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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 1 Monohakobi Technology Institute 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 3 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 4 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 2 Monohakobi Technology Institute 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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 5 次期省エネ自動車専用船 Monohakobi Technology Institute ②-２ ⑤ ④ ③ ① ②-１ 6 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 3 Monohakobi Technology Institute 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 7 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 8 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 4 Monohakobi Technology Institute 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 - 9 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 10 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 5 Monohakobi Technology Institute 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＞ 11 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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＞ 12 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 6 Monohakobi Technology Institute 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) © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 13 Monohakobi Technology Institute 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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 7 Monohakobi Technology Institute 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 15 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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％ 16 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 8 Monohakobi Technology Institute 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 17 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 18 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 9 Monohakobi Technology Institute 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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 19 Monohakobi Technology Institute 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] 20 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 10 Monohakobi Technology Institute 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 21 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 22 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 11 Monohakobi Technology Institute 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 23 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 24 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 12 Monohakobi Technology Institute 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 % © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 25 Monohakobi Technology Institute 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% © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 13 Monohakobi Technology Institute 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% © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 28 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 14 Monohakobi Technology Institute 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 29 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 30 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 15 Monohakobi Technology Institute 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 31 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 32 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 16 Monohakobi Technology Institute 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 33 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 34 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 17 Monohakobi Technology Institute 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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 35 Monohakobi Technology Institute 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 36 下層 デッキへ © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 18 Monohakobi Technology Institute 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] 37 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 38 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 19 Monohakobi Technology Institute 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 39 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 40 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 20 Monohakobi Technology Institute 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 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 41 Monohakobi Technology Institute 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] 42 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 21 Monohakobi Technology Institute 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 43 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute 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 44 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 22 Monohakobi Technology Institute 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% © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 45 Monohakobi Technology Institute 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(%) 46 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 23 Monohakobi Technology Institute 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 47 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute Monohakobi Technology Institute ご清聴ありがとうございました。 48 © Copyright 2010 Monohakobi Technology Institute 24
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