نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)

2 دانش‌آموخته دکتری، دانشگاه یزد

3 دانش آموخته دکتری، دانشگاه یزد

چکیده

امروزه سیستم‌های الکتریکی، با توجه به مزایایی فراوان، برای استفاده در رانش و تولید توان شناورهای نمونه عملیاتی مورد توجه قرار گرفته‌اند. در سیستم‌های رانش الکتریکی مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر که نقش به سزایی در کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی دارند، منابعی هم چون پیل سوختی، خازن و باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدیریت توان تولیدی این منابع به‌منظور پاسخ مناسب به تغییرات بارهای رانشی و سایر بارهای مصرفی شناور، از جمله اقدامات مهم می‌باشد. در این مقاله با توجه به چگالی انرژی و توان این منابع و سرعت پاسخ آن‌ها، راه برد مدیریت انرژی بر این اساس استوار است که تغییرات سریع بارها توسط خازن و تولید پایدار انرژی توسط باتری و پیل سوختی انجام بپذیرد. به این منظور یک سیستم الکتریکی شامل منابع، مبدل ها، بارهای رانشی واقعی و بار هتل برای یک شناور نمونه عملیاتی طراحی شده و با توجه به راه برد مدیریت انرژی معرفی شده، پاسخ سیستم به الگوهای مختلف تغییرات بار سنجیده شده است. نتایج نشان از کارآمد بودن سیستم الکتریکی و راه برد مدیریت انرژی معرفی شده دارد. همچنین در کنترل میزان شارژ باتری، روش ارائه شده در این مقاله بهتر از دو روشی که مقایسه با آن ها انجام شده عمل می کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Energy Management of a Hybrid Electric Propulsion System in an Typical Operational Vessel to Improve Load Following

نویسندگان [English]

  • r moradpur 1
  • M.R Jannesar 2
  • n mortazavi 3

1 Marine science, research director at the University of Imam Khomeini (RA) Noshahr

2 Yazd University

3 Lahijan University, Islamic Azad University

چکیده [English]

Today, electrical systems, given the many advantages, have been used in propulsion and power production for typical operational vessels. In renewable electrical propulsion systems that play a significant role in reducing environmental pollutants, resources such as fuel cells, capacitors, and batteries are used. Managing the power production of these resources is one of the most important measures for proper propulsion and other loads following. In the proposed energy management strategy, with respect to the energy and power density of these resources and their response rate, the rapid changes are covered by the capacitor and the steady state energy is produced by the battery and fuel cell. For this purpose, an electrical system consisting of sources, converters, real propulsion load and hotel load is designed for a typical operational vessels, then according to the introduced energy management strategy, the system load following is evaluated. The results indicate the efficiency of the electrical system and the proposed energy management strategy. Also, in controlling the battery state of charge (SOC), the method presented in this paper is better than the two methods compared with them.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid systems
  • Electric propulsion
  • Operational Vessel
  • Energy Management

[1] A. M. Bassam, A. B. Phillips, S. R. Turnock, and P. A. Wilson, "Development of a multi-scheme energy management strategy for a hybrid fuel cell driven passenger ship," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 42, no. 1, pp. 623-635, Jan. 2017.

[2] A. M. Bassam, A. B. Phillips, S. R. Turnock, and P. A. Wilson, "An improved energy management strategy for a hybrid fuel cell/battery passenger vessel," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 41, no. 47, pp. 22453-22464, Dec. 2016.

[3] J. Hou, J. Sun, and H. Hofmann, "Adaptive model predictive control with propulsion load estimation and prediction for all-electric ship energy management," Energy, vol. 150, pp. 877-889, May 2018.

[4] M. Kalikatzarakis, R. D. Geertsma, E. J. Boonen, K. Visser, and R. R. Negenborn, "Ship energy management for hybrid propulsion and power supply with shore charging," Control Engineering Practice, vol. 76, pp. 133-154, Jul. 2018.

[5] B. Jeong, E. Oguz, H. Wang, and P. Zhou, "Multi-criteria decision-making for marine propulsion: Hybrid, diesel electric and diesel mechanical systems from cost-environment-risk perspectives," Applied Energy, vol. 230, pp. 1065-1081, Nov. 2018.

[6] T. Q. Dinh, T. M. N. Bui, J. Marco, C. Watts, and J. I. Yoon, "Optimal Energy Management for Hybrid Electric Dynamic Positioning Vessels," IFAC-PapersOnLine, vol. 51, no. 29, pp. 98-103, 2018.

[7] J. Hou, J. Sun, and H. F. Hofmann, "Mitigating Power Fluctuations in Electric Ship Propulsion With Hybrid Energy Storage System: Design and Analysis," IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 43, no. 1, pp. 93-107, Jan. 2018.

[8] K. Bellache, M. B. Camara, and B. Dakyo, "Transient Power Control for Diesel-Generator Assistance in Electric Boat Applications Using Supercapacitors and Batteries," IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 6, no. 1, pp. 416-428, Mar. 2018.

[9] H. Alafnan et al., "Stability Improvement of DC Power Systems in an All-Electric Ship Using Hybrid SMES/Battery," IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 28, no. 3, pp. 1-6, Apr. 2018.

 [10] Z. Jin, L. Meng, J. M. Guerrero, and R. Han, "Hierarchical Control Design for a Shipboard Power System With DC Distribution and Energy Storage Aboard Future More-Electric Ships," IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 14, no. 2, pp. 703-714, Feb. 2018.

]11[ نجاران سامیه، رحمانی زهرا، حسن زاده مجتبی. مدیریت انرژی برای کاهش مصرف سوخت در خودروهای هیبرید الکتریکی پلاگین موازی مبتنی بر کنترل پیش‌بین فازی، مهندسی مکانیک مدرس، دوره 17، شماره 5، صفحات ۳۵۳-۳۶۲،  ۱۳۹۶.

[12] R. D. Geertsma, R. R. Negenborn, K. Visser, and J. J. Hopman, "Design and control of hybrid power and propulsion systems for smart ships: A review of developments,," Applied Energy, vol. 194, pp. 30-54, May 2017.

[13] S. N. Motapon, L. Dessaint, and K. Al-Haddad, "A Comparative Study of Energy Management Schemes for a Fuel-Cell Hybrid Emergency Power System of More-Electric Aircraft," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 3, pp. 1320-1334, Mar. 2014.

[14] P. Thounthong and S. Rael, "The benefits of hybridization," IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 3, no. 3, pp. 25-37, Sep. 2009.

[15] "Bow Thrusters: Construction and Working," [Online]. Available: https://www.marineinsight.com/tech/bow-thrusters-construction-and-working/amp/.

[16] "castle pumps," [Online]. Available: https://www.castlepumps.com/pump-application/ballast-pumps.

[17] P. Garcia, J. P. Torreglosa, L. M. Fernandez, and F. Jurado, "Viability study of a FC-battery-SC tramway controlled by equivalent consumption minimization strategy," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 37, no. 11, pp. 9368-9382, Jun. 2012.

[18] B. Vural, A. R. Boynuegri, I. Nakir, O. Erdinc, A. Balikci, M. Uzunoglu, H. Gorgun, and S. Dusmez, "Fuel cell and ultra-capacitor hybridization: A prototype test bench based analysis of different energy management strategies for vehicular applications," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 35, no. 20, pp. 11161-11171, Oct. 2010.