Towards Optimal Unit Commitment of Future Ship Energy Systems

Julkaisun otsikon käännös: Kohti Tulevien Laivojen Energiajärjestelmien Optimaalista Ohjausta

Janne Huotari

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Merenkulkusektori tulee kokemaan ennennäkemättömän energiamurroksen tulevina vuosikymmeninä. Kansainvälinen merenkulkujärjestö on asettanut tavoitteen, jonka mukaan laivoista syntyvien kasvihuonepäästöjen tulee vähentyä 50 % verrattuna vuoden 2008 päästötasoon. Tämän tavoitteen saavuttaminen edellyttää merkittäviä edistysaskeleita laivojen operatiivisessa toiminnassa, uusien teknologioiden käytössä sekä vanhojen teknologioiden astettaisessa parantamisessa. Tässä väitöskirjassa tutkitaan ja kehitetään viimeisintä tutkimusta edustavia menetelmiä laivan energiajärjestelmän ohjaukseen, sekä laivan nopeuden optimointiin. Laivan energiajärjestelmän tehokas ohjaus on ensiarvoisen tärkeää operatiivisten kustannusten ja kasvihuonepäästöjen minimoimiseksi, mutta haastavaa koska järjestelmässä on yleensä useita eri teholähteitä. Tämä johtaa väitöskirjan tärkeimpään tutkimuskysymykseen: "Kuinka ohjata laivan energiajärjestelmää optimaalisesti reaaliajassa?". Energiajärjestelmän ohjaukseen esitetään koneoppimiseen ja optimointiin perustuvia menetelmiä. Molemmat menetelmät pohjautuvat mitattuun dataan todellisten laivojen operointiprofiileista. Ohjauksen koneoppimismallissa käytettiin vahvistusoppimis -menetelmiä luomaan automaattisesti ohjaukseen oppiva järjestelmä. Tällaisen metodin vahvuus on oppimisen dynaamisuus, eli ohjain voi kehittyä muuttuvien järjestelmien tahdissa. Lisäksi koulutusvaiheessa ohjain voi löytää yllättäviäkin ratkaisuja joita muut menetelmät eivät löytäisi. Optimointiin perustuva ohjausmetodi koostui kahdesta osasta: tehokysynnän ennustamisesta Gaussin prosessilla ja ennustuksen perusteella energiajärjestelmän käytön optimoinnista sekoitettujen kokonaislukujen lineaarisella optimoinnilla. Tehokysynnän ennustamiseen käytettiin laivan nopeusprofiilia, jonka oletettiin olevan tiedossa etukäteen. Menetelmä osoittautui tehokkaaksi ja monipuoliseksi ohjausmetodiksi. Lisäksi Gaussin prosessin käyttö tuotti probabilistisen tehokysynnän ennusteen, joka mahdollistaa modernien stokastisten ja robustien optimointimenetelmien käytön ohjauksessa. Tehokkaat energiajärjestelmän ohjausmetodit perustuvat pitkälti ennustettuun tehokysyntään, kuten tässäkin työssä optimointiin perustuvassa metodissa. Tehokysynnän tärkein yksittäinen selittäjä on laivan nopeus, joten tehokysynnän ennuste on vahvasti riippuvainen laivan tulevan nopeusprofiilin arviosta. Tästä syystä väitöskirjassa tutkittiin myös optimaalisen nopeusprofiilin määrittämistä etukäteen tietylle reitille ja aikataululle. Nopeusprofiilin optimointiin esitettiin laskentatehokasta konveksia optimointimallia, joka tuotti tuloksena jatkuvan laivan nopeusprofiilin.
Julkaisun otsikon käännösKohti Tulevien Laivojen Energiajärjestelmien Optimaalista Ohjausta
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Tammi, Kari, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0616-9
Sähköinen ISBN978-952-64-0617-6
TilaJulkaistu - 2021
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • laiva
  • energiajärjestelmä
  • sekoitettujen kokonaislukujen ohjelmointi
  • konveksi optimointi
  • vahvistusoppiminen
  • tehokysynnän ennustus
  • nopeusoptimointi

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Kohti Tulevien Laivojen Energiajärjestelmien Optimaalista Ohjausta'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä