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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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

3000■省エネ技術による削減効果

CO2換算 [Mt]

2500

2000

■運航効率化による削減効果■燃料代替による削減効果

1500

1000

500

2050年：総量△50％以上
平均効率約△80%相当(2008年比)
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33＊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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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GHG削減のための取り組み実績
太陽光パネル

運航効率化

継続的な取り組みが不可欠

船体改造

省エネ技術

代替燃料

空気潤滑システム
LNG燃料自動車専用船

船体付加物MT-FAST

Ｔ© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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個船ベースのエミッションフロー
燃料ソリューション
抵抗減少

推進効率化

船型

船殻効率
プロペラ効率
機械効率
伝達効率

航海速力

水上抵抗

船体抵抗

燃料

有効馬力

排出量係数

燃焼効率

主機出力

水下抵抗

要求出力

所要電力

エミッション

補機出力

配電
効率

電力効率化
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NYK SES 2050構想における電化技術の位置付け
太陽光パネル

新型推進器

燃料電池

船体軽量化

空気潤滑システム• 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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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NYK SES 2050構想における電化技術の位置付け• 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。

kW• 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。

rpm© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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電力効率化によるGHG削減効果試算© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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電力効率化によりGHGを減らすには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
直結
電気プロペラ
船内機器

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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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取り組み内容紹介© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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まずはデータ収集

SIMS (Ship Information Management System)
SIMS IoT data

+ SPAS manual data

Data Center
SIMS Data Collection
OnboardSIMS Monitoring & Analysis
at Shore

Sat Com(VSAT, FBB)

Operation(Tokyo, Singapore …)• GPS• Doppler log• Anemometer• Gyro Compass

SIMS unit(IoT gateway)
Onboard dashboard

VDR
Data Acquisition andProcessing<Engine Room & Cargo>

高粒度データ取得
IntegratedAutomation
System© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

-Operational efficiency-Performance-Engine & plantcondition

reportShore Dashboard- For operation

Motion sensor<Navigation Bridge>• Main Engine• Power plant• Cargo control• Auxiliary machineries

AnalysisBig data analysis- For ship manager
Technical Analysis(NYK, MTI)

船上IoT
サーバー
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発電機の負荷変動分析結果例
最大発電容量

電力需要

③

②

入出港時

3D/Gs x 80%: 4秒

バッテリで賄う

この航海では、スペックをフルに使ったのは4秒

3D/Gs x 64%: 5分

3D/Gs x 72%: 30秒①

スタンバイ中バウスラスタ運転中

発電機ダウンサイジング ＋ バッテリーハイブリッド

燃料消費率改善

この間発電機3台運転

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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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発電機の運転負荷頻度と燃料消費率

全期間

発電機ごとの運転ヒストグラム

運転時間/ 発電機燃料消費率

45%Load付近
実FOCR
運転時間20%Load付近

発電効率の良い点

発電機負荷率

発電機の燃費改善手法について検討中

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今後の電力システム構成例

バッテリ

ダウンサイジング

インバーター
B/T等

Auxiliaries
Battery

DCグリッドAuxiliaries

D/G

D/G
M/E
D/G

S/G

交流
直流軸発電機台数減

最適な構成には詳細な実運航データが不可欠
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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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シミュレーションの活用

1400
1200

Power [kW]

1000
800
600

400
200
00102030

4050

60Time [min]…

配電盤

需要電力データ

需要電力

電力系統のモデル化
設計パターン①

発電機の電力1000kW×3 Gen
バッテリの電力

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
500kWhBattery…

配電盤

実電力データを用いたシミュレーション結果
設計パターン

燃料消費量①1000kW 発電機3台

3.0MT/Day②700kW 発電機2台＋700kW 軸発1台
＋500kWh バッテリ

2.8MT/Day（-0.2MT/Day）③～～～～～～

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。
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本取り組みの位置付け© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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目的地へ到達する

操船する

荷物を運ぶ積み降ろしプロペラを回すする

人が居住する荷物を守る

生活す

航海計器、 レ
通信機器、 グ
航海灯等

ラ

S/G

機械、
A/P
B/T等

探知ポンプ、

甲板

ガバナ、 フィル

DCS等

フタ、清浄機等

Fan,Compr
essorD/L等

乗りを守降りる

する

A/C、火災
テる

安全

ボイ

火ラ、災

ライ

探ポンプ、Gas機、 compr
ビル essor、ランプ等

ジア

再液化ト、

知ラー

装置等

調理機

器具

等

クレーン、ム等

消火
装置等

Ac
Bo
coat,m.
Da
ladvit
der等
等

等
強電

Energy Management

弱電

電気を供給する
発電する

給電する

D/G, T/G, S/G, バッテリ、太陽光パネル等

MSB, GSP, 遮断機© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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電化技術の将来展望
発電効率向上NYK SUPER ECO SHIP 2050

配電効率向上消費電力削減

燃料電池

電気推進
太陽光発電
バッテリ

インバーター
軸発電機
LEDPower Management© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

Energy Management
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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© 2020. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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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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