GHG戦略19-2-2-4
国際海運GHGゼロエミッション プロジェクト
一般公開セッション「国際海運における脱炭素化技術の可能性」

於赤坂インターシティコンファレンス
2019.08.02

次世代風力推進システム”Wind Challenger “の取組み

株式会社 大島造船所
最先端技術開発・工場知能化推進部
青木 伊知郎GHGに関する世界のトレンド

1997
京都議定書

2015
パリ協定

1994
気候変動に関する国際連合枠組み条約

パリ協定 (2015)
 世界の平均気温上昇を、産業革命以前に比べて2度以内に抑え さらに、1.5度以内に抑える努力をする。

2

海事産業のGHGの動き – IMO(国際海事機関）
2011 EEDI*

1997
京都議定書
1994
気候変動に関する国際連合枠組み条約

2016 DCS**

2015
パリ協定
* EEDI** DCS2018 IMO 全体戦略

: 船舶のエネルギー効率に関する規則: 燃料消費実績の報告に関する規則

IMO 全体戦略(MEPC72, 2018) 船舶からの温室効果ガスを2050年までに、2008年の排出量に比べて50%削減する。
目標達成のための候補となる手段

・クリーンなエネルギーの利用
・海洋風を利用した補助推進装置- 船そのものの、エネルギー効率UP- 船のオペレーションによる効率UP- 代替燃料, 代替推進・補助推進装置の導入- 排出量の経済的解決（排出量売買等）

3

船舶における風力推進新愛徳丸(1982) ↓Maltese Falcon(2006) ↓・キャンバーつき硬帆[伸縮無し]の搭載
・年間約10％の燃費削減

・Luxury Yacht
・帆布を固定マスト内部に巻き取り収納

ベルーガスカイセール(2008) ↑・折り畳み式凧の搭載
・年間約10％の燃費削減

Flettner Rotor (E-Ship 2013) ↑・Magnus 効果を利用
・約８％の燃費削減
4船舶における風力推進
・風力を利用した様々なコンセプト船舶が提案されており、今後風力を利用した船舶が増えていくと思われる。

* IWAS(International Windship Association) HPより
5

Wind Challengerの提案
 海上風エネルギーを最大限に取り込み、定時性を保ったうえで、大幅な燃料消費量の削減を目指した、伸縮式硬翼帆を搭載した新形式船舶：Wind Challenger

 伸縮式硬翼帆採用の理由
特徴

伸縮有り
硬翼帆
伸縮無し
布帆

欠点

●大型化が可能●天候、航行状況に応じて伸縮制御
推力の調整が可能
・翼構造が安定、空力特性が安定
・翼構造が安定、空力特性が安定

大型化が困難使用出来る天候条件が狭い

硬翼帆よりも低コスト

構造、操作が複雑
空力特性が安定しない
6

Wind Challenger Project【 Phase-1 】(2009-2017)

・東京大学を中心としたJIP・成果：
基礎調査、コンセプト確定

基本計画、基本設計

実証機設計、製造、設置、検証
水槽実験による硬翼帆性能確認
オートパイロットシステム開発
実海域での運用方法検討【 Phase-2 】(2017-・実船搭載プロジェクト・プロジェクト主体：

商船三井、大島造船所

・開発パートナー：企業、研究機関

・実施項目
Phase-1:実装コンセプトの検証
HAZID
基本設計、解析、基本承認 → 詳細設計→ 実機製作
制御コンセプト・制御装置製作
シミュレーター構築、操船影響確認
港湾当局への説明
7

Wind Challenger 伸縮式硬翼帆の仕様
１本帆

60m

伸帆状態

縮帆状態

４-５段 (油圧シリンダー)

伸縮段数
高さ

abt.46.5-abt. 60m

abt.16-abt.20 m

幅(最大)abt.15 m

abt.15 m

翼面積abt.700-abt.880 m2

材質

C/GFRP(パネル) + 鋼材(骨材、スパー)

重量

abt.250-abt.330 ton

旋回角度-90～90度 (180度)

-90度

0度

+90度

20m

8

Wind Challenger 伸縮式硬翼帆 スパーの仕様
Telescopic - Spar (株)タダノのクレーンブームの伸縮技術を応用

9

陸上実証試験機
・相浦機械(長崎県佐世保市)敷地に2013/12に1/2.5の実証試験機を製作
・伸縮、旋回機構及び制御の動作確認、硬翼帆構造の耐久性確認を実施

８倍速

10

Wind Challenger 伸縮式硬翼帆 実船搭載に向けて・Wind Challenger 実現に向けて、伸縮式硬翼帆１本を石炭船に搭載・SOLAS visibility regulation を満足するため、硬翼帆の幅を15m以下に抑えた。
・硬翼帆と積地ローダーが干渉しないよう、硬翼帆は出来るだけ前方に配置。

[航走状態][荷役状況]
11航海状況とWind Challenger 伸縮式硬翼帆の制御モード
ゼロリフトモード

最大スラストモード

帆は展帆
風向に対して推力最大となる旋回角(迎角)に制御

帆固定モード帆は全縮帆
風向に対して推力ゼロとなる旋回角(迎角)に制御

航海状況

最大スラストモード

通常航海

○

凪(無風)

○ ←船長の判断→ ○シケ(暴風、波浪)
狭水道接岸、荷役時

帆は全縮帆接岸、荷役に支障が無い角度で固定

ゼロリフトモード

帆固定モード○○ ←船長の判断→ ○○12

Wind Challenger 伸縮式硬翼帆の制御
風向、風速計操舵室
帆操作制御装置

・各種センサ及び帆の駆動装置は、フェイルセーフのため、二重化
・第1船は、帆制御と主機/プロペラ制御
は独立

応力センサ
加速度センサ
伸縮油圧、旋回電動装置

閾値応力センサ/加速度センサ

計測値

13

Wind Challenger Auto Pilot
帆船特有の横流れに対して目的地への効率的な適応操舵を行う
Wind Challenger 用のAuto Pilotを開発[従来のHeading Control System][Wind Challenger 用 Track Control System][概念図][シミュレーション結果]* ウインドチャレンジャー計画成果報告会 東京計器殿資料より

14

Wind Challenger の効果推定ソフト
EPP (Energy Prediction Program)という概念を新たに導入し、与えられた真風速・真風向・船速に対して、本船の船体・プロペラ・硬翼帆・舵の特性に基づき、斜航角・舵角・波浪中動揺・抵抗増加を考慮し、必要馬力を予測し、どの程度の省エネが図られるかを見積るプログラムを開発

・このEPP計算結果を基に、日本-東豪州航路での省エネ率を計算
・赤道域の風が弱い海域を含む航路にもかかわらず、航海速度13 knotsで、約3～4%の省エネ[EPP計算結果]
15

Wind Challenger 操船支援プログラム
・Wind Challenger は、最大限に風を“味方”につける必要がある。
・本プロジェクトではWCSS （Wind Challenger Sailing Simulation）という独自のソフトウェアを開発し、最適航路シミュレーションを行い、操船者へ航路情報の提供を行う。
・ Wind Challenger は、有利な風（船の横から斜め後ろから吹く風）を求めて航行するため、大圏（最短距離の）航路とは大きくずれる場合がある。
大圏航路

最適航路

16

Wind Challenger 操船者、港湾への対応
・シミュレータによる操船影響の確認[商船三井殿、MOLマリン殿にて実施]

定量的＋体感的把握

ビジュアルシミュレーション

・港湾へのWind Challenger 出入港の確認

PWCS社
Kooragangバース

豪州ニューキャッスル港 PWCS社、NCIG社を訪問
両ターミナルともに、船首1本帆での入港に大きな問題ない旨確認。

NCIG社バース

国内管轄海保、水先人会、ターミナルを順次訪問中

海外

７月下旬から

豪州、カナダなど主要積地を訪問予定
PWCS社
Carringtonバース

豪州ニューキャッスル港

17

おわりに

 船舶からの温室効果ガス削減手段として、クリーンなエネルギーである海洋風を利用したWind Challengerの取組みを紹介させていただいた 2023年を目処に、１号機(１本帆)搭載に向けて、商船三井殿と共同で検討を進めている NKのAIP取得に向けて準備を進めている 今後、複数帆搭載(帆主機従船)についても検討を進め、温室効果ガス削減に貢献

18

ご清聴ありがとうございました。

20

Wind Challenger ブリッジ視点における帆の視界影響について

ギア付き

全縮帆90度出入港時、狭水路航行時に展帆することはありません。

通常船（比較用参考）全展帆0度[商船三井殿、MOLマリン殿資料による]21