算部
【図１】
2014165946.tif 000003
【図２】
2014165946.tif 000004
【図３】
2014165946.tif 000005
【図４】
2014165946.tif 000006