次期省エネ自動車専用船 目次 1.はじめに 2.次期省エネ自動車専用船

Monohakobi
Technology Institute
Monohakobi Techno Forum 2010
次期省エネ自動車専用船
－CO250%削減を目指して－
2010年11月25日
株式会社MTI 技術戦略グループ
主任研究員 石井智憲
1
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目次
1. はじめに
2. 次期省エネ自動車専用船について
①船体
②機関、太陽光発電
③荷役促進
④運航
⑤その他
3.まとめ
2
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１．はじめに
NYK Cool Earth Project （2008年発表）
2008年発表）
• 長期ビジョン：2050
年までの世界の温室効果ガス排出半減に貢献
長期ビジョン：2050年までの世界の温室効果ガス排出半減に貢献
• 削減目標：2013
年までに2006
2006年度比原単位で最低
年度比原単位で最低10
10％削減
％削減
削減目標：2013年までに
2010年発注に備えて開発
• 50%省エネPCC
2030年に向けての取り組み
• NYK Super Eco Ship 2030
長期ビジョンに向け実船搭載可能な
省エネ技術から検証を実施
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2010年度発注に備えて次期省エネ自動車専用船を開発
2年間で14テーマ、49プロジェクトを実施
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目次
1. はじめに
2. 次期省エネ自動車専用船について
①船体
②機関、太陽光発電
③荷役促進
④運航
⑤その他
3.まとめ
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次期省エネ自動車専用船
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②-２
⑤
④
③
①
②-１
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次期省エネ自動車専用船の省エネアイテム
省エネアイテム
(1)船型
(2)摩擦抵抗低減
①船型
(3)風圧抵抗低減
(1)廃熱回収
(2)ガバナ
(3)発電機容量最適化
②‐1機関
(4)インバータ化
(5)LED照明
②‐2太陽光発電 (1)太陽光発電
③荷役促進
(1)荷役時間短縮
④運航
(1)モニタリング
(1)バウスラスタートンネルカバー
⑤その他
(2)オートパイロット
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①‐（１）船型
現行船（6400RTシリーズ）
全長Loa ＝ 200m未満
幅 B ＝32.2m (現行Panamax)
主寸法についてパラメトリックに検討し、積台数1台
あたりの燃費が最小となる船型を開発
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パラメトリック検討
― バース事情から実現性がある主寸法で検討
<検討ケース>
幅(m)
船長
(m)
Case-1
Case-2
Case-3
200
225
240
32.2
Case-A
Case-1A
Case-2A
Case-3A
35.5
Case-B
Case-1B
Case-2B
-
38.8
Case-C
Case-1C
Case-2C
-
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①‐（２）摩擦抵抗低減
－省エネ塗料－
表面粗度を下げ摩擦抵抗
を低減
日本ペイントマリン（株）ＨＰより抜粋
実航海にて既存の塗料との
性能比較を検証中
中国塗料（株）ＨＰより抜粋
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①‐（３）風圧抵抗低減
風洞試験とCFD（数値計算）シミュレーションにより効果を推定
＜現行船＞
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風圧抵抗低減形状
船首部にカバーをつけ、ホールドファンを船内に格納
現行船比： 抵抗係数Cd 20%減
＜次期省エネ自動車専用船＞
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検討結果
BF5相当では3％の省エネ効果となる
13000
12500
必要馬力(kw)
必要馬力（ｋｗ）
12000
11500
Cx 20%削減
現行船
11000
10500
10000
9500
9000
0.0
5.0
10.0
15.0
風速(m/s)
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風圧抵抗低減効果
実運航状態で燃費削減率に換算すると1%の省エネとなる
実海域で遭遇する正面風のヒストグラム
16.0%
14.0%
出現率
12.0%
10.0%
8.0%
6.0%
4.0%
2.0%
0.0%
0-2.5
2.5-5
5-7.5
14
7.5-10
10-12.5
正面風速(m/s)
12.5-15
15-17.5
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次期省エネ自動車専用船の省エネアイテム
省エネアイテム
(1)船型
①船型
(2)摩擦抵抗低減
(3)風圧抵抗低減
(1)廃熱回収
(2)ガバナ
②‐1機関
(3)発電機容量最適化
(4)インバータ化
(5)LED照明
②‐2太陽光発電 (1)太陽光発電
(1)荷役時間短縮
③荷役促進
(1)モニタリング
④運航
(1)バウスラスタートンネルカバー
⑤その他
(2)オートパイロット
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②‐１-（１）排熱回収
推進力：約
４９．３％
推進力：約４９．３％
潤滑油放散熱量：約２．９%
潤滑油放散熱量：約２．９%
機関冷却水放散熱量：約５．２％
排気ガス熱量：約２５．８％
排熱利用
エアクーラ放散熱量：約１４．２％
機関放熱：約０．６％
重油熱量：１００％
重油熱量：１００％
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推進システム概要
常用出力で評価すると６％の省エネ効果
次期省エネ自動車専用船
現行船
100
5
SGM（Shaft Generator Motor）＋WHR
Motor Assist
FPP (70%)
（Power
Take In)
38 500 kW
WHR:Turbo
WÄRTSILÄ
Generator
8RT-flex96C
2
PTO
745 760 kW / 102 rpm
9 500 kWe
98
100
船内需要
合計105
5
船内需要
5
常用出力での運転状態
廃熱回収量は負荷によって異なる
100
Generating
（Power Take off)
合計98
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省エネ効果算出手法
実運航で評価すると5.1％の省エネ効果となる
実運航ヒストグラム
25.0%
20.0%
15.0%
10.0%
5.0%
0.0%
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63
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②‐１-（２）ガバナ
主機の制御ガバナは、波浪、負荷変動に対して設定回転数一定で機関が回り続
けるように、燃料噴射量を制御（自動車のアクセルに相当）する装置である
回転数検出
演算処理
主機
燃料供給量調整
ガバナーコントローラー
演算処理装置
回転数検出
主機
燃料供給量調整
ガバナーシステム図
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主機 新制御ガバナの概要
従来の制御 ： 回転数一定制御 常時燃料噴射量を制御
洋上での外乱は比較的周期が長く、細かな制御では無駄
RPM
100
Actuator Feed Back [％]
新制御ガバナ ：噴射量一定制御 回転数は変動するが省燃費制御
Normal Mode
90
主機設定回転数
80
主機、実回転数
60
50
主機アクセル
開度（指令）
開度（ Feed Back)
0
100
RPM
主機アクセル
0.1
0.2
0.3
t [Hour]
0.4
0.6
Fuel Save Mode
90
実回転数
80
振幅が大きくな
る事はない
70
％
0.5
60
50
感度を鈍化さ
せゆっくりと制
御している
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Actuator Feed Back [％]
％
70
75
70
Normal Mode
実回転数を合わせ
様と制御している。
65
60
共に回転数
に変化なし
55
50
75
平均回転
数:89.19
Normal /
Fuel Save
90[RPM]
1.3%の省エネ
Fuel Save Mode
70
航続距離に
変化なし
65
60
55
実回転数の変動幅
は運航に支障をき
たすものではない。
平均回転
数:89.24
50
90[RPM]
t [Hour]
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②‐１-（３）発電機容量最適化
航海中の発電機の使用状況を調査し 、
発電機の容量バランスを最適化する（燃費の良い負荷で使用する）
1,100Kw
効率良い負荷で
運転されているか？
1,100Kw
1,100Kw
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船内電力消費の計測
• 期間： 2009年4月16日～6月13日
• 航路： 日本～北米東岸往復
4/16 – 4/17
豊橋／日本
5/07 – 5/08
パナマ運河
5/12 – 5/13
Jacksonville／USA
5/15 – 5/17
Port Newark／USA
5/22 – 5/23
パナマ運河
6/11 – 6/12
豊橋／日本
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計測結果
Jacksonville
Port
Newark
パナマ運河
パナマ運河
豊橋
豊橋
発電機
負荷率
４５％
NE
M
P
NW
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電力計測結果についての考察
計測結果から集計したヒストグラムから、本船の発電機は、
50%程度の負荷率で運転されている時間が長いことがわかった
現状では1台あたりの発電機容量が大きく、負荷率が低い範囲で使用
燃費率が良い範囲（負荷率80％程度）で使用したい
→ 改善のため、発電機の持ち方の再検討を行った
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検討結果
次期省エネ船
現行船
1,100kW
800kW
800kW
1,100kW
800kW
1,100kW
800kW
Total: 3,300kW
Total: 3,200kW
年間推定燃料消費量（発電機のみ）
現行船
次期省エネ船
1060.4 MT
978.2 MT
推定削減量
82.2MT
削減効果
（発電機のみ）
7.8 %
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②‐１-（４）インバータ化
機関室補機のモータの周波数を制御することにより、使用状況に応
じた回転数（電力）で使用することができ省エネを実現
系統
冷却海水系統ポンプ
冷却清水系統ポンプ
機関室ファン
現行船
90kW
90kW
69kW
次期省エネ船 削減電力
22kW
68kW
52.5kW
37.5kW
47 kW
22kW
船内削減電力
26
21%
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②‐１-（５）ＬＥＤ照明
船倉内照明のＬＥＤ化を検討
ACCOMODATION DECKとNo.1 CAR DECKにLED照明を設置
蛍光灯
18kW
LED
12 kW
船内削減電力
27
削減電力
6kW
1%
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LED照明装置の色調比較
LED照明の青色が非常に目立ち
違和感あり
蛍光灯と遜色ない
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HOLD照明用LED照明選定の為のポイント
下記3点を押さえた上で、LED照明を選定することが、
安全荷役・省エネの為の重要なポイントとなる。
・色調
→
青色が強くなく、蛍光灯に近い色調
冷色系は欧米で敬遠される傾向
・拡がり
→
直下での最大照度よりも、
灯具間の平均照度、
特に壁際の照度が重要
・眩しさ
→
直視しても残像が残らないような形状
カバーの加工の工夫が重要
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②‐２-（１）太陽光発電
太陽光パネル出力 定格 ４０ｋW級
太陽光パネルにより、
太陽光パネル枚数 ３２８枚
太陽光パネル面積 約２５０m 2
光を電力に変える
2008年12月より太陽光パネルを取り付け、実験を開始
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計測結果
実際の発電量を計測し、効果を算出
→次期省エネ自動車専用船では最上甲板全域に設
置する（定格２５０kw級）と船内電力の5％を賄える
10
9
8
度数
7
6
5
4
3
2
1
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
90
100
80
70
60
50
40
30
20
0
10
0
電力量[kWh] / 一日あたり
一日あたりの発電量
ある日の発電量
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次期省エネ自動車専用船の省エネアイテム
省エネアイテム
(1)船型
(2)摩擦抵抗低減
①船型
(3)風圧抵抗低減
(1)廃熱回収
(2)ガバナ
(3)発電機容量最適化
②‐1機関
(4)インバータ化
(5)LED照明
②‐2太陽光発電 (1)太陽光発電
③荷役促進
(1)荷役時間短縮
④運航
(1)モニタリング
(1)バウスラスタートンネルカバー
⑤その他
(2)オートパイロット
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③‐（１）荷役時間短縮
減速航海を行うことにより省エネを実現
20ノットで航行していた船が、19ノットにスピードを落とすと、14％の燃料が減らせる
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現行船の荷役
・ドライバーが商品車を運転して船の中に入り、車を整列させる
・ドライバーは、足車と呼ばれる車で、まとめて船から降りる
これを繰り返す
通常ドライバー5人で1組→これを１ギャングという
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荷役時間の短縮方法
現行船
入る車（商品車）と出る車（足車）が交互に通行するため待ち時間がある
次世代省エネ自動車専用船
入る車と出る車が通る道を分けることによって、待ち時間を減らす
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荷役時間短縮手法
＜特徴１＞
＜特徴２＞
商品車と足車の
走行経路を完全分離
船倉内を3つに区分け、
それぞれに出入り口を設置
左舷スロープ・・・商品車
右舷スロープ・・・足車
上層奇数デッキ・・・船尾ランプ
上層偶数デッキ・・・船尾ランプ
下層デッキ・・・船首ランプ
商品車
足車
足車
上層奇数
デッキへ
上層偶数
デッキへ
商品車
＜その他の特徴＞
スロープの直線配置による走行距離短縮
スロープ舷側配置による旋回半径増加
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下層
デッキへ
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シミュレーションにより効果を試算
Total loading time
[Cehpius Leader, 5gangs = 100%]
総荷役時間
150%
140%
130%
120%
110%
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Cepheus Leader
A'-225
A'-200 12deck フル
A'-200 12deck ガレージ
120 Cars/h/Gang
108%
100%
95%
82%
67%
78%
54%
55%
45%
50%
42%
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Number of Gang [Gangs]
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次期省エネ自動車専用船の省エネアイテム
省エネアイテム
(1)船型
①船型
(2)摩擦抵抗低減
(3)風圧抵抗低減
(1)廃熱回収
(2)ガバナ
②‐1機関
(3)発電機容量最適化
(4)インバータ化
(5)LED照明
②‐2太陽光発電 (1)太陽光発電
(1)荷役時間短縮
③荷役促進
(1)モニタリング
④運航
(1)バウスラスタートンネルカバー
⑤その他
(2)オートパイロット
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④‐（１）モニタリング
SIMS 自動計測データ
SPAS 電子アブログデータ
の統合データベース
データセンター
モニタリングシステム(SIMS)概要
SIMS 船上システム
SIMS 陸上システム
Inmarsat-F/FB
管理会社経由での連絡
本船へのフィードバック
オペレーション
• GPS
シンガポール,….
• ドップラーログ
FuelNavi
• 風向風速計
解析レポート
• ジャイロコンパス
航海解析レポート
燃費計
燃費要因のブレークダウン分析
SIMS ビューアー
VDR / ECDIS
データ収録及び演算
- 船速, 主機RPM,燃費など、毎時
間データのトレンド
動揺センサー
<ブリッジ>
運航解析
- 計画船速と実際の予実比較
(MTI)
<エンジンルーム/E.C.R..>
• 主機関
機関
データロガー
• 燃料フローメーター
• 馬力計
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リアルタイム・ウェザールーティング & モニタリングにより
安全性、環境負荷低減、経済性のベストバランスを目指す
→5%の省エネ効果
ウェザールーティング（PLAN）
モニタリング（CHECK）
＊ 航路と回転数のプランニング
＊ 船の状況、性能の把握
－最適運航計画
－船のモデル
－モニタリング
フィードバック
－パフォーマンス解析
海気象、船の性能に関する予測のずれがあっても、モニタリングに
よるフィードバックで補う
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次期省エネ自動車専用船の省エネアイテム
省エネアイテム
(1)船型
(2)摩擦抵抗低減
①船型
(3)風圧抵抗低減
(1)廃熱回収
(2)ガバナ
(3)発電機容量最適化
②‐1機関
(4)インバータ化
(5)LED照明
②‐2太陽光発電 (1)太陽光発電
③荷役促進
(1)荷役時間短縮
④運航
(1)モニタリング
(1)バウスラスタートンネルカバー
⑤その他
(2)オートパイロット
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⑤‐（１）バウスラスタートンネルカバー
15
燃料消費量
12
13
14
11
性能差約1.8%
10
M/E F.O.Consumption[ton/day]
16
水槽試験および実船計測結果により効果を試算 Displacement=13000t
→1.8%の効果
11
12
13
Speed
14
15
LOG Speed [knot]
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⑤‐（２）オートパイロット
あらかじめ定められた針路に
船が向かって行くようにする自動操舵装置
波などの外乱による周期の短い針路変動を無視し、
大きく針路が変動したときのみ制御
新旧オートパイロット
を両方装備し
30分毎に自動切換え
省エネ効果を検証中
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目次
1. はじめに
2. 次期省エネ自動車専用船について
①船体
②機関、太陽光発電
③荷役促進
④運航
⑤その他
3.まとめ
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次期省エネ自動車専用船検討結果まとめ
省エネアイテム
(1)船型
(2)摩擦抵抗低減（検証中）
①船型
(3)風圧抵抗低減
(1)廃熱回収
(2)ガバナ
(3)発電機容量最適化
②‐1機関
(4)インバータ化
(5)LED照明
②‐2太陽光発電 (1)太陽光発電
③荷役促進
(1)荷役時間短縮
④運航
(1)モニタリング
(1)バウスラスタートンネルカバー
⑤その他
(2)オートパイロット（検証中）
計
省エネ効果
目標（2008年予定）
29%
27%
9%
17%
9%
5%
8%
5%
2%
2%
45%
48%
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省エネアイテムの費用対効果
←導入し易い
導入に検討を要する→
太陽光
LED
Auto Pilot
インバータ
回収年数
発電機
荷役短縮
バウスラ
風圧
WHR
モニタリング
ガバナ
主要目
塗料
10
20
30
40
45
省エネ効果累積(%)
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まとめ
• 2008年に発表した次期省エネ自動車専用船の省
エネ効果について詳細検討を実施
（14テーマ、49プロジェクト）
• 従来船比較で45％の省エネ効果の目処をつけた
• 今後も技術開発を継続し、省エネ効果の更なる上
積を目指す
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ご清聴ありがとうございました。
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