船舶能量管理系统技术方案

一种船舶能量管理系统，用于控制去往和来自船舶推进系统的动力供应，能量管理系统(4)包括：适于接收来自船舶的原动机(1)的功率的电动机/发电机单元(5)；频率转换器(6)；能量存储单元(7)和控制器；其中能量存储单元(7)包括一个或多个电容器、超级电容器或超电容器(68)；其中能量管理系统(4)的控制器确定推进系统的瞬时功率需求和由原动机(1)所生成的平均功率；比较器，用以比较瞬时所需功率和平均功率；其中如果瞬时所需功率超过平均功率，则电动机/发电机单元(5)接收来自能量存储单元的能量；并且其中如果瞬时所需功率小于所述平均功率，则电动机/发电机单元将来自原动机的功率供应到能量存储单元。

Ship energy management system

A ship energy management system for controlling power supply to and from the ship's propulsion system comprises an electric motor/generator unit (5) adapted to receive power from the ship's prime mover (1), a frequency converter (6), an energy storage unit (7) and a controller, wherein the energy storage unit (7) includes an energy storage unit (5) adapted to receive power from the ship's prime mover (1). One or more capacitors, supercapacitors or supercapacitors (68); in which the controller of the energy management system (4) determines the instantaneous power requirements of the propulsion system and the average power generated by the prime mover (1); the comparator compares the instantaneous required power and the average power; where the instantaneous required power exceeds the average power, The motor/generator unit (5) receives energy from the energy storage unit, and if the instantaneous required power is less than the average power, the motor/generator unit supplies power from the prime mover to the energy storage unit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】船舶能量管理系统本专利技术涉及船舶能量管理系统和方法，特别是用于航海或远洋的船舶。为了具有竞争力，各种类型的舰船都试图尽可能地降低操作成本。如果主引擎具有足够的和基本上恒定的功率需求，则主引擎操作效率最高，但是这除了在平静条件下之外都很难实现。在海面状况复杂的情况下，移动船舶所需的能量在波浪的峰与谷之间变化，或者经常以类似于正弦波的循环方式增长。舰船需要具有足够的功率来应付最大的预期功率需求，但是该功率在循环的其他部分不被使用。根据本专利技术的第一方面，用于控制去往和来自船舶的推进系统的动力供应的船舶能量管理系统包括：适于接收来自船舶的原动机的功率的电动机/发电机单元；频率转换器；能量存储单元和控制器；其中，能量存储单元包括：一个或多个电容器、超级电容器或超电容器、诸如电池之类的化学能量存储装置、或飞轮能量存储装置；其中，能量管理系统的控制器确定推进系统的瞬时功率需求和由原动机所生成的平均功率；比较器，用以比较瞬时所需功率和平均功率；其中，如果瞬时所需功率超过平均功率，则电动机/发电机单元接收来自能量存储单元的能量；并且其中，如果瞬时所需功率小于所述平均功率，则电动机/发电机单元将来自原动机的功率供应给能量存储单元。平滑需求波峰和波谷允许主引擎更高效地操作并降低磨损。优选地，系统还包括来自船舶的主配电盘的输入，由此如果所需功率超过平均功率，则电动机/发电机单元除了来自原动机能量之外，还经由主配电盘接收来自辅助发电机的能量或者接收来自能量存储单元的能量。如果需要，可以从辅助发电机供应附加的能量。优选地，该系统还包括到船舶的主配电盘的输入，由此如果推进系统的功率需求小于平均功率，则主配电盘接收经由能量管理系统来自原动机或能量存储单元的能量。如果存在来自原动机或能量存储单元的过剩能量，则该过剩能量可被供应给主配电盘。优选地，能量存储单元还包括斩波器，用以控制电容器、超级电容器或超电容器、诸如电池之类的化学能量存储装置、或飞轮能量存储装置的充电和放电的速率。优选地，该系统还包括在轴上离合器，用以在原动机单独为主配电盘供电时断开推进器。根据本专利技术的第二方面，一种用于控制去往和来自船舶的推进系统的动力供应的船舶能量管理方法包括：在电动机/发电机单元处接收来自船舶的原动机的功率；确定船舶的推进系统的功率需求；确定由原动机所生成的平均功率；比较瞬时所需功率和平均功率；如果所需功率超过平均功率，则使得电动机/发电机单元接收来自能量存储单元的电容器、超级电容器或超电容器、诸如电池之类的化学能量存储装置、或飞轮能量存储装置的能量；如果所需功率小于平均功率，则使得电动机/发电机单元将来自原动机的功率供应给能量存储装置的电容器、超级电容器或超电容器、诸如电池之类的化学能量存储装置、或飞轮能量存储装置供电单元；在不同的海洋状况下监测所需的瞬时功率和平均功率并且相应地适配。优选地，该方法还包括：如果所需功率超过平均功率，则在电动机/发电机单元处经由船舶的主配电盘接收来自辅助发电机的功率。如果推进系统需要的能量比原动机或能量存储单元可用的能量更多，那么能量管理系统可以馈送来自被连接到主配电盘的辅助发电机的功率。优选地，该方法还包括：如果所需功率小于平均功率，则将来自原动机的功率输入到船舶的主配电盘。如果推进系统的能量需求小于来自原动机可用的功率，则能量管理系统可以将来自原动机或能量存储单元中的一个或两个的功率向主配电盘馈送，使得主配电盘可以供应给其耗电设施。优选地，该方法还包括：断开推进系统的推进器，并且将来自原动机的所有功率供应到船舶的主配电盘。现在将参考附图描述根据本专利技术的船舶能量管理系统的一个示例，其中：图1是图示了用于根据本专利技术的具有能量管理系统的远洋船舶的主发电和耗电元件的方框图；图2是用于常规船和用于根据本专利技术的具有能量管理系统的船舶的功率需求随时间改变的曲线图；图3是用于单螺旋桨船的根据本专利技术的能量管理系统的第一实施例的单线图；图4示出了用于双螺旋桨船的图3的实施例；图5是用于根据本专利技术的能量管理系统的第二实施例的单线图；图6示出了用于双螺旋桨船的图5的实施例；图7图示了图3至图6的实施例中的能量存储系统的更多细节，以及图8是图示了根据本专利技术的用于控制船舶上的功率的方法的流程图。已知的电动渡轮具有用于存储能量的船载电池，在停靠码头时船载电池被连接到岸上供电，使得渡轮在操作时具有清洁和安静的能量源。通常，还提供船载发电机，如果功率要求量大于预期则作为备用，或者用于在岸上供电不足时协助对电池充电。电池在整个旅程中以合理的恒定速率放电，然后在渡轮停靠码头时再次充电。然而，对于远洋船舶来说，以下是不切实际的，即，响应于波浪循环功率需求(其在不到一分钟的间隔内可变化相差几兆瓦)而使用电池来平滑该需求，这是因为电池不能如本申请所要求的那样对以下进行很好地响应：接收大充电量并且在之后短时间内放出类似电量。图1是图示了用于根据本专利技术的具有功率控制系统的远洋船舶的主发电和耗电元件的方框图。主引擎1使连接到推进器3的轴2转动。能量管理系统4包括轴2、电动机/发电机单元5、根据需要能够用作电动机或发电机的单一单元、频率转换器6和能量存储单元7，能量管理系统4经由连接13而控制向推进器3供电和向耗电设施供电，并且控制功率存储装置，连接13连接到船舶的主开关设备8。能量管理系统包括控制器和比较器(未示出)。主开关设备8提供用于舰船服务功率10和发电机11a、11b、11c的功率管理系统9，这些发电机11a、11b、11c分别连接到辅助引擎12a、12b、12c。组合的电动机/发电机单元5可以被安装到轴2上、或者经由传动装置连接到轴2或直接连接到轴2上，使得能量能够被给予推进系统或从推进系统取得。经由电动机/发电机单元5取得的AC电压被馈送到频率转换器6。频率转换器6包括反相器、斩波器和有源前端。反相器和有源前端可以将AC转换为DC，反之亦然。斩波器控制被往复地馈送到能量存储单元中的电容器、电池或飞轮能量存储装置的能量。来自电动机/发电机单元5的输入频率通常为9HzAC的数量级，并且被转换为优选的船载频率，通常为50或60HzAC，然后通过变压器(未示出)转变为正确的电压电平，以馈送到耗电设施10或被供应到能量存储单元7。在本专利技术中，可以通过在主引擎1与能量存储单元7之间循环功率而降低船舶上的燃料消耗。能量存储单元包括电容器，或更优选地包括超级电容器或超电容器，或者可以包括化学能量存储装置(诸如电池)或飞轮储能器。能量存储单元可能具有高达20MW但是低于10MW的容量，更典型地，6.6MW可能足以提供必要的助推或能量存储。电容器的使用意味着过剩的能量在没有化学反应的情况下被存储，对于常规电池存储将会发生化学反应，从而允许更快的充电和放电，以应对当船舶在水中移动时功率需求的变化。电池的使用允许成本显著降低。飞轮具有良好的使用寿命和相对较低的维护要求。图2图示了船舶标准操作25随时间对功率需求的影响，并且将其与使用根据本专利技术的方法实现的平滑需求23进行比较。功率对时间的曲线图指示了，对于一个波浪周期22(舰船在该波浪周期中跨水的一个波长而移动)而言，在循环中存在一个时间周期，该时间周期小于波浪周期，在该时间周期内，所需的来自主引擎的功率流小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶能量管理系统，用于控制去往和来自船舶的推进系统的动力供应，所述能量管理系统包括：一个电动机/发电机单元，适于接收来自所述船舶的一个原动机的功率；一个频率转换器；一个能量存储单元和一个控制器；其中，所述能量存储单元包括一个或多个电容器、超级电容器或超电容器、诸如电池之类的化学能量存储装置、或飞轮能量存储装置；其中，所述能量管理系统的所述控制器确定所述推进系统的瞬时功率需求和由所述原动机所生成的平均功率；比较器，用以比较瞬时所需功率和平均功率；其中，如果所述瞬时所需功率超过所述平均功率，则所述电动机/发电机单元接收来自所述能量存储单元的能量；并且其中，如果所述瞬时所需功率小于所述平均功率，则所述电动机/发电机单元将来自所述原动机的功率供应给所述能量存储单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.20 EP 16152131.5;2016.05.04 GB 1607785.11.一种船舶能量管理系统，用于控制去往和来自船舶的推进系统的动力供应，所述能量管理系统包括：一个电动机/发电机单元，适于接收来自所述船舶的一个原动机的功率；一个频率转换器；一个能量存储单元和一个控制器；其中，所述能量存储单元包括一个或多个电容器、超级电容器或超电容器、诸如电池之类的化学能量存储装置、或飞轮能量存储装置；其中，所述能量管理系统的所述控制器确定所述推进系统的瞬时功率需求和由所述原动机所生成的平均功率；比较器，用以比较瞬时所需功率和平均功率；其中，如果所述瞬时所需功率超过所述平均功率，则所述电动机/发电机单元接收来自所述能量存储单元的能量；并且其中，如果所述瞬时所需功率小于所述平均功率，则所述电动机/发电机单元将来自所述原动机的功率供应给所述能量存储单元。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括来自所述船舶的主配电盘的一个输入，由此如果所需功率超过所述平均功率，则所述电动机/发电机单元除来自所述原动机的能量之外，还经由所述主配电盘接收来自辅助发电机的能量或者接收来自能量存储单元的能量。3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述系统还包括去往所述船舶的主配电盘的一个输入，由此如果所述推进系统的功率需求小于所述平均功率，则所述主配电盘经由所述能源管理系统接收来自所述原动机或能量存储单元的能量。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·F·格杰尔佩，W·沃斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE