РОЗРОБКА КОМПЛЕКСНОЇ МОДЕЛІ ГІБРИДНОЇ ЕНЕРГОСИСТЕМИ МОРСЬКОГО СУДНА З УРАХУВАННЯМ ВІДНОВЛЮВАНИХ ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ ТА ЕКОЛОГІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ
DOI:
https://doi.org/10.32782/tnv-tech.2025.2.50Ключові слова:
морський транспорт, відновлювальні джерела енергії, гібридне судно, симуляція, енергобаланс, енергетична ефективність, скорочення викидів, паливна економічність, ефективність експлуатації, альтернативна енергія, MATLAB/Simulink, викиди CO2, цифровий двійникАнотація
У статті представлено результати симуляційного дослідження гібридної енергетичної системи морського судна з урахуванням використання відновлюваних джерел енергії – сонячної та вітрової. Розроблено інтегровану математичну модель енергетичного балансу судна, яка охоплює генерацію потужності від фотоелектричних панелей, вітрових роторів та дизельної установки, а також враховує динаміку заряду акумуляторів і втрати на інверторах. У моделюванні реалізовано облік метеоумов, змін навантаження та режимів експлуатації судна з використанням середовища MATLAB/Simulink. Запропонована модель дозволяє проводити оцінку паливної економічності, питомих викидів CO2, ефективності використання альтернативної енергії та ступеня декарбонізації енергосистеми. Результати чисельного аналізу показали, що використання сонячно-вітрової гібридної конфігурації дозволяє досягти зменшення споживання палива до 43,1 % і скорочення викидів вуглекислого газу на 39,7 % у порівнянні з традиційною дизельною системою. Проведено аналіз графіків флуктуації генерації, динаміки заряду акумуляторів та зміни енергоспоживання, що підтверджує доцільність впровадження інтелектуальних алгоритмів керування енергобалансом. Побудовано блок-схему дослідницького процесу, яка демонструє етапи вибору конфігурації, формування параметрів, симуляції, аналізу ефективності та масштабування моделі на інші типи суден. Отримані результати можуть бути використані як основа для створення цифрових двійників суден, адаптивної оптимізації систем живлення та розробки стратегій управління енергією в умовах декарбонізації морського транспорту. Запропонований підхід має практичне значення для суднобудівної галузі, дозволяючи досягти екологічних цілей IMO без необхідності проведення натурних експериментів.
Посилання
Liu X., Wang K., Guo X., Li Z., Wu J., Ma R., Huang L., Li X. An integrated energy efficiency optimization method of the wind-assisted hybrid ship for the shipping decarbonization. Marine Pollution Bulletin. 2025. Vol. 212. No. 117579. P. 1–15.
Wan T., Fu H., Li X., Wu F., Luo C., Zhang L. Assessment of decarbonization pathway for Chinese road transport sector based on transportation-energy integration systems framework. Energy. 2025. Vol. 317. No. 134727. P. 1–13.
Li X., Pan L., Zhang J., Jin Z., Jiang W., Wang Y., Liu L., Tang R., Lai J., Yang X., Zhang Y. A novel capacity allocation method for hybrid energy storage system for electric ship considering life cycle cost. Journal of Energy Storage. 2025. Vol. 116. No. 116070. P. 1–11.
Onishchenko O., Golikov V., Melnyk O., Onyshchenko S., Obertiur K. Technical and operational measures to reduce greenhouse gas emissions and improve the environmental and energy efficiency of ships. Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport. 2022. Vol. 116. P. 223–235.
Onishchenko O., Bukaros A., Melnyk O., Yarovenko V., Voloshyn A., Lohinov O. Ship refrigeration system operating cycle efficiency assessment and identification of ways to reduce energy consumption of maritime transport. Studies in Systems, Decision and Control. 2023. Vol. 481. P. 641–652.
Melnyk O., Onishchenko O., Onyshchenko S., Voloshyn A., Ocheretna V. Comprehensive study and evaluation of ship energy efficiency and environmental safety management measures. Studies in Systems, Decision and Control. 2023. Vol. 481. P. 665–679.
Melnyk O., Onishchenko O., Onyshchenko S. Renewable energy concept development and application in shipping industry. Lex Portus. 2023. Vol. 9. No. 6. P. 15–24.
Melnyk O., Onishchenko O., Onyshchenko S., Yaremenko N., Maliuha E., Honcharuk I., Shamov O. Innovative technologies for the maritime industry: Hydrogen fuel as a promising direction. Modern Technologies in Energy and Transport. Studies in Systems, Decision and Control. 2024. Vol. 510. P. 23–34.
Liu H., Fan A., Li Y., Bucknall R., Vladimir N. Multi-objective hierarchical energy management strategy for fuel cell/battery hybrid power ships. Applied Energy. 2024. Vol. 379. No. 124981. P. 1–14.
Xia M., Li C., Yao S., Yan X., Wang C. Energy, exergy, economy analysis and multi-objective optimization of SOFC/GT/SCO2 hybrid power system for ships based on zero-carbon emissions. International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 98. P. 1430–1449.
Zhu L., Liu Y., Zeng Y., Guo H., Ma K., Liu S., Zhang Q. Energy management strategy for fuel cell hybrid ships based on deep reinforcement learning with multi- optimization objectives. International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 93. P. 1258–1267.
Gao D., Chen L., Wang Y. An energy trade-off management strategy for hybrid ships based on event-triggered model predictive control. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2024. Vol. 162. No. 110312. P. 1–12.
Guo X., Lang X., Yuan Y., Tong L., Shen B., Long T., Mao W. Energy management system for hybrid ship: Status and perspectives. Ocean Engineering. 2024. Vol. 310. No. 118638. P. 1–15.
Barone G., Buonomano A., Del Papa G., Maka R., Palombo A. Approaching zero emissions in ports: Implementation of batteries and supercapacitors with smart energy management in hybrid ships. Energy Conversion and Management. 2024. Vol. 314. No. 118446. P. 1–18.
Wang X., Zhu H., Luo X., Chang S., Guan X. A novel optimal dispatch strategy for hybrid energy ship power system based on the improved NSGA-II algorithm. Electric Power Systems Research. 2024. Vol. 232. No. 110385. P. 1–10.
