環境配慮型曳船(ハイブリッドタグボートシステム)の開発新潟原動機株式会社株式会社ＩＨＩ日本郵船株式会社株式会社ウィングマリタイムサービス京浜ドック株式会社一般財団法人日本海事協会 1. はじめに環境負荷低減や省エネ効果のニーズが高まる中、新潟原動機㈱は、タグボートを対象として、環境を配慮した国内初となるハイブリッド推進システムを開発した。タグボートは船体に対して相対的に大出力の推進用主機関を有しているが、稼働時間の多くは低負荷で使用されている。船全体をシステム効率の良い状態にて稼動させるには、動力の複合化が必要であると考えて本システムの開発に至った。本システムは推進器の動力源として主機関に加えてモータを搭載した推進システムであり、従来型のシステムに比べて燃料消費量および CO2 排出量を約 20%低減することができる。図 2 はそれぞれの状態における運転モードであり、港湾平面の模式図より、「停泊」「移動」「作業」としたときの電気系統を表す。 - 停泊- PORT ① ③ - 移動- ② - 作業曳船作業 ③ ④ ③⇔④ - 停泊②発電機 ①陸電 G 補機関主機関 ZP M G 補機関 Li電池船内負荷 Li電池補機関従来機構主機関 ZP M 主機関 ZP M G 補機関 ③低負荷(低速) GE 補機関インバータ船内電力ハイブリッド機構 ZP M Li電池インバータインバータサイズダウンリチウムイオン電池発電機関 M 陸電 Li電池 Zペラ ZP Li電池船内負荷陸電主機関中間軸主機関インバータ Li電池船内負荷モータ／ジェネレータ M ③高負荷(高速) GE 補機関発電機関 ZP Li電池インバータ - 移動モード- 主機関中間軸 Zペラ主機関陸電船内負荷インバータ G M Li電池陸電 2. ハイブリッドタグボートの概要従来機構とハイブリッド機構の比較模式図を図 1 に示す。 ZP 主機関インバータインバータ船内電力 GE 補機関主機関 M ZP GE 補機関主機関 - 作業モード④作業（高負荷） GE 補機関主機関 ZP M ZP M インバータ図 1.従来機構とハイブリッド機構の比較船舶に搭載するリチウムイオン電池の充電は主に陸上電源(陸電)からの給電を利用し、船内発電機から給電（充電）も可能である。本システムでは運航の形態によってモードを使い分けしており、移動中に使用する「移動モード」、作業中に使用する「作業モード」の、２つのモードを持っている。 Li電池船内負荷陸電 Li電池インバータ GE 補機関主機関図 2.運航の状態「停泊」では陸電供給よりリチウムイオン電池を充電させて，満充電状態とし，出港する。移動モードにおいて、低負荷ではモータジェネレータで航行し、主機は停止する。低負荷(低速)から高負荷 (高速)に系統切替するには、推進用ハンドルを上昇させることで自動的に行われる。なお、移動モードから作業モードへの切替は、船長の判断で手動でモード切替を行う。 3. ハイブリッドタグボートの就航これまでの開発において得られた結果により、環境負荷低減に対しハイブリッドシステムは大いに有効であることが確認出来た。この結果を踏まえて、日本郵船グループの㈱ウィングマリタイムサービスは、同システムを搭載したハイブリッドタグボートを所有・運航すべく、日本郵船グループの京浜ドック(株）に建造発注し、一般財団法人日本海事協会の「業界要望による共同研究」スキームによる支援を受け、本船は 2013 年 3 月に「翼」（256 トン）として横浜港に就航した。＜本船の主要目＞ Loa×B×D 37.2×9.80×4.40m 喫水 3.35m 総トン数 256 トン資格、航行区域 JG、沿海区域（限定）船速 15.0 ノット最大曳航力前進 55 トン後進 52 トン主機関新潟原動機㈱ 6L28HX 2 台 1324KW×2 モータジェネレータ 294KW×2 推進器新潟原動機㈱ ZP－31 2 台リチウムイオン電池㈱IHI 150kWh×2 図 3.ハイブリッドタグボート「翼」全景図 4.「Ｈｙｂｒｉｄ」表示 4. 環境負荷低減効果ハイブリッドタグボート「翼」の就航後、実運航データを収集し、シミュレーションを実施した。その結果、従来型と比べ、燃料消費量 32％、CO2 排出量 32％の削減効果があることが確認され、目標の燃料消費量 20％削減、CO2 排出量 20％削減を超える結果が得られた。その他に、ハイブリッドタグボートは、低速航行時にはモータジェネレータのみで航行し、主機を停止するので、その間は船内で発生する騒音を大幅に減らすことが出来る。騒音レベルをデジベル値(dB)ベースで、従来型と比較した結果、騒音低減率は約 20％となった。タグボートの停泊場は生活圏に近接しており、モータジェネレータ航行で出港，帰港すれば、騒音対策としてとても有効になる。 5. おわりにハイブリッド推進システムは複数の動力源を有しており、船舶の要求する運航状況により組み合わせるモータ、リチウムイオン電池、主機関、ディーゼル発電機それぞれの容量と制御の最適化により様々な用途に適用が出来るシステムである。開発したハイブリッド推進システムは、先ずタグボートへの展開を念頭において開発したものであるが、上記の特徴からタグボート以外の、例えば、サプライボート、小型フェリー、観光船等にも適用が可能である。尚、本研究開発の成果は、上海で 2013 年に開催された国際会議 CIMAC 2013 において、Development of the hybrid tugboat system (Paper No. 138) と題して発表されている。