JP7046569B2

JP7046569B2 - A marine power supply system, a ship equipped with it, a control method for the marine power supply system, and a control program for the marine power supply system.

Info

Publication number: JP7046569B2
Application number: JP2017221828A
Authority: JP
Inventors: 晃川波; 啓一白石; 祐介今森; 武蔵坂本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery and Equipment Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery and Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2022-04-04
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: JP2019093735A

Description

本発明は、舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラムに関するものである。 The present invention relates to a marine power supply system, a ship equipped with the marine power supply system, a control method for the marine power supply system, and a control program for the marine power supply system.

船舶において、船内の電力負荷を賄うために、様々な方法が検討されている。
例えば、特許文献１には、パワータービンで発電した電力を蓄電し、船内負荷が増加した場合に蓄電した電力を利用することが開示されている。
また、特許文献２には、船舶に設けられた過給機と同軸上の発電機にて発電した電力を蓄電し、船内負荷が増加した場合に蓄電した電力を利用することが開示されている。
一方、特許文献３には、推進用メインエンジンを冷却したジャケット水と熱交換した有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムが開示されている。
また、特許文献４には、船舶に設けられた過給機と同軸上の発電機にて発電した電力にて船内負荷を賄い、一部を二次電池へ蓄電し、緊急停止時に用いるディーゼル発電設備が発電を開始するまでの間に二次電池から電力を供給することが開示されている。 In ships, various methods are being studied to cover the power load on board.
For example, Patent Document 1 discloses that the electric power generated by the power turbine is stored and the stored electric power is used when the load on the ship increases.
Further, Patent Document 2 discloses that electric power generated by a generator coaxial with a supercharger provided on a ship is stored and the stored electric power is used when the load on the ship increases. ..
On the other hand, Patent Document 3 discloses an organic Rankine cycle system that generates electricity using an organic heat medium that exchanges heat with jacket water that cools a propulsion main engine as a heat source.
Further, in Patent Document 4, the inboard load is covered by the power generated by the generator coaxial with the supercharger provided in the ship, a part of the power is stored in the secondary battery, and the diesel power generation used at the time of emergency stop. It is disclosed that power is supplied from a secondary battery until the facility starts power generation.

特開２００９－１３７３８３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-137383 特開２０１１－２５６８２７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-256827 特開２０１６－１４２２２３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-142223 特許第５８０４７２８号公報Japanese Patent No. 5804728

しかしながら、上記特許文献１、２及び４に開示された発明では、ディーゼル発電機は主機関が停止している場合等に発電を行うために設けられた非常用の発電機であり、ディーゼル発電機の負荷率についての検討がなされていないため、場合によってはディーゼル発電機の燃費効率が悪いという問題があった。
また、上記特許文献１、２及び４に開示された発明に対し、上記特許文献３に開示された発明を適用したとしても同様の課題が存在する。 However, in the inventions disclosed in Patent Documents 1, 2 and 4, the diesel generator is an emergency power generator provided for generating power when the main engine is stopped, and is a diesel generator. Since the load factor of the diesel generator has not been examined, there is a problem that the fuel efficiency of the diesel generator is poor in some cases.
Further, even if the invention disclosed in Patent Document 3 is applied to the inventions disclosed in Patent Documents 1, 2 and 4, the same problem exists.

また、上記特許文献４に開示された発明において、ディーゼル発電機の高効率化を図り燃費改善を行うために二次電池を用いてディーゼル発電機の負荷の変動を平準化することが考えられるが、二次電池は充放電効率が悪く、単に二次電池を設置しただけではディーゼル発電機の効率改善と二次電池の充放電損失とが相殺され、燃費改善の目的に対しては効果が薄いということがわかっている。 Further, in the invention disclosed in Patent Document 4, it is conceivable to use a secondary battery to level the fluctuation of the load of the diesel generator in order to improve the efficiency of the diesel generator and improve the fuel efficiency. , Secondary batteries have poor charge / discharge efficiency, and simply installing a secondary battery offsets the efficiency improvement of the diesel generator and the charge / discharge loss of the secondary battery, and is not effective for the purpose of improving fuel efficiency. I know that.

また、従来のシステムは、発電を行う装置として船内需要電力の変動に見合う容量のメインディーゼル発電機のみが設けられていた。この従来のシステムに対し、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を追加で設置し、メインディーゼル発電機の負荷の平滑化を行うとすると、メインディーゼル発電機の負荷率は一定となり、常時低負荷での運転が行われることとなる。ここで、メインディーゼル発電機の低負荷での運転は、燃費効率が悪いという問題がある。 Further, in the conventional system, only the main diesel generator having a capacity corresponding to the fluctuation of the onboard power demand is provided as a device for generating power. If an organic Rankine cycle system and a secondary battery are additionally installed to smooth the load of the main diesel generator to this conventional system, the load factor of the main diesel generator will be constant and the load will always be low. Will be driven. Here, the operation of the main diesel generator with a low load has a problem of poor fuel efficiency.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ディーゼル発電機、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を備えディーゼル発電機を高負荷運転する舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a marine power supply system equipped with a diesel generator, an organic Rankin cycle system and a secondary battery to operate a diesel generator with a high load, and a ship equipped with the same. And to provide a control method for a marine power system and a control program for a marine power system.

上記課題を解決するために、本発明の舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラムは以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る舶用電源システムは、発電を行うディーゼル発電機と、有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムと、二次電池と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ディーゼル発電機、前記有機ランキンサイクルシステム及び前記二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムであって、前記ディーゼル発電機は、平均船内需要電力に対して負荷率が６０％以上９０％以下であり、前記制御装置は、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御を行い、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御を行う。 In order to solve the above problems, the marine power supply system of the present invention, the ship equipped with the marine power supply system, the control method of the marine power supply system, and the control program of the marine power supply system adopt the following means.
The marine power supply system according to the first aspect of the present invention includes a diesel generator for power generation, an organic Rankin cycle system for power generation using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery, and a control device, and controls the above. The apparatus is a marine power generation system that controls to cover the onboard power demand by combining the diesel generator, the organic Rankin cycle system, and the secondary battery, and the diesel generator is based on the average onboard power demand. When the load factor is 60% or more and 90% or less, and the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator and the organic rankin cycle system, the control device determines the diesel generator and the organic rankin cycle . The inboard power demand is covered only by the total output of the system, and the surplus power is controlled to be charged from the organic Rankin cycle system to the secondary battery, and the inboard power demand is the diesel generator and the organic. When the total output of the Rankin cycle system is exceeded, the power stored in the secondary battery is controlled to be discharged.

本態様によれば、発電を行うディーゼル発電機と、有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムと、二次電池と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ディーゼル発電機、前記有機ランキンサイクルシステム及び前記二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムであって、前記ディーゼル発電機は、平均船内需要電力に対して負荷率が６０％以上９０％以下であり、前記制御装置は、船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に余剰分の電力を前記二次電池に充電するように制御を行い、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超える場合に前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御を行うことから、船内需要電力が平均の値の近辺ではディーゼル発電機を燃費効率のよい負荷率で用い、船内需要電力が増加するとディーゼル発電機に加えて有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を用いて増加分をカバーすることができる。 According to this aspect, a diesel generator for generating electricity, an organic Rankin cycle system for generating electricity using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery, and a control device are provided, and the control device is the diesel generator. A marine power source system that controls to cover the onboard power demand by combining the organic Rankin cycle system and the secondary battery, and the diesel generator has a load factor of 60% or more with respect to the average onboard power demand. 90% or less, the control device controls to charge the secondary battery with surplus power when the demand power on board does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system. When the onboard power demand exceeds the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system, the power stored in the secondary battery is controlled to be discharged, so that the onboard power demand is average. In the vicinity of the value, a diesel generator can be used at a load factor with good fuel efficiency, and when the onboard power demand increases, the increase can be covered by using an organic Rankin cycle system and a secondary battery in addition to the diesel generator.

また、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池にて発電を行うことから、ディーゼル発電機の容量を削減することができる、すなわち低容量のディーゼル発電機を用いることができるため、導入コストを削減することができる。 In addition, since power is generated by the organic Rankine cycle system and the secondary battery, the capacity of the diesel generator can be reduced, that is, the low capacity diesel generator can be used, so that the introduction cost can be reduced. Can be done.

また、有機ランキンサイクルシステムにて二次電池の充電を行う場合は、ディーゼル発電機を用いて二次電池の充電を行う必要がないためディーゼル発電機の燃料費を削減することができる。 Further, when the secondary battery is charged by the organic Rankin cycle system, it is not necessary to charge the secondary battery by using the diesel generator, so that the fuel cost of the diesel generator can be reduced.

また、通常航海中は二次電池の充電を行い、出港時のバウスラスター起動等の急激な負荷上昇を二次電池の放電にて賄うことから、特に港湾域でのディーゼル発電機の黒鉛発生を防止することができる。 In addition, the secondary battery is charged during normal voyage, and the sudden increase in load such as the start of the bow raster at the time of departure is covered by the discharge of the secondary battery. Can be prevented.

本発明の第二態様に係る舶用電源システムは、発電を行うディーゼル発電機と、有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムと、二次電池と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ディーゼル発電機、前記有機ランキンサイクルシステム及び前記二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムであって、前記ディーゼル発電機は、メインディーゼル発電機よりも出力が小さい発電機であり、前記制御装置は、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御を行い、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御を行う。 The marine power supply system according to the second aspect of the present invention includes a diesel generator for power generation, an organic Rankin cycle system for power generation using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery, and a control device. The apparatus is a marine power source system that controls to meet the onboard power demand by combining the diesel generator, the organic Rankin cycle system, and the secondary battery, and the diesel generator is more than the main diesel generator. The output is a small generator, and the control device is the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system when the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system. The power required on board is controlled so as to charge the secondary battery from the organic rankin cycle system , and the power demand on board is the diesel generator and the organic rankin cycle system. When the total output is exceeded, the power stored in the secondary battery is controlled to be discharged.

本態様によれば、発電を行うディーゼル発電機と、有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムと、二次電池と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ディーゼル発電機、前記有機ランキンサイクルシステム及び前記二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムであって、前記ディーゼル発電機は、メインディーゼル発電機よりも出力が小さい発電機であり、前記制御装置は、船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に余剰分の電力を前記二次電池に充電するように制御を行い、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超える場合に前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御を行うことから、メインディーゼル発電機を用いずメインディーゼル発電機よりも小出力の発電機にて船内需要電力を賄うことができる。 According to this aspect, a diesel generator that generates electricity, an organic Rankin cycle system that generates electricity using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery, and a control device are provided, and the control device is the diesel generator. , The organic rankin cycle system and the secondary battery are combined to control a marine power generation system to meet the power demand in the ship, and the diesel generator is a generator having a smaller output than the main diesel generator. The control device controls the secondary battery to charge the surplus power when the onboard demand power does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system, and the onboard demand power. Controls to discharge the electric power stored in the secondary battery when the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system is exceeded. Therefore, the main diesel generator is not used. It is possible to cover the onboard power demand with a generator with a smaller output than.

ディーゼル発電機は、高負荷域で稼働することにより低燃費とすることができる。メインディーゼル発電機を用いて船内需要電力を賄う場合に、メインディーゼル発電機の容量に対して船内需要電力が低い場合は、メインディーゼル発電機は低負荷域で稼働することとなり燃費効率が悪い。
また、停電発生時の短時間の電力供給や、メインディーゼル発電機の高効率化及び制御の簡易化を目的としたメインディーゼル発電機の負荷の平滑化を行うために二次電池を設けることが考えられるが、二次電池は充放電効率が悪く、単に二次電池を設置しただけではメインディーゼル発電機の効率改善を二次電池の充放電時の損失で相殺されてしまうため、燃費改善の効果が薄い。 Diesel generators can achieve low fuel consumption by operating in a high load range. When the main diesel generator is used to cover the onboard power demand, if the onboard power demand is low relative to the capacity of the main diesel generator, the main diesel generator operates in a low load range and the fuel efficiency is poor.
In addition, a secondary battery may be installed to supply power for a short period of time in the event of a power outage, and to smooth the load of the main diesel generator for the purpose of improving the efficiency of the main diesel generator and simplifying control. It is conceivable, but the charging / discharging efficiency of the secondary battery is poor, and simply installing the secondary battery offsets the efficiency improvement of the main diesel generator by the loss during charging / discharging of the secondary battery, so the fuel efficiency is improved. The effect is weak.

そこで、メインディーゼル発電機よりも小出力のディーゼル発電機を用いることとする。これにより、ディーゼル発電機は高負荷域で稼働することとなり、燃費を抑えることができる。また、ディーゼル発電機のみでは船内需要電力を賄えない場合に有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を組み合わせて用いることで、船内需要電力の増加分をカバーすることができる。 Therefore, a diesel generator with a smaller output than the main diesel generator will be used. As a result, the diesel generator operates in a high load range, and fuel consumption can be suppressed. In addition, when the onboard power demand cannot be covered by the diesel generator alone, the increase in the onboard power demand can be covered by using the organic Rankine cycle system and the secondary battery in combination.

上記第二態様では、前記制御装置は、前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの出力を一定に制御するとしてもよい。 In the second aspect, the control device may control the output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system to be constant.

本態様によれば、制御装置は、ディーゼル発電機及び有機ランキンサイクルシステムの出力を一定に制御することから、複雑な制御を必要としない。また、ディーゼル発電機の出力を高負荷運転となるような所定の値に設定することができる。負荷の変動に対しては、二次電池の充放電にて対応する。 According to this aspect, the control device does not require complicated control because the output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system is controlled to be constant. Further, the output of the diesel generator can be set to a predetermined value so as to result in high load operation. Fluctuations in the load are dealt with by charging and discharging the secondary battery.

上記第二態様では、前記制御装置は、船内需要電力の増減に応じて前記ディーゼル発電機の発停を切り替える制御を行うとしてもよい。 In the second aspect, the control device may control to switch the start / stop of the diesel generator according to the increase / decrease of the onboard power demand.

本態様によれば、制御装置は、船内需要電力の増減に応じてディーゼル発電機の発停を切り替える制御を行うことから、ディーゼル発電機が高負荷運転となる場合のみディーゼル発電機を運転するため、ディーゼル発電機の燃費を抑えることができる。ディーゼル発電機が停止している場合は、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池にて船内需要電力を賄う。 According to this aspect, since the control device controls to switch the start and stop of the diesel generator according to the increase / decrease of the power demand in the ship, the diesel generator is operated only when the diesel generator is in high load operation. , The fuel consumption of the diesel generator can be suppressed. If the diesel generator is stopped, the organic Rankine cycle system and the secondary battery will cover the onboard power demand.

本発明の第三態様に係る船舶は、上述の舶用電源システムを備える。 The ship according to the third aspect of the present invention includes the above-mentioned marine power supply system.

本発明の第四態様に係る舶用電源システムの制御方法は、ディーゼル発電機、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムの制御方法であって、平均船内需要電力に対して前記ディーゼル発電機の負荷率が６０％以上９０％以下となるように制御する工程と、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御する工程と、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に、前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御する工程と、を有する。 The method for controlling a marine power supply system according to a fourth aspect of the present invention is a method for controlling a marine power supply system in which a diesel power generator, an organic Rankin cycle system, and a secondary battery are combined to control so as to meet the onboard power demand. , The process of controlling the load factor of the diesel generator to be 60% or more and 90% or less with respect to the average onboard power demand, and the onboard power demand determines the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system. A step of controlling the power demand on board the ship with only the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system when the power does not exceed the limit, and controlling the surplus power to be charged from the organic Rankin cycle system to the secondary battery. It also has a step of controlling to discharge the electric power stored in the secondary battery when the inboard electric power demand exceeds the total output of the diesel power generator and the organic Rankin cycle system.

本発明の第五態様に係る舶用電源システムの制御プログラムは、ディーゼル発電機、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムの制御プログラムであって、平均船内需要電力に対して前記ディーゼル発電機の負荷率が６０％以上９０％以下となるように制御するステップと、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御するステップと、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に、前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御するステップと、を有する。
The control program for a marine power supply system according to a fifth aspect of the present invention is a control program for a marine power supply system that controls a combination of a diesel generator, an organic Rankin cycle system, and a secondary battery so as to meet the onboard power demand. , The step of controlling the load factor of the diesel generator to be 60% or more and 90% or less with respect to the average inboard demand power, and the inboard demand power determines the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system. If the amount does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system, the onboard demand power is covered and the surplus power is controlled to be charged from the organic Rankin cycle system to the secondary battery. And, when the demand power in the ship exceeds the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system, the step of controlling the power stored in the secondary battery to be discharged is provided.

本発明によれば、ディーゼル発電機を高負荷運転するので、ディーゼル発電機の燃費を低燃費とすることができる。 According to the present invention, since the diesel generator is operated with a high load, the fuel consumption of the diesel generator can be reduced.

メインディーゼル発電機を用いた舶用電源システムを示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the marine power source system using the main diesel generator. ＯＲＣシステムを示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the ORC system. ディーゼル発電機の出力に対する燃費を示したグラフである。It is a graph which showed the fuel consumption with respect to the output of a diesel generator. 図１の構成を用いた場合の電力、燃費率、燃料消費量積算値および二次電池充電量の各値の推移を示したグラフである。It is a graph which showed the transition of each value of the electric power, the fuel consumption rate, the fuel consumption integrated value, and the secondary battery charge amount when the configuration of FIG. 1 is used. 本発明の第１実施形態に係る舶用電源システムを示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the marine power source system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る舶用電源システムを用いた場合の電力、燃費率、燃料消費量積算値および二次電池充電量の各値の推移を示したグラフである。It is a graph which showed the transition of each value of the electric power, the fuel consumption rate, the fuel consumption integrated value, and the secondary battery charge amount when the marine power source system which concerns on 1st Embodiment of this invention is used. 本発明の第２実施形態に係る舶用電源システムを用いた場合の電力、燃費率、燃料消費量積算値および二次電池充電量の各値の推移を示したグラフである。It is a graph which showed the transition of each value of the electric power, the fuel consumption rate, the fuel consumption integrated value, and the secondary battery charge amount when the marine power source system which concerns on 2nd Embodiment of this invention is used.

以下に、本発明に係る舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至６を用いて説明する。
図１には、メインディーゼル発電機を用いた舶用電源システムの概略構成が示されている。
図１に示されるように、メインディーゼル発電機を用いた舶用電源システム１は、メインディーゼル発電機１１ａ及び１１ｂ、ディーゼル発電機１０、推進用メインエンジン３、ＯＲＣシステム（Organic Rankine Cycle System；有機ランキンサイクルシステム）２、二次電池２０を主な構成として備えている。
以下の説明において、各メインディーゼル発電機１１を区別する場合は、末尾にａまたはｂのいずれかを付し、各メインディーゼル発電機１１を区別しない場合は、ａまたはｂを省略する。 Hereinafter, an embodiment of a marine power supply system according to the present invention, a ship provided with the marine power supply system, a control method for the marine power supply system, and a control program for the marine power supply system will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a marine power supply system using a main diesel generator.
As shown in FIG. 1, the marine power source system 1 using the main diesel generator includes the main diesel generators 11a and 11b, the diesel generator 10, the propulsion main engine 3, and the ORC system (Organic Rankine Cycle System). Cycle system) 2. The secondary battery 20 is provided as the main configuration.
In the following description, when distinguishing each main diesel generator 11, either a or b is added at the end, and when not distinguishing each main diesel generator 11, a or b is omitted.

メインディーゼル発電機１１ａ及び１１ｂは、船内需要電力を賄うために発電を行う。通常、メインディーゼル発電機１１は１台が常時稼働しており、船内需要電力が高負荷となった場合のみ２台が負荷均等にて稼働される。また負荷は、船内需要電力の変動に追従する。 The main diesel generators 11a and 11b generate electricity to meet the demand for electricity on board. Normally, one main diesel generator 11 is always in operation, and two units are operated with equal load only when the onboard power demand becomes a high load. In addition, the load follows fluctuations in onboard power demand.

ディーゼル発電機１０は、メインディーゼル発電機１１よりも出力が小さいディーゼル発電機であり、例えば停泊用の発電機として用いられる。 The diesel generator 10 is a diesel generator having a smaller output than the main diesel generator 11, and is used, for example, as a berthing generator.

図２には、本実施形態に係るＯＲＣシステムの概略構成が示されている。
ＯＲＣシステム２は、有機熱媒体を熱源として発電を行うシステムである。本実施形態では、推進用メインエンジン３におけるディーゼル燃料の燃焼により発生する熱が伝達されるジャケット冷却水を利用することにより、ジャケット冷却水と有機熱媒体を熱交換し有機熱媒体を熱源として発電を行うシステムであるとする。
図２に示すように、ＯＲＣシステム２は、有機流体循環流路２ａと、蒸発器２ｂと、パワータービン２ｃと、発電機２ｄと、凝縮器２ｅと、循環ポンプ２ｆとを有する。 FIG. 2 shows a schematic configuration of the ORC system according to the present embodiment.
The ORC system 2 is a system that generates electricity using an organic heat medium as a heat source. In the present embodiment, by using the jacket cooling water to which the heat generated by the combustion of the diesel fuel in the propulsion main engine 3 is transmitted, the jacket cooling water and the organic heat medium are exchanged for heat, and the organic heat medium is used as a heat source to generate power. It is assumed that it is a system that performs.
As shown in FIG. 2, the ORC system 2 has an organic fluid circulation flow path 2a, an evaporator 2b, a power turbine 2c, a generator 2d, a condenser 2e, and a circulation pump 2f.

有機流体循環流路２ａは、冷却水循環流路６を循環する推進用メインエンジン３におけるジャケット冷却水と熱交換させられる有機流体（作動流体；有機熱媒体）を循環させる流路である。有機流体としては、水よりも沸点の低い流体が用いられる。したがって、有機流体循環流路２ａを循環する有機流体は、高温の冷却水（例えば、約８５℃）と熱交換することにより蒸発させられる。
水よりも沸点の低い有機流体として、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の冷媒を用いることができる。 The organic fluid circulation flow path 2a is a flow path for circulating an organic fluid (working fluid; organic heat medium) that is heat-exchanged with the jacket cooling water in the propulsion main engine 3 that circulates in the cooling water circulation flow path 6. As the organic fluid, a fluid having a boiling point lower than that of water is used. Therefore, the organic fluid circulating in the organic fluid circulation flow path 2a is evaporated by exchanging heat with high-temperature cooling water (for example, about 85 ° C.).
As an organic fluid having a boiling point lower than that of water, low-molecular-weight hydrocarbons such as isopentane, butane and propane, and refrigerants such as R134a and R245fa can be used.

蒸発器２ｂは、冷却水循環流路６を流通する推進用メインエンジン３におけるジャケット冷却水と有機流体とを熱交換させて有機流体を蒸発させる装置である。蒸発器２ｂは、循環ポンプ２ｆから有機流体循環流路２ａを介して流入する有機流体を蒸発させるとともに蒸発させられた有機流体をパワータービン２ｃへ供給する。 The evaporator 2b is a device for evaporating the organic fluid by exchanging heat between the jacket cooling water and the organic fluid in the propulsion main engine 3 flowing through the cooling water circulation flow path 6. The evaporator 2b evaporates the organic fluid flowing from the circulation pump 2f through the organic fluid circulation flow path 2a, and supplies the evaporated organic fluid to the power turbine 2c.

パワータービン２ｃは、蒸発器２ｂによって蒸発させられた気相の有機流体によって回転させられる装置である。パワータービン２ｃは発電機２ｄに連結されるロータ軸（図示略）を有し、ロータ軸の回転動力を発電機２ｄに伝達する。パワータービン２ｃに回転動力を与える仕事をした有機流体は、パワータービン２ｃから排出された後に凝縮器２ｅへ供給される。 The power turbine 2c is a device rotated by the organic fluid of the gas phase evaporated by the evaporator 2b. The power turbine 2c has a rotor shaft (not shown) connected to the generator 2d, and transmits the rotational power of the rotor shaft to the generator 2d. The organic fluid that has worked to give rotational power to the power turbine 2c is discharged from the power turbine 2c and then supplied to the condenser 2e.

発電機２ｄは、パワータービン２ｃから伝達されるロータ軸の回転動力によって発電を行う装置である。発電機２ｄにより発電された電力は、船内需要電力を賄うため本実施形態の舶用電源システム１が搭載される船舶の各部に供給される。 The generator 2d is a device that generates electricity by the rotational power of the rotor shaft transmitted from the power turbine 2c. The electric power generated by the generator 2d is supplied to each part of the ship on which the marine power supply system 1 of the present embodiment is mounted in order to cover the inboard demand electric power.

凝縮器２ｅは、パワータービン２ｃから排出された有機流体を海水によって冷却し、気相の有機流体を液相の有機流体に凝縮させる装置である。凝縮器２ｅによって凝縮された液相の有機流体は、有機流体循環流路２ａを介して循環ポンプ２ｆへ供給される。 The condenser 2e is a device that cools the organic fluid discharged from the power turbine 2c with seawater and condenses the organic fluid in the gas phase into the organic fluid in the liquid phase. The liquid-phase organic fluid condensed by the condenser 2e is supplied to the circulation pump 2f via the organic fluid circulation flow path 2a.

循環ポンプ２ｆは、有機流体循環流路２ａを介して凝縮器２ｅから供給される液相の有機流体を蒸発器２ｂへ圧送する装置である。循環ポンプ２ｆが有機流体を圧送することにより、有機流体が有機流体循環流路２ａ上を蒸発器２ｂ，パワータービン２ｃ，凝縮器２ｅの順に循環する。循環ポンプ２ｆが有機流体を吐出する吐出量は、制御装置９によって制御される。 The circulation pump 2f is a device that pumps the liquid phase organic fluid supplied from the condenser 2e to the evaporator 2b via the organic fluid circulation flow path 2a. When the circulation pump 2f pumps the organic fluid, the organic fluid circulates on the organic fluid circulation flow path 2a in the order of the evaporator 2b, the power turbine 2c, and the condenser 2e. The discharge amount of the organic fluid discharged by the circulation pump 2f is controlled by the control device 9.

図１に示されるように、推進用メインエンジン３は、船舶の推進力を発生させる主機関（主機）であり、燃料油および燃料ガスの少なくともいずれか一方を主燃料として掃気空気とともに燃焼させる内燃機関である。図１の推進用メインエンジン３には軸発電機３１が備えられているが、軸発電機３１は設置されていなくてもよく、その出力については本発明の検討に含まないものとする。
推進用メインエンジン３は、エンジンシリンダの外側に冷却水の流れる通路であるウォータジャケット（図示略）を有する。推進用メインエンジン３は、冷却水入口から流入する冷却水をウォータジャケットに導いてウォータジャケットの周囲を冷却し、冷却水を冷却水出口から冷却水循環流路６へ排出する。 As shown in FIG. 1, the propulsion main engine 3 is a main engine (main engine) that generates propulsive force of a ship, and is an internal combustion engine that burns together with scavenging air using at least one of fuel oil and fuel gas as the main fuel. It is an institution. The propulsion main engine 3 of FIG. 1 is provided with a shaft generator 31, but the shaft generator 31 may not be installed, and its output is not included in the study of the present invention.
The propulsion main engine 3 has a water jacket (not shown) which is a passage through which cooling water flows on the outside of the engine cylinder. The propulsion main engine 3 guides the cooling water flowing in from the cooling water inlet to the water jacket to cool the periphery of the water jacket, and discharges the cooling water from the cooling water outlet to the cooling water circulation flow path 6.

推進用メインエンジン３を冷却した冷却水は、冷却水循環流路６から流入し、蒸発器２ｂを通過して有機流体循環流路２ａを循環する有機流体と熱交換させられ、冷却水循環流路６へ供給される。 The cooling water that has cooled the propulsion main engine 3 flows in from the cooling water circulation flow path 6, passes through the evaporator 2b, and is heat-exchanged with the organic fluid that circulates in the organic fluid circulation flow path 2a. Is supplied to.

図１に示されるように、二次電池２０は、船内需要電力の急変動に対応するため、又は停電発生時における短時間の電力供給を目的として設置されている。また、これに加えてメインディーゼル発電機１１の負荷の変動を平準化するために用いられ、これによりメインディーゼル発電機１１の高効率化を図り、燃費改善効果が期待される。
二次電池２０は、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池等であり、特に限定されないが、出力密度、エネルギー密度が高いことからリチウムイオン電池が好ましく用いられる。本実施形態の二次電池２０の容量は、１００ｋｗであるとする。
以下の説明において、二次電池２０はＯＲＣシステム２から充電を行うとしているが、これに限らず運転状況によっては他の装置からの充電を行うとしてもよい。例えば、ＯＲＣシステム２が停止している場合、また排熱が少ない場合は、ディーゼル発電機１０等の他の装置からの充電を行うとしてもよい。 As shown in FIG. 1, the secondary battery 20 is installed for the purpose of responding to sudden fluctuations in the onboard power demand or for the purpose of supplying power for a short time in the event of a power failure. In addition to this, it is used to level the fluctuation of the load of the main diesel generator 11, which is expected to improve the efficiency of the main diesel generator 11 and improve the fuel efficiency.
The secondary battery 20 is a lithium ion battery, a lead battery, a nickel hydrogen battery, or the like, and is not particularly limited, but a lithium ion battery is preferably used because of its high output density and energy density. The capacity of the secondary battery 20 of this embodiment is assumed to be 100 kW.
In the following description, the secondary battery 20 is charged from the ORC system 2, but the present invention is not limited to this, and the secondary battery 20 may be charged from another device depending on the operating conditions. For example, when the ORC system 2 is stopped or the waste heat is small, charging may be performed from another device such as the diesel generator 10.

制御装置９は、メインディーゼル発電機１１、ディーゼル発電機１０、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０の制御を行う。
制御装置９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。 The control device 9 controls the main diesel generator 11, the diesel generator 10, the ORC system 2, and the secondary battery 20.
The control device 9 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a computer-readable storage medium, and the like. As an example, a series of processes for realizing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program, and the CPU reads this program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized. The program is installed in a ROM or other storage medium in advance, is provided in a state of being stored in a computer-readable storage medium, or is distributed via a wired or wireless communication means. Etc. may be applied. The computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.

従来のシステムは、発電を行う装置としてメインディーゼル発電機１１のみが設けられており、船内需要電力の変動については、メインディーゼル発電機１１の負荷を調整することで対応していた。そのため、船内需要電力の変動に見合う容量のメインディーゼル発電機１１が設けられていた。
ここで、メインディーゼル発電機１１は、それのみで船内需要電力を賄うために容量の大きいディーゼル発電機とされている。例えば図１の場合、メインディーゼル発電機１１は、それぞれ例えば６８０ｋＷのディーゼル発電機であるとされている。 In the conventional system, only the main diesel generator 11 is provided as a device for generating power, and fluctuations in the onboard power demand are dealt with by adjusting the load of the main diesel generator 11. Therefore, the main diesel generator 11 having a capacity corresponding to the fluctuation of the onboard power demand is provided.
Here, the main diesel generator 11 is considered to be a diesel generator having a large capacity in order to cover the onboard power demand by itself. For example, in the case of FIG. 1, each of the main diesel generators 11 is said to be, for example, a 680 kW diesel generator.

この従来のシステムに対し、メインディーゼル発電機１１を置き換えることなくＯＲＣシステム２及び二次電池２０を追加で設置し、停電発生時の短時間の電力供給や、メインディーゼル発電機１１の高効率化及び制御の簡易化を目的としたメインディーゼル発電機１１の負荷の平滑化を行うこととした。
しかし、船内需要電力の平均である平均船内需要電力に対してメインディーゼル発電機１１の容量が大きすぎると、メインディーゼル発電機１１は低負荷となる。
従来のシステムに対し図１に示されるようにＯＲＣシステム２及び二次電池２０を追加で設置すると、ＯＲＣシステム２による排熱回収分の電力にて船内需要電力の一部を賄い、また二次電池２０によってメインディーゼル発電機１１の負荷変動を吸収、すなわち負荷を平滑化することとなる。その結果、メインディーゼル発電機１１は常時低負荷での運転が行われることとなる。 The ORC system 2 and the secondary battery 20 are additionally installed in addition to this conventional system without replacing the main diesel generator 11, to supply power in a short time in the event of a power failure and to improve the efficiency of the main diesel generator 11. And, it was decided to smooth the load of the main diesel generator 11 for the purpose of simplifying the control.
However, if the capacity of the main diesel generator 11 is too large with respect to the average inboard power demand, which is the average inboard power demand, the main diesel generator 11 has a low load.
When the ORC system 2 and the secondary battery 20 are additionally installed as shown in FIG. 1 with respect to the conventional system, the power generated by the exhaust heat recovered by the ORC system 2 covers a part of the onboard power demand and is secondary. The battery 20 absorbs the load fluctuation of the main diesel generator 11, that is, smoothes the load. As a result, the main diesel generator 11 is always operated with a low load.

図３には、ディーゼル発電機の出力に対する燃費がグラフに示されている。
図３において、縦軸はディーゼル発電機の燃費、横軸はディーゼル発電機の出力である。ディーゼル発電機の出力が高いほど燃費が減少、すなわち燃費効率が上がるため、緩やかに右下がりとなるグラフが示されている。
図３に示されるように、ディーゼル発電機は、高負荷の場合に燃費効率が良い。特に、負荷率が６０％以上９０％以下の場合に燃費効率が良いとされる。
よって、メインディーゼル発電機１１が低負荷の場合は、燃費効率が悪くなる。 In FIG. 3, the fuel consumption with respect to the output of the diesel generator is shown in the graph.
In FIG. 3, the vertical axis represents the fuel efficiency of the diesel generator, and the horizontal axis represents the output of the diesel generator. The higher the output of the diesel generator, the lower the fuel consumption, that is, the higher the fuel consumption efficiency, so the graph shows a gradual downward slope.
As shown in FIG. 3, the diesel generator has good fuel efficiency under high load. In particular, it is said that fuel efficiency is good when the load factor is 60% or more and 90% or less.
Therefore, when the main diesel generator 11 has a low load, the fuel efficiency becomes poor.

図４には、図１の構成を用いた場合の電力、燃費率、燃料消費量積算値および二次電池充電量の各値の推移がグラフに示されている。
図４の各横軸は時間であり、図４（ａ）の縦軸は電力、図４（ｂ）の縦軸は燃費率、図４（ｃ）の縦軸は燃料消費量積算値、図４（ｄ）の縦軸は二次電池充電量である。 FIG. 4 is a graph showing changes in each value of electric power, fuel consumption rate, fuel consumption integrated value, and secondary battery charge amount when the configuration of FIG. 1 is used.
Each horizontal axis of FIG. 4 is time, the vertical axis of FIG. 4A is electric power, the vertical axis of FIG. 4B is the fuel consumption rate, and the vertical axis of FIG. 4C is the integrated fuel consumption value. The vertical axis of 4 (d) is the amount of charge of the secondary battery.

図４（ａ）において、太実線は合計電力を示し、これはすなわち船内需要電力と等しい。また、点線はメインディーゼル発電機１１ａの電力、一点鎖線はメインディーゼル発電機１１ｂの電力、二点鎖線はＯＲＣシステム２の出力、実線は二次電池２０の出力（充放電）を示す。
図４（ｂ）において、点線はメインディーゼル発電機１１ａの燃費率を示す。
図４（ｃ）において、実線はメインディーゼル発電機１１の合計燃料消費量、一点鎖線はメインディーゼル発電機１１ｂの燃料消費量を示す。
図４（ｄ）において、実線は二次電池２０の充電量を示す。 In FIG. 4 (a), the thick solid line shows the total power, which is equal to the onboard power demand. The dotted line indicates the electric power of the main diesel generator 11a, the alternate long and short dash line indicates the electric power of the main diesel generator 11b, the alternate long and short dash line indicates the output of the ORC system 2, and the solid line indicates the output (charge / discharge) of the secondary battery 20.
In FIG. 4B, the dotted line indicates the fuel consumption rate of the main diesel generator 11a.
In FIG. 4C, the solid line shows the total fuel consumption of the main diesel generator 11, and the alternate long and short dash line shows the fuel consumption of the main diesel generator 11b.
In FIG. 4D, the solid line shows the charge amount of the secondary battery 20.

図４（ａ）の時間ｔｓからｔｅの間において、太線で示される船内需要電力が要求されるものとする。
メインディーゼル発電機１１の容量は６８０ｋＷであるとし、ＯＲＣシステム２はその出力が１００ｋＷであるとする。船内需要電力に対し、メインディーゼル発電機１１は１台のみ運転とするため、メインディーゼル発電機１１ｂは停止し、図４（ａ）の一点鎖線で示されるように時間ｔｓからｔｅまで出力は０である。またメインディーゼル発電機１１ａ及びＯＲＣシステム２は、図４（ａ）の点線及び二点鎖線で示されるように一定の出力で運転される。また、図４（ａ）のグラフから平均船内需要電力は２４２ｋＷ、最大船内需要電力は８２０ｋＷである。ＯＲＣシステム２は１００ｋＷの一定出力で運転されるとすると、メインディーゼル発電機１１ａは平均船内需要電力からＯＲＣシステム２の出力を減算した値に余裕値を持たせた１４８ｋＷの一定の出力で運転されるものとする。 It is assumed that the onboard power demand indicated by the thick line is required between the time ts and te in FIG. 4 (a).
It is assumed that the capacity of the main diesel generator 11 is 680 kW, and the output of the ORC system 2 is 100 kW. Since only one main diesel generator 11 is operated with respect to the onboard power demand, the main diesel generator 11b is stopped and the output is 0 from time ts to te as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 4 (a). Is. Further, the main diesel generator 11a and the ORC system 2 are operated at a constant output as shown by the dotted line and the alternate long and short dash line in FIG. 4A. Further, from the graph of FIG. 4A, the average inboard demand power is 242 kW and the maximum inboard demand power is 820 kW. Assuming that the ORC system 2 is operated at a constant output of 100 kW, the main diesel generator 11a is operated at a constant output of 148 kW in which a margin value is added to the value obtained by subtracting the output of the ORC system 2 from the average onboard demand power. It shall be.

時間ｔｓからｔ１までの間は、メインディーゼル発電機１１ａ及びＯＲＣシステム２の合計出力のみで船内需要電力を賄うことができる。この時、二次電池２０は、図４（ａ）の実線で示されるようにマイナスの値をとるが、これは充電を示している。二次電池２０は、ＯＲＣシステム２によって余剰分の電力が充電される。 From time ts to t1, only the total output of the main diesel generator 11a and the ORC system 2 can cover the onboard power demand. At this time, the secondary battery 20 takes a negative value as shown by the solid line in FIG. 4A, which indicates charging. The secondary battery 20 is charged with surplus electric power by the ORC system 2.

時間ｔ１に船内需要電力が増加すると、一定出力とされているメインディーゼル発電機１１ａ及びＯＲＣシステム２の合計出力のみでは賄うことができないため、二次電池２０に蓄電された電力を放電することで船内需要電力を賄う。その後、船内需要電力が低下しメインディーゼル発電機１１ａ及びＯＲＣシステム２の合計出力のみで賄うことができるようになると、二次電池２０はＯＲＣシステム２から余剰分を充電する。 When the onboard power demand increases at time t1, the total output of the main diesel generator 11a and the ORC system 2, which are considered to be constant outputs, cannot cover the power, so the power stored in the secondary battery 20 can be discharged. Cover the electricity demand on board. After that, when the onboard power demand decreases and the total output of the main diesel generator 11a and the ORC system 2 can be used, the secondary battery 20 charges the surplus from the ORC system 2.

メインディーゼル発電機１１ａは、容量６８０ｋＷに対して１４８ｋＷの負荷で運転を行うことから、その負荷率は２２％である。ここで、負荷率は、時間ｔｓでの二次電池２０の充電量が時間ｔｅで充電量の初期値に回復するような負荷率とされる。 Since the main diesel generator 11a operates with a load of 148 kW with respect to a capacity of 680 kW, its load factor is 22%. Here, the load factor is a load factor such that the charge amount of the secondary battery 20 at the time ts recovers to the initial value of the charge amount at the time te.

図４（ｂ）に示されるように、メインディーゼル発電機１１ａの燃費率はほぼ一定のαｇ／ｋＷｈ（αは例えば２６０）である。 As shown in FIG. 4B, the fuel consumption rate of the main diesel generator 11a is substantially constant αg / kWh (α is, for example, 260).

また図４（ｃ）に示されるように、メインディーゼル発電機１１、すなわちメインディーゼル発電機１１ａ及びメインディーゼル発電機１１ｂの合計燃料消費量は、メインディーゼル発電機１１ａのみの運転であるため、メインディーゼル発電機１１ａの燃料消費量を示す。メインディーゼル発電機１１ａの燃料消費量積算値は時間とともに上昇し、時間ｔｅで約５１ｋｇとなる。 Further, as shown in FIG. 4C, since the total fuel consumption of the main diesel generator 11, that is, the main diesel generator 11a and the main diesel generator 11b is the operation of only the main diesel generator 11a, the main The fuel consumption of the diesel generator 11a is shown. The integrated fuel consumption value of the main diesel generator 11a increases with time and reaches about 51 kg in time te.

また、二次電池２０については、時間ｔｓでの充電量が７０ｋＷｈである場合に、時間ｔｅで初期値７０ｋＷｈに回復するようにメインディーゼル発電機１１ａの負荷率が決定されている。時間ｔｓからｔ１までの間は、ＯＲＣシステム２から充電されるため二次電池２０の充電量は増加する。時間ｔ１において放電を開始するため、二次電池２０の充電量は減少するが、放電が必要なくなり再度ＯＲＣシステム２から充電が開始されると二次電池２０の充電量は増加し、時間ｔｅにて充電量は初期値の７０ｋＷｈに回復する。 Further, regarding the secondary battery 20, the load factor of the main diesel generator 11a is determined so that when the charge amount at the time ts is 70 kWh, the charge factor is restored to the initial value of 70 kWh at the time te. During the period from time ts to t1, the charge amount of the secondary battery 20 increases because the battery is charged from the ORC system 2. Since the discharge is started at the time t1, the charge amount of the secondary battery 20 decreases, but when the discharge is no longer necessary and the charge is started from the ORC system 2 again, the charge amount of the secondary battery 20 increases and the time te is reached. The charge amount recovers to the initial value of 70 kWh.

このように、従来のシステムに対し単にＯＲＣシステム２及び二次電池２０を追加で設置するだけでは、メインディーゼル発電機１１の負荷率が低くなり、燃費効率の良い運転を行うことが困難である。 As described above, if the ORC system 2 and the secondary battery 20 are simply additionally installed in addition to the conventional system, the load factor of the main diesel generator 11 becomes low, and it is difficult to perform fuel-efficient operation. ..

そこで、本実施形態では、メインディーゼル発電機１１よりも出力が小さいディーゼル発電機１０を主発電機として用いるものとする。また、ディーゼル発電機１０のみで最大船内需要電力を賄えない場合は、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０を組み合わせて用いるものとする。 Therefore, in the present embodiment, the diesel generator 10 having a smaller output than the main diesel generator 11 is used as the main generator. If the diesel generator 10 alone cannot meet the maximum onboard power demand, the ORC system 2 and the secondary battery 20 shall be used in combination.

図５には、本実施形態に係る舶用電源システムの概要構成が示されている。
図５に示されるように、本実施形態の構成は、図１に示された構成とほぼ同じであるが、メインディーゼル発電機１１に替えてディーゼル発電機１０を主発電機として用いる。 FIG. 5 shows an outline configuration of a marine power supply system according to the present embodiment.
As shown in FIG. 5, the configuration of the present embodiment is substantially the same as the configuration shown in FIG. 1, but the diesel generator 10 is used as the main generator instead of the main diesel generator 11.

図６には、本実施形態に係る舶用電源システムを用いた場合の電力、燃費率、燃料消費量積算値および二次電池充電量の各値の推移がグラフに示されている。
図６の各横軸は時間であり、図６（ａ）の縦軸は電力、図６（ｂ）の縦軸は燃費率、図６（ｃ）の縦軸は燃料消費量積算値、図６（ｄ）の縦軸は二次電池充電量である。 FIG. 6 is a graph showing changes in each value of electric power, fuel consumption rate, fuel consumption integrated value, and secondary battery charge amount when the marine power supply system according to the present embodiment is used.
Each horizontal axis of FIG. 6 is time, the vertical axis of FIG. 6A is electric power, the vertical axis of FIG. 6B is the fuel consumption rate, and the vertical axis of FIG. 6C is the integrated fuel consumption value. The vertical axis of 6 (d) is the amount of charge of the secondary battery.

図６（ａ）において、太実線は合計電力を示し、これはすなわち船内需要電力と等しい。また、点線はディーゼル発電機１０の電力、一点鎖線はメインディーゼル発電機１１の電力、二点鎖線はＯＲＣシステム２の出力、実線は二次電池２０の出力（充放電）を示す。
図６（ｂ）において、点線はディーゼル発電機１０の燃費率を示す。
図６（ｃ）において、実線はディーゼル発電機１０及びメインディーゼル発電機１１の合計燃料消費量、一点鎖線はメインディーゼル発電機１１の燃料消費量を示す。
図６（ｄ）において、実線は二次電池２０の充電量を示す。 In FIG. 6 (a), the thick solid line shows the total power, which is equal to the onboard power demand. The dotted line indicates the electric power of the diesel generator 10, the alternate long and short dash line indicates the electric power of the main diesel generator 11, the alternate long and short dash line indicates the output of the ORC system 2, and the solid line indicates the output (charge / discharge) of the secondary battery 20.
In FIG. 6B, the dotted line indicates the fuel consumption rate of the diesel generator 10.
In FIG. 6C, the solid line shows the total fuel consumption of the diesel generator 10 and the main diesel generator 11, and the one-point chain line shows the fuel consumption of the main diesel generator 11.
In FIG. 6D, the solid line shows the charge amount of the secondary battery 20.

図６（ａ）の時間ｔｓからｔｅの間において、太線で示される船内需要電力が要求されるものとする。
ディーゼル発電機１０の容量は２４０ｋＷであるとし、ＯＲＣシステム２はその出力が１００ｋＷであるとする。船内需要電力に対し、ディーゼル発電機１０が主発電機として運転されるため、メインディーゼル発電機１１は停止され、図６（ａ）の一点鎖線で示されるように時間ｔｓからｔｅまで出力は０である。またディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２は、図６（ａ）の点線及び二点鎖線で示されるように一定の出力で運転される。また、図６（ａ）のグラフから平均船内需要電力は２４２ｋＷ、最大船内需要電力は８２０ｋＷである。ＯＲＣシステム２は１００ｋＷの一定出力で運転されるとすると、制御装置９は、平均船内需要電力からＯＲＣシステム２の出力を減算した値に余裕値を持たせた１４８ｋＷの一定の出力でディーゼル発電機１０が運転されるように制御を行うとする。 It is assumed that the onboard power demand indicated by the thick line is required between the time ts and te in FIG. 6 (a).
It is assumed that the capacity of the diesel generator 10 is 240 kW, and the output of the ORC system 2 is 100 kW. Since the diesel generator 10 is operated as the main generator with respect to the onboard power demand, the main diesel generator 11 is stopped, and the output is 0 from time ts to te as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 6 (a). Is. Further, the diesel generator 10 and the ORC system 2 are operated at a constant output as shown by the dotted line and the alternate long and short dash line in FIG. 6A. Further, from the graph of FIG. 6A, the average inboard demand power is 242 kW and the maximum inboard demand power is 820 kW. Assuming that the ORC system 2 is operated at a constant output of 100 kW, the control device 9 is a diesel generator with a constant output of 148 kW, which is obtained by subtracting the output of the ORC system 2 from the average onboard power demand and giving a margin value. It is assumed that control is performed so that 10 is operated.

時間ｔｓからｔ１までの間は、ディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力のみで船内需要電力を賄うことができる。この時、二次電池２０は、図６（ａ）の実線で示されるようにマイナスの値をとるが、これは充電を示している。二次電池２０は、ＯＲＣシステム２によって余剰分の電力が充電される。 From time ts to t1, only the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2 can cover the onboard power demand. At this time, the secondary battery 20 takes a negative value as shown by the solid line in FIG. 6A, which indicates charging. The secondary battery 20 is charged with surplus electric power by the ORC system 2.

時間ｔ１に船内需要電力が増加すると、ディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力のみでは賄うことができないため、二次電池２０に蓄電された電力を放電することで船内需要電力を賄う。その後、船内需要電力が低下しディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力のみで賄うことができるようになると、二次電池２０はＯＲＣシステム２から余剰分を充電する。 When the onboard power demand increases at time t1, the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2 cannot cover the power, so the power stored in the secondary battery 20 is discharged to cover the onboard power demand. After that, when the power demand on the ship decreases and the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2 can be covered, the secondary battery 20 charges the surplus from the ORC system 2.

ディーゼル発電機１０は、容量２４０ｋＷに対して１４８ｋＷの負荷で運転を行うことから、その負荷率は６１％である。ここで、負荷率は、時間ｔｓでの二次電池２０の充電量が時間ｔｅで充電量の初期値に回復するような負荷率とされる。 Since the diesel generator 10 operates with a load of 148 kW with respect to a capacity of 240 kW, its load factor is 61%. Here, the load factor is a load factor such that the charge amount of the secondary battery 20 at the time ts recovers to the initial value of the charge amount at the time te.

図６（ｂ）に示されるように、ディーゼル発電機１０の燃費率はほぼ一定のβｇ／ｋＷｈ（βは例えば２２０）である。 As shown in FIG. 6B, the fuel consumption rate of the diesel generator 10 is substantially constant βg / kWh (β is, for example, 220).

また図６（ｃ）に示されるように、ディーゼル発電機１０及びメインディーゼル発電機１１の合計燃料消費量は、ディーゼル発電機１０のみの運転であるため、ディーゼル発電機１０の燃料消費量を示す。ディーゼル発電機１０の燃料消費量積算値は時間とともに上昇し、時間ｔｅで約４３ｋｇとなる。 Further, as shown in FIG. 6C, since the total fuel consumption of the diesel generator 10 and the main diesel generator 11 is the operation of only the diesel generator 10, the fuel consumption of the diesel generator 10 is shown. .. The integrated fuel consumption value of the diesel generator 10 increases with time, and becomes about 43 kg in time te.

また、二次電池２０については、時間ｔｓでの充電量が７０ｋＷｈである場合に、時間ｔｅで初期値７０ｋＷｈに回復するようにディーゼル発電機１０の負荷率が決定されている。時間ｔｓからｔ１までの間は、ＯＲＣシステム２から充電されるため二次電池２０の充電量は増加する。時間ｔ１において放電を開始するため、二次電池２０の充電量は減少するが、時間ｔ２において放電が必要なくなり再度ＯＲＣシステム２から充電が開始されると二次電池２０の充電量は増加し、時間ｔｅにて充電量は初期値の７０ｋＷｈに回復する。 Further, regarding the secondary battery 20, the load factor of the diesel generator 10 is determined so that when the charge amount at the time ts is 70 kWh, the charge factor of the diesel generator 10 recovers to the initial value of 70 kWh at the time te. During the period from time ts to t1, the charge amount of the secondary battery 20 increases because the battery is charged from the ORC system 2. Since the discharge is started at the time t1, the charge amount of the secondary battery 20 decreases, but when the discharge becomes unnecessary at the time t2 and the charge is started again from the ORC system 2, the charge amount of the secondary battery 20 increases. The charge amount recovers to the initial value of 70 kWh at time te.

このように、ディーゼル発電機１０を主発電機として用いる場合は、制御装置９によってディーゼル発電機１０の負荷率が高く燃費効率がよいとされる６０から９０％の負荷率で運転されるように制御されるため、燃費効率のよい運転を行うことができ、メインディーゼル発電機１１を用いる場合と比較して燃費消費量積算値を約１５％削減することができる。 As described above, when the diesel generator 10 is used as the main generator, the controller 9 is operated at a load factor of 60 to 90%, which is said to have a high load factor and good fuel efficiency. Since it is controlled, fuel-efficient operation can be performed, and the fuel consumption integrated value can be reduced by about 15% as compared with the case where the main diesel generator 11 is used.

上記制御については、制御装置９によって行われる。制御装置９によってＯＲＣシステム２の制御及び二次電池２０の充放電制御が行われる。
ここで、ＯＲＣシステム２のみ設置する場合、または二次電池２０のみ設置する場合は、それぞれインバータが各々独立して１つずつ必要である。しかし、本実施形態の場合は、インバータを１つにすることができる。 The control is performed by the control device 9. The control device 9 controls the ORC system 2 and controls the charge and discharge of the secondary battery 20.
Here, when installing only the ORC system 2 or installing only the secondary battery 20, one inverter is required independently for each. However, in the case of this embodiment, one inverter can be used.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、発電を行うディーゼル発電機１０と、有機熱媒体を熱源として発電を行うＯＲＣシステム２と、二次電池２０と、制御装置９と、を備え、制御装置９は、ディーゼル発電機１０、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システム１であって、ディーゼル発電機１０は、メインディーゼル発電機１１よりも出力が小さい発電機であり、制御装置９は、船内需要電力がディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力を超えない場合に余剰分の電力を二次電池２０に充電するように制御を行い、船内需要電力がディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力を超える場合に二次電池２０に蓄電された電力を放電するように制御を行うことから、メインディーゼル発電機１１を用いずメインディーゼル発電機１１よりも小出力のディーゼル発電機１０にて船内需要電力を賄うことができる。 As described above, according to the marine power supply system according to the present embodiment, the ship equipped with the marine power supply system, the control method of the marine power supply system, and the control program of the marine power supply system, the following effects are obtained.
According to the present embodiment, a diesel generator 10 for generating power, an ORC system 2 for generating power using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery 20, and a control device 9 are provided, and the control device 9 is diesel. A marine power source system 1 that controls to meet the onboard power demand by combining a generator 10, an ORC system 2, and a secondary battery 20, and the diesel generator 10 has a smaller output than the main diesel generator 11. The control device 9 controls the secondary battery 20 to charge the surplus power when the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2, and the onboard power demand. Is controlled so as to discharge the electric power stored in the secondary battery 20 when the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2 is exceeded. Therefore, the main diesel generator 11 is not used and the main diesel generator 11 is used. The small output diesel generator 10 can meet the demand for power on board.

ディーゼル発電機は、高負荷域で稼働することにより低燃費とすることができる。メインディーゼル発電機１１を用いて船内需要電力を賄う場合に、メインディーゼル発電機１１の容量に対して船内需要電力が低い場合（例えば容量の半分以下）は、メインディーゼル発電機１１は低負荷域で稼働することとなり燃費効率が悪い。
また、停電発生時の短時間の電力供給や、メインディーゼル発電機１１の高効率化及び制御の簡易化を目的としたメインディーゼル発電機１１の負荷の平滑化を行うために二次電池２０を設けることが考えられるが、二次電池２０は充放電効率が悪く、単に二次電池２０を設置しただけではメインディーゼル発電機１１の効率改善を二次電池２０の充放電時の損失で相殺されてしまうため、燃費改善の効果が薄い。 Diesel generators can achieve low fuel consumption by operating in a high load range. When the onboard power demand is covered by the main diesel generator 11 and the onboard power demand is low with respect to the capacity of the main diesel generator 11 (for example, less than half of the capacity), the main diesel generator 11 has a low load range. The fuel efficiency is poor because it will operate at.
In addition, the secondary battery 20 is used to supply power for a short time in the event of a power failure and to smooth the load of the main diesel generator 11 for the purpose of improving the efficiency of the main diesel generator 11 and simplifying the control. Although it is conceivable to provide the secondary battery 20, the charging / discharging efficiency is poor, and simply installing the secondary battery 20 offsets the efficiency improvement of the main diesel generator 11 by the loss during charging / discharging of the secondary battery 20. Therefore, the effect of improving fuel efficiency is small.

そこで、メインディーゼル発電機１１よりも小出力のディーゼル発電機１０を用いることとする。これにより、ディーゼル発電機１０は高負荷域で稼働することとなり、燃費を抑えることができる。また、ディーゼル発電機１０のみでは船内需要電力を賄えない場合にＯＲＣシステム２及び二次電池２０を組み合わせて用いることで、船内需要電力の増加分をカバーすることができる。 Therefore, it is decided to use the diesel generator 10 having a smaller output than the main diesel generator 11. As a result, the diesel generator 10 operates in a high load range, and fuel consumption can be suppressed. Further, when the diesel generator 10 alone cannot cover the inboard power demand, the ORC system 2 and the secondary battery 20 can be used in combination to cover the increase in the inboard power demand.

また、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０にて発電を行うことから、ディーゼル発電機１０の容量を削減することができる、すなわち低容量のディーゼル発電機を用いることができるため、導入コストを削減することができる。 Further, since power is generated by the ORC system 2 and the secondary battery 20, the capacity of the diesel generator 10 can be reduced, that is, a low-capacity diesel generator can be used, so that the introduction cost is reduced. be able to.

また、ＯＲＣシステム２にて二次電池２０の充電を行う場合は、ディーゼル発電機１０を用いて二次電池２０の充電を行う必要がないためディーゼル発電機１０の燃料費を削減することができる。 Further, when the secondary battery 20 is charged by the ORC system 2, it is not necessary to charge the secondary battery 20 by using the diesel generator 10, so that the fuel cost of the diesel generator 10 can be reduced. ..

また、通常航海中は二次電池２０の充電を行い、出港時のバウスラスター起動等の急激な負荷上昇を二次電池２０の放電にて賄うことから、特に港湾域でのディーゼル発電機１０の黒鉛発生を防止することができる。 In addition, since the secondary battery 20 is charged during the normal voyage and the sudden load increase such as the start of the bow raster at the time of departure is covered by the discharge of the secondary battery 20, the diesel generator 10 is particularly used in the port area. It is possible to prevent the generation of graphite.

また本実施形態によれば、制御装置９は、ディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の出力を一定に制御することから、複雑な制御を必要としない。また、ディーゼル発電機１０の出力を高負荷運転となるような所定の値に設定することができる。負荷の変動に対しては、二次電池２０の充放電にて対応する。 Further, according to the present embodiment, since the control device 9 constantly controls the outputs of the diesel generator 10 and the ORC system 2, complicated control is not required. Further, the output of the diesel generator 10 can be set to a predetermined value so as to cause high load operation. Fluctuations in the load are dealt with by charging and discharging the secondary battery 20.

また本実施形態によれば、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０を独立して設ける場合に必要なインバータを一つ削減し、一つのインバータとすることができ、導入コストを削減することができる。 Further, according to the present embodiment, the number of inverters required when the ORC system 2 and the secondary battery 20 are independently provided can be reduced by one to one inverter, and the introduction cost can be reduced.

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。
上記した第１実施形態では、ディーゼル発電機は常時稼働されるとしたが、本実施形態では、高負荷率（可能な限り１００％に近い負荷率）で運転できる場合のみディーゼル発電機を稼働するものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。 [Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
In the first embodiment described above, it is assumed that the diesel generator is always operated, but in this embodiment, the diesel generator is operated only when it can be operated at a high load factor (load factor as close to 100% as possible). It is a thing. Since other points are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations, and the description thereof will be omitted.

二次電池２０の充電量には１００ｋｗの制限があり、ディーゼル発電機１０を発停させず常時稼働する場合は、二次電池２０の充電量が制限値の１００ｋｗに到達すると容量を超えるためそれ以上充電を行えない。その結果ディーゼル発電機１０の負荷率を下げる必要がある。よって、ディーゼル発電機１０を常時稼働する場合に、常時１００％に近い負荷率での運転を行うのは困難である。 There is a limit of 100 kW for the charge amount of the secondary battery 20, and when the diesel generator 10 is always operated without starting and stopping, the charge amount of the secondary battery 20 exceeds the capacity when it reaches the limit value of 100 kW. I can't charge any more. As a result, it is necessary to reduce the load factor of the diesel generator 10. Therefore, when the diesel generator 10 is always operated, it is difficult to always operate the diesel generator 10 at a load factor close to 100%.

図７には、本実施形態に係る舶用電源システムを用いた場合の電力、燃費率、燃料消費量積算値および二次電池充電量の各値の推移がグラフに示されている。
図７の各横軸は時間であり、図７（ａ）の縦軸は電力、図７（ｂ）の縦軸は燃費率、図７（ｃ）の縦軸は燃料消費量積算値、図７（ｄ）の縦軸は二次電池充電量である。 FIG. 7 is a graph showing changes in each value of electric power, fuel consumption rate, fuel consumption integrated value, and secondary battery charge amount when the marine power supply system according to the present embodiment is used.
Each horizontal axis of FIG. 7 is time, the vertical axis of FIG. 7A is electric power, the vertical axis of FIG. 7B is the fuel consumption rate, and the vertical axis of FIG. 7C is the integrated fuel consumption value. The vertical axis of 7 (d) is the amount of charge of the secondary battery.

図７（ａ）において、太実線は合計電力を示し、これはすなわち船内需要電力と等しい。また、点線はディーゼル発電機１０の電力、一点鎖線はメインディーゼル発電機１１の電力、二点鎖線はＯＲＣシステム２の出力、実線は二次電池２０の出力（充放電）を示す。
図７（ｂ）において、点線はディーゼル発電機１０の燃費率を示す。
図７（ｃ）において、実線はディーゼル発電機１０及びメインディーゼル発電機１１の合計燃料消費量、一点鎖線はメインディーゼル発電機１１の燃料消費量を示す。
図７（ｄ）において、実線は二次電池２０の充電量を示す。 In FIG. 7 (a), the thick solid line shows the total power, which is equal to the onboard power demand. The dotted line indicates the electric power of the diesel generator 10, the alternate long and short dash line indicates the electric power of the main diesel generator 11, the alternate long and short dash line indicates the output of the ORC system 2, and the solid line indicates the output (charge / discharge) of the secondary battery 20.
In FIG. 7B, the dotted line indicates the fuel consumption rate of the diesel generator 10.
In FIG. 7 (c), the solid line shows the total fuel consumption of the diesel generator 10 and the main diesel generator 11, and the one-point chain line shows the fuel consumption of the main diesel generator 11.
In FIG. 7D, the solid line shows the charge amount of the secondary battery 20.

図７（ａ）の時間ｔｓからｔｅの間において、太線で示される船内需要電力が要求されるものとする。
ディーゼル発電機１０の容量は２４０ｋＷであるとし、ＯＲＣシステム２はその出力が１００ｋＷであるとする。船内需要電力に対し、ディーゼル発電機１０が主発電機として運転されるため、メインディーゼル発電機１１は停止され、図７（ａ）の一点鎖線で示されるように時間ｔｓからｔｅまで出力は０である。またＯＲＣシステム２は、図７（ａ）の二点鎖線で示されるように一定の出力１００ｋＷで運転される。ディーゼル発電機１０は、高負荷率（可能な限り１００％に近い負荷率）で運転できる期間のみ運転されるものとする。よって、船内需要電力に対しＯＲＣシステム２の出力のみでは不足する場合は、二次電池２０の放電により電力を賄う。ディーゼル発電機１０の負荷率及び発停時期については、時間ｔｓでの二次電池２０の充電量が１００ｋＷｈである場合に、時間ｔｅで初期値１００ｋＷｈに回復するように決定される。また、図７（ａ）のグラフから平均船内需要電力は２４２ｋＷ、最大船内需要電力は８２０ｋＷである。 It is assumed that the onboard power demand indicated by the thick line is required between the time ts and te in FIG. 7 (a).
It is assumed that the capacity of the diesel generator 10 is 240 kW, and the output of the ORC system 2 is 100 kW. Since the diesel generator 10 is operated as the main generator with respect to the onboard power demand, the main diesel generator 11 is stopped, and the output is 0 from time ts to te as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7 (a). Is. Further, the ORC system 2 is operated at a constant output of 100 kW as shown by the chain double-dashed line in FIG. 7 (a). The diesel generator 10 shall be operated only during a period in which it can be operated at a high load factor (load factor as close to 100% as possible). Therefore, if the output of the ORC system 2 alone is insufficient for the onboard power demand, the power is supplied by discharging the secondary battery 20. The load factor and start / stop timing of the diesel generator 10 are determined so as to recover to the initial value of 100 kWh in time te when the charge amount of the secondary battery 20 in time ts is 100 kWh. Further, from the graph of FIG. 7A, the average inboard demand power is 242 kW and the maximum inboard demand power is 820 kW.

時間ｔｓからｔ３までの間は、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０の合計出力のみで船内需要電力を賄うことができる。この時、二次電池２０は、図７（ａ）の実線で示されるようにプラスの値をとるが、これは放電を示している。 From time ts to t3, the onboard power demand can be covered only by the total output of the ORC system 2 and the secondary battery 20. At this time, the secondary battery 20 takes a positive value as shown by the solid line in FIG. 7A, which indicates discharge.

決定された発停時期に基づき、時間ｔ３においてディーゼル発電機１０が運転を行い、二次電池２０は充電に切り替わる。時間ｔ３以降の期間において、ディーゼル発電機１０は８０から１００％の負荷率にて船内需要電力に応じて運転される。また、ディーゼル発電機１０とＯＲＣシステム２との合計出力が船内需要電力を超え、余剰が発生する場合は、ＯＲＣシステム２から二次電池２０に充電されるように制御装置９によって制御される。一方、ディーゼル発電機１０とＯＲＣシステム２との合計出力が船内需要電力に満たない場合は、二次電池２０の放電により、不足分が補われる。 Based on the determined start / stop time, the diesel generator 10 operates at time t3, and the secondary battery 20 switches to charging. In the period after the time t3, the diesel generator 10 is operated at a load factor of 80 to 100% according to the onboard power demand. Further, when the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2 exceeds the onboard power demand and a surplus is generated, the control device 9 is controlled so that the secondary battery 20 is charged from the ORC system 2. On the other hand, when the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2 is less than the onboard power demand, the shortage is compensated by the discharge of the secondary battery 20.

図７（ｂ）に示されるように、ディーゼル発電機１０は時間ｔ３から稼働され、その燃費率は図６（ｂ）に示されたβｇ／ｋＷｈ（βは例えば２２０）よりも少ない約２１３ｇ／ｋＷｈである。 As shown in FIG. 7 (b), the diesel generator 10 is operated from time t3, and its fuel consumption rate is about 213 g / kWh, which is lower than β g / kWh (β is, for example, 220) shown in FIG. 6 (b). It is kWh.

また図７（ｃ）に示されるように、ディーゼル発電機１０及びメインディーゼル発電機１１の合計燃料消費量は、ディーゼル発電機１０のみの運転であるため、ディーゼル発電機１０の燃料消費量を示す。ディーゼル発電機１０の燃料消費量積算値は時間ｔｅで約４２ｋｇとなる。 Further, as shown in FIG. 7 (c), since the total fuel consumption of the diesel generator 10 and the main diesel generator 11 is the operation of only the diesel generator 10, the fuel consumption of the diesel generator 10 is shown. .. The integrated fuel consumption value of the diesel generator 10 is about 42 kg in time te.

また、二次電池２０については、時間ｔｓからｔ３までの間は、放電を行うため二次電池２０の充電量は１００ｋＷｈから減少する。時間ｔ３にて充電を開始するため、二次電池２０の充電量は増加するが、船内需要電力が増加しディーゼル発電機１０とＯＲＣシステム２のみでは賄えない場合は二次電池２０の放電により不足分が補われるためこの場合は充電量が減少する。時間ｔ４にてＯＲＣシステム２から二次電池２０への充電が開始され、時間ｔｅにて充電量は初期値の１００ｋＷｈに回復する。 Further, since the secondary battery 20 is discharged from the time ts to t3, the charge amount of the secondary battery 20 is reduced from 100 kWh. Since charging starts at time t3, the charge amount of the secondary battery 20 increases, but if the power demand on board increases and the diesel generator 10 and the ORC system 2 alone cannot cover the charge, the secondary battery 20 is discharged. In this case, the amount of charge decreases because the shortage is compensated. Charging of the secondary battery 20 from the ORC system 2 is started at time t4, and the charge amount is restored to the initial value of 100 kWh at time te.

このように、ディーゼル発電機１０を主発電機として用い、必要な場合のみディーゼル発電機１０を運転する場合は、ディーゼル発電機１０の負荷率が高く燃費効率がよいとされる高い負荷率で運転されるため、燃費効率のよい運転を行うことができ、メインディーゼル発電機１１を用いる場合と比較して燃費消費量積算値を約１７％削減することができる。 In this way, when the diesel generator 10 is used as the main generator and the diesel generator 10 is operated only when necessary, the load factor of the diesel generator 10 is high and the load factor is considered to be good in fuel efficiency. Therefore, it is possible to perform operation with high fuel efficiency, and it is possible to reduce the fuel consumption integrated value by about 17% as compared with the case where the main diesel generator 11 is used.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、制御装置９は、船内需要電力の増減に応じてディーゼル発電機１０の発停を切り替える制御を行うことから、ディーゼル発電機１０が高負荷運転となる場合のみディーゼル発電機１０を運転するため、ディーゼル発電機１０の燃費を抑えることができる。ディーゼル発電機１０が停止している場合は、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０にて船内需要電力を賄う。 As described above, according to the marine power supply system according to the present embodiment, the ship equipped with the marine power supply system, the control method of the marine power supply system, and the control program of the marine power supply system, the following effects are obtained.
According to the present embodiment, since the control device 9 controls to switch the start and stop of the diesel generator 10 according to the increase / decrease in the power demand in the ship, the diesel generator 10 is operated only when the diesel generator 10 is in high load operation. Since the 10 is operated, the fuel consumption of the diesel generator 10 can be suppressed. When the diesel generator 10 is stopped, the ORC system 2 and the secondary battery 20 cover the onboard power demand.

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。たとえば、上述した各実施形態においてはメインディーゼル発電機１１が設置され、ディーゼル発電機１０を主発電機として用いるとしたが、メインディーゼル発電機１１を設置しなくてもよい。
メインディーゼル発電機１１を設置しない場合は、平均船内需要電力に対してディーゼル発電機１０の負荷率が６０％以上９０％以下となるようにディーゼル発電機１０を船内需要電力量に応じて１台または複数台設置するものとする。この場合の制御については、メインディーゼル発電機１１を設置する場合（第１実施形態及び第２実施形態）と同様の制御が行われる。 Although each embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment. For example, in each of the above-described embodiments, the main diesel generator 11 is installed and the diesel generator 10 is used as the main generator, but the main diesel generator 11 may not be installed.
When the main diesel generator 11 is not installed, one diesel generator 10 is installed according to the onboard electric energy so that the load factor of the diesel generator 10 is 60% or more and 90% or less with respect to the average onboard electric energy. Or multiple units shall be installed. Regarding the control in this case, the same control as in the case of installing the main diesel generator 11 (first embodiment and second embodiment) is performed.

本態様によれば、発電を行うディーゼル発電機１０と、ＯＲＣシステム２と、二次電池２０と、制御装置９と、を備え、制御装置９は、ディーゼル発電機１０、ＯＲＣシステム２及び二次電池２０を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システム１であって、ディーゼル発電機１０は、平均船内需要電力に対して負荷率が６０％以上９０％以下であり、制御装置９は、船内需要電力がディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力を超えない場合に余剰分の電力を二次電池２０に充電するように制御を行い、船内需要電力がディーゼル発電機１０及びＯＲＣシステム２の合計出力を超える場合に二次電池２０に蓄電された電力を放電するように制御を行うことから、船内需要電力が平均の値の近辺ではディーゼル発電機１０を燃費効率のよい負荷率で用い、船内需要電力が増加するとディーゼル発電機１０に加えてＯＲＣシステム２及び二次電池２０を用いて増加分をカバーすることができる。 According to this aspect, a diesel generator 10 for power generation, an ORC system 2, a secondary battery 20, and a control device 9 are provided, and the control device 9 includes a diesel generator 10, an ORC system 2, and a secondary. A marine power generation system 1 that controls to meet the onboard power demand by combining batteries 20, and the diesel generator 10 has a load factor of 60% or more and 90% or less with respect to the average onboard power demand, and is a control device. 9 controls the secondary battery 20 to charge the surplus power when the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator 10 and the ORC system 2, and the onboard power demand is the diesel generator 10 and the diesel generator 10. Since the control is performed so that the power stored in the secondary battery 20 is discharged when the total output of the ORC system 2 is exceeded, the diesel generator 10 is loaded with good fuel efficiency when the onboard power demand is near the average value. When the power demand on board increases, the ORC system 2 and the secondary battery 20 can be used in addition to the diesel generator 10 to cover the increase.

１舶用電源システム
２ＯＲＣシステム（有機ランキンサイクルシステム）
３推進用メインエンジン
９制御装置
１０ディーゼル発電機
１１メインディーゼル発電機
２０二次電池 1 Marine power supply system 2 ORC system (organic Rankine cycle system)
3 Propulsion main engine 9 Control device 10 Diesel generator 11 Main diesel generator 20 Secondary battery

Claims

発電を行うディーゼル発電機と、有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムと、二次電池と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ディーゼル発電機、前記有機ランキンサイクルシステム及び前記二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムであって、
前記ディーゼル発電機は、平均船内需要電力に対して負荷率が６０％以上９０％以下であり、
前記制御装置は、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御を行い、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御を行う舶用電源システム。 It is equipped with a diesel generator that generates electricity, an organic Rankine cycle system that generates electricity using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery, and a control device.
The control device is a marine power supply system that controls to meet the onboard power demand by combining the diesel generator, the organic Rankine cycle system, and the secondary battery.
The diesel generator has a load factor of 60% or more and 90% or less with respect to the average onboard power demand.
The control device covers the onboard demand power only by the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system when the onboard demand power does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankin cycle system. When the power required on board the ship exceeds the total output of the diesel generator and the organic rankin cycle system , the surplus power is controlled to be charged from the organic rankin cycle system to the secondary battery. A marine power source system that controls to discharge the electric power stored in the next battery.

発電を行うディーゼル発電機と、有機熱媒体を熱源として発電を行う有機ランキンサイクルシステムと、二次電池と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ディーゼル発電機、前記有機ランキンサイクルシステム及び前記二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムであって、
前記ディーゼル発電機は、メインディーゼル発電機よりも出力が小さい発電機であり、
前記制御装置は、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御を行い、前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御を行う舶用電源システム。 It is equipped with a diesel generator that generates electricity, an organic Rankine cycle system that generates electricity using an organic heat medium as a heat source, a secondary battery, and a control device.
The control device is a marine power supply system that controls to meet the onboard power demand by combining the diesel generator, the organic Rankine cycle system, and the secondary battery.
The diesel generator is a generator having a smaller output than the main diesel generator.
When the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator and the organic rankin cycle system, the control device covers the onboard demand power only by the total output of the diesel generator and the organic rankin cycle system. When the power required on board the ship exceeds the total output of the diesel generator and the organic rankin cycle system , the surplus power is controlled to be charged from the organic rankin cycle system to the secondary battery. A marine power source system that controls to discharge the electric power stored in the next battery.

前記制御装置は、前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの出力を一定に制御する請求項２に記載の舶用電源システム。 The marine power supply system according to claim 2, wherein the control device constantly controls the outputs of the diesel generator and the organic Rankine cycle system.

前記制御装置は、前記船内需要電力の増減に応じて前記ディーゼル発電機の発停を切り替える制御を行う請求項２に記載の舶用電源システム。 The marine power supply system according to claim 2, wherein the control device controls to switch the start / stop of the diesel generator according to the increase / decrease of the onboard power demand.

前記制御装置は、燃費効率がよいとされる負荷率である高負荷率で前記ディーゼル発電機を運転できる期間のみ前記ディーゼル発電機を運転するように前記ディーゼル発電機の発停を切り替える制御を行う請求項４に記載の舶用電源システム。 The control device controls to switch the start / stop of the diesel generator so that the diesel generator is operated only during a period in which the diesel generator can be operated at a high load factor, which is a load factor considered to have good fuel efficiency. The marine power generation system according to claim 4.

前記ディーゼル発電機は、停泊用エンジンである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の舶用電源システム。 The marine power supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein the diesel generator is a mooring engine.

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の舶用電源システムを備えた船舶。 A ship provided with the marine power supply system according to any one of claims 1 to 6.

ディーゼル発電機、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムの制御方法であって、
平均船内需要電力に対して前記ディーゼル発電機の負荷率が６０％以上９０％以下となるように制御する工程と、
前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御する工程と、
前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に、前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御する工程と、
を有する舶用電源システムの制御方法。 It is a control method for a marine power supply system that controls to meet the onboard power demand by combining a diesel generator, an organic Rankine cycle system, and a secondary battery.
A process of controlling the load factor of the diesel generator to be 60% or more and 90% or less with respect to the average inboard power demand.
When the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system, the onboard power demand is covered only by the total output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system, and the surplus power is supplied. In the process of controlling the secondary battery to be charged from the organic Rankine cycle system ,
A step of controlling the power stored in the secondary battery to be discharged when the onboard power demand exceeds the total output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system.
How to control a marine power supply system.

ディーゼル発電機、有機ランキンサイクルシステム及び二次電池を組み合わせて船内需要電力を賄うように制御を行う舶用電源システムの制御プログラムであって、
平均船内需要電力に対して前記ディーゼル発電機の負荷率が６０％以上９０％以下となるように制御するステップと、
前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの合計出力を超えない場合に前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力のみで前記船内需要電力を賄い、余剰分の電力を前記有機ランキンサイクルシステムから前記二次電池に充電するように制御するステップと、
前記船内需要電力が前記ディーゼル発電機及び前記有機ランキンサイクルシステムの前記合計出力を超える場合に、前記二次電池に蓄電された前記電力を放電するように制御するステップと、
を有する舶用電源システムの制御プログラム。 A control program for a marine power supply system that combines a diesel generator, an organic Rankine cycle system, and a secondary battery to control the power demand on board.
A step of controlling the load factor of the diesel generator to be 60% or more and 90% or less with respect to the average onboard power demand.
When the onboard power demand does not exceed the total output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system, the onboard power demand is covered only by the total output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system, and the surplus power is supplied. And the step of controlling to charge the secondary battery from the organic Rankine cycle system .
A step of controlling to discharge the electric power stored in the secondary battery when the inboard electric power demand exceeds the total output of the diesel generator and the organic Rankine cycle system.
A control program for marine power supply systems.