資料 ２－５

平成３０年度 内航船舶技術支援セミナー
LNG燃料船の普及

2018年10月25日
新潟原動機株式会社
技術センター目次

1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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目次

1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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3舶用分野における環境規制（ＳＯｘ，ＮＯｘ）
排出規制海域と規制スケジュール

NOx 3次規制地域は北米東西沿岸とハワイ島，プエルトリコ，USバージン諸島沿岸が対象
北海・バルト海エリアは硫黄分規制と2021年からNOx3次規制が予定されている
中国国内法で2017年から3海域11港で硫黄分規制開始

規制

年
NOx

Annex ofMARPOL

SOx

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
TierII (グローバル), 2011
Tier III in エミッション コントロール エリア (ECA), 2016

グローバル 4.5

0.5 ＊

3.5

(硫黄分制SOx1
限値 %(SECA)m/m)
2012/33/E SOx
1.5 （客船), 2006
U
(硫黄分制限値 % m/m) 0.1 (全ての停泊船), 2010
中国（国内 SOx法）(硫黄分制限値 % m/m)

0.1
0.5
0.5

(EUの全海域 ) 2020年から

段階的に 0.1の 判断2019年12月31日まで
規制強化

1）バルト海 (SOx： 2006年,NOx：2021年予定）
2）北海 (SOx： 2007年,NOx：2021年予定）
3）北米 (US 沿岸から200海里), (NOx, SOx and PM), 20124）プエルトリコ (周辺海域), (NOx, SOx and PM), 20145）US バージンアイランド (周辺海域), (NOx, SOx and PM), 2014
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4舶用分野における環境規制（ＥＥＤＩ）（改正MARPOL附属書VI）1.

適用： 400GT以上の国際航海に従事する船舶•電気推進，タービン推進，ハイブリッド推進船は，下記2及び3の要件非適用

2.

EEDI計算： 新船*にEEDI計算を義務付け•対象船種：Bulk Carrier, Gas Carrier, Tanker, Container Ship,
General Cargo Ship,
Refrigerated Cargo Carrier,
Combination Carrier, (Ro-Ro Ship, Passenger Ship)3.

EEDI規制値： 船種毎に下限キャパシティ(DWT)以上の新船に対し，上記EEDIの計算値が規制値を満たすことを義務付け（下限キャパシティ未満の船は計算のみ義務付け）•規制値は船種・サイズにより設定，また契約時期によって段階的に厳しくなる•Ro-Ro Ship, Passenger Shipは当面適用外

EEDI:
1トンの貨物を1マイル運ぶのに排出されるCO2量
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5舶用分野における環境規制（ IMO GHG削減戦略）

2018年4月， IMO MEPC72において採択
削減目標• 2008年をベースに，海運全体の燃料効率を， 2030年までに40%改善。また， 2050年までに70%改善努力• 2008年をベースに，海運全体のGHG排出量を2050年までに50%削減。今世紀中の可能な限り早期に排出ゼロの努力

国際海運ＧＨＧゼロエミッション・プロジェクト
産学官公の連携で、地球温暖化対策の推進と、我が国海事産業の国際競争力強化を目指す
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6舶用分野における環境規制（環境対応マトリクス）

DE +
低硫黄燃料

DE +スクラバー

DFSCR

ハイブリッドIMO NOx

３次規制はSCRで対応

３次規制はSCRで対応

○

○

機関に依存
※1

SOx

○

○

○

－

燃料に依存

CO2△

△

○

－○

BC/PM

△

△

○

－○

GHG削減

△※2

△※2

△※2

機関に依存

○

○は現時点で対応可能、△：エンジンの性能改善※１ハイブリッドは、システムとしての環境対応であり、選択する主機関に依存する※２ GHG削減は、現在技術開発要素

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目次

1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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8舶用DFエンジンのコンセプト（ガスエンジンを船舶に用いる際の課題）(1) 冗長性（故障時の対応）
ガスエンジンは電子式制御を多用しており，船級ルール上はこれらに対して，2重化・機械式によるバックアップが求められる。一方で，ガスエンジンのシステムすべてを2重化・機械式とすることは一般的に難しい。
冗長性を考慮するため二元燃料即ちデュアルフューエル（DF）エンジンを適用(2) 動特性
ガスエンジンはディーゼルエンジンに比べて動特性が劣るため，陸上発電用では，負荷率0→100％の操作に10分程度を要している。しかし，船舶では数十秒での操作が要求される。
一般的なタグボートの操船パターン制御技術の改善により動特性を改善

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9舶用DFエンジンのコンセプト（新潟原動機のガスエンジン開発の歴史）• 新潟原動機は，1980年代から時代に即したガスエンジンの開発、生産を継続している。
• 信頼性の高いディーゼルエンジンをベースに100％ガスで稼動する点火プラグ方式のリンバーンガスエンジン，液体燃料とガス燃料の両方で運転できるデュアルフューエルエンジンを開発してきた。
• 1996年からは，今までの技術を活かし，更に高い出力・性能のマイクロパイロットガスエンジンを開発してきた。
• 2010年から舶用向けのガスエンジンの開発を開始し，2014年より販売を開始した。

これまでのディーゼルエンジン、デュアルフューエルエンジン，ガスエンジン（Si,MP）の技術と知見の集大成

船舶用に展開平成30年度JRTTセミナー

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10舶用DFエンジンのコンセプト（28AHX-DF型舶用 DFエンジンの仕様）
項 目

仕 様1920 kW (6L)
2560 kW (8L)
2880 kW (9L)

定格最大出力

定格回転速度

800 min-1

燃焼方式（ガスモード）直噴マイクロパイロット油
着火希薄燃焼方式

正味平均有効圧力

2.0 MPa

燃料ガス

天然ガス

着火用液体燃料

A重油・軽油平成30年度JRTTセミナー

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1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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12舶用DFエンジンの技術（燃料供給）
パイロット油噴射弁（電子式）

パイロット油

燃料ガス

供給電磁弁
（電子式）

強力な点火源and
少量噴射

燃料油噴射弁（機械式）

燃料油

空気 運転中に切替え可能

空気

ガスモード

ディーゼルモード

NOx等の排出量低減

機械式による信頼性

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13舶用DFエンジンの技術（燃料切替え）••緊急時（危急切替）はガスモードからディーゼルモードへの瞬時切り替えが全負荷域で可能
通常の運転モード切り替えでディーゼルモードからガスモード，ガスモードからディーゼルモードともに全負荷で可能

緊急時運転モード切替
ガスモード

ディーゼルモードディーゼル ガスモード
モード

機関回転速度計測データ

通常の運転モード切替

機関回転速度ディーゼルモード用
制御信号

ディーゼルモード用制御信号

ガスモード用制御信号
ガスモード用制御信号

時間

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時間

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14舶用DFエンジンの技術（負荷追従性）
高い空気量確保
正味
ノッキング平均
有効圧力
加速時（出力 運転可能範囲）

ノッキング抑制

失火

定常時

過給機の応答遅れや空燃比制御の遅れにより空気量が不足することがある

空燃比が小さくなりノッキング発生

空燃比

ガスリッチ（空気少）希薄（空気多）加速時のノッキング発生に対し,空気量確保やノッキングの抑制にて対応
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1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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実船への展開（ガス機器の船内配置）

排気安全弁

ガスバルブユニット

操舵室操縦盤

ミストブロア

ガス配管（２重管）

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ガスプラントCopyright © Niigata Power Systems Co., Ltd. All Rights Reserved.

17実船への展開（制御システム）
＜操舵室＞

＜監視室＞

＜機関室＞

船橋操縦盤

警報盤

制御盤
（ECU）

DE制御（DEガバニングなど）
DF
コントローラ GE制御
＜機関室＞

操縦ハンドル
スイッチ／ランプスイッチ／ランプスイッチ／ランプ

VDU

VDU

PLC

Safty
SystemEIU
Combustion
analyzer
MicroPilit
Controller

Gas圧,噴射ﾀｲﾐﾝｸﾞ,MP制御など

Gas Valve
Driver2重化
Network

PLC

各バルブ制御（空燃比制御バルブなど）

PLC

各種センサ
回転速度，圧力，温度，筒内圧，トルクなど
各種補機
Gas Valve Unitなど
停止電磁弁

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実船への展開（遠隔監視システム）
従来より陸用ガスエンジン
プラント向で標準装備している遠隔監視システムを舶用デュアルフューエルエン
ジンのモニタリングにも適用

常時監視により，本船の稼動状況，エンジンの状況，
また万が一不適合が発生した際の迅速なデータ解析が可能となる

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19実船への展開（型式承認と初号機）
型式承認の取得
2014年12月
一般財団法人日本海事協会殿の型式承認を取得。

商用初号機の出荷

出典 http://www.wingmsc.co.jp/

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2015年1月
商用初号機6L28AHX-DF型機2台を出荷。
2015年9月
日本初となるLNG燃料タグボート「魁」に搭載され，運航を開始。
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実船への展開（納入船の運航状況）•

運航エリア ： 横浜港、川崎港•

1日当り稼働回数 ： ２－４回•

※稼働パターンは通常タグ(DE)と同一•

ガスモードの運転割合(下表)•

海外においても、通常タグ（DE）と同一作業を実施

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1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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ハイブリッド推進システム
・ハイブリッド推進システムとはエンジンと，モータを組込んだ減速装置を合わせる事で，多様な出力域に対し最適な出力バランスをもって省エネ性能を発揮できるシステム。
主に燃料消費量と，CO2排出量を低減する事ができる。
ハイブリッドシステムには，バッテリを搭載するシステムと，バッテリを搭載せずに補機電力を使用しモータを駆動するシステムの2種類がある
・ターゲット船
船舶の中でも運転条件が厳しく追従性が重視されるタグボートをターゲット船とした。
環境対応目標値（従来機と比べ）燃料消費率：20％低減
CO2排出量：20％低減

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ハイブリッド推進システム（システム構成）
1.
2.
3.

バッテリ室は隔離した部屋とし，CO2消火設備を設ける
性能（旋回，曳航力）は従来型と変えない
従来型の船体サイズのなかで，ハイブリッド機器を搭載

400PSモータ/ジェネレータ

主機関（2200PS ⇒ 1800PS)
サイズダウン
150kWh バッテリ（LiB）
M/G用インバータ盤

発電機 (500kVA)
アクティブフィルタ
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24ハイブリッド推進システム（ハイブリッド推進システムの効果）
実船検証結果（削減率）

燃料消費量
Fuel consumption rate

100%

Fuel consumption rate[%]

100%
80%

Fuel：△32％

NormalHybrid

64%

60%

68%59%

CO2：△27％（※）

40%
20%

NOｘ：△30%21%

15%

5%4%0%

Transit(Stand by → Sailing)

CO2排出量Working

Transit(Sailing → Stand by)

CO2 emission rate

100%

CO2 emission rate[%]100%80%NormalHybrid

64%

60%

68%

59%

5%

4%0%

Transit(Stand by → Sailing)

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Working

騒音も大幅低減（従来船と比較）※低速航行時のモータ単独運転，騒音レベル
はデシベル値（dB）

22%

15%

※CO2排出量は陸上電源の電池充電分を考慮した値

騒音：△20％Fuel consumption

40%
20%

Total

Transit(Sailing → Stand by)

Total

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25ハイブリッド推進システム（リチウムイオンバッテリの価格推移）• リチウムイオンバッテリの出荷は年々増加• 日本初のハイブリッド船の建造された、2012年は，38.4円/Whであったが，2017年は，26.4 /Whと30%以上価格が下がっている• 今後もバッテリの価格は下がる傾向にあると考えられ，ハイブリッド船の建造コストも下がると考えられる
リチウムイオンバッテリ(全体)
1Whあたりの金額の推移

リチウムイオンバッテリ(全体)
容量推移

(90.0
5,000,000
180.0
4,500,000
W
4,000,000
h 70.0
容 3,500,000
あ 60.0
量 3,000,000
た 50.0り
千 2,500,000の 40.0
A 2,000,000
金 30.0h 1,500,000
額
1,000,000
円 20.0500,000/ 10.00
W 0.0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 20172003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017h)()

出展※情報元：経済産業省 経済産業省生産動態統計年報 機械統計編
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ハイブリッド推進システム（ハイブリッドシステムタグボート）
バッテリ非搭載型ハイブリッドタグボート

バッテリ搭載型ハイブリッドタグボート•

2013年3月，ハイブリッドタグボー
トが横浜港に就航した。陸上からの給電もできる「プラグイン」機能付ハイブリッドタグボートの就航は日本初となるWing Maritime Service Corporation, Yokohama••

2013年10月，環境対応型発電機関と推進用モータを搭載する日本初の電気推進併用ハイブリッド曳船が就航システムの採用で，移動時とウェイテイング停船時の燃料消費削減効果でCO2排出量約20％削減が可能
Tokyo Kisen Co., Ltd., Yokohama

出典 http://www.wingmsc.co.jp/
出典 http://www.tokyokisen.co.jp/

マリンエンジニアリング・オブ・ザ・イヤー2013を受賞
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目次

1. 舶用分野における環境規制
2. 舶用DFエンジンのコンセプト

3. 舶用DFエンジンの技術
4. 実船への展開
5. ハイブリッド推進システム
6. 今後の展開と技術応用

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今後の展開と技術応用（環境負荷軽減へ向けて）
今後システム化はさらに進む
当社はこれまで，「ハイブリッドシステム」や「デュアルフューエル機関」などの，日本初の環境対応技術製品 を市場投入してきた。

これらの技術を融合させることで，さらなる環境負荷低減技術製品の供給が可能である。
例えば，「ハイブリッドシステム」，「デュアルフューエル機関」を融合させることで，・ガス燃料運転における更なる動特性の改善
・究極の低エミッション船の実現が可能となる。

Z-peller
Gas Engine

LNG Tank

ハイブリッドシステム平成30年度JRTTセミナー

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デュアルフューエル機関
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今後の展開と技術応用（まとめ）• 環境規制に適用した，舶用DFエンジン（28AHX-DF）を開発し, 初号機を国内タグボートに搭載以降，海外においてもガス運転で港湾作業に従事しており，機関の健全性を実証した• 環境配慮型ハイブリッドタグボートは「バッテリー搭載タイプ」と「バッテリー非搭載タイプ」がそれぞれ就航しており，燃費，CO2 ，NOxの低減，さらに騒音低減にも有効である事を実証した• 当社は複数の環境対応技術を持ち，お客様のニーズに合った提案が可能である◆ 実証された技術を１つ１つ積み重ね，多種多様な船種に適用，或いは複合的なシステムとして検討し，今後も強力に推進しなければならない“環境対応技術”として確立させる
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30ご清聴ありがとうございましたFor good environment舶用デュアルフューエルエンジン28AHX-DFには、国土交通省殿の「船舶からのCO2削減技術開発支援事業」の支援事業、一般財団法人日本海事協会殿および日本財団殿の助成事業として一般財団法人日本船舶技術研究協会殿との共同研究として、支援を受けて開発された要素技術の一部を使用しております。
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