Usanifu jumuishi wa mfumo wa nishati wa meli, ni mbinu ya usanifu inayochukulia uzalishaji wa umeme, uhifadhi wa nishati, usambazaji, ubadilishaji wa nguvu, mfumo wa kusukuma meli, mizigo ya usaidizi na ya misheni, pamoja na usimamizi wa nishati si kama mifumo midogo inayojitegemea, bali kama sehemu zinazotegemeana za mfumo mmoja wa nishati katika kiwango cha meli. Mapitio haya yanachunguza mpito kuelekea meli mseto na meli za umeme kamili si kwa mtazamo wa kuufanya umeme mfumo wa kusukuma meli pekee, bali kupitia mfumo wa uchambuzi wa kiwango cha mfumo unaotazama kwa pamoja sera za kuondoa kaboni katika usafiri wa baharini, usalama wa nishati, ustahimilivu wa kiutendaji, usanifu wa mifumo ya nguvu ya meli, mifumo ya uhifadhi wa nishati, vyanzo mbadala vya nishati na mifumo ya usimamizi wa nishati. Utafiti unaunganisha uchambuzi uliopangwa wa nyaraka za sera za kimataifa, Ulaya na Ureno, mapitio ya muktadha yanayoeleza maendeleo ya kihistoria ya mifumo ya kusukuma meli, na mapitio ya kimfumo ya fasihi ya kiufundi yaliyofanywa katika Scopus, Web of Science na IEEE Xplore kwa mujibu wa kanuni za PRISMA 2020.

Hitimisho kuu la mapitio ni kwamba mafanikio ya meli mseto na za umeme kamili za baadaye hayaamuliwi na teknolojia moja pekee kama betri, seli ya mafuta, usambazaji wa DC au mota ya umeme. Uwezo wa vyanzo vya uzalishaji, aina na mahali pa uhifadhi wa nishati, topolojia ya usambazaji wa AC/DC, mfumo wa kusukuma meli, mizigo ya usaidizi na ya misheni, muunganisho wa bandari, wasifu wa misheni/safari wa meli na mkakati wa kiwango cha juu wa usimamizi wa nishati lazima usanifiwe kwa pamoja. Hitaji hili ni dhahiri zaidi katika meli za kijeshi kwa sababu, pamoja na malengo ya ufanisi na uzalishaji wa hewa chafu, hujitokeza pia mahitaji kama mwendelezo wa misheni, urudufu, usanidi upya baada ya uharibifu, alama ya akustiki, mizigo ya ghafla ya nguvu kubwa na ustahimilivu wa kiutendaji. Hata hivyo, utafiti si meta-uchambuzi na, kutokana na utofauti wa aina za meli na hali za majaribio katika fasihi, hauonyeshi usanifu mmoja “bora zaidi” wala thamani moja ya utendaji inayotumika kwa meli zote.

Tatizo la msingi: mfumo wa kusukuma meli kwa umeme pekee hautoshi

Katika sekta ya usafiri wa baharini, kupunguza uzalishaji wa gesi chafu, kupunguza matumizi ya mafuta na kuunganisha vyanzo mbadala vya nishati kwenye meli kumeongeza hamu ya mifumo ya kusukuma meli kwa umeme na mseto. Hata hivyo, tatizo kuu linalosisitizwa na utafiti chanzo ni kwamba uelekezaji wa meli kwenye umeme mara nyingi huzingatiwa katika mhimili wa mfumo wa kusukuma meli pekee. Kuzungusha propela ya meli kwa mota ya umeme hakumaanishi kuwa sehemu nyingine ya mfumo wa nishati imeunganishwa moja kwa moja. Mahali umeme unakozalishwa, kiwango cha volteji kinachotumika kuusambaza, vibadilishaji ambavyo umeme hupitia, mahali betri au vitengo vingine vya uhifadhi vinapounganishwa, jinsi mabadiliko ya ghafla ya mzigo yanavyokabiliwa na chanzo kipi kinachowashwa wakati gani ni maamuzi tofauti lakini yanayohusiana ya usanifu.

Kwa nini meli mseto na za umeme kamili si teknolojia ya kusukuma meli pekee?

Kwa sababu utendaji halisi wa nishati wa meli hautegemei mota inayozungusha propela pekee, bali unategemea jinsi vyanzo vya uzalishaji, uhifadhi wa nishati, usambazaji wa umeme, elektroniki za nguvu, mizigo ya usaidizi na ya misheni, muunganisho wa bandari na mfumo wa usimamizi wa nishati vinavyofanya kazi pamoja chini ya wasifu mmoja wa kiutendaji.

Katika mfumo wa kawaida wa kusukuma meli kimitambo, kuna kwa kiasi kikubwa njia ya moja kwa moja ya nguvu ya kimitambo kati ya injini kuu na propela. Katika mfumo wa kusukuma meli kwa umeme, chanzo cha uzalishaji wa kimitambo hutenganishwa na propela; injini kuu huendesha jenereta, jenereta hulisha mfumo wa usambazaji wa umeme, na mfumo wa usambazaji hulisha mota za kusukuma meli na mizigo mingine ya meli. Utenganishaji huu huruhusu nishati kusambazwa kwa unyumbufu zaidi ndani ya meli na vyanzo tofauti vya nishati kuunganishwa kwenye bus moja; lakini pia huongeza ugumu wa vibadilishaji, udhibiti, ulinzi na usimamizi wa nishati.

Kwa nini meli za kiraia na za kijeshi haziwezi kutathmini mfumo mmoja wa nishati kwa namna ileile?

Katika meli za kijeshi, rada na mifumo mingine ya misheni yenye nguvu kubwa inaweza kuunda mahitaji ya umeme yanayobadilika kwa kasi sana. Kwa hiyo, utafiti chanzo unasisitiza kuwa si kiasi cha nishati pekee, bali pia kasi ambayo nguvu inaweza kutolewa, uthabiti wa volteji ya bus na ubora wa nguvu ni muhimu. Urudufu nao ni mlinganisho tofauti wa kihandisi: kuweka jenereta nyingi zaidi tayari kunaweza kuongeza utegemezi, lakini kunaweza kuendesha jenereta katika maeneo yasiyo na ufanisi ya mzigo wa sehemu. Uhifadhi wa nishati ni mojawapo ya zana zinazoweza kupunguza mgongano huu.

Mageuzi ya usanifu wa mfumo wa kusukuma meli

Matumizi ya umeme katika meli hapo awali yalikuwa yamezuiliwa kwenye taa na mifumo ya usaidizi. Ingawa mfumo wa kusukuma meli wa dizeli-umeme ulionekana mwanzoni mwa karne ya 20, kwa muda mrefu suluhisho kuu lilibaki kuwa mfumo wa kusukuma meli wa dizeli wa kimitambo. Mapitio chanzo yanatambua maendeleo ya elektroniki za nguvu kama hatua muhimu katika kuenea kwa mfumo wa kusukuma meli kwa umeme. Elektroniki za nguvu za hali imara, thyristor na baadaye viendeshi vya kasi inayobadilika vinavyotegemea IGBT viliwezesha udhibiti wenye ufanisi na sahihi wa mota za umeme.

Katika mbinu ya kisasa, mfumo wa kusukuma meli huacha kuwa kisiwa kinachojitegemea na huunganishwa kwenye mfumo wa pamoja wa nguvu unaolisha mizigo yote ya umeme ya meli. Mabadiliko haya yanaonekana hasa kupitia dhana ya Integrated Power System (IPS — Mfumo Jumuishi wa Nguvu). Ndani ya IPS, jenereta, mota za kusukuma meli, mizigo ya usaidizi, mizigo ya misheni na, inapofaa, uhifadhi wa nishati ni sehemu za usanifu mmoja wa umeme.

Njia kuu za mfumo wa kusukuma meli na nguvu

Tofauti kuu kati ya mifumo ya usambazaji wa AC na DC kwenye meli ni ipi?

Mifumo ya AC huhitaji usawazishaji wa jenereta, usimamizi wa masafa na nguvu tendaji, wakati usanifu wa DC unaweza kuondoa hitaji la usawazishaji na kurahisisha uunganishaji wa vipengele vinavyofanya kazi kiasili kwa DC kama betri, seli ya mafuta na elektroniki za nguvu; kwa upande mwingine, ulinzi wa DC, ukataji wa hitilafu na uthabiti wa bus unaweza kuwa tata zaidi.

Mojawapo ya faida muhimu za usanifu wa DC uliochunguzwa katika chanzo ni uwezo wa kuruhusu uendeshaji wa jenereta kwa kasi inayobadilika na kupunguza baadhi ya hatua za ubadilishaji. Hata hivyo, katika mifumo ya DC, mizigo ya nguvu thabiti inaweza kuonyesha tabia ya impedansi hasi ya ongezeko, kupunguza damping ya mfumo na kuathiri uthabiti wa volteji ya bus. Zaidi ya hayo, kwa kuwa hakuna upitaji wa asili wa sifuri katika mikondo ya hitilafu ya DC, kukata mkondo wa hitilafu ni vigumu zaidi kuliko katika mifumo ya AC. Kwa hiyo, vikataji vya DC vya hali imara au mseto, utenganishaji unaotegemea kibadilishaji, ulinzi ulioratibiwa, usanidi upya na mikakati ya kukata mizigo hupata umuhimu.

Kwa nini usambazaji wa radial, zonal na ring ni muhimu?

Kuwa kwa volteji ya usambazaji kuwa AC au DC si uamuzi pekee wa usanifu. Njia ambazo nguvu husafirishwa hadi maeneo ya kimwili ya meli pia huamua tabia ya mfumo wakati wa hitilafu. Katika muundo wa radial, mzigo kwa kawaida hupokea nishati kutoka chanzo kupitia njia moja ya usambazaji; muundo ni rahisi lakini njia mbadala ya nguvu ni ndogo. Usanifu wa zonal hugawanya meli katika maeneo ya umeme na hurahisisha kutenga eneo lenye hitilafu kutoka sehemu nyingine. Topolojia ya ring au loop huruhusu nishati kufikishwa kwa mzigo kutoka zaidi ya upande mmoja. Sifa hii inaweza kuongeza ustahimilivu, lakini uratibu wa ulinzi na ugumu wa udhibiti huongezeka.

Mifumo ya uhifadhi wa nishati hufanya kazi gani kwenye meli?

Mifumo ya uhifadhi wa nishati haihifadhi nishati kwa safari pekee; inaweza kufanya kazi nyingi kama kupunguza mzigo wa kilele, kusawazisha mzigo, spinning reserve, msaada wa haraka wa nguvu ya mpito, uthabiti wa bus, ubora wa nguvu, kupunguza uendeshaji wa jenereta kwa mzigo mdogo usio na ufanisi na, chini ya hali fulani, uendeshaji wa muda mfupi wenye uzalishaji mdogo au sifuri wa hewa chafu.

Mapitio chanzo yanaonyesha kuwa betri na teknolojia za uhifadhi wa muda mfupi zenye nguvu kubwa zinakidhi mahitaji tofauti ya kimwili. Betri za lithiamu-ioni zinafaa kwa msaada wa nishati endelevu na kusawazisha mzigo kwa sababu ya nishati maalum iliyo juu kiasi. Mifumo kama supercapacitor na flywheel hutoa nguvu maalum ya juu zaidi na mwitikio wa haraka sana; lakini kwa sababu msongamano wao wa nishati ni mdogo, zinafaa zaidi kushughulikia mabadiliko ya ghafla ya nguvu kuliko kuwa chanzo cha nishati cha muda mrefu.

Takwimu hizi hazionyeshi kuwa teknolojia moja ni bora kuliko nyingine katika kila meli. Nishati maalum, nguvu maalum, maisha ya mizunguko, usalama, anuwai ya joto, ujazo, uzito, gharama na wasifu halisi wa mzigo wa meli lazima vitathminiwe kwa pamoja. Chanzo pia kinasisitiza kuwa betri haziwezi kutathminiwa kama kipengele cha umeme pekee kwa kuzingatia usimamizi wa joto, kuzeeka, unyevunyevu, mtetemo, usalama wa moto na mzunguko wa maisha.

Utendaji sawa hauwezi kutarajiwa katika kemia za lithiamu-ioni

Kemia za lithiamu-ioni kama LCO, LMO, NMC, NCA, LFP na LTO zina sifa tofauti za msongamano wa nishati, usalama, uthabiti wa joto na maisha ya mizunguko. Katika chanzo, LFP inachukuliwa kuwa ya kuzingatiwa hasa kwa matumizi ya baharini kutokana na uthabiti wa joto na usalama, huku NMC ikitumika sana kwa sababu sifa zake za nishati na nguvu zinaweza kurekebishwa. LTO, licha ya nishati maalum ya chini, inafaa kwa matumizi ya nguvu kubwa na yenye mizunguko ya mara kwa mara kutokana na maisha marefu ya mizunguko, C-rate ya juu na faida za usalama.

Athari ya mzunguko wa maisha ya uelekezaji kwenye betri hutegemea chanzo cha umeme

Katika utafiti wa mzunguko wa maisha wa RoPax ulioripotiwa katika mapitio, suluhisho la betri za lithiamu-ioni kwa meli tatu liliripoti kuwa na uzalishaji wa CO₂ wa mzunguko wa maisha wa takriban %46 chini na gharama za mzunguko wa maisha %24–32 chini ikilinganishwa na mbadala wa dizeli. Chini ya mchanganyiko uleule uliodhaniwa wa umeme wa Ulaya, uzalishaji wa SOx uliripotiwa kuongezeka kwa takriban %13. Tofauti hii inaonyesha kuwa haiwezekani kuweka usawa wa moja kwa moja kati ya kauli “hakuna moshi wa kutolea nje kwenye meli” na kutokuwepo kwa athari za mazingira katika mzunguko mzima wa maisha.

Jukumu la seli za mafuta

Seli za mafuta hubadilisha nishati ya kemikali ya mafuta kuwa umeme kwa njia ya kielektrokemia bila hatua ya kati ya mwako na ubadilishaji wa kimitambo. Mapitio chanzo yanaangazia hasa teknolojia za Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) na Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) katika usafiri wa baharini. PEMFC inaweza kufanya kazi katika joto la chini na mwitikio wa haraka wa dinamiki, huku SOFC ikiweza kutoa joto la juu, ufanisi mkubwa zaidi na unyumbufu mpana zaidi wa mafuta; kwa upande mwingine, inahitaji mwitikio wa polepole na usimamizi mgumu zaidi wa joto.

Ingawa matumizi ya hidrojeni yanaweza kutoa uwezekano wa uendeshaji wenye kaboni ndogo au sifuri upande wa kutolea moshi, mfumo mzima lazima utathminiwe. Msongamano mdogo wa nishati kwa ujazo wa hidrojeni unahitaji nafasi kubwa zaidi ya uhifadhi; uvujaji, kuwaka, usalama wa nafasi zilizofungwa, kiwango cha kaboni cha uzalishaji wa mafuta, miundombinu ya bandari, viwango vya udhibiti na gharama ya seli za mafuta ni miongoni mwa vikwazo vikuu vya matumizi mapana. Kwa hiyo, utafiti chanzo hauchukulii seli ya mafuta kama mbadala mmoja wa aina zote za meli, bali kama chanzo kinachotegemea matumizi na mara nyingi huunganishwa katika mfumo mseto.

Kwa nini Mfumo wa Usimamizi wa Nishati uko katikati ya meli mseto?

Mfumo wa Usimamizi wa Nishati (EMS) ni safu ya usimamizi wa kiwango cha juu inayoamua nguvu itagawanywa lini na kwa namna gani kati ya vyanzo vya uzalishaji, uhifadhi wa nishati, mfumo wa kusukuma meli na mizigo ya huduma; meli mbili zenye vifaa sawa zinaweza kuwa na matumizi tofauti ya mafuta, uzalishaji wa hewa chafu, matumizi ya betri na mwitikio wa dinamiki kutokana na mikakati tofauti ya EMS.

Chanzo kinatofautisha kihierarkia kati ya EMS na Power Management System (PMS). EMS huamua mkakati wa kiwango cha juu wa kugawa nguvu na maamuzi ya uboreshaji. PMS hutekeleza maamuzi hayo kwenye jenereta na mizigo na kudumisha usalama, uthabiti na utegemezi wa mfumo wa umeme.

Utafiti wa adaptive MPC ulioripotiwa katika mapitio uliripoti kupungua hadi %12,19 kwa gharama ya jumla ya umiliki katika tathmini ya miaka 10 ikilinganishwa na rejea inayotegemea kanuni katika mfumo wa nguvu wa meli mseto yenye seli za mafuta. Utafiti mwingine wa meli ya hidrojeni uliunganisha utabiri wa uwezekano wa mzigo na MPC ya hatua mbili na kuripoti matokeo yaliyobaki ndani ya %3 ya optimum ya kimataifa huku yakidumisha utekelezekaji wa wakati halisi katika hali zilizochunguzwa. Thamani hizi zinahusu tafiti tofauti na hali mahususi za mfumo; hazionyeshi kuwa faida ileile itapatikana katika meli zote.

Usanifu wa EMS wa kati na uliosambazwa

EMS ya kati inaweza kukusanya taarifa zote za mfumo katika safu moja ya maamuzi na kuwa na nguvu kwa uboreshaji wa kimataifa; lakini mzigo wa hesabu, utegemezi wa mawasiliano na unyeti kwa hitilafu ya kituo kimoja vinaweza kuongezeka. Mbinu zilizosambazwa hugawanya tatizo kwa vidhibiti vya ndani na kuviruhusu kufanya kazi pamoja. Mapitio chanzo yanaeleza kuwa ingawa suluhisho zilizosambazwa zimechunguzwa katika matumizi ya meli, matumizi ya kati yanatawala katika fasihi iliyopo.

Ujumuishaji katika kiwango cha mfumo

Ujumbe mkuu wa mchoro huu ni kwamba vyanzo vya nishati na uhifadhi, usanifu wa mfumo wa nguvu na mkakati wa usimamizi wa nishati si visanduku vitatu vya usanifu vinavyojitegemea. Kwa mfano, BESS kubwa zaidi haimaanishi tu “nishati zaidi”; inaweza kubadilisha ukadiriaji wa jenereta, hitaji la spinning reserve, tabia ya mpito ya bus, ulinzi, gharama na maamuzi ya EMS. Vivyo hivyo, uchaguzi wa usambazaji wa ring au zonal hauathiri topolojia ya nyaya pekee, bali pia uelekezaji wa nguvu baada ya hitilafu na ni mizigo ipi itaendelea kupewa nguvu.

Bandari si tena nje ya mfumo wa nishati

Meli za umeme kamili na zilizoelekezwa sana kwenye umeme hufanya kazi kama microgrid huru inayotembea wakati wa safari, lakini bandarini hubadilika kuwa mfumo wa nishati unaounganishwa na gridi ya pwani. Kwa hiyo, umeme wa pwani, microgrid ya bandari, uzalishaji wa nishati jadidifu, uhifadhi wa nishati wa kudumu na mahitaji ya kuchaji meli lazima yazingatiwe kwa uratibu. Chanzo kinaorodhesha muda mrefu wa kuchaji, miundombinu duni ya bandari na ukosefu wa viwango vya pamoja vya kiufundi kati ya mifumo tofauti ya meli/kuchaji miongoni mwa vizuizi vya kuenea kwa matumizi.

Mapengo ya utafiti

Pengo kuu la kisayansi lililobainishwa na mapitio ni kwamba, licha ya kuwepo kwa teknolojia nyingi ndogo zinazofanya kazi vizuri katika fasihi, hakuna mazingira jumuishi ya kutosha ya usanifu na tathmini yatakayowezesha kulinganisha teknolojia hizo ndani ya meli moja na chini ya wasifu mmoja wa misheni. Hasa, kuna hitaji la mifumo ya fani nyingi inayounganisha haidrodinamiki, mwendo wa meli, mfumo wa kusukuma meli, uzalishaji wa umeme, uhifadhi, usambazaji na EMS katika modeli moja.

Tatizo la pili muhimu ni kutokuwepo kwa viwango vya kawaida vya vipimo vya utendaji. Matumizi ya mafuta, uzalishaji wa hewa chafu, ufanisi, masafa/ustahimilivu, gharama na mafanikio ya misheni hufafanuliwa kwa njia tofauti katika tafiti tofauti. Hali hii hufanya ulinganisho wa moja kwa moja wa usanifu mbadala kuwa mgumu. Chanzo kinapendekeza kuendelezwa kwa seti za KPI zenye vigezo vingi zinazojumuisha kwa pamoja ufanisi wa nishati, uzalishaji wa hewa chafu, gharama, uhuru wa nishati, utendaji wa kiutendaji na ustahimilivu.

Pengo la tatu ni ukosefu wa uundaji wa modeli unaozingatia misheni, hasa kwa meli za kijeshi. Wasifu wa mzigo ulio thabiti au unaotabirika unaweza usiwakilishe vya kutosha mizigo ya ghafla ya msukumo, mabadiliko ya misheni, kutokuwa na uhakika kwa mazingira, hitilafu za vipengele na usanidi upya baada ya uharibifu. Kwa hiyo, inapendekezwa wasifu wa misheni wa kideterministi ukamilishwe kwa matukio ya kistokastiki au ya uwezekano.

Eneo la nne ni ustahimilivu wa muda mrefu. Usanifu mpya haupaswi kutathminiwa kwa ufanisi wa kawaida pekee, bali pia kwa utegemezy, upatikanaji, urahisi wa matengenezo, kuzeeka kwa vipengele, gharama ya mzunguko wa maisha na uendelevu wa muda mrefu wa kiutendaji. Chanzo kinaonyesha uthibitishaji wa Software-in-the-Loop (SIL) na Hardware-in-the-Loop (HIL) kama mwelekeo muhimu wa utafiti kabla ya kuhamisha mifumo hii tata kwenye meli halisi.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mbinu ya mapitio yenye sehemu tatu

Utafiti chanzo haujumuishi hatua moja tu ya mapitio ya fasihi. Sehemu ya kwanza ni uchambuzi uliopangwa wa nyaraka za sera/udhibiti za kimataifa, Ulaya na kitaifa zinazohusiana na kuondoa kaboni katika usafiri wa baharini na mikakati ya nishati ya ulinzi. Sehemu ya pili ni mapitio teule ya muktadha wa kihistoria ili kueleza maendeleo ya kiteknolojia ya mifumo ya kusukuma meli na mifumo ya nguvu ya meli. Sehemu ya tatu, na iliyo ya msingi zaidi kiufundi, ni mapitio ya kimfumo ya fasihi iliyopitiwa na wataalamu kuhusu mseto, uelekezaji kwenye umeme, usanifu wa mifumo ya nguvu ya meli, uhifadhi wa nishati, vyanzo mbadala vya nishati na EMS ndani ya mfumo wa PRISMA 2020.

Hifadhidata na vigezo vya uteuzi

Utafutaji wa kimfumo ulifanywa katika Scopus, Web of Science na IEEE Xplore. Utafutaji mpana wa awali ulihusisha kipindi cha 2000–Februari 2026 na, baada ya kubainika kuwa zaidi ya %75 ya machapisho yalikuwa yamechapishwa kati ya 2015–Februari 2026, kipindi cha ustahiki kilipunguzwa. Katika mapitio ya mwisho ya kiufundi, makala za majarida zilitathminiwa kwa kipindi cha Januari 2015–Februari 2026, huku machapisho ya mikutano yakitathminiwa kwa Januari 2020–Februari 2026. Machapisho ya mikutano yalizuiliwa kwenye IEEE Electric Ship Technologies Symposium, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, IEEE Transportation Electrification Conference na OCEANS Conference; ni machapisho ya Kiingereza pekee yaliyokubaliwa.

Wakati wa marekebisho ya makala, vyanzo vitatu vya ziada viliongezwa kwa uteuzi maalum ili kuimarisha uhalisia wa wakati na ukamilifu wa kiufundi wa sehemu fulani. Hii ina maana kwamba orodha ya mwisho ya marejeo si sawa kabisa na korpasi ya awali ya PRISMA pekee.

Tabaka la sera na udhibiti

Mapitio yanachukulia mfumo wa IMO wa uzalishaji wa hewa chafu na ufanisi wa nishati, European Green Deal, EU ETS, FuelEU Maritime, kanuni za miundombinu ya mafuta mbadala na mikakati ya hali ya hewa/bahari ya Ureno kama mazingira ya kiuchumi na ya udhibiti ya maamuzi ya kiufundi ya usanifu. Tafsiri kuu ya chanzo ni kwamba kanuni hizi haziamuru moja kwa moja injini au usanifu fulani; lakini kupitia uzalishaji wa hewa chafu, gharama ya kaboni, umeme wa pwani na kiwango cha kaboni cha mafuta, hubadilisha ni chaguo zipi za nishati zinazokuwa na maana kiuchumi na kiufundi.

Kwa upande wa ulinzi, mikakati ya hali ya hewa na nishati haihusishwi tu na kupunguza uzalishaji wa hewa chafu. Uhuru wa nishati, udhaifu wa mnyororo wa ugavi, ustahimilivu wa miundombinu muhimu na mwendelezo wa misheni pia huwa sehemu ya usanifu wa nishati. Chanzo kinaeleza kuwa uhamishaji wa teknolojia kati ya sekta za kiraia na kijeshi unaweza kutokea si kwa kunakili usanifu wote, bali kwa kurekebisha kanuni za usanifu kama urudufu, usambazaji wa zonal, kutenga hitilafu, umoduli, violesura sanifu vya elektroniki za nguvu na uhifadhi unaozingatia mzunguko wa maisha.

Matokeo teule ya kiasi ya visa yaliyoripotiwa katika mapitio

Je, mapitio yanabainisha usanifu mmoja “bora zaidi” wa nishati wa meli?

Hapana. Tafiti zilizochunguzwa ni tofauti kwa aina ya meli, wasifu wa misheni, njia, kiwango cha nguvu, bei ya mafuta, ukubwa wa uhifadhi, chanzo cha umeme, kipimo cha uzalishaji wa hewa chafu na mkakati wa udhibiti; kwa hiyo mapitio hayabainishi teknolojia moja au usanifu wa AC/DC, betri, seli ya mafuta au mseto kama optimum ya jumla kwa meli zote.

Hitimisho zinazoungwa mkono na utafiti

• Uelekezaji wa meli kwenye umeme si kubadilisha mota ya kusukuma meli pekee, bali ni kusanifu upya kwa ujumuishi mfumo wa nishati wa meli.
• Usanifu mseto unaweza kutumia sifa zinazokamilishana za vyanzo tofauti vya nishati; lakini ugumu wa usimamizi na udhibiti huongezeka.
• Uhifadhi wa nishati unaweza kuboresha mzigo wa jenereta, mwitikio wa nguvu ya mpito, uwezo wa akiba na uendeshaji wa muda mfupi wenye uzalishaji mdogo wa hewa chafu.
• Usambazaji wa DC unaweza kurahisisha uunganishaji wa vyanzo mbalimbali vya DC; kwa upande mwingine huleta changamoto za uthabiti na ulinzi.
• EMS ni safu ya kiwango cha juu ya usanifu inayoweza kuathiri sana utendaji halisi wa uendeshaji wa usanifu uleule wa kimwili.
• Kwa meli za kijeshi, ufanisi wa nishati si kigezo pekee cha utendaji; mwendelezo wa misheni, ustahimilivu, urudufu, alama ndogo na mizigo ya dinamiki lazima vitathminiwe kwa pamoja.
• Katika siku zijazo, usanifu na usimamizi wa nishati vinapaswa kuchukuliwa si kama matatizo tofauti, bali kama matatizo yanayohusiana yanayopaswa kusanifiwa kwa pamoja.

Hitimisho ambazo utafiti hauungi mkono

• Haijaonyeshwa kemia moja bora ya betri kwa aina zote za meli.
• Haijathibitishwa kwamba usambazaji wa DC ni wenye ufanisi zaidi au wa kiuchumi zaidi kuliko AC katika hali zote.
• Haijaonyeshwa kwamba seli za mafuta ziko tayari kuchukua nafasi moja kwa moja ya jenereta za dizeli katika meli zote.
• Haijahitimishwa kwamba teknolojia ya nyuklia ya SMR iko tayari kwa matumizi mapana katika usafiri wa baharini wa kibiashara.
• Asilimia za visa zilizotolewa katika mapitio si matokeo ya meta-uchambuzi wa pamoja.
• Haijaonyeshwa kwamba mbinu za EMS zinazotegemea kujifunza au za kujiendesha zimefikia ukomavu kamili wa kiutendaji katika meli halisi.
• Haidaiwi kwamba mfumo fulani wa nishati unaweza kuhamishwa kwa namna ileile kwa majukwaa yote ya kiraia na kijeshi.

Vikwazo vikuu vya kimbinu

Mapitio ya kiufundi yalilenga kwa makusudi michango ya kiwango cha mfumo na hayakujumuisha katika mchanganuo wa mwisho sehemu kubwa ya matumizi yaliyo finyu sana ya vipengele, mifumo midogo au vidhibiti vya pekee. Utafutaji uliwekewa mipaka ya hifadhidata fulani, vipindi vya uchapishaji, mikutano na machapisho ya Kiingereza. Utofauti mkubwa wa aina ya meli, njia, wasifu wa misheni, kiwango cha nguvu na vipimo vya tathmini hupunguza ulinganisho wa moja kwa moja wa kiasi kati ya tafiti tofauti. Kwa hiyo, makala si katalogi kamili ya teknolojia zote wala meta-uchambuzi wa kiasi, bali ni mchanganuo uliopangwa katika kiwango cha mfumo.

Tarehe ya mwisho ya utafutaji wa kimfumo ni Februari 2026. Tafiti zilizochapishwa baadaye hazikujumuishwa kwa utaratibu; marejeo matatu tu ya kulengwa yaliongezwa wakati wa marekebisho ya makala ili kuboresha uhalisia wa wakati wa sehemu fulani.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa asili: Hybrid and All-Electric Civil and Military Ships: From Maritime Decarbonisation Drivers to Integrated Energy System Architectures

Waandishi: Jorge do Vale; João F. P. Fernandes; Mário Monteiro Marques; P. J. Costa Branco.

Taasisi: IDMEC, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisboa, Ureno; Centro de Investigação Naval (CINAV), Portuguese Naval Academy, Almada, Ureno.

Mwandishi anayewajibika: P. J. Costa Branco.

Jarida: Energies.

Mchapishaji: MDPI.

Rekodi ya bibliografia: Energies 2026, 19(17), 4226.

DOI: 10.3390/en19174226

Chapisho rasmi: MDPI Version of Record

Mchakato wa uchapishaji: Ilipokelewa: 27 Julai 2026; ilirekebishwa: 26 Agosti 2026; ilikubaliwa: 3 Septemba 2026; ilichapishwa: 7 Septemba 2026.

Aina ya chanzo: Makala ya mapitio ya kisayansi iliyopitiwa na wataalamu. Utafiti haukuzalisha data mpya za majaribio.

Leseni: Leseni ya ufikiaji wazi ya Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Msaada wa Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), 10.54499/UID/50022/2025.

Upatikanaji wa data: Utafiti chanzo unaripoti kuwa hakuna data mpya iliyoundwa au kuchambuliwa na kwamba kushiriki data hakutumiki kwa makala hii.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana J.d.V.; mbinu J.d.V., J.F.P.F., P.J.C.B. na M.M.M.; uchambuzi rasmi J.d.V., J.F.P.F., P.J.C.B. na M.M.M.; utafiti J.d.V.; rasimu ya awali J.d.V.; mapitio na uhariri waandishi wote; ushauri/usimamizi waandishi wote, kama ilivyoripotiwa.

Mbinu ya mapitio: Uchambuzi uliopangwa wa nyaraka za sera na mkakati + mapitio ya muktadha wa kihistoria + mapitio ya kimfumo ya kiufundi yanayotegemea PRISMA 2020 katika Scopus, Web of Science na IEEE Xplore.

Wigo wa mapitio ya kimfumo: Makala za majarida Januari 2015–Februari 2026; machapisho teule ya mikutano Januari 2020–Februari 2026; machapisho ya Kiingereza pekee. Kulingana na Kielelezo cha 4 cha chanzo, rekodi 852 kati ya rekodi 1336 za awali zilichunguzwa, tafiti 190 ziliingia katika tathmini ya maandishi kamili na tafiti 29 zilijumuishwa katika mchanganuo mkuu wa kiufundi wa kimfumo kwa Sehemu 5–7.

Kikomo kikuu cha tafsiri: Chanzo kinaunganisha mahusiano ya kiwango cha mfumo kati ya aina tofauti za meli na chaguo za teknolojia; kwa sababu ya fasihi yenye utofauti mkubwa, hakionyeshi ubora wa jumla wa usanifu mmoja wala matokeo ya visa vyote kama thamani moja ya utendaji.

Ujenzi upya wa kuona: Utafiti chanzo una mfumo wa ikolojia wa mpito wa nishati, mtiririko wa PRISMA, mstari wa muda wa kihistoria, IPS na topolojia za usambazaji, mfumo mseto wa nguvu, ulinganisho wa uhifadhi, uainishaji wa EMS na mfumo jumuishi wa mfumo. Katika toleo hili la Verianla, vielelezo vya mchapishaji havijanakiliwa moja kwa moja; mahusiano ya Kielelezo cha 16 cha Chanzo, yanayounda mchanganuo mkuu wa makala, yameelezwa upya kwa muundo huru wa inline SVG. Jedwali za HTML zimepewa kipaumbele mahali ambapo uhamishaji wa kuaminika wa data za kiasi ulihitajika.

Ufaafu wa Verianla Live / Live Figure: Unafaa kwa sehemu. Mtiririko wa nishati kutoka vyanzo vya nishati hadi bus ya usambazaji, uhifadhi, mfumo wa kusukuma meli na makundi ya mizigo; topolojia za radial/zonal/ring; usanifu mseto wa mfululizo-sambamba na safu ya maamuzi ya EMS vinaweza kuonyeshwa kama Live Flow au Live Architecture yenye vigezo vilivyowekwa. Hata hivyo, kwa kuwa mkataba wa sasa wa injini ya Live Figure upande wa tovuti haukuthibitishwa katika kazi hii, mkataba mpya wa data-vlive haukubuniwa na inline SVG tuli, salama kwa tafsiri, ilitumika.