船舶的驅動系統和其運行的制作方法

本發明涉及一種船舶的驅動系統，具有至少一個用于驅動船舶的驅動內燃機和用于從至少一個驅動內燃機的廢氣中獲取電能的能量獲取裝置。此外，本發明涉及用于運行這樣的驅動系統的方法。

背景技術：

用于從船舶的驅動內燃機的廢氣中獲取電能的能量獲取裝置現在以這樣的方式運行，即以最大可行的功率輸出設計。在此，重新獲取的電能供給到艦載電網中并且隨后將相應的剩余功率經由電動機重新供給到驅動軸上。

例如從WO 2010/088980 Al中已知具有廢氣能量回收的用于漂浮裝置、例如用于船舶和海面平臺的內燃發動機組。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供具有至少一個用于驅動船舶的驅動內燃機和用于從至少一個驅動內燃機的廢氣中獲取電能的能量獲取裝置的船舶的改善的驅動系統。此外，本發明的目的在于，提供用于運行這樣的驅動系統的改善的方法。

根據本發明，該目的在驅動系統方面通過權利要求1所述的特征并且在方法方面通過權利要求5所述的特征實現。

本發明的有利的設計方案是從屬權利要求的內容。

船舶的根據本發明的驅動系統包括至少一個用于驅動船舶的驅動內燃機和用于從至少一個驅動內燃機的廢氣中獲取電能的能量獲取裝置。驅動系統設計為，使得從廢氣中所獲取的電能選擇性地用于驅動船舶，或者使得電能供給到船舶的艦載電網中，或者使得電能成比例地用于驅動船舶并且供給到船舶的艦載電網中。

在此有利地，從廢氣中所獲取的電能的用于驅動船舶和用于將從廢氣中所獲取的電能供給到艦載電網中的可選的和成比例的可用性能夠根據下述根據本發明的方法實現從廢氣中所獲取的電能的與運行成本相關的最優應用。由此通過從廢氣中所獲取的電能，能夠不僅支持通過輔助內燃機(所謂的“輔助柴油機”)對艦載電網的能量供應和/或支持通過驅動內燃機對船舶的驅動，而且從廢氣中所獲取的電能能夠被分配用于驅動船舶和艦載電網的能量供應，以使得運行成本最小化。這能夠實現從廢氣中所獲取的電能的高效和優化的使用。

本發明的一個設計方案提出至少一個用于驅動船舶的驅動電動機，其中，驅動電動機能通過從廢氣中所獲取的電能驅動。

這能夠有利地實現從廢氣中所獲取的電能的用于驅動船舶的使用，其中，至少一個驅動內燃機和至少一個能通過從廢氣中所獲取的電能驅動的驅動電動機形成船舶的混合驅動。

本發明的前述的設計方案的一個改進方案提出用于至少一個驅動電動機的至少一個蓄電池，其中，借助于蓄電池能存儲從廢氣中所獲取的電能。

由此還能夠更靈活和更有效率地通過以下方式使用從廢氣中所獲取的電能，即當其目前不需要或不完全需要的時候，其借助于蓄電池被存儲。

本發明的另一個設計方案提出至少一個構造為兩沖程柴油發動機的用于驅動船舶的驅動內燃機。

兩沖程柴油發動機由于其與其它的內燃機相比的較高的效率而特別有利地適用于驅動船舶，因為船舶僅提供用于燃料儲藏的有限容量。

在用于運行根據本發明的驅動系統的根據本發明的方法中，測定用于驅動船舶的瞬時的驅動能量需求、用于船舶的艦載電網的瞬時的艦載電網能量需求和從廢氣中瞬時所獲取的電能。此外，在應用從廢氣中所獲取的電能的條件下并且根據從廢氣中所獲取的電能為了滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求的成比例分配，測定用于滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求的運行成本。從廢氣中所獲取的電能根據所測定的運行成本地成比例地用于滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求。

因此有利地，本發明能夠實現從廢氣中所獲取的電能的在考慮運行成本的情況下的使用，其中，從廢氣中所獲取的電能取決于運行成本地和成比例地應用于滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求。

在此，從廢氣中所獲取的電能取決于所測定的運行成本地優選成比例地應用于滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求，以使得運行成本最小化。

運行成本的最小化能夠有利地實現了從廢氣中所獲取的電能的最佳使用。

在此，運行成本優選地在引入至少一個驅動內燃機的特定的燃料消耗的條件下測定。

內燃機的特定的燃料消耗限定為每時間單元的燃料消耗和內燃機的所給出的機械功率的比值。其是內燃機的效率尺度并且取決于內燃機的工作點。通過在測定運行成本時考慮驅動內燃機的特定的燃料消耗，有利地考慮驅動內燃機的取決于工作點的燃料消耗以用于優化地使用從廢氣中所獲取的電能。特別地，能夠由此減少并且優化船舶的燃料消耗。

此外，運行成本優選地在引入至少一個用于為艦載電網供應能量的輔助內燃機的特定的燃料消耗的條件下測定。

因此，輔助內燃機(“輔助柴油機”)的取決于工作點的燃料消耗在測定運行成本和使用從廢氣中所獲取的電能時也被考慮。這還有利地能夠實現從廢氣中所獲取的電能的更高效的使用和船舶的燃料消耗的進一步減少和優化。

本發明的另一個設計方案提出，運行成本在引入用于至少一個用于為艦載電網供應能量的輔助內燃機的維護成本的條件下與由輔助內燃機執行的工作相關地測定。

本發明的該設計方案有利地考慮的是，用于輔助內燃機的維護成本取決于其執行的工作，并且其也被引入以用于優化地使用從廢氣中所獲取的電能。

船舶的根據本發明的能量供應系統包括艦載電網、根據本發明的驅動系統和控制單元，控制單元用于測定從廢氣中所獲取的電能的用于驅動船舶和用于供給到艦載電網中的成比例使用。優選地，該能量供應系統還具有至少一個用于為艦載電網供應能量的輔助內燃機。

船舶的這樣的能量供應系統的優點由根據本發明的驅動系統的上述優點給出。

一種用于運行這樣的能量供應系統的根據本發明的方法相應地提出，驅動系統根據用于運行根據本發明的驅動系統的根據本發明的方法來運行。

附圖說明

結合下述聯系附圖詳細闡述的實施例的說明，清楚易懂地闡述了本發明的上述特性、特征和優點以及如何實現這些的方式和方法。在此示出：

圖1是能量供應系統和船舶的與其連接的單元的框圖，

圖2是船舶的驅動內燃機的特定的燃料消耗和船舶的取決于驅動內燃機的發動機功率的速度的圖表，

圖3是在不應用和附加地應用從廢氣中所獲取的用于驅動船舶的電能的情況下，船舶的驅動內燃機的特定的燃料消耗和取決于驅動內燃機的發動機功率的驅動功率的圖表。

相互對應的部分在所有的附圖中以相同的標號標注。

具體實施方式

圖1示出了能量供應系統1和船舶的另外的與其連接的功能單元的框圖。能量供應系統1包括驅動內燃機3、艦載電網5、多個輔助內燃機7、能量獲取裝置9和控制單元11。

驅動內燃機3構造為用于經由螺旋槳軸13驅動船舶的兩沖程柴油發動機。

輔助內燃機7分別構造為用于為艦載電網5供應能量的柴油機(所謂的“輔助柴油機”)。對此，輔助內燃機7分別驅動輔助發電機。輔助內燃機7借助于維護裝置15維護。

能量獲取裝置9設計用于從驅動內燃機3的廢氣中獲取電能。對此，能量供應系統1例如以已知的方式具有通過驅動內燃機3的廢氣能驅動的廢氣渦輪機和能由廢氣渦輪機驅動的能量獲取發電機。

能量供應系統1設計用于，借助能量獲取裝置9從廢氣中所獲取的電能選擇性地用于驅動船舶或者供給到船舶的艦載電網中、或者成比例地用于驅動船舶并且供給到船舶的艦載電網中。為了使從廢氣中所獲取的電能完全或成比例地用于驅動船舶，船舶的驅動系統具有(未示出的)驅動電動機，借助于其能驅動螺旋槳軸13并且其能通過從廢氣中所獲取的電能驅動。因此，驅動內燃機3和驅動電動機形成了船舶的混合驅動裝置。優選地，該驅動電動機也能作為發電機運行，從而當其不用于驅動船舶的時候其能夠應用于生成電能。

借助于控制單元11以下述方式測定，借助于能量獲取裝置9從廢氣中所獲取的電能如何分配用于驅動船舶和用于供給到艦載電網5中。對此特別地為控制單元11傳輸船舶的瞬時的額定速度17。此外，為控制單元11傳輸船舶的導航系統19的對于能量供應來說重要的數據、例如對于天氣情況的數據。

為了確定從廢氣中所獲取的電能的分配，測定取決于瞬時的額定速度17的用于驅動船舶的瞬時的驅動能量需求、用于艦載電網5的瞬時的艦載電網能量需求和從廢氣中瞬時所獲取的電能。

從這些信息中，控制單元11在應用從廢氣中所獲取的電能的條件下并且根據從廢氣中所獲取的電能為了滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求的成比例分配測定用于滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求的運行成本。為了滿足所測定的驅動能量需求和所測定的艦載電網能量需求的、從廢氣中所獲取的電能的成比例分配由控制單元11測定，以使得該運行成本最小化。

在此特別地，在測定運行成本時與由輔助內燃機7執行的工作相關地考慮驅動內燃機3和輔助內燃機7的特定的燃料消耗以及用于輔助內燃機7的維護成本。

由控制單元11測定驅動內燃機3上的負載要求，該負載要求由從廢氣中所獲取的電能的所測定的成比例分配得出，并且將該負載要求傳輸給船舶的主驅動控制系統21，借助于其相應地控制或調節驅動內燃機3。

此外，為開關設備23傳輸從廢氣中所獲取的電能的所測定的成比例分配，借助于該開關設備相應地控制或調節輔助內燃機7。

此外可選地，由控制單元11將所測定的數據傳輸給導航系統19。

此外可選地，由控制單元11測定瞬時的燃料消耗并且將其傳輸給用于顯示燃料消耗的顯示單元25。在此，也能夠可選地測定和顯示相對于單獨通過驅動內燃機3驅動船舶、即沒有附加地應用從廢氣中所獲取的用于驅動船舶的電能驅動船舶的情況下的燃料節省。

圖2示出了船舶的驅動內燃機3的典型的特定的燃料消耗C和船舶的速度V的圖表，燃料消耗和速度分別取決于對于以下情況的驅動內燃機3的發動機功率P，即船舶單獨通過驅動內燃機3、也就是說沒有附加地應用從廢氣中所獲取的電能的情況下驅動。在此，特定的燃料消耗C和速度V以任意的單位示出，并且發動機功率P相對于驅動內燃機3的額定功率以百分比成比例地給出。V₀代表額定速度，在其基礎上設計驅動內燃機3，從而為驅動內燃機3的額定功率的90％的發動機功率P對應于額定速度V₀。

特定的燃料消耗C在所示的實例中在發動機功率P為驅動內燃機3的額定功率的75％時具有最小值。由此，在通過使用從廢氣中所獲取的電能以用于支持驅動內燃機3從而以額定速度V₀運行時引起特定的燃料消耗C的所示的節省潛力ΔC。本發明因此特別提出，從廢氣中所獲取的電能的用于驅動船舶的份額確定為，使得由此在以額定速度V₀運行時至少部分地實現特定的燃料消耗C的節省潛力ΔC，只要這樣減少了運行成本。上述相應地適用于具有其它的速度V的運行。

因此，本發明的目的特別在于，通過利用從廢氣中所獲取的電能被驅動的驅動電動機對驅動內燃機3的相應支持來減少驅動內燃機3的特定的燃料消耗C，只要這減少了運行成本。然而根據上述實施方案，為了測定從廢氣中所獲取的電能的分配，優選地不僅考慮驅動內燃機3的特定的燃料消耗C，而且附加地還考慮影響運行成本的因素、例如輔助內燃機7的特定的燃料消耗C和用于輔助內燃機7的與由其執行的工作相關的維護成本。由此得出的是，驅動內燃機3的特定的燃料消耗C的節省潛力ΔC取決于速度地不是始終或者僅部分地實現，這當由于另外考慮的與運行成本最小化相關的因素是有利的時候適用，對此參見圖3和其描述。

圖3圖表化和示例性地示出了在不應用從廢氣中所獲取的用于驅動船舶的電能的情況下，船舶的驅動內燃機3的特定的燃料消耗C，并且示出了在附加地應用從廢氣中所獲取的用于驅動船舶的電能的情況下，驅動內燃機3的特定的燃料消耗C₁，以及示出了相應地與驅動內燃機3的發動機功率P相關的由驅動內燃機3和利用從廢氣中所獲取的電能驅動的驅動電動機共同引起的驅動功率P₁。發動機功率P在圖2中例如相比于驅動內燃機3的額定功率百分比式地示出。特定的燃料消耗C，C₁分別以單位g/kWh給出，驅動功率P₁以單位MW給出。

在所示的實例中，從廢氣中所獲取的電能僅從發動機功率P為用于驅動船舶的額定功率的50％起使用，因為在發動機功率P更小時，從廢氣中所獲取的用于驅動船舶的電能由于過小的能量產量而不提供運行成本最小化。在發動機功率P小于額定功率的50％時，船舶因此僅通過驅動內燃機3驅動，從而使該發動機功率P的特定的燃料消耗C，C₁相一致。

從發動機功率P為額定功率的50％起，使用從廢氣中所獲取的電能用于驅動船舶證明是有利的，從而對于該發動機功率P來說的特定的燃料消耗C₁相對于在從廢氣中所獲取的電能不用于驅動船舶的情況下的特定的燃料消耗C下降了超過10g/kWh。

盡管通過優選的實施例在細節上詳細地闡述并描述了本發明，但本發明并不局限于所公開的實例，并且其他的變體能夠由本領域技術人員推導出，這并不脫離本發明的保護范圍。