Sustainable shipping depends on eco-friendly energy solutions. This paper reviews methods for predicting marine fuel cell performance, including empirical approaches, physical modeling, data-driven techniques, and hybrid methods. Accurate prediction models tailored to the marine environment's unique conditions are crucial for operational efficiency. By evaluating the strengths and weaknesses of each method, this study provides a comprehensive analysis of effective strategies for forecasting polymer electrolyte membrane fuel cell and solid oxide fuel cell performance in marine applications. These insights contribute to the advancement of eco-friendly shipping technologies and enhance fuel cell performance in challenging marine environments.
Young-Jae Jeong;Yeun-Hee Song;Hye-Young Kang;Kyoung-Wan Lee
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2023.11a
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pp.114-115
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2023
Research on eco-friendly ships is being actively conducted due to the strengthening of environmental regulations in the shipping sector by the International Maritime Organization (IMO). However, most studies are on large ships, and research on small ships is insufficient. Since most fishermen operate small boats, research on eco-friendly fuel vessels is necessary. This study performed resistance performance analysis, model tests, and POW tests to develop a hybrid electric propulsion ship, and compared and verified the CFD and model test results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.1
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pp.19-28
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2024
Environmental regulations are becoming more stringent in response to climate change, especially concerning marine pollution caused by ship emissions. Large ships are adjusting by integrating technologies to reduce pollutant emissions and transitioning to eco-friendly fuels such as low-sulfur oil and LNG. However, small ships face space constraints for installing LNG propulsion systems and the risk of power depletion with pure electric propulsion. Consequently, there's growing interest in researching hybrid propulsion methods that combine electricity and diesel for smaller vessels. Hybrid propulsion systems utilize diverse energy sources, requiring an effective method for evaluating their efficiency. This study proposes employing Bond graph modeling to comprehensively analyze energy dynamics within hybrid propulsion systems, facilitating better understanding and optimization of their efficiency. Modeling of the ship's energy system using Bond graphs will be able to provide a framework for integrating various energy sources and evaluating their effects.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.1
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pp.36-42
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2018
This paper considers the Marine Traffic Risk Assessment for fixed and moving targets, which threaten officers during a voyage. The Collision Risk Assessment Formula was calculated based on a dynamic ship domain considering the length, speed and maneuvering capability of a vessel. In particular, the Navigation Risk Assessment Model that is used to quantitatively index the effect of a ship's size, speed, etc. has been reviewed and improved using a hybrid combination of a vessel's dynamic area and the Collision Risk Assessment Formula. Accordingly, a new type of Marine Traffic Risk Assessment Model has been suggested giving consideration to the Speed Length Ratio, which was not sufficiently reflected in the existing Risk Assessment Model. The larger the Speed Length Ratio (dimensionless speed), the higher the CJ value. That is, the CJ value is presented well by the Speed Length Ratio. When the Speed Length Ratio is large, states ranging from [Caution], [Warning], [Dangerous] or [Very Dangerous] are presented from a greater distance than when the Speed Length Ratio is small. The results of this study, can be used for route and port development, including dangerous route avoidance, optimum route planning, breakwater width, bridge span, etc. as well as the development of costal navigation safety charts. This research is also applicable for the selection of optimum ship routing and the prevention of collisions for smart ships such as autonomous vessels.
In the view of the importance of material reduction due to the jump in oil and steel prices, an optimized structural system for lifting lugs was developed. Such a system is needed hundreds of thousands of times a year. A direct design process was added to this developed optimized system to increase the design efficiency and provide a way of directly inserting a designer's decisions into the design system process. In order to verify the system efficiency and convenience, several new prototype lug shapes were suggested using the developed system. From these research results, it was found that the slope of the main plate of the lug structure has a tendency to move from about 45 degrees to about 60 degrees and the design weight was reduced from an initial value of about 32kgf to about $15{\sim}19kg_f$ after the redesign. Based on these initial research results, an efficient reduction in steel weight was expected considering the enormous consumption of lug structures per year. Additionally, a more detail structural analysis through local strength evaluations will be performed to verify the efficiency of the optimum structural design for a lug structure.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2006.11a
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pp.193-196
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2006
Recently many research are going on in the field of application of Laser and Laser-Arc hybrid welding for superstructures such as ship-structures, transport vehicles etc. Therefore in this study an optimized welding condition and numerical simulation for hybrid welding by using previous numerical analysis which is used to calculate the heat source for Laser and Laser-Arc hybrid welding has been analyzed. For this purpose, fundamental welding phenomena of hybrid process(Laser+MIG) are determined based on the experiments. In order to calculate temperature and residual stress distribution in Laser and Laser-Arc hybrid welds, finite element heat source model is developed on the basis of experiment results and characteristics of temperature and residual stress distribution in Laser and Laser-Arc hybrid welds are understood from the result of simulation and found comparable to the experimental values.
Recently, there has been considerable research in the field of application of Laser-Arc hybrid welding for superstructures, such as ship-structures, transport vehicles etc. However, the study on heat distribution and welding residual stress of hybrid weld by numerical simulation leaves much to be desired. Therefore, in this study, an optimized welding condition and numerical simulation for hybrid welding, using previous numerical analysis to calculate the heat source for hybrid welding, has been analyzed. For this purpose, fundamental welding phenomena of the hybrid process, using Laser and, is investigated. In order to calculate temperature and residual stress distribution in hybrid welds, a finite element heat source model is developed on the basis of experimental results and characteristics of temperature. Residual stress distribution in hybrid welds are understood from the result of simulation, and compared with the experimental values.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.3
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pp.146-154
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2023
Efforts have been made to reduce the greenhouse gas emissions from ships by limiting the energy efficiency index, and net zero CO2 emission was proposed recently. The most ideal measure to achieve zero emission ship is electrification, and fuel cells are considered as a practical power source of the electrified propulsion system. The electric efficiency in the electrochemical reaction of fuel cells can be achieved up to 60% practically. The remaining energy is converted to heat energy but most of them are dissipated by cooling. In the author's previous research, a hybrid propulsion system utilizing not only electricity but also heat was introduced by combining electric motor and steam turbine. In this article, long term efficiency is evaluated for the introduced hybrid propulsion system by considering a virtual 24,000 TEU class container carrier model. To reflect a more practical operating condition, the actual navigation data of a similar real ship in the real world were collected from automatic identification system data and applied. From the result, the overall efficiency of the hybrid propulsion system is expected to be higher than a conventional electric propulsion fuel cell ship by 30%.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.13
no.10
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pp.1089-1097
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2002
In this paper, the novel shipboard Active Phased Array Antenna(APAA) system for maritime mobile satellite communications is introduced. The antenna uses novel technologies like wide range hybrid tracking, single antenna elements with both of Rx and Tx, asymmetrical array structure, interference isolation between Rx and Tx, and error correction method from frequency scan effect. The antenna has single aperture for both of Rx and Tx with 32 $\times$ 4 two-dimensional array. The antenna has two beams. Its frequencies are 7.25 ~ 7.75 GHz for Rx and 7.9 ~ 8.4 GHz for Tx. The antenna gains are 35.4 dBi for Rx and 35.7 dBi for Tx, those are 54 % of efficiency. The electrically steering ranges are $\pm$35$^{\circ}$ of elevation direction and $\pm$4$^{\circ}$ of azimuth direction. The mechanical control ranges at hybrid tracking capability are continuous 360$^{\circ}$ of azimuth direction and $\pm$10$^{\circ}$ of elevation direction. The antenna has 2.2$^{\circ}$ of 3 dB beamwidth, -14 dB of sidelobe level, and 21 dB of cross-pol suppression. The antenna performance was measured by near field measurement set. Its system performance was tested on the ship motion simulator and with the satellite transponder simulator. The test result showed that its tracking error was within -3 dB from its peak gain under motion condition. The antenna system was tested by real modulated Direct Broadcasting Satellite(DBS) signals to check its communication processing function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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