JP2010141998A - 船舶の電力設備及びその運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電手段の発電容量を低減してエネルギー効率を高め、またＧＨＧ削減を図る船舶の電力設備及びその運用方法を提供する。
【解決手段】船舶内で発電する発電手段１と、電力を消費する船舶の電力消費部１１，１２，１５と、発電手段１及び電力消費部１１，１２，１５に接続し得るエネルギー貯蔵手段２５とを備え、
電力消費部の電力需要１１，１２，１５に対応して発電手段１及び／またはエネルギー貯蔵手段２５を用い、もしくは発電手段１からエネルギー貯蔵手段２５へエネルギーを充填するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力需要に対応する船舶の電力設備及びその運用方法に関するものである。

一般に船舶の電力設備は、図９に示す如く複数の発電機１（図９では４台）を備えており、発電機１は、主配電盤のメイン回路２に、切替手段３を有する回路４を介して接続されている。また発電機１の個数は、船舶が必要とする最大電力を基準にして設定されている。

更に電力設備は、電力を消費する電力消費部を備えており、電力消費部は主配電盤のメイン回路２に、切替手段５，６，７を有する複数の回路８，９，１０を介して接続されており、電力消費部をコンテナ船の例で示すと、電力消費部は、船舶の推進及び船舶内の必要電力からなる第一電力消費系統１１と、船舶に冷凍コンテナ等の荷を積載した際に生じる第二電力消費系統１２と、船舶を横方向へ動かすバウスラスタを駆動し得るようバウスラスタ電動機１４及び始動器１３からなる第三電力消費系統１５とを備えている。

このような電力設備のコンテナ船を運航する際には、通常航行時、出入港時、荷役時の電力需要に応じて発電機１の稼働台数を制御しており、コンテナ船が冷凍コンテナを積載し且つバウスラスタを駆動して出入港する場合には発電機１を全て稼働して第一電力消費系統１１、第二電力消費系統１２、第三電力消費系統１５に対応しており、コンテナ船が冷凍コンテナを積載して通常航行する場合や冷凍コンテナを荷役する場合には、発電機１のうち数台を使用して第一電力消費系統１１及び第二電力消費系統１２に対応しており、コンテナ船が冷凍コンテナを積載することなく運航する場合には、発電機１のうち１台または２台を使用して第一電力消費系統１１に対応するようにしている。

なお船舶の電力設備を備える構成としては、下記の先行技術文献が存在している。
特開２００２−３１５１９５号公報

しかしながら、このような船舶において、バウスラスタを稼働して最大電力を必要とする時間は全体の運航時間の僅か数％であると共に、通常航行や荷役時に必要な電力は最大電力の約４割〜７割であるため、船舶の全体の運航において発電手段の発電容量の多くが無駄になり、エネルギー効率が悪いという問題があった。また近年、地球温暖化問題に対する国際的な問題意識の高まりに伴い、ＧＨＧ（Green House Gas）削減が強く求められていた。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、発電手段の発電容量を低減してエネルギー効率を高め、またＧＨＧ削減を図る船舶の電力設備及びその運用方法を提供することを目的としている。

本発明の船舶の電力設備は、船舶内で発電する発電手段と、電力を消費する船舶の電力消費部と、前記発電手段及び電力消費部に接続し得るエネルギー貯蔵手段とを備え、
前記電力消費部の電力需要に対応して発電手段及び／またはエネルギー貯蔵手段を用い、もしくは発電手段からエネルギー貯蔵手段へエネルギーを充填するように構成するものである。

また本発明の船舶の電力設備において、発電手段、電力消費部、エネルギー貯蔵手段への回路を切り替える切替手段と、該切替手段を制御する制御部とを備え、前記制御部は、発電手段の発電負荷率とエネルギー貯蔵手段の充填量とから切替手段を切り替え、貯蔵された電気エネルギーまたは貯蔵されたエネルギーを電気エネルギーに変換して給電する単独給電モード、エネルギー貯蔵手段にエネルギーを充填する充填モード、エネルギー貯蔵手段よりエネルギーを電気エネルギーとして取り出し且つ発電手段を補助するアシストモード、エネルギー貯蔵手段を休止する休止モードを選択するように構成することが好ましい。

更に本発明の船舶の電力設備において、エネルギー貯蔵手段は、蓄電池装置、静電容量装置に代表される電気エネルギーの貯蔵手段、圧縮流体や気体の貯蔵装置、フライホイール等の電気以外の物理エネルギーの貯蔵装置、波力発電等の手段により発電したエネルギーの貯蔵装置から選択されたものであることが好ましい。

更にまた本発明の船舶の電力設備において、電力消費部は、船舶の推進及び船舶内の必要電力からなる第一電力消費系統と、船舶に荷を積載した際に生じる第二電力消費系統と、船舶の補助推進手段の駆動による第三電力消費系統とを備え、第三電力消費系統を用いる場合にはアシストモードで処理するように構成することが好ましい。

本発明の船舶の電力設備運用方法は、船舶内で発電する発電手段と、該発電手段に接続し得るエネルギー貯蔵手段とを用いて船舶の電気需要に対応する船舶の電力設備運用方法であって、発電手段の発電負荷率及びエネルギー貯蔵手段の充填量によって、エネルギー貯蔵手段に蓄えられたエネルギーを電気エネルギーに変換して給電する単独給電モード、発電手段の電力を回収してエネルギー貯蔵手段にエネルギーを充填する充填モード、エネルギー貯蔵手段により発電手段を補助するアシストモード、エネルギー貯蔵手段を休止する休止モードを選択するものである。

また本発明の船舶の電力設備運用方法において、単独給電モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より小さく且つエネルギー貯蔵手段のエネルギー充填量が充填の基準値より大きい場合に、発電手段を停止してエネルギー貯蔵手段により給電し、
充填モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より小さく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より小さい場合に、発電手段からエネルギー貯蔵手段へ充填し、
アシストモードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より大きく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より大きい場合に、発電手段と共にエネルギー貯蔵手段により給電し、
休止モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より大きく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より小さい場合に、エネルギー貯蔵手段を休止するものであることが好ましい。

更に本発明の船舶の電力設備運用方法において、アシストモードは船舶の補助推進装置を駆動する場合に適用することが好ましい。

上記した本発明によれば、発電手段とエネルギー貯蔵手段とを備え、電力需要に対応して発電手段及び／またはエネルギー貯蔵手段を用い、もしくは発電手段からエネルギー貯蔵手段へ充填するので、電力需要において最大電力が必要な場合には発電手段とエネルギー貯蔵手段とを併用し、他の電力需要の場合には発電手段またはエネルギー貯蔵手段の一方を使用し、結果的に、発電手段の発電容量を低減してエネルギー効率を高めることができると共に、発電手段の台数を減らして製造コストを低減することができる。また発電手段の発電容量を低減すると共に発電手段からエネルギー貯蔵手段へ充填し得るので、不必要な発電を減らし、ＧＨＧ削減を図ることができるという種々の優れた効果を奏し得る。

以下、本発明を実施する形態の第一例を添付図面を参照して説明する。

図１〜図７は本発明の船舶の電力設備及びその運用方法を実施する形態の第一例である。

本発明の船舶の電力設備及びその運用方法の形態の第一例は、船舶内で発電する発電手段と、電力を消費する船舶の電力消費部と、発電手段及び電力消費部に接続し得るエネルギー貯蔵手段とを備えている。ここで船舶の種類は、特に制限されるものではないが、コンテナ船、クレーン船、特殊船等のように航行時等の最低電力と他の用途による最大電力の差が大きいものが好ましい。

発電手段は、エンジン駆動の発電機１であって従来よりも少ない台数（図では２台）で設置されており、主配電盤のメイン回路１６に、第一の給電側切替手段１７を有する第一給電回路１８を介して接続されている。

電力消費部は、船舶の推進及び船舶内の必要電力からなる通常の第一電力消費系統１１と、船舶に冷凍コンテナ等の荷を積載した際に生じる第二電力消費系統１２と、船舶を横方向に動かすバウスラスタを駆動し得るようバウスラスタ電動機１４及び始動器１３からなる第三電力消費系統１５とを備えている。第一電力消費系統１１は、主配電盤のメイン回路１６に、第一切替手段１９を有する第一回路２０を介して接続され、第二電力消費系統１２は、主配電盤のメイン回路１６に、第二切替手段２１を有する第二回路２２を介して接続され、第三電力消費系統１５は、主配電盤のメイン回路１６に、第三切替手段２３を有する第三回路２４を介して接続されている。ここで、電力消費部の第二電力消費系統１２は冷凍コンテナの使用に限定されるものではなく、他の電気需要でも良い。また電力消費部の第三電力消費系統１５は、バウスラスタ等の補助推進手段の駆動に限定されるものではなく、クレーン船のクレーンの操作や、他の電気需要でも良い。

エネルギー貯蔵手段は蓄電池装置２５で構成されており、蓄電池装置２５は、蓄電池を備えた蓄電池モジュール２６と、蓄電池モジュール２６に接続されて周波数を処理し得る周波数変換装置２７とを備えて構成されている。また周波数変換装置２７は、主配電盤のメイン回路１６に、第二の給電側切替手段２８を有する第二給電回路２９を介して接続されていると共に、第二電力消費系統１２に、第三の給電側切替手段３０を有する第三給電回路３１を介して接続されている。更に発電手段とエネルギー貯蔵手段の合計の発電容量は、第一電力消費系統１１、第二電力消費系統１２、第三電力消費系統１５の全てを用いた場合の最大電力を基準にして設定されている。ここで蓄電池モジュール２６の蓄電池は、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ＮＡＳ蓄電池、レドックスフロー蓄電池等から選択されるものであるが、他の種類の蓄電池を用いても良い。また蓄電池装置２５は、コンテナに蓄電池モジュール２６及び周波数変換装置２７を収納したものを用いても良い。

第一の給電側切替手段１７、第二の給電側切替手段２８、第三の給電側切替手段３０、周波数変換装置２７は、制御部３２に接続されて制御信号を受けるようになっており（図２参照）、また発電機１及び蓄電池装置２５は、制御部３２に接続されて発電機１の負荷率の信号、蓄電池装置２５の蓄電量（充電量）の信号を制御部３２に送るようになっている。更に制御部３２の内部には、所定の関数が設定され、発電機１の発電負荷率の基準値及び蓄電池装置２５の蓄電量の基準値が予め入力されると共に発電機１の実際の発電負荷率及び蓄電池装置２５の実際の蓄電量によって夫々の切替手段に制御信号を送るようになっている。ここで制御部３２は、独立したＰＣ等により構成されるものでも良いし、主配電盤のメイン回路１６等に内蔵されるものでも良い。また、発電機の負荷率は発電機から蓄電池装置２５に直接送信するのではなく、メイン回路１６や発電機１の作動を総合的に司る電源システムの管理システム（発電機制御システムやパワーマネージメントシステム）から送信してもよい。更に第一の給電側切替手段１７、第二の給電側切替手段２８、第三の給電側切替手段３０、第一切替手段１９、第二切替手段２１、第三切替手段２３は、種々のスイッチ、遮断器等を用いているが、回路を切り換えるものならば特に制限されるものではない。

以下本発明を実施する形態の第一例の作用を説明する。

コンテナ船等の船舶を運航する際には、通常の航行時、出入港時、荷役時の電力需要に対応するよう、エネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５のみで給電する単独給電モード、エネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５を充電（充填）する充電モード（充填モード）、エネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５により発電手段の発電機１を補助するアシストモード、エネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５を休止する休止モードを選択し、発電機１と蓄電池装置２５の使用を制御する。

具体的には、コンテナ船等の船舶が運航する場合には、図３に示すフローに示す如く、制御部３２により、予め設定された発電機１の負荷率の基準値（％）と、発電機１の実際の負荷率とを比較し（ステップＳ１）、発電機１の実際の負荷率が基準値（％）よりも小さい場合（ステップＳ１のＮＯ）には、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ２）へ移行する。そして蓄電池装置２５の実際の蓄電量を比較する段階（ステップＳ２）では蓄電池装置２５の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ２のＹＥＳ）に、単独給電モードに移行する（ステップＳ３）。

単独給電モード（ステップＳ３）では制御部３２から切替手段１７，２８，３０に制御信号を送り、図４に示す如く、第一の給電側切替手段１７の切替により第一給電回路１８を遮断して発電機１を停止し、また第二の給電側切替手段２８の切替により第二給電回路２９を接続し、蓄電池装置２５の電力のみを第一電力消費系統１１及び第二電力消費系統１２へ給電する。

一方、制御部３２では、図３に示す如く、単独給電モード（ステップＳ３）であっても、常に、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の現状の蓄電量とを比較しており（ステップＳ４）、蓄電池装置２５の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ４のＮＯ）には単独給電モードを維持し（ステップＳ３）、蓄電池装置２５の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）より小さい場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、制御部３２は発電機１を始動し、第一の給電側切替手段１７の切替により第一給電回路１８を接続して単独給電モードを終了し（ステップＳ５）、最初の段階へ移行する。ここで図３の符号Ａは最初の段階へ戻ることを示している。

次に、制御部３２により、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ２）で、蓄電池装置２５の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも小さい場合（ステップＳ２のＮＯ）には充電モード（充填モード）に移行する（ステップＳ６）。

充電モード（ステップＳ６）では制御部３２から切替手段２８，３０に制御信号を送り、図５に示す如く、第二の給電側切替手段２８の切替により第二給電回路２９を接続し、発電機１の電力を回収して蓄電池装置２５へ充電する。また充電モードでは、発電機１の電力により第一電力消費系統１１へ給電する。

一方、制御部３２では、図３に示す如く、充電モード（ステップＳ６）であっても、常に、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の現状の蓄電量とを比較しており（ステップＳ７）、蓄電池装置２５の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも小さい場合（ステップＳ７のＮＯ）には充電モードを維持し（ステップＳ６）、蓄電池装置２５の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）より大きい場合（ステップＳ７のＹＥＳ）には充電モードを終了し（ステップＳ８）、最初の段階へ移行する。

続いて、制御部３２により、予め設定された発電機１の負荷率の基準値（％）と、発電機１の実際の負荷率とを比較する段階（ステップＳ１）で、発電機１の実際の負荷率が基準値（％）よりも大きい場合（ステップＳ１のＹＥＳ）には、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ９）へ移行する。そして蓄電池装置２５の実際の蓄電量を比較する段階（ステップＳ９）では蓄電池装置２５の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ９のＹＥＳ）に、アシストモードに移行する（ステップＳ１０）。

アシストモード（ステップＳ１０）では制御部３２から切替手段２８，３０に制御信号を送り、図６に示す如く、第二の給電側切替手段２８の切替により第二給電回路２９を接続し、第三回路２４を接続した状態で、蓄電池装置２５により発電機１の給電を補助し、第一電力消費系統１１、第二電力消費系統１２、第三電力消費系統１５へ給電し、最大電力に対応する。これによりアシストモードは、発電機１及び蓄電池装置２５を並列で用いてバウスラスタを駆動する状態になる。

ここで、単独給電モード、充電モード、アシストモードのいずれも、蓄電池装置２５から冷凍コンテナの第二電力消費系統１２へ給電する場合には、冷凍コンテナの搭載量に応じて、適宜、第三の給電側切替手段３０の切替により第三給電回路３１を遮断または接続することも可能である。

一方、制御部３２では、図３に示す如く、アシストモード（ステップＳ１０）であっても、常に、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の現状の蓄電量とを比較しており（ステップＳ１１）、蓄電池装置２５の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ１１のＮＯ）にはアシストモードを維持し（ステップＳ１１）、蓄電池装置２５の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）より小さい場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）にはアシストモードを終了し（ステップＳ１２）、最初の段階へ移行する。

更に、制御部３２により、予め設定された蓄電池装置２５の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、蓄電池装置２５の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ９）で、蓄電池装置２５の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも小さい場合（ステップＳ９のＮＯ）には休止モードに移行する（ステップＳ１３）。

休止モード（ステップＳ１３）では制御部３２から切替手段２８，３０に制御信号を送り、図７に示す如く、第二の給電側切替手段２８の切替により第二給電回路２９を遮断すると共に第三の給電側切替手段３０の切替により第三給電回路３１を遮断し、蓄電池装置２５を全ての回路から切り離すと共に発電機１の電力を第一電力消費系統１１等へ給電する。更に第三切替手段２３の切替により第三回路２４を遮断し、これにより休止モードは、蓄電池装置２５を用いることなく、発電機１の電力を船舶の推進及び船舶内の必要電力に給電する。

一方、制御部３２では、図３に示す如く、休止モード（ステップＳ１３）をそのまま最初の段階へ移行し、再度、単独給電モード、充電モード、アシストモード、休止モードを選択する。

その後、船舶の運航に基づいて単独給電モード、充電モード、アシストモード、休止モードの選択を繰り返して発電機１及び蓄電池装置２５を連続的に制御することが可能となる。ここで、単独給電モード、充電モード、アシストモード、休止モードの選択は、他の制御に基づくものでも良く、更に制御部３２には、発電機１や圧縮流体貯蔵装置の給電を人為的に停止する緊急停止モードや、発電機１や蓄電池装置２５の給電を人為的に変更する変更モードを備えても良く、特に条件が制限されるものではない。

而して、このように実施の形態の第一例によれば、発電手段の発電機１とエネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５とを備え、電力需要に対応して発電機１及び／または蓄電池装置２５を用い、もしくは発電機１から蓄電池装置２５へ充電するので、電力需要において最大電力が必要な場合には発電機１と蓄電池装置２５とを併用し、他の電力需要の場合には発電機１または蓄電池装置２５の一方を使用し、結果的に、発電機１の発電容量を小さくしてエネルギー効率を高めることができると共に、発電機１の台数を減らして製造コストを低減することができる。更に実施の形態の第一例の構成によれば、発電機１を最も効率の良い８０％〜８５％の負荷で運転し、エネルギー効率を最適に高めることができる。

また実施の形態の第一例によれば、発電手段の発電機１の発電容量を低減すると共に発電手段の発電機１からエネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５へ充電し得るので、不必要な発電を減らし、ＧＨＧ（Green House Gas）削減を図り、地球温暖化問題に好適に対応することができる。

実施の形態の第一例において、発電手段の発電機１、電力消費部、エネルギー貯蔵手段の蓄電池装置２５への回路１８，２９，３１を切り替える切替手段１７，２８，３０と、切替手段１７，２８，３０を制御する制御部３２とを備え、制御部３２は、発電機１の発電負荷率と蓄電池装置２５の蓄電量（充電量）とから夫々の切替手段１７，２８，３０を切り替え、蓄電池装置２５で貯蔵された電気エネルギーを給電する単独給電モード、蓄電池装置２５を充電（充填）する充電モード（充填モード）、蓄電池装置２５により発電機１を補助するアシストモード、蓄電池装置２５を休止する休止モードを選択するように構成すると、電力需要に応じて単独給電モード、充電モード、アシストモード、休止モードを適切に選択し得るので、発電機１の発電容量を小さくしてエネルギー効率を適切に高めることができる。

実施の形態の第一例において、エネルギー貯蔵手段は蓄電池装置２５であると、蓄電池装置２５を適切に設置し得るので、発電機１の発電容量を容易に小さくしてエネルギー効率を高めることができる。

実施の形態の第一例において、電力消費部は、船舶の推進及び船舶内の必要電力からなる第一電力消費系統１１と、船舶に冷凍コンテナ等の荷を積載した際に生じる第二電力消費系統１２と、バウスラスタ等の船舶の補助推進手段の駆動による第三電力消費系統１５とを備え、第三電力消費系統１５を用いる場合にはアシストモードで処理するように構成すると、第一電力消費系統１１、第二電力消費系統１２、第三電力消費系統１５に応じて発電機１及び蓄電池装置２５を容易に適合させるので、製造コストを低減することができる。

実施の形態の第一例において、単独給電モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より小さく且つエネルギー貯蔵手段のエネルギー充填量が充填の基準値より大きい場合に、発電手段を停止してエネルギー貯蔵手段により給電し、
充電モード（充填モード）は、発電手段の負荷率が負荷の基準値より小さく且つエネルギー貯蔵手段の充電量（充填量）が充電（充填）の基準値より小さい場合に、発電手段からエネルギー貯蔵手段へ充電（充填）し、
アシストモードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より大きく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より大きい場合に、発電手段と共にエネルギー貯蔵手段により給電し、
休止モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より大きく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より小さい場合に、エネルギー貯蔵手段を休止すると、電力需要及びエネルギー貯蔵手段の使用状況（充電量）に応じて単独給電モード、充電モード、アシストモード、休止モードを好適に選択し得るので、発電機１の発電容量を小さくしてエネルギー効率を一層高めることができる。

以下、本発明の実施の形態の第二例を図８を参照して説明する。図中、図１〜図７と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

本発明の船舶の電力設備及びその運用方法の形態の第二例は、第一例のエネルギー貯蔵手段の構成及びその切替手段を変更したものであり、その他の発電手段、電力消費部、回路は第一例と略同じ構成を備えている。

エネルギー貯蔵手段は、圧縮空気貯蔵装置３３ａや圧縮油圧貯蔵装置３３ｂ等の圧縮流体や気体の貯蔵装置で構成されており、圧縮空気貯蔵装置３３ａは、発電機１からの電気エネルギーにより空気を圧縮するコンプレッサ３４と、コンプレッサ３４により圧縮空気としてエネルギーを貯蔵し得る空気槽３５ａと、空気槽３５ａからエネルギーを取り出し且つ電気エネルギーに変換し得る空気駆動式モータ３６と、空気駆動式モータ３６に直結する貯蔵側発電機３７と、貯蔵側発電機３７の切替手段３７ａと、コンプレッサ３４を始動させる始動器３８及び電動機３９とを備えている。また始動器３８は、主配電盤のメイン回路１６に、第四切替手段４０を有する第四回路４１を介して接続されている。更に圧縮空気貯蔵装置３３ａの貯蔵側発電機３７は、主配電盤のメイン回路１６に、第四の給電側切替手段４２を有する第四給電回路４３を介して接続されていると共に、第四給電回路４３と分岐するよう、第二電力消費系統１２に、第五の給電側切替手段４４を有する第五給電回路４５を介して接続されている。一方、圧縮油圧貯蔵装置３３ｂは、圧縮空気貯蔵装置３３ａと略同様に、発電機１からの電気エネルギーにより油圧を圧縮する油圧ポンプ電動機３９と、油圧ポンプ３４により油圧エネルギーを貯蔵し得る油液槽３５ｂと、油液槽３５ｂからエネルギーを取り出し得る油圧モータ３６と、油圧モータ３６と直結する貯蔵側発電機３７と、油圧ポンプ電動機３９を始動させる始動器３８とを備え、略同様に、メイン回路１６及び第二電力消費系統１２に接続されている。

第一の給電側切替手段１７、第四の給電側切替手段４２、第五の給電側切替手段４４、第四切替手段４０は、制御部３２に接続されて制御信号を受けるようになっており（図２参照）、また発電機１及び圧縮流体貯蔵装置は、制御部３２に接続されて発電機１の負荷率の信号、圧縮流体貯蔵装置の充填量の信号を制御部３２に送るようになっている。更に制御部３２の内部には、所定の関数が設定され、発電機１の発電負荷率の基準値及び圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値が予め入力されると共に、発電機１の実際の発電負荷率及び圧縮流体貯蔵装置に蓄えられたエネルギー量の電力量への変換値（以後「蓄電量」と記す。）によって夫々の切替手段に制御信号を送るようになっている。

以下本発明を実施する形態の第二例の作用を説明する。

コンテナ船等の船舶を運航する際には、第一例と略同様に、通常の航行時、出入港時、荷役時の電力需要に対応するよう、エネルギー貯蔵手段の圧縮流体貯蔵装置のみで給電する単独給電モード、エネルギー貯蔵手段の圧縮流体貯蔵装置を充填する充填モード、エネルギー貯蔵手段の圧縮流体貯蔵装置により発電手段の発電機１を補助するアシストモード、エネルギー貯蔵手段の圧縮流体貯蔵装置を休止する休止モードを選択し、発電機１と圧縮流体貯蔵装置の使用を制御する。

具体的には、コンテナ船等の船舶が運航する場合には、図３のフローを参照して、制御部３２により、予め設定された発電機１の負荷率の基準値（％）と、発電機１の実際の負荷率とを比較し（ステップＳ１）、発電機１の実際の負荷率が基準値（％）よりも小さい場合（ステップＳ１のＮＯ）には、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ２）へ移行する。そして圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量を比較する段階（ステップＳ２）では圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ２のＹＥＳ）に、単独給電モードに移行する（ステップＳ３）。

単独給電モード（ステップＳ３）では制御部３２から切替手段１７，３７ａ，４０，４２，４４に制御信号を送り、第一の給電側切替手段１７の切替により第一給電回路１８を遮断して発電機１を停止し、また第四の給電側切替手段４２の切替により第四給電回路４３を接続し、圧縮流体貯蔵装置の電力のみを第一電力消費系統１１へ給電する。

一方、制御部３２では、単独給電モード（ステップＳ３）であっても、常に、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量とを比較しており（ステップＳ４）、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ４のＮＯ）には単独給電モードを維持し（ステップＳ３）、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）より小さい場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、制御部３２は発電機１を始動し、第一の給電側切替手段１７の切替により第一給電回路１８を接続して単独給電モードを終了し（ステップＳ５）、最初の段階へ移行する。ここで図３の符号Ａは最初の段階へ戻ることを示している。

次に、制御部３２により、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ２）で、圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも小さい場合（ステップＳ２のＮＯ）には充填モードに移行する（ステップＳ６）。

充填モード（ステップＳ６）では制御部３２から切替手段３７ａ，４０，４２，４４に制御信号を送り、第四切替手段４０の切替により第四回路４１を接続すると共に第四の給電側切替手段４２の切替により第四給電回路４３を接続し、発電機１の電力を回収して圧縮流体貯蔵装置へ充填する。また充填モードでは、発電機１の電力を第一電力消費系統１１へ給電する。

一方、制御部３２では、充填モード（ステップＳ６）であっても、常に、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量とを比較しており（ステップＳ７）、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも小さい場合（ステップＳ７のＮＯ）には充填モードを維持し（ステップＳ６）、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）より大きい場合（ステップＳ７のＹＥＳ）には充填モードを終了し（ステップＳ８）、最初の段階へ移行する。

続いて、制御部３２により、予め設定された発電機１の負荷率の基準値（％）と、発電機１の実際の負荷率とを比較する段階（ステップＳ１）で、発電機１の実際の負荷率が基準値（％）よりも大きい場合（ステップＳ１のＹＥＳ）には、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ９）へ移行する。そして圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量を比較する段階（ステップＳ９）では圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ９のＹＥＳ）に、アシストモードに移行する（ステップＳ１０）。

アシストモード（ステップＳ１０）では制御部３２から切替手段３７ａ，４０，４２，４４に制御信号を送り、第四の給電側切替手段４２の切替により第四給電回路４３を接続し、圧縮流体貯蔵装置により発電機１の給電を補助し、第一電力消費系統１１、第二電力消費系統１２、第三電力消費系統１５へ給電し、最大電力に対応する。これによりアシストモードは、発電機１及び圧縮流体貯蔵装置を並列で用いてバウスラスタ等の船舶の補助推進手段を駆動する状態になる。

ここで、単独給電モード、充填モード、アシストモードのいずれも、圧縮流体貯蔵装置から冷凍コンテナの第二電力消費系統１２へ給電する場合には、冷凍コンテナの搭載量に応じて、適宜、第五の給電側切替手段４４の切替により第五給電回路４５を遮断または接続することも可能である。

一方、制御部３２では、アシストモード（ステップＳ１０）であっても、常に、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量とを比較しており（ステップＳ１１）、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも大きい場合（ステップＳ１１のＮＯ）にはアシストモードを維持し（ステップＳ１１）、圧縮流体貯蔵装置の現状の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）より小さい場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）にはアシストモードを終了し（ステップＳ１２）、最初の段階へ移行する。

更に、制御部３２により、予め設定された圧縮流体貯蔵装置の蓄電量の基準値（ｋＷｈ）と、圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量とを比較する段階（ステップＳ９）で、圧縮流体貯蔵装置の実際の蓄電量が基準値（ｋＷｈ）よりも小さい場合（ステップＳ９のＮＯ）には休止モードに移行する（ステップＳ１３）。

休止モード（ステップＳ１３）では制御部３２から切替手段３７ａ，４０，４２，４４に制御信号を送り、第四切替手段４０の切替により第四回路４１を遮断すると共に第四の給電側切替手段４２の切替により第四給電回路４３を遮断し、更に第五の給電側切替手段４４の切替により第五給電回路４５を遮断し、圧縮流体貯蔵装置を全ての回路から切り離すと共に発電機１の電力を第一電力消費系統１１等へ給電する。

一方、制御部３２では、休止モード（ステップＳ１３）をそのまま最初の段階へ移行し、再度、単独給電モード、充填モード、アシストモード、休止モードを選択する。

その後、船舶の運航に基づいて単独給電モード、充填モード、アシストモード、休止モードの選択を繰り返して発電機１及び圧縮流体貯蔵装置を連続的に制御することが可能となる。ここで、単独給電モード、充填モード、アシストモード、休止モードの選択は、他の制御に基づくものでも良く、更に制御部３２には、発電機１や圧縮流体貯蔵装置の給電を人為的に停止する緊急停止モードや、発電機１や圧縮流体貯蔵装置の給電を人為的に変更する変更モードを備えても良く、特に条件が制限されるものではない。

而して、このように実施の形態の第二例によれば、第一例と略同様な作用効果を得ることができる。また実施の形態の第二例において、エネルギー貯蔵手段は圧縮流体貯蔵装置であると、装置の軽量化を為し得るので、圧縮流体貯蔵装置を適切に設置し、発電機１の発電容量を容易に小さくしてエネルギー効率を高めることができる。

更に、本発明の実施の形態の第三例として、第一例及び第二例のエネルギー貯蔵手段の構成を、波力発電装置を用いたシステムに変更することもできる。

波力発電装置は、波または船体運動で作り出される船体に作用する水圧を利用して発電する装置であり、例えば波により室内の空気を圧縮する空気室と、空気室に接続された正圧水弁室及び負圧水弁室と、正圧水弁室に接続される正圧集合ダクトと、負圧水弁室に接続される負圧集合ダクトと、正圧集合ダクト及び負圧集合ダクトに接続されるタービン発電機とを備えている。

このような波力発電装置において、寄せ波や船体運動によって水圧が上昇した場合には、空気室の空気を圧縮し、圧縮空気は正圧水弁室及び正圧集合ダクトを介してタービン発電機に流入し、タービン発電機を駆動して大気へ排出される。逆に引き波や船体運動によって空気室の水圧が減じた場合には、空気室の空気を膨張させて負圧にし、負圧空気は、負圧水弁室及び正負集合ダクトを介して、大気から空気を引き込みタービン発電機を駆動する。これにより、タービン発電機を駆動して発電する。

このような波力発電装置を用いた場合には、第一例または第二例と略同様に制御され、第一例または第二例と略同様な作用効果を得ることができる。

尚、本発明の船舶の電力設備及びその運用方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、他の制御方法や他の基準値を用いて発電手段とエネルギー貯蔵手段を制御しても良いこと、エネルギー貯蔵手段手段は、太陽発電や風力発電の如く自然界のエネルギーを用いるものでなく、発電手段からエネルギーを回収するものならば、静電容量装置に代表される電気エネルギーの貯蔵手段、フライホイール等の電気以外の物理エネルギーの貯蔵装置の他の構成や方法でも良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の第一例を模式的に示す概念図である。 制御部により切替手段を制御する状態を模式的に示す概念図である。 本発明を実施する形態の第一例の制御を示すフローである。 本発明を実施する形態の第一例の単独給電モードを模式的に示す概念図である。 本発明を実施する形態の第一例の充填モードを模式的に示す概念図である。 本発明を実施する形態の第一例のアシストモードを模式的に示す概念図である。 本発明を実施する形態の第一例の休止モードを模式的に示す概念図である。 本発明を実施する形態の第二例を模式的に示す概念図である。 従来の電力設備の形態を模式的に示す概念図である。

符号の説明

１ 発電機（発電手段）
１１ 第一電力消費系統（電力消費部）
１２ 第二電力消費系統（電力消費部）
１３ 始動器（バウスラスタ）
１４ バウスラスタ電動機（バウスラスタ）
１５ 第三電力消費系統（電力消費部）
１６ メイン回路（回路）
１７ 第一の給電側切替手段（切替手段）
１８ 第一給電回路（回路）
１９ 第一切替手段（切替手段）
２０ 第一回路（回路）
２１ 第二切替手段（切替手段）
２２ 第二回路（回路）
２３ 第三切替手段（切替手段）
２４ 第三回路（回路）
２５ 蓄電池装置（エネルギー貯蔵手段）
２８ 第二の給電側切替手段（切替手段）
２９ 第二給電回路（回路）
３０ 第三の給電側切替手段（切替手段）
３１ 第三給電回路（回路）
３２ 制御部
３３ａ 圧縮空気貯蔵装置（圧縮流体貯蔵装置）
３３ｂ 圧縮油圧貯蔵装置（圧縮流体貯蔵装置）
３７ａ 切替手段（切替手段）
４０ 第四切替手段（切替手段）
４１ 第四回路（回路）
４２ 第四の給電側切替手段（切替手段）
４３ 第四給電回路（回路）
４４ 第五の給電側切替手段（切替手段）
４５ 第五給電回路（回路）

Claims (7)

1. 船舶内で発電する発電手段と、電力を消費する船舶の電力消費部と、前記発電手段及び電力消費部に接続し得るエネルギー貯蔵手段とを備え、
   前記電力消費部の電力需要に対応して発電手段及び／またはエネルギー貯蔵手段を用い、もしくは発電手段からエネルギー貯蔵手段へエネルギーを充填するように構成したことを特徴とする船舶の電力設備。
2. 発電手段、電力消費部、エネルギー貯蔵手段への回路を切り替える切替手段と、該切替手段を制御する制御部とを備え、前記制御部は、発電手段の発電負荷率とエネルギー貯蔵手段の充填量とから切替手段を切り替え、貯蔵された電気エネルギーまたは貯蔵されたエネルギーを電気エネルギーに変換して給電する単独給電モード、エネルギー貯蔵手段に当該エネルギーを充填する充填モード、エネルギー貯蔵手段よりエネルギーを電気エネルギーとして取り出し且つ発電手段を補助するアシストモード、エネルギー貯蔵手段を休止する休止モードを選択するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の船舶の電力設備。
3. エネルギー貯蔵手段は、蓄電池装置、静電容量装置に代表される電気エネルギーの貯蔵手段、圧縮流体や気体の貯蔵装置、フライホイール等の電気以外の物理エネルギーの貯蔵装置、波力発電等の手段により発電したエネルギーの貯蔵装置から選択されたものであることを特徴とする請求項１、２に記載の船舶の電力設備。
4. 電力消費部は、船舶の推進及び船舶内の必要電力からなる第一電力消費系統と、船舶に荷を積載した際に生じる第二電力消費系統と、船舶の補助推進手段の駆動による第三電力消費系統とを備え、第三電力消費系統を用いる場合にはアシストモードで処理するように構成したことを特徴とする請求項１、２に記載の船舶の電力設備。
5. 船舶内で発電する発電手段と、該発電手段に接続し得るエネルギー貯蔵手段とを用いて船舶の電気需要に対応する船舶の電力設備運用方法であって、発電手段の発電負荷率及びエネルギー貯蔵手段の充填量によって、エネルギー貯蔵手段に蓄えられたエネルギーを電気エネルギーに変換して給電する単独給電モード、発電手段の電力を回収してエネルギー貯蔵手段にエネルギーを充填する充填モード、エネルギー貯蔵手段により発電手段を補助するアシストモード、エネルギー貯蔵手段を休止する休止モードを選択することを特徴とする船舶の電力設備運用方法。
6. 単独給電モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より小さく且つエネルギー貯蔵手段のエネルギー充填量が充填の基準値より大きい場合に、発電手段を停止してエネルギー貯蔵手段により給電し、
   充填モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より小さく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より小さい場合に、発電手段からエネルギー貯蔵手段へ充填し、
   アシストモードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より大きく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より大きい場合に、発電手段と共にエネルギー貯蔵手段により給電し、
   休止モードは、発電手段の負荷率が負荷の基準値より大きく且つエネルギー貯蔵手段の充填量が充填の基準値より小さい場合に、エネルギー貯蔵手段を休止することを特徴とする請求項５に記載の船舶の電力設備運用方法。
7. アシストモードは船舶の補助推進装置を駆動する場合に適用することを特徴とする請求項５または６に記載の船舶の電力設備運用方法。

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