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Monohakobi Techno Forum 2020
GHG削減の為の電力システムインテグレーションに向けた取り組み
2020年11月27日
株式会社MTI 船舶物流技術グループ倉地 大雄
© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.
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Monohakobi Techno Forum 2020
メガトレンドとしてのGHG削減
世界的な脱炭素化社会(Decarbonized Economy)への潮流
IMOによるGHG排出規制強化2008年比で2030年までに炭素排出効率を少なくとも40%改善2008年比で2050年までに炭素排出効率を少なくとも70%改善2008年比で2050年までに温室効果ガス排出総量を最低半減
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CO
2換算
[Mt]
*国際海運のゼロエミッションに向けたロードマップ(国際海運GHGゼロエミッションプロジェクト)を参考にMTIにて作成
■省エネ技術による削減効果
■運航効率化による削減効果
■燃料代替による削減効果
2050年:総量△50%以上平均効率約△80%相当(2008年比)
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省エネ技術
代替燃料
運航効率化
空気潤滑システム
船体改造
太陽光パネル
T
船体付加物MT-FAST
GHG削減のための取り組み実績
LNG燃料自動車専用船
継続的な取り組みが不可欠
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水上抵抗
水下抵抗
船体抵抗 有効馬力船型
主機出力
補機出力
要求出力 エミッション
所要電力
航海速力
船殻効率プロペラ効率機械効率伝達効率
燃焼効率
排出量係数
燃料抵抗減少 推進効率化
電力効率化
燃料ソリューション
配電効率
個船ベースのエミッションフロー
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• 直流(DC)グリッドの利用
• 発電側のメリット … 固定の周波数・回転数での運転が不要になる→ 負荷に合わせた運転、電力供給が可能になる。
• 電池、燃料電池など直流系電源との接続に適する
• コンバーター各機器の機側に置き、交流の送電ロスを削減
• これらにより配置の自由度が上がり、給配電システムの重量・スペースを30%程度、削減できる可能性
• 消費電力の大きい機器のON-OFF制御からVFD(Variable Frequency Drive)制御への切り替え
• スラスター、ポンプ、ファン
NYK SES 2050構想における電化技術の位置付け
新型推進器 空気潤滑システム
船体軽量化太陽光パネル
燃料電池
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• 軸発電機(SG)の利用
• 軸発電機(SG)とCPPとの組み合わせにより、利用可能な主機の回転数域が広がる。 → 運航最適化の自由度増す。
• 従来の誘導モーターに比べ永久磁石モーター(PMモーター)は効率が高く、より広い出力/回転数レンジで、安定的に高い効率で作動する。
• こうしたPMモーターやDCグリッドの活用と広い回転数域で高効率なPM発電機により、トータルで20% の効率改善が見込める可能性。
NYK SES 2050構想における電化技術の位置付け
rpm
kW
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電力効率化によるGHG削減効果試算
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プロペラ
船内機器
直結
電気
あらゆるプロセスにおける全体最適化により効率アップを考える必要
⇒電力システムインテグレーション
GHG削減に向かって、船内のエネルギー管理が高度化していく
電力効率化によりGHGを減らすには
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取り組み内容紹介
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まずはデータ収集
SIMS (Ship Information Management System)
Data Center
SIMS IoT data
+ SPAS manual data
VDR
IntegratedAutomation
System
Shore Dashboard
- For operation
- For ship manager
• Main Engine
• Power plant
• Cargo control
• Auxiliary machineries
• GPS
• Doppler log
• Anemometer
• Gyro Compass
Sat Com(VSAT, FBB)
Onboard dashboard
Motion sensor
SIMS Monitoring & Analysis at Shore
Operation(Tokyo, Singapore …)
Technical Analysis (NYK, MTI)
Big data analysis
- Operational efficiency
- Performance
- Engine & plant condition
SIMS Data Collection Onboard
Analysis
report
SIMS unit(IoT gateway)
Data Acquisition and Processing
船上IoTサーバー
高粒度データ取得
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発電機の負荷変動分析結果例
3D/Gs x 64%: 5分
3D/Gs x 80%: 4秒
3D/Gs x 72%: 30秒
入出港時
バウスラスタ運転中
最大発電容量
①
②
③
この航海では、スペックをフルに使ったのは4秒バッテリで賄う
発電機ダウンサイジング + バッテリーハイブリッド
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スタンバイ中
電力
需要
この間発電機3台運転
燃料消費率改善 B/T使用時の電力アシスト
新たなソリューションの適用可能性が示された
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Monohakobi Techno Forum 2020運転時間
/発電機燃料消費率
発電機負荷率
発電機ごとの運転ヒストグラム
発電効率の良い点
20%Load付近
45%Load付近
発電機の運転負荷頻度と燃料消費率全期間
発電機の燃費改善手法について検討中
実FOCR
運転時間
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D/G
D/G
D/G
M/E S/G
Battery Auxiliaries
交流
直流
Auxiliaries
今後の電力システム構成例
軸発電機
ダウンサイジング
台数減
DCグリッド
バッテリ
最適な構成には詳細な実運航データが不可欠
インバーターB/T等
また、システムの変革には既存機器の小型化や台数減といったコスト削減要素に加え、新たな機器もリーズナブルなコストで導入可能であることが求められる
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シミュレーションの活用0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30 40 50 60
Po
wer
[kW
]
Time [min]
需要電力データ配電盤
…
シミュレーションを用いることで、様々な設計パターンでの燃費などを、あらかじめ知ることができる。
配電盤
…
設計パターン①1000kW×3 Gen
設計パターン②発電機の削減、小型化 700kW×2 Gen軸発電機の搭載 700kW SGバッテリーの搭載 500kWh Battery
設計パターン 燃料消費量
①1000kW 発電機3台 3.0MT/Day
②700kW 発電機2台+700kW 軸発1台+500kWh バッテリ
2.8MT/Day(-0.2MT/Day)
③~~~ ~~~
実電力データを用いたシミュレーション結果
需要電力
発電機の電力
バッテリの電力
電力系統のモデル化
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本取り組みの位置付け
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目的地へ到達する
操船する
航海計器、
通信機器、
航海灯等
テ
レ
グ
ラ
フ
S/G A/P
甲板
機械、
B/T
等
プロペラを回す
ガバナ、
DCS等
ポンプ、
フィル
タ、清
浄機等
Fan,Compressor
D/L
等
荷物を運ぶ
積み降ろし
する
クレーン、
ポンプ、
ランプ等
荷物を守る
火災
探知
機、
ビル
ジア
ラー
ム等
Gascompressor、
再液化
装置等
人が居住する
生活す
る
A/C、
ボイ
ラ、
ライ
ト、
調理
器具
等
安全
を守
る
火
災
探
知
機
等
消
火
装
置
等
乗り
降り
する
Accom.ladder
等
Boat,Davit
等
電気を供給する
発電する
D/G, T/G, S/G, バッテリ、太陽光パネル等
給電する
MSB, GSP, 遮断機
強電
弱電Energy Management
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Energy Managementとは船が果たすべき機能を考えながら、強電・弱電含めトータルで最適な電力活用を行っていくこと
(例)操船する
→大洋航海中かManeuvering中か。海象は?海域は?スケジュールは?
プロペラを回す→要求出力は?気温・海水温は?主機のPerformanceは?
積み降ろしする→荷役計画は?船の姿勢は?天候は?
エネルギーを無駄遣いせず、気の利いた制御を自動で行う
→これまで一般的ではなかった電化機器が導入されることになり、それらを上手に使って、電力を活用するシステムを構築する
→データ・ソフトウェアを駆使した強電・弱電の機能のインテグレーションを行うことで最大限の効果を引き出す
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インバーター
軸発電機
LED
バッテリ
太陽光発電
電気推進
燃料電池
Power Management Energy Management
電化技術の将来展望
NYK SUPER ECO SHIP 2050
消費電力削減
配電効
率向上
発電効
率向上
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まとめ
• MTIでは省エネ技術への取り組みを加速させており、その
中でも電力システムインテグレーションは将来のKey
Technology
• この取り組みを成功させるにはデータが益々重要となる
• 電力システムは船の運用において基盤となるシステムであ
り、求められる機能を考えたうえでインテグレーションし
ていく必要がある
→今後はソフトウェア要素が重要となる
• これを実現するために企業間の垣根を超えたオープンな取
り組み及び深いオペレーション理解のもと、高度なエネル
ギーマネージメントシステムを作り上げ、GHG削減に貢献
していく
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ご清聴どうもありがとうございました。
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