(57)【要約】  エネルギー消費する複数の利用物（user）及び燃料消費する複数のエンジンを有した船舶におけるエネルギー使用量を制御するための装置及び方法は、開示される。本発明によれば、装置は、船舶の航路を計画して航路上のエネルギー使用量を見積もるための航海管理手段（２）と、エネルギー使用量を予測するためのエネルギー管理手段（１０）と、航路上のエネルギー均衡を管理するための制御手段（３０）とを備える。【選択図】      図１
2013532094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー消費する複数の利用物（user）及び燃料消費する複数のエンジンを有する船舶においてエネルギー使用量を制御するための方法であって、前記エネルギー消費する利用物は、彼ら自身のエネルギー需要及びエネルギー特性を有した第１の利用物群及び第２の利用物群に少なくとも分けられ、
−  前記船舶が航路上で直面する少なくとも外力を計算することによって、天気予報と海流と海深との複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して前記船舶のための航路を計画すること（５０）、
−  前記航路上の各利用物群のエネルギー使用量を見積もること（５２）、
−  燃料タイプと燃料価格と排出目標と各消費物（consumer）の効率との第２の複数のうちの１つまたはいくつかを考慮して各利用物群のためのエネルギー使用量を予測すること（５４）、
−  航路中の利用物群の間のエネルギー均衡を管理すること（５６）、
の工程を含む方法。
【請求項２】
前記第１の利用物群は推進装置又は操舵装置を含み、前記第２の利用物群は非推進装置を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも第１の利用物群は、エネルギーを蓄積する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
将来の前記エネルギー需要は予測され、前記第２の利用物群は、動力需要が増大する前にエネルギーを蓄えるために制御される
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギー均衡は航路の間、連続的に更新される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記エネルギー均衡を管理する場合、動力システムの負荷制限は利用される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記エンジンの始動は、予測され、及び／又は、最適化される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記エンジンの前記最適化運転時間を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記エネルギー均衡を管理する場合に前記燃料費は最小にされる
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記エネルギー均衡は、表示され監視される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記項目の現在の値は、エネルギー使用量を予測し見積もる場合に、計測され、関連する値の履歴データと比較される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記航路は、出発港から到着港までの航海を包含する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記航路は、運転モード及び環境状況のように本質的に一定の状況を有している部分的な航行を包含する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
一般部分と到着部分との航行（trip）の状況は考慮される
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
エネルギー消費する複数の利用物及び燃料消費する複数のエンジンを有する船舶においてエネルギー使用量を制御するための装置であって、前記エネルギー消費する利用物は、各利用物群がそれら自身のエネルギー需要及びエネルギー特性を有している第１の利用物群及び第２の利用物群に少なくとも分けられ、前記船舶が航路上で直面する外力を少なくとも計算することによって天気予報と海流と海深の複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して前記船舶の航路を計画して前記航路上の各利用物群のエネルギー使用量を見積もるための航海管理手段（２）と、燃料タイプと燃料価格と排出目標と各消費物の効率との第２の複数の中から１つまたはいくつかを考慮して各利用物グループのエネルギー使用量を予測するエネルギー管理手段（１０）と、航路中の利用物群の間のエネルギー均衡を管理する制御手段（３０）と、を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶におけるエネルギー管理方法、監視方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶において、搭載された推進装置またはほかの装置への動力を発生するために要求されるエネルギーは、船舶に格納されていなければならない。航洋船において、油のような燃料は、エネルギー源として使用され、ディーゼルエンジンは主エンジンとして使用される。大型船舶には、船舶の発電機または主プロペラを回転させるいくつかのディーゼルエンジンがあってもよい。燃料は、港または航海の途中で燃料タンカーによって船舶に提供される。液化天然ガスのような他の一次エネルギー源もまた使用されている。
【０００３】
動力発生及び推進システムは、最適効率を達成するために継続的に調整され、制御され、そして監視されている。出力制御は、システムの結果を得るための制御システムの基本的部分である。同様に推進システムは、利用可能な電気エネルギー及び／又は一次エネルギーを使用して、要求された動力を生産するために制御される。実際には、エネルギーの充足性は、装置及びその制御システムの効率ほど重要ではない。
【０００４】
別々の装置の出力制御は、エネルギーを効率的に及び経済的に消費するために良い成果をもたらす。これは、個々の推進装置、ポンプ装置、および光熱設備にとって有効である。さらに、異なる種類の一次エネルギー源は、並行して同時に使用できる。異なる種類の燃料が有効であり、要求された動力の需要に応じて並行にまたは順番に運転されるいくつかのディーゼルエンジンがあるだろう。この種の要因及び燃料の価格、燃料の品質、及び燃料の入手可能性の持つ全ては、船舶の総合的なエネルギー効率に影響する。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１０／００２３２３９号明細書は、動力補助システムに悪影響を及ぼす一つ以上の運転条件に基づく個々の需要従属運転特性の最適化によって動力補助システムの動力需要を決定する動力需要管理方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００２３２３９号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、船舶において、高いエネルギー効率をもたらし、エネルギーの一次源に従い又は全エネルギー効率で状況を有したパラメータを考慮に入れるエネルギー管理の新しい方法を生み出すことである。この目的は、請求項１および請求項１５で定義された特徴によって達成される。他の好ましい実施形態は、従属項において定義される。
【０００８】
本発明によれば、エネルギー消費する複数の利用物（user）および燃料消費する複数のエンジンを有した船舶においてエネルギー使用量を制御する方法であって、エネルギー消費する利用物は、各利用物群(user group)がそれら自身のエネルギー需要及びエネルギー特性を有した少なくとも第１の利用物群と第２の利用物群とに分けられ、この方法は、船舶が航路（route）上で直面する少なくとも外力を計算することによって天気予報と海流と海深との複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して船舶の航路を計画すること、航路上の各利用物群のエネルギー使用量を見積もること、燃料タイプと燃料価格と排出目標と各消費物（consumer）の効率との第２の複数のうちの１つまたはいくつかを考慮して各利用物群のためのエネルギー使用量を予測すること、航路中の利用物群どうしの間のエネルギー均衡（energy balance）を管理すること、の工程を含む。
【０００９】
本発明に係る装置は、エネルギー消費する複数の利用物及び燃料消費する複数のエンジンを有する船舶のエネルギー使用量を制御し、エネルギー消費する利用物は、それら自身のエネルギー需要及びエネルギー特性を有しているそれぞれの利用物群の少なくとも第１の利用物群と第２の利用物群とに分けられる。この装置は、船舶が航路上で面している少なくとも外力を計算することによって天気予報、海流、海深の複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して船舶の航路を計画し、航路上の各利用物群のエネルギー使用量を見積もるための航海管理手段（２）と、燃料タイプ、燃料価格、排出目標、各消費物の効率の第２の複数のうちの１つまたはいくつかを考慮して各利用物群のためにエネルギー使用量を予測するためのエネルギー管理手段（１０）と、航路中に各利用物群の間のエネルギー均衡を管理するための制御手段（３０）とを含む。
【００１０】
本発明は、異なるエネルギー消費物は、それらの制御性の点、それらのエネルギー変化の点、および船舶の異なる運転モードにおけるそれらの出力需要とエネルギー需要の点において、異なる特性を有しているという考えに基づいている。港湾内運転、外洋運転、又は、操縦運転のように、異なる運転モードは、異なる種類の需要を有している。全エネルギー使用量を定義する場合、および消費装置の間のエネルギー均衡又はエネルギー配分を調整する場合、本発明は、この観測を利用する。
【００１１】
基本的に、船舶のエネルギー消費する装置は、２つの区分に分けることができる。第１は、推進エネルギーと呼ばれ、その役割は、出発する港から目的地の港まで船舶を動かし案内することである。第２は、非推進エネルギー又はいくつかのエネルギー消費装置を含む基底負荷と呼ばれ、船舶の動きまたは推進力、操舵、または操縦の要求に関わらず、完全にまたは部分的に船上で常に船上で運転している。
【００１２】
原則として、基底負荷は、連続負荷であり、エネルギーを作り出すため及び需要を満たすための出力を発生させるためにある量の燃料を必要とする。しかしながら、環境状況がそれに影響し、また、船舶の運転モードが基底負荷に影響するので、基底負荷需要は、常に変化する。加えて、基底負荷は、短い時間間隔または長い時間間隔でさえエネルギー節約モードにおいて運転されるエネルギー消費装置を含む。これらの負荷は、補助動力が推進又は操舵のために要求されている場合に、切ることができる。
【００１３】
本発明は、複数のエネルギー消費する複数の利用物及びエネルギー消費する複数のエンジンを有する船舶においてエネルギー使用量を制御ための方法であって、船舶が航路上で直面する少なくとも外力を計算することによって天候、海流の複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して船舶の航路を計画するための工程と、航路上でのエネルギー使用量を見積もるための工程と、燃料タイプ、燃料価格、排出目標、各消費物の効率の複数のうちの１つまたはいくつかを考慮してエネルギー使用量を予測するための工程と、航路上のエネルギー均衡及び／又は負荷制限を管理するための工程と、を含む。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、第１の利用物群は推進又は操舵装置を含み、第２の利用物群は非推進装置を含む。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、少なくとも第２の利用物群は、エネルギーを蓄えられる。非推進負荷は、接近する前に上限に運転されエネルギー需要の成長が予測される冷却または換気システムを含む。エネルギー需要が高い間、換気装置または他のエネルギー消費装置は、許容限界に達するまでスイッチが切られる。これによって、追加のディーゼルが始動することを避けることができる。
【００１６】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、エネルギー均衡は、航路の間継続的に更新される。状況の変更は、考慮される。計測データ及び履歴データは、エネルギー均衡を更新する際に、利用される。
【００１７】
好ましい実施形態は、さらに、エンジンの始動を予測／最適化するための工程を含む。要求されるエネルギーは、不必要な始動が回避されるように発生される。例えば、短期間でエネルギーを溜めて、不必要な負荷の切換によって作られる。さらに、将来のエネルギー需要は予測され、第２の利用物群は、出力需要が増大する前にエネルギーを溜めるために制御される。
【００１８】
他の好ましい実施形態は、さらに、エンジンの運転時間の最適化を含む。さらに他の好ましい実施形態は、エネルギー均衡を管理する場合、燃料費用の最小化のための工程を含む。
【００１９】
さらに他の好ましい実施形態は、エネルギー均衡を表示し監視するための工程を含む。人員は、装置を制御する場合に更新された情報を使用できる。
【００２０】
さらに他の好ましい実施形態では、項目の現在の価値は、エネルギー使用量を予測及び見積もる場合に、計測されて対応する変数の履歴データと比較される。
【００２１】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、航路は、出発港から目的港までの航海（voyage）を包含している。これは、エネルギー均衡の全体図を提供し、変化が現れた場合に更新される。
【００２２】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、航路は、運転モード及び環境状況のような本質的に一定な状況を有した部分的な航行（trip）を包含する。
【００２３】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、一般部分と到着部分との航行の状況は、考慮される。
【００２４】
推進負荷需要と組み合わされる場合、全てが経済的であるとして、搭載されたエネルギー生産があるように、基底負荷または非推進負荷は、最適化される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明は、図面を参照する本発明の実施形態の助けを借りて詳細に説明される。
【図１】図１は、本発明の一実施形態のブロック図を示す。
【図２】図２は、船舶の出力需要のグラフを示す。
【図３】図３は、本方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、ブロック図として本発明の一実施形態を示している。後で詳述するように、図は、機械または制御装置または情報記録及び情報処理のいずれかを示すブロックで構成される。ブロックからの矢印は、当該ブロックの出力を示すとともに、ブロックへの矢印は、当該ブロックの入力を示す。特定のブロックへの入力矢印は、装置の外の入力データまたは他のブロックからの出力データを移動する。特定のブロックからの出力は、装置の外の出力データまたは他のブロックへの入力データを移動する。
【００２７】
航海管理手段２において、基礎エネルギー消費予測は、計算される。代替的に、基礎エネルギー消費予測は、他の操作状態最適化手段において計算される。手段２は、好ましくは航海航路計画が実行される外部手段である。天候と航路の情報４は、航海管理手段２に入力される。この天候と航路の情報４は、例えば、天気予報、海流、及びかなりの確率で予知できる他のデータを含んでいる。港データ６は、また、航海管理手段２への他の入力であり、出発地Ａの港、目的地Ｂの港、およびＡとＢとの間のどんな途中の港の有効な情報を供給する。港データ６は、当該港に関連する情報も含んでいる。航海管理手段２は、入力データを考慮して航路計画を立て、地点Ａから地点Ｂまでの全航海の間に船舶が直面する外力を計算し、それに基づいて航海管理手段は、ＡからＢまでの全航海のためのエネルギー使用量の見積もりを計算し、そして、この出力１２は、エネルギー最適化手段１０に一つの入力として送られる。航海管理手段２の計算結果は、メモリ８に送られ記憶される。
【００２８】
航海管理手段２からのエネルギー使用量１２の見積もりは、エネルギー最適化手段１０においてエネルギー使用量の予測をするためにいくつかの他の入力とともに利用される。エネルギー最適化手段１０への入力データは、本発明のこの実施形態において、船舶の運転モード１４、運転時間１６、燃料費１８、排出物２０、及び効率曲線２２を含んでいる。エネルギー最適化手段１０は、エネルギー管理手順の修正に従う他の入力を有してもよい。運転モード１４は、船舶が外洋モードや港湾モードのように運転されることに係る子細を定義するデータおよび指令から構成される。運転時間１６は、異なる運転モード及びそれらの手順の継続時間を定義する。燃料費１８は、燃料費１８は、使用されるべき燃料タイプ、および利用可能度、および燃料価格を提供する。さらにエネルギー最適化手段１０は、エンジン２４からの入力を有し、その入力は、より詳細に後述される動力装置最適化の効率曲線２２、および、規則または当局によって設定された排出目標と排出物を比較し目標値以下に排出物の量を制限するためにエンジンの排出物がエネルギー最適化手段１０に入力されることによる排出物２０からなる。
【００２９】
船舶の出力管理システム（ＰＭＳ）２６は、船舶の総動力の生成及び供給を制御する。ＰＭＳ２６は、図１に示すようにエネルギー最適化手段１０に統合されるか、エネルギー最適化手段１０と連携する別ユニットとして実現される。入力データの全領域、及びエンジンの始動と停止をさせる決定において計算された運転の予測、を利用することをＰＭＳに許可するために、ＰＭＳ運転は、消費物の動力の流出といったような制御装置３０から出力される機能、推進駆動予測計算のような動力発生／電気的システム装置３２から出力される機能、及び新エンジンの手動始動承諾のような顧客インターフェイス入力から出力される機能、を補うために拡張される。
【００３０】
制御装置３０は、エネルギー最適化手段１０、エンジン２４、及び動力発生／電気システム装置３２に接続される。制御装置３０は、システムの実負荷制限プロファイルと負荷制限を制御する。制御装置３０は、手順参照に基づいて、効果的な方法で、システムに接続された補助消費機器も制御する。
【００３１】
動力発生／電気システム装置３２は、船舶の需要のために要求された電気的動力を発生し、プロペラのための推進動力を作り出す。この装置３２からの情報は、システム上の正しいエネルギー均衡を見つけるために負荷点から有効な出力までの全ての基本データを得るために、エネルギー最適化モジュールに伝えられる。例えば、発電機の数は、最も効率的に所要の動力を生成するために決定される。動力発生／電気システム装置３２は、推進装置と補助推進装置３４に象徴される全ての電力消費装置とに、エネルギーを供給する。いくつかの装置は、好ましくは、その特徴がエネルギー制御において利用される変速制御装置（ＶＳＤ）であり得る。
【００３２】
燃料／燃料品質装置３６は、最も効果的な運転の方法を見つけるために、有効な燃料及びそれらの特性の情報を有している。この装置３６は、効果的な方法及び排出目標を考慮してエンジンが運転することを可能にする。燃料消費量は、装置３６によって監視され表示される。
【００３３】
本発明に係る装置によれば、エネルギー管理予測計算によって利用され得る消費削減緩衝器を定義することを利用物（user）に可能とさせる。推進効率モデル及び推進特徴、及びシステムレベル効率に影響する現象は、手順において統合されモデル化される。予測に基づいて、エネルギー均衡及び起こりうる負荷制限は、全航海の間、利用物に報告される。全体システムにおいて作り出されるデータは、遠隔診断と支援とを提供できるようにデータ収集装置に集中型モードで集められる。
【００３４】
図２は、本発明に係る装置において使用されるためのエネルギー効率曲線の一例を示す。速度／出力曲線報告は、船舶が運転される実際の外力に基づいて作成される。速度／出力曲線４０は、単位当たりの出力が船舶の速度の関数として示されている図２のグラフに示されている。実際の速度／出力の値は、例えば、船舶が進路を変更するまたは浅瀬に来た場合、または海流が変化した場合に、航海の間に数回変更される。図において斑点は、船舶が居た効率的な点を特定している。各瞬間に効率的な点の情報に基づいて、船舶の乗組員は、運転がどれだけ効率的であるかオンラインで知る。情報に基づいて、乗組員は、船舶がより効率的なモードで運転されるために行動を起こすことができる。船舶が線４０に近ければ近いほど操作はより効率的になる。一般に、流体力学的な最適化を追求する操作は、効率点を線分４２の方向に水平に移動させ、動力装置の最適化を追求する操作は、効率点を線分４４の方向に鉛直に移動させる。
【００３５】
本発明に係る方法は、図３におけるフローチャートとして説明される。したがって、ブロック５０において船舶の航路は、天気予報、海流、及び海深の複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して、船舶が航路上で直面する少なくとも外力を計算することによって、計画される。航路上のエネルギー使用量は、ブロック５２で見積もられ、そして、エネルギー使用量は、燃料タイプ、燃料価格、排出目標の第２の複数のうちの１つまたはいくつかの項目を考慮して、ブロック５４で予測される。ブロック５６において、航路上のエネルギー均衡は、管理される。
【図１】
2013532094.tif 000003
【図２】
2013532094.tif 000004
【図３】
2013532094.tif 000005
【国際調査報告】
2013532094.tif 000006
2013532094.tif 000007
2013532094.tif 000008