JP2012231565A

JP2012231565A - 電力管理方法及び電力管理システム

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Publication number: JP2012231565A
Application number: JP2011097179A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tsujimura; 聡辻村; Hidetaka Nakamura; 英孝中村
Original assignee: IHI Marine United Inc
Current assignee: IHI Marine United Inc
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】発電機の始動台数を抑制することによりエネルギー効率を向上させることができる電力管理方法及び電力管理システムを提供する。
【解決手段】発電機３の使用電力量を監視する電力監視部４と、補機２の始動及び停止を制御する補機制御部５と、を有し、補機制御部５は、電力監視部４の出力値から発電機３のうち稼動中である稼動発電機３ａの出力上限値までの許容電力ΔＰを確認し、許容電力ΔＰと補機２のうち始動させようとする始動対象補機２ａの消費電力Ｗとを比較し、消費電力Ｗが許容電力ΔＰを超えている場合に、補機２のうち稼動中である稼動補機２ｂを停止して、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きくなった後、始動対象補機２ａを始動させるように制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力管理方法及び電力管理システムに関し、特に、複数の補機に電力を供給可能な複数の発電機を備えた構造物に使用される電力管理方法及び電力管理システムに関する。

船舶、海上浮体構造物、車両、航空機、プラント、発電設備、各種工場等の構造物には、各構造物の運転に必要な周辺機器（圧縮機、ポンプ、ファン、タンク、ブロア等）が装備されており、かかる周辺機器を一般に補機と称する。かかる補機を駆動させるには動力が必要であり、一般に、前記構造物には複数の発電機が搭載される。

このように複数の発電機を搭載した構造物では、一般的に、発電機の負荷率が１００％を超えると発電機がトリップしてブラックアウト（停電）してしまうため、発電機の負荷率を監視し、必要に応じて使用していない発電機を始動させ、発電量を増加させることで、発電機がトリップしないようにしている。また、わずかに電力が足りない場合でも別の発電機を始動させなければならず、無駄な電力や燃料を消費することとなり、エネルギー効率が低下してしまう。特に、船舶のような陸地の給電設備から電力を供給することが困難な構造物では、エネルギー効率が重要視されており、種々の電力管理方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

例えば、特許文献１に記載された船舶用補機の駆動制御装置では、船舶に搭載された複数の発電機及び複数の補機を有し、船舶の運航条件に対応して発電機を制御し、船舶の運航条件に対応して補機を駆動させるようにしている。

また、特許文献２に記載された船舶エネルギーシステムでは、複数の補機発電機で発電した電力を船内電力母線により船内電力負荷に供給するようにした船舶エネルギーシステムにおいて、前記船内電力負荷の消費電力を検出する電力検出手段と、前記船内電力母線に接続され、充放電可能に構成された電力貯蔵装置と、を備え、前記補機発電機を常時燃費効率の良い状態で運転させるために、前記消費電力検出手段による消費電力検出値が予め定めた上限設定値以上になった場合、前記電力貯蔵装置を放電モードにすることにより貯蔵されている電力を前記船内電力母線に放電させ、前記消費電力検出手段による消費電力検出値が下限設定値以下になった場合、前記電力貯蔵装置を充電モードにすることによって前記船内電力母線から充電するようにしている。

特開昭５９−６８００号公報特開２０１０−１１６０７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、補機の個数と同じ個数の発電機が必要であり、多数の補機を要する構造物では、設置空間及び重量が増大してしまう。特に、船舶や海上浮体構造物のように設置空間が限られている構造物では現実的ではない。

また、特許文献２に記載された方法では、電力貯蔵装置を使用しているため無駄な電力を貯蓄することができ、補機発電機の出力変動を抑制することができ、燃費効率を向上させることができるものの、電力貯蔵装置の分だけ費用が嵩んでしまう、電力の貯蓄量がなくなってしまった場合には従来と同様の問題が生じてしまう等も問題が生じる。

ところで、従来の構造物では、構造物の運転条件に合わせて補機を駆動することを前提にして、電力をどのように供給又は分配するかという点について検討されているものの、発電機の効率的な運転を考慮して補機をどのように駆動させるかという点についての検討が不十分であった。

本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、発電機の始動台数を抑制することによりエネルギー効率を向上させることができる電力管理方法及び電力管理システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、複数の補機に電力を供給可能な複数の発電機を備えた構造物の電力管理方法において、前記補機のうち始動させようとする始動対象補機の消費電力が、前記発電機のうち稼動中である稼動発電機の出力上限値までの許容電力を超える場合に、前記補機のうち稼動中である稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記始動対象補機を始動させ、前記稼動発電機以外の発電機を始動させないようにした、ことを特徴とする電力管理方法が提供される。

前記補機のうち同時に使用する可能性があり、かつ、同時に使用すると前記許容電力を超える可能性がある補機（以下、「高負荷補機」という。）の組合せを予め設定しておき、前記高負荷補機の一つが稼動中の場合に、他の高負荷補機を始動させないようにインターロックをするようにしてもよい。

前記他の高負荷補機が前記始動対象補機である場合に、前記稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記インターロックを解除して、前記他の高負荷補機を始動させるようにしてもよい。

また、本発明によれば、複数の補機に電力を供給可能な複数の発電機を備えた構造物の電力管理システムにおいて、前記発電機の使用電力量を監視する電力監視部と、前記補機の始動及び停止を制御する補機制御部と、を有し、前記補機制御部は、前記電力監視部の出力値から前記発電機のうち稼動中である稼動発電機の出力上限値までの許容電力を確認し、該許容電力と前記補機のうち始動させようとする始動対象補機の消費電力とを比較し、該消費電力が前記許容電力を超えている場合に、前記補機のうち稼動中である稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記始動対象補機を始動させる、ことを特徴とする電力管理システムが提供される。

前記補機制御部は、前記補機のうち同時に使用する可能性があり、かつ、同時に使用すると前記許容電力を超える可能性がある高負荷補機の組合せが予め設定されており、前記高負荷補機の一つが稼動中の場合に、他の高負荷補機を始動させないようにインターロックをするようにしてもよい。

前記補機制御部は、前記他の高負荷補機が前記始動対象補機である場合に、前記稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記インターロックを解除して、前記他の高負荷補機を始動させるようにしてもよい。

前記高負荷補機の一つは、例えば、常時自動運転される自動運転補機であり、前記他の高負荷補機は、例えば、前記自動運転補機の消費電力以上の消費電力を要する補機である。

前記補機制御部は、前記構造物の総使用電力量が二台以上の前記発電機を必要とする高負荷作業を行う場合に、前記インターロックを解除するようにしてもよい。

前記構造物は船舶であり、前記補機は第一主空気圧縮機及び第二主空気圧縮機を含み、前記第一主空気圧縮機及び前記第二主空気圧縮機は圧縮空気を貯留する主空気槽に接続されており、前記補機制御部は、前記主空気槽の圧力が第一閾値以下となった場合に前記第一主空気圧縮機を始動させ、前記圧力が前記第一閾値よりも低い第二閾値以下となった場合に前記第二主空気圧縮機を始動させ、前記圧力が前記第一閾値よりも高い第三閾値以上となった場合に前記第一主空気圧縮機及び前記第二主空気圧縮機を停止させるように制御するとともに、前記第一主空気圧縮機及び前記第二主空気圧縮機を前記始動対象補機として制御するようにしてもよい。

上述した本発明に係る電力管理方法及び電力管理システムは、発電機の効率的な運転を考慮して補機をどのように駆動させるかという点について鋭意検討した結果、稼動中の補機であっても一時的に停止可能な補機が存在することや同時に使用すると新たな発電機を始動させることが多い補機が存在することを突き止め、かかる知見に基づいて創案されたものである。

上述した本発明に係る電力管理方法及び電力管理システムによれば、始動対象補機の消費電力が稼動発電機の出力上限値までの許容電力を超える場合に、稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記始動対象補機を始動させるようにしたことにより、ピーク電力をカットすることができるとともに、ピーク電力の平準化を図ることができ、稼動発電機以外の発電機を始動させる必要がなく、発電機の始動台数を抑制することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

また、複数の補機のうち同時に使用すると許容電力を超え易い高負荷補機を予め設定しておき、高負荷補機を同時に使用しないようにインターロックをしておくことにより、稼動発電機以外の発電機を始動させる必要がなく、発電機の始動台数を抑制することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る電力管理システムの全体構成図である。第一主空気圧縮機の制御フローを示すチャート図である。第二主空気圧縮機の制御フローを示すチャート図である。第二主空気圧縮機の制御フローの変形例を示すチャート図であり、（ａ）は再始動フロー、（ｂ）は緊急停止フロー、を示している。高負荷補機のインターロック解除フローを示すチャート図である。高負荷作業発生時のインターロック制御フローを示すチャート図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係る電力管理システムの全体構成図である。図２は、第一主空気圧縮機の制御フローを示すチャート図である。図３は、第二主空気圧縮機の制御フローを示すチャート図である。

本発明の実施形態に係る電力管理システム１は、図１に示したように、複数の補機２に電力を供給可能な複数の発電機３を備えた構造物の電力管理システムであって、発電機３の使用電力量を監視する電力監視部４と、補機２の始動及び停止を制御する補機制御部５と、を有し、補機制御部５は、電力監視部４の出力値から発電機３のうち稼動中である稼動発電機３ａ（例えば、第一発電機３１）の出力上限値までの許容電力ΔＰを確認し、許容電力ΔＰと補機２のうち始動させようとする始動対象補機２ａ（例えば、第一主空気圧縮機２１）の消費電力Ｗとを比較し、消費電力Ｗが許容電力ΔＰを超えている場合に、補機２のうち稼動中である稼動補機２ｂ（例えば、第一空調用圧縮機２３等）を停止して、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きくなった後、始動対象補機２ａを始動させるように制御を行う。

前記構造物は、例えば、船舶、海上浮体構造物、車両、航空機、プラント、発電設備、各種工場等の構造物であるが、図１に示した電力管理システム１は、船舶に使用されるものである。図１に示したように、電力管理システム１は、例えば、第一主空気圧縮機２１、第二主空気圧縮機２２、第一空調用圧縮機２３、第二空調用圧縮機２４、消防・雑用ポンプ２５，２６、その他の圧縮機２７、その他のポンプ２８、その他のファン２９等の複数の補機２を有する。これらの補機２は、船内に配置された配電盤６に接続されている。なお、上述した補機２（２１〜２９）は単なる例示であり、図示したものに限定されるものではない。

配電盤６には、例えば、三台の発電機３（第一発電機３１、第二発電機３２、第三発電機３３）が接続されている。これらの発電機３により生成された電力は、配電盤６を介して補機２に供給され、補機２が駆動される。なお、発電機３の台数は三台に限定されるものではなく、二台以下であってもよいし、四台以上であってもよい。また、配電盤６は、電力監視部４や補機制御部５を備えた制御部７を有している。電力監視部４は、発電機３の使用電力量を監視する。補機制御部５は、発電機３の使用電力量に基づいて補機２の始動及び停止を制御することができるように構成されている。

また、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２は、圧縮空気を貯留する主空気槽８に接続されている。主空気槽８は、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２により生成された圧縮空気を一定の圧力で貯留する。主空気槽８に蓄えられた圧縮空気は、船内において、エンジン始動、スートブロー、消火活動、清掃活動、空調等、種々の用途に用いられる。ここで、スートブロー（Soot Blow）とは、排管内の煤を吹き飛ばす作業であり、一般的には一日に二回程度の頻度で行われる。スートブロー時には、多量の圧縮空気を使用することが多い。また、主空気槽８には、圧力計８１が接続されており、主空気槽８の圧力（内圧）を計測できるように構成されている。圧力計８１の計測値は、制御部７に送信される。

ここで、補機制御部５による第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２の制御フローについて、図２及び図３を用いて説明する。図２に示した第一主空気圧縮機２１のチャート図は、説明の便宜上、第二主空気圧縮機２２を始動させずに、第一主空気圧縮機２１を始動させ、第一主空気圧縮機２１を停止させる場合を示している。

図２に示したように、補機制御部５は、まず、「主空気槽８の圧力が２．０ＭＰａ以下か否か」を確認する（ＳＰ１０１）。主空気槽８の圧力が２．０ＭＰａを超えている場合（Ｎｏ）には、主空気槽８の圧力は正常である又は十分に圧縮空気が貯留されているものとして現状の状態を維持する。一方、主空気槽８の圧力が２．０ＭＰａ以下の場合（Ｙｅｓ）には、主空気槽８の圧力が異常である又は圧縮空気が不足しているものとして、第一主空気圧縮機２１を始動させようとする。すなわち、第一主空気圧縮機２１は始動対象補機２ａとして認識される。なお、第一主空気圧縮機２１の消費電力Ｗは９０ｋＷであるものとする。

次に、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ１０２）。いま、稼動発電機３ａは、第一発電機３１のみであり、第一発電機３１の定格出力は１１００ｋＷであるものとする。第一発電機３１の負荷率は、例えば、９０％であり、出力上限値は１１００ｋＷ×０．９＝９９０ｋＷとして求めることができる。第一主空気圧縮機２１の消費電力Ｗは９０ｋＷであることから、第一発電機３１のみで第一主空気圧縮機２１を始動させるためには、少なくも９０ｋＷの許容電力ΔＰが必要である。許容電力ΔＰは、出力上限値から使用電力を差し引くことにより容易に求めることができる。したがって、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きい場合（例えば、許容電力ΔＰが９０ｋＷより大きい場合）に第一発電機３１のみで第一主空気圧縮機２１を始動させることができる。また、換言すれば、第一発電機３１の使用電力が９９０ｋＷ−９０ｋＷ＝９００ｋＷ以下であれば、第一発電機３１のみで第一主空気圧縮機２１を始動させることができる。

そして、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下の場合（Ｙｅｓ）には、第一主空気圧縮機２１を始動させる（ＳＰ１０３）。このとき、稼動発電機３ａである第一発電機３１以外の発電機３（第二発電機３２及び第三発電機３３）を始動させる必要はない。

その後、補機制御部５は、「主空気槽８の圧力が２．５ＭＰａ以上か否か」を確認する（ＳＰ１０４）。主空気槽８の圧力が２．５ＭＰａ未満の場合（Ｎｏ）には、まだ十分に圧縮空気が貯留されていないものとして、第一主空気圧縮機２１の駆動を維持する。

そして、主空気槽８の圧力が２．５ＭＰａ以上である場合（Ｙｅｓ）には、主空気槽８の圧力は正常である又は十分に圧縮空気が貯留されているものとして第一主空気圧縮機２１を停止させる（ＳＰ１０５）。以後、補機制御部５は、主空気槽８の圧力の監視モードに移行し、主空気槽８の圧力に応じてステップＳＰ１０１〜ＳＰ１０５を繰り返す。したがって、第一主空気圧縮機２１は常時自動運転されている状態になっている。

また、補機制御部５は、ステップＳＰ１０２において、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、稼動発電機３ａのみで第一主空気圧縮機２１を始動させることができないため、稼動補機２ｂ（例えば、第一空調用圧縮機２３）の停止を行う（ＳＰ１０６）。このとき、どの稼動補機２ｂを停止させるかは任意であるが、船舶の運航条件、時間帯、天候等を考慮して、停止可能な稼動補機２ｂを選択できるように設定しておいてもよいし、特定の稼動補機２ｂを停止するように設定しておいてもよい。また、停止可能な稼動補機２ｂが複数存在する場合には、消費電力の最も大きいものを停止させるようにすると効果的である。

続いて、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ１０７）。このステップＳＰ１０７では、第一発電機３１のみで第一主空気圧縮機２１を始動させることができるか否かの確認を行っている。

さらに、補機制御部５は、ステップＳＰ１０７において、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、許容電力ΔＰを増やすために、「停止可能な稼動補機２ｂがあるか否か」の確認を行う（ＳＰ１０８）。停止可能な稼動補機２ｂがある場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＰ１０６に戻り、稼動補機２ｂ（例えば、第二空調用圧縮機２４）の停止を行う。以後、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下となるまで、ステップＳＰ１０６〜ＳＰ１０８を繰り返す。複数の稼動補機２ｂを停止させる場合には、消費電力の大きいものから順に停止させるようにすると効果的である。

また、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷを超えた状態で、停止可能な稼動補機２ｂがなくなった場合には、稼動発電機３ａのみで第一主空気圧縮機２１を始動させることができないため、本制御フローを終了する。本制御フローを終了した後は、例えば、第二発電機３２を始動させて電力を確保するようにすればよい。

図３に示した第二主空気圧縮機２２のチャート図は、説明の便宜上、第一主空気圧縮機２１を始動させた状態（図２のステップＳＰ１０３以降の状態）で、第二主空気圧縮機２２を始動させ、第二主空気圧縮機２２を停止させる場合を示している。

図３に示したように、補機制御部５は、「主空気槽８の圧力が１．８ＭＰａ以上か否か」を確認する（ＳＰ２０１）。主空気槽８の圧力が１．８ＭＰａ以上の場合（Ｙｅｓ）には、主空気槽８の圧力は正常である又は圧縮空気が十分であるものとして現状の状態（第一主空気圧縮機２１を駆動させた状態）を維持する。一方、主空気槽８の圧力が１．８ＭＰａ未満の場合（Ｎｏ）には、主空気槽８の圧力が異常である又は圧縮空気が不足しているものとして、第二主空気圧縮機２２を始動させようとする。すなわち、第二主空気圧縮機２２は始動対象補機２ａとして認識される。なお、第二主空気圧縮機２２の消費電力Ｗは９０ｋＷであるものとする。

次に、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ２０２）。いま、稼動発電機３ａは、第一発電機３１のみであるから、ステップＳＰ１０２の説明と同様に、許容電力ΔＰが消費電力Ｗ（９０ｋＷ）よりも大きい場合に第一発電機３１のみで第二主空気圧縮機２２を始動させることができる。

そして、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下の場合（Ｙｅｓ）には、第二主空気圧縮機２２を始動させる（ＳＰ２０３）。このとき、稼動発電機３ａである第一発電機３１以外の発電機３（第二発電機３２及び第三発電機３３）を始動させる必要はない。

その後、補機制御部５は、「主空気槽８の圧力が２．５ＭＰａ以上か否か」を確認する（ＳＰ２０４）。主空気槽８の圧力が２．５ＭＰａ未満の場合（Ｎｏ）には、まだ十分に圧縮空気が貯留されていないものとして、第二主空気圧縮機２２の駆動を維持する。

そして、主空気槽８の圧力が２．５ＭＰａ以上である場合（Ｙｅｓ）には、主空気槽８の圧力は正常である又は十分に圧縮空気が貯留されているものとして第二主空気圧縮機２２を停止させる（ＳＰ２０５）。以後、補機制御部５は、主空気槽８の圧力の監視モードに移行し、主空気槽８の圧力に応じてステップＳＰ２０１〜ＳＰ２０５を繰り返す。したがって、第二主空気圧縮機２２は、第一主空気圧縮機２１と同様に、常時自動運転されている状態になっている。

また、補機制御部５は、ステップＳＰ２０２において、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、稼動発電機３ａのみで第二主空気圧縮機２２を始動させることができないため、稼動補機２ｂの停止を行う（ＳＰ２０６）。停止させる稼動補機２ｂの設定や選択については、ステップＳＰ１０６の場合と同様である。

続いて、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ２０７）。このステップＳＰ２０７では、第一発電機３１のみで第二主空気圧縮機２２を始動させることができるか否かの確認を行っている。

さらに、補機制御部５は、ステップＳＰ２０７において、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、許容電力ΔＰを増やすために、「停止可能な稼動補機２ｂがあるか否か」の確認を行う（ＳＰ２０８）。停止可能な稼動補機２ｂがある場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＰ２０６に戻り、稼動補機２ｂの停止を行う。以後、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷ以下となるまで、ステップＳＰ２０６〜ＳＰ２０８を繰り返す。

また、稼動発電機３ａの使用電力が９００ｋＷを超えた状態で、停止可能な稼動補機２ｂがなくなった場合には、稼動発電機３ａのみで第二主空気圧縮機２２を始動させることができないため、本制御フローを終了する。本制御フローを終了した後は、例えば、第二発電機３２を始動させて電力を確保するようにすればよい。

図２及び図３に示した制御フローは、補機２のうち始動させようとする始動対象補機２ａ（例えば、第一主空気圧縮機２１、第二主空気圧縮機２２）の消費電力Ｗ（例えば、９０ｋＷ）が、発電機３のうち稼動中である稼動発電機３ａ（例えば、第一発電機３１）の出力上限値（例えば、９９０ｋＷ）までの許容電力ΔＰを超える場合に、補機２のうち稼動中である稼動補機２ｂ（例えば、第一空調用圧縮機２３、第二空調用圧縮機２４）を停止して、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きくなった後、始動対象補機２ａを始動させ、稼動発電機３ａ以外の発電機３（例えば、第二発電機３２、第三発電機３３）を始動させないようにした電力管理方法を実現可能とするものである。

上述した本実施形態に係る電力管理システム１及び電力管理方法によれば、始動対象補機２ａの消費電力Ｗが稼動発電機３ａの出力上限値までの許容電力ΔＰを超える場合に、稼動補機２ｂを停止して、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きくなった後、始動対象補機２ａを始動させるようにしたことにより、ピーク電力をカットすることができるとともに、ピーク電力の平準化を図ることができ、稼動発電機３ａ以外の発電機３を始動させる必要がなく、発電機３の始動台数を抑制することができ、エネルギー効率を向上させることができる。

また、上述した実施形態では、構造物は船舶であり、補機２は第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を含み、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２は圧縮空気を貯留する主空気槽８に接続されており、補機制御部５は、主空気槽８の圧力が第一閾値（例えば、２．０ＭＰａ）以下となった場合に第一主空気圧縮機２１を始動させ、主空気槽８の圧力が第一閾値よりも低い第二閾値（例えば、１．８ＭＰａ）以下となった場合に第二主空気圧縮機２２を始動させ、主空気槽８の圧力が第一閾値よりも高い第三閾値（例えば、２．５ＭＰａ）以上となった場合に第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を停止させるように制御するとともに、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を始動対象補機２ａとして制御するものであるといえる。

第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２は、消費電力Ｗが９０ｋＷ程度であり、補機２の中でも消費電力Ｗが大きな方に分類される。したがって、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を始動させる際には、使用電力量の変動が大きい。特に、両者を同時に使用する場合には、稼動発電機３ａのみでは電力が不足することも想定され得る。さらに、使用頻度の比較的高いスートブロー時には、圧縮空気を大量に使用するため、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を同時に使用する可能性が高い。そこで、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２の制御に、本実施形態に係る電力管理システム１及び電力管理方法を適用することにより、稼動発電機３ａ以外の発電機３を始動させることなく第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を始動させることができ、発電機３の始動台数を抑制することができ、エネルギー効率を効果的に向上させることができる。

なお、上述した第一閾値〜第三閾値の数値は、単なる一例であり、主空気槽８の容量や第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２の容量等の条件によって変更されるものであり、かかる数値に限定されるものではない。

次に、図３に示した第二主空気圧縮機２２の制御フローの変形例について説明する。ここで、図４は、第二主空気圧縮機の制御フローの変形例を示すチャート図であり、（ａ）は再始動フロー、（ｂ）は緊急停止フロー、を示している。

図４（ａ）に示した再始動フローは、ステップＳＰ２０６において停止した稼動補機２ｂを再始動させるためのフローである。すなわち、かかる変形例は、ステップＳＰ２０３において第二主空気圧縮機２２を始動させた後であっても、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰに余裕がある場合には、停止した稼動補機２ｂを再始動させようとするものである。

まず、図３に示したステップＳＰ２０３において、第二主空気圧縮機２２を始動させた状態、すなわち、第一主空気圧縮機２１と第二主空気圧縮機２２の両方を駆動させた状態から開始する。また、説明の便宜上、ステップＳＰ２０６において停止した稼動補機２ｂは、第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４であるものとする。なお、第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４の消費電力Ｗは３０ｋＷであるものとする。

図４（ａ）に示したように、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９６０ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ３０１）。上述したように、稼動発電機３ａの出力上限値は９９０ｋＷである。また、第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４の消費電力Ｗは３０ｋＷであることから、第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３又は第二空調用圧縮機２４を始動させるためには、少なくも３０ｋＷの許容電力ΔＰが必要である。したがって、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きい場合（例えば、許容電力ΔＰが３０ｋＷより大きい場合）に第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３又は第二空調用圧縮機２４を始動させることができる。また、換言すれば、第一発電機３１の使用電力が９９０ｋＷ−３０ｋＷ＝９６０ｋＷ以下であれば、第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３又は第二空調用圧縮機２４を始動させることができる。

そして、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９６０ｋＷ以下の場合（Ｙｅｓ）には、例えば、第一空調用圧縮機２３を始動させる（ＳＰ３０２）。このとき、稼動発電機３ａである第一発電機３１以外の発電機３（第二発電機３２及び第三発電機３３）を始動させる必要はない。また、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９６０ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、許容電力ΔＰが不十分であるとして、停止した稼動補機２ｂの再始動を控える。

さらに、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９６０ｋＷ以下か否か」を確認し（ＳＰ３０３）、稼動発電機３ａの使用電力が９６０ｋＷ以下の場合（Ｙｅｓ）には、例えば、第二空調用圧縮機２４を始動させる（ＳＰ３０４）。また、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９６０ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、許容電力ΔＰが不十分であるとして、停止した稼動補機２ｂの再始動を控える。

なお、停止した稼動補機２ｂがさらに存在する場合には、上述したステップＳＰ３０１〜ＳＰ３０４と同様のステップを繰り返すようにすればよい。

このように、図４（ａ）に示した再始動フローによれば、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰに余裕がある場合には、停止した稼動補機２ｂを再始動させることができ、無駄な電力や燃料を抑制することができ、効率的な電力管理を行うことができる。

また、図４（ｂ）に示した緊急停止フローは、例えば、ステップＳＰ２０６において停止した稼動補機２ｂを緊急始動させたい場合に、第二主空気圧縮機２２を一時的に停止させるためのフローである。緊急始動指令を受ける補機２は、第二主空気圧縮機２２を始動させるために停止した稼動補機２ｂ（例えば、第一空調用圧縮機２３、第二空調用圧縮機２４）に限定されるものではなく、今まで停止していた他の補機２（例えば、その他の圧縮機２７、その他のポンプ２８、その他のファン２９等）であってもよい。

まず、図３に示したステップＳＰ２０３において、第二主空気圧縮機２２を始動させた状態、すなわち、第一主空気圧縮機２１と第二主空気圧縮機２２の両方を駆動させた状態から開始する。

図４（ｂ）に示したように、ある補機２に強制始動指令が発せられたものとする（ＳＰ４０１）。いま、強制始動指令が発せられた補機２は、第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４であるものとする。ここで、強制始動指令は、船舶の運航条件から必然的に発せられるものであってもよいし、一定時間（例えば、数分〜数十分）経過したら自動的に発せられるものであってもよい。

次に、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が９３０ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ４０２）。上述したように、稼動発電機３ａの出力上限値は９９０ｋＷである。また、第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４の消費電力Ｗは３０ｋＷであることから、第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４を始動させるためには、少なくも６０ｋＷの許容電力ΔＰが必要である。したがって、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きい場合（例えば、許容電力ΔＰが６０ｋＷより大きい場合）に第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４を始動させることができる。また、換言すれば、第一発電機３１の使用電力が９９０ｋＷ−６０ｋＷ＝９３０ｋＷ以下であれば、第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４の両方を始動させることができる。

そして、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９３０ｋＷ以下の場合（Ｙｅｓ）には、第一空調用圧縮機２３を始動させ（ＳＰ４０３）、続いて、第二空調用圧縮機２４を始動させる（ＳＰ４０４）。このとき、稼動発電機３ａである第一発電機３１以外の発電機３（第二発電機３２及び第三発電機３３）を始動させる必要はない。

また、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が９３０ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、許容電力ΔＰが不十分であるとして、第二主空気圧縮機２２を停止させる（ＳＰ４０５）。いま、第二主空気圧縮機２２の消費電力Ｗは９０ｋＷであり、第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４の消費電力Ｗの合計である６０ｋＷよりも大きいことから、ステップＳＰ４０２において、必然的に稼動発電機３ａの使用電力が９３０ｋＷ以下となるため、第一発電機３１のみで第一空調用圧縮機２３及び第二空調用圧縮機２４の両方を始動させることができる。

なお、強制始動指令が発せられた補機２の種類や台数によっては、第二主空気圧縮機２２を停止させただけでは許容電力ΔＰが不十分な場合もあり得る。その場合には、補機制御部５は、他の稼動補機２ｂを停止させるように制御してもよい。

このように、図４（ｂ）に示した緊急停止フローによれば、必要に応じて稼動発電機３ａの出力上限値の範囲内において、始動させる補機２を柔軟に選択又は変更することができ、運航条件に影響を与えることなく、効率的な電力管理を行うことができる。

次に、インターロック制御を行う場合について説明する。ここで、図５は、高負荷補機のインターロック解除フローを示すチャート図である。図６は、高負荷作業発生時のインターロック制御フローを示すチャート図である。

発電機３の効率的な運転を考慮して補機２をどのように駆動させるかという点について鋭意検討した結果、同時に使用すると新たな発電機３を始動させることが多い補機２が存在するとの知見が得られた。例えば、船舶の場合には、主空気圧縮機（第一主空気圧縮機２１又は第二主空気圧縮機２２）と消防・雑用ポンプ２５，２６を同時に使用した場合、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を同時に使用した場合、消防・雑用ポンプ２５，２６を同時に使用した場合には、稼動発電機３ａの使用電力が高くなり易いとの知見が得られた。

これは、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２の消費電力が９０ｋＷ、消防・雑用ポンプ２５，２６の消費電力が１１０ｋＷと、消費電力が補機２の中でも大きな方に分類される。また、これらの補機２は、同時に使用する可能性も比較的高い方である。そこで、主空気圧縮機（第一主空気圧縮機２１又は第二主空気圧縮機２２）と消防・雑用ポンプ２５，２６を同時に使用しない、第一主空気圧縮機２１及び第二主空気圧縮機２２を同時に使用しない、消防・雑用ポンプ２５，２６を同時に使用しないという条件をインターロックの制御条件として使用する。

すなわち、補機２のうち同時に使用する可能性があり、かつ、同時に使用すると許容電力ΔＰを超える可能性がある高負荷補機２ｃ（例えば、第一主空気圧縮機２１、第二主空気圧縮機２２、消防・雑用ポンプ２５，２６）の組合せを予め設定しておき、高負荷補機２ｃの一つが稼動中の場合に、他の高負荷補機２ｃを始動させないようにインターロックをする。かかる制御は補機制御部５が行う。

ここで、高負荷補機２ｃは、構造物の種類や運転条件等によって変更されるものであるが、例えば、高負荷補機２ｃの一つは、常時自動運転される自動運転補機（例えば、第一主空気圧縮機２１、第二主空気圧縮機２２）であり、他の高負荷補機２ｃは、自動運転補機の消費電力以上の消費電力を要する補機２（例えば、消防・雑用ポンプ２５，２６）である。このように、常時自動運転される自動運転補機（例えば、第一主空気圧縮機２１、第二主空気圧縮機２２）を基準とすることにより、使用頻度の少ない又は使用時期を選ばない用途（例えば、甲板洗浄、消火訓練等）に使用する高負荷補機２ｃにインターロックをすることができ、消費電力の増大を抑制することができる。

なお、自動運転補機（例えば、第一主空気圧縮機２１、第二主空気圧縮機２２）は常時自動運転されるが、全ての自動運転補機が停止している状態も存在することから、その時間帯に他の高負荷補機２ｃ（例えば、消防・雑用ポンプ２５，２６）を使用するようにすればよい。

次に、高負荷補機２ｃが始動対象補機２ａである場合について説明する。図５に示したように、高負荷補機２ｃに始動指令が発せられたものとする（ＳＰ５０１）。高負荷補機２ｃが始動対象補機２ａとなる場合には、高負荷補機２ｃにインターロック制御の対象となっている場合がある。図示した制御フローは、インターロック制御の対象となっている高負荷補機２ｃが始動対象補機２ａであっても、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰに余裕がある場合には、インターロック制御を解除しようとするものである。

次に、始動対象補機２ａである高負荷補機２ｃが「インターロックがされているか否か」を確認する（ＳＰ５０２）。高負荷補機２ｃがインターロックをされていない場合（Ｎｏ）には、始動対象補機２ａである高負荷補機２ｃを始動させる（ＳＰ５０３）。高負荷補機２ｃがインターロックをされていない場合には、他の高負荷補機２ｃが駆動されていない状態であり、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰに余裕があるものと想定される。したがって、高負荷補機２ｃを始動させても、稼動発電機３ａ以外の発電機３を始動させる必要がない。勿論、高負荷補機２ｃを始動させる（ＳＰ５０３）前に、高負荷補機２ｃの消費電力Ｗが稼動発電機３ａの許容電力ΔＰを超えていないか否か確認するようにしてもよい。

また、高負荷補機２ｃがインターロックをされている場合（Ｙｅｓ）には、稼動補機２ｂの停止を行う（ＳＰ５０４）。高負荷補機２ｃがインターロックをされている場合には、他の高負荷補機２ｃが駆動されている状態であり、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰに余裕がない状態である。したがって、そのままでは、稼動発電機３ａ以外の発電機３を始動させずに高負荷補機２ｃを始動させることはできない。そこで、他の稼動補機２ｂを停止させることにより、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰが高負荷補機２ｃの消費電力Ｗよりも大きくなるように制御する。

次に、補機制御部５は、「稼動発電機３ａの使用電力が８８０ｋＷ以下か否か」を確認する（ＳＰ５０５）。上述したように、稼動発電機３ａの出力上限値は９９０ｋＷである。また、高負荷補機２ｃ（例えば、消防・雑用ポンプ２５）の消費電力Ｗは１１０ｋＷであることから、第一発電機３１のみで消防・雑用ポンプ２５を始動させるためには、少なくも１１０ｋＷの許容電力ΔＰが必要である。換言すれば、第一発電機３１の使用電力が９９０ｋＷ−１１０ｋＷ＝８８０ｋＷ以下であれば、第一発電機３１のみで消防・雑用ポンプ２５を始動させることができる。

そして、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が８８０ｋＷ以下の場合（Ｙｅｓ）には、高負荷補機２ｃのインターロックを解除し（ＳＰ５０７）、高負荷補機２ｃを始動させる（ＳＰ５０３）。

また、補機制御部５は、稼動発電機３ａの使用電力が８８０ｋＷを超えている場合（Ｎｏ）には、許容電力ΔＰを増やすために、「停止可能な稼動補機２ｂがあるか否か」の確認を行う（ＳＰ５０６）。停止可能な稼動補機２ｂがある場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＰ５０４に戻り、稼動補機２ｂの停止を行う。以後、稼動発電機３ａの使用電力が８８０ｋＷ以下となるまで、ステップＳＰ５０４〜ＳＰ５０６を繰り返す。

また、稼動発電機３ａの使用電力が８８０ｋＷを超えた状態で、停止可能な稼動補機２ｂがなくなった場合には、稼動発電機３ａのみで高負荷補機２ｃを始動させることができないため、本制御フローを終了する。本制御フローを終了した後は、例えば、第二発電機３２を始動させて電力を確保するようにすればよい。

図５に示した制御フローは、他の高負荷補機２ｃが始動対象補機２ａである場合に、稼動補機２ｂを停止して、許容電力ΔＰが消費電力Ｗよりも大きくなった後、インターロックを解除して、他の高負荷補機２ｃを始動させるものである。かかる電力管理方法によれば、インターロック制御の対象となっている高負荷補機２ｃが始動対象補機２ａであっても、稼動発電機３ａの許容電力ΔＰに余裕を作ることができ、インターロック制御を解除して高負荷補機２ｃを始動させることができ、電力管理システム１の弾力的な運用を行うことができる。

ところで、船舶の運航条件においては、二台以上の発電機３を使用することを前提とする高負荷作業がある。高負荷作業には、例えば、不活性ガス充填作業（I.G. topping up）、バラスト交換作業（Ballast exchange）、出入港作業、荷役作業、狭水道通過作業等がある。不活性ガス充填作業は、タンク内のガス密度を維持する作業である。バラスト交換作業は、バラスト水を交換する作業である。出入港作業は、アンカーや係船ロープ等を使用して出港又は入港する作業である。荷役作業はタンカー等のタンクから油等の運搬物を陸側に排出する作業である。狭水道通過作業は、衝突、座礁、海賊の襲来等の緊急時に備えて瞬時に対応できるように準備しながら狭水道を通過する作業である。

これらの高負荷作業では、構造物（例えば、船舶）の総使用電力量が二台以上の発電機３を必要とすることから、稼動発電機３ａ（例えば、第一発電機３１及び第二発電機３２）の許容電力ΔＰに十分な余裕が生じている。したがって、上述した高負荷補機２ｃのインターロック制御を解除しても、三台目の発電機３（第三発電機３３）を始動させることなく、高負荷補機２ｃを同時に使用することができる。

そこで、図６に示した制御フローでは、構造物の総使用電力量が二台以上の発電機３を必要とする高負荷作業を行う場合に、高負荷補機２ｃのインターロックを解除するようにしている。

まず、高負荷作業が発生したものとする（ＳＰ６０１）。次に、補機制御部５は、「稼動発電機３ａが二台以上であるか否か」の確認を行う（ＳＰ６０２）。これは、発電機３の始動には、一定の時間を要するためである。そして、稼動発電機３ａが二台以上でない場合（Ｎｏ）には、現状を維持し、高負荷補機２ｃのインターロックを解除しないようにする。また、稼動発電機３ａが二台以上である場合（Ｙｅｓ）には、補機制御部５は、高負荷補機２ｃのインターロックを解除する（ＳＰ６０３）。

続いて、高負荷作業が終了したものとする（ＳＰ６０４）。この場合、稼動発電機３ａの一台が停止され、いずれ稼動発電機３ａに変更される。そこで、高負荷作業が終了した時点で、速やかにインターロック制御を開始することが好ましい（ＳＰ６０５）。早めにインターロック制御に切り替えることにより、意図しない発電機３の始動を抑制することができる。勿論、稼動発電機３ａが一台であるか否かの確認を行ってから、インターロック制御を開始するようにしてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、船舶以外の海上浮体構造物、車両、航空機、プラント、発電設備、各種工場等の構造物にも適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１電力管理システム
２補機
２ａ始動対象補機
２ｂ稼動補機
２ｃ高負荷補機
３発電機
３ａ稼動発電機
４電力監視部
５補機制御部
８主空気槽
２１第一主空気圧縮機
２２第二主空気圧縮機

Claims

複数の補機に電力を供給可能な複数の発電機を備えた構造物の電力管理方法において、
前記補機のうち始動させようとする始動対象補機の消費電力が、前記発電機のうち稼動中である稼動発電機の出力上限値までの許容電力を超える場合に、前記補機のうち稼動中である稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記始動対象補機を始動させ、前記稼動発電機以外の発電機を始動させないようにした、ことを特徴とする電力管理方法。
前記補機のうち同時に使用する可能性があり、かつ、同時に使用すると前記許容電力を超える可能性がある高負荷補機の組合せを予め設定しておき、前記高負荷補機の一つが稼動中の場合に、他の高負荷補機を始動させないようにインターロックをする、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理方法。
前記他の高負荷補機が前記始動対象補機である場合に、前記稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記インターロックを解除して、前記他の高負荷補機を始動させる、ことを特徴とする請求項２に記載の電力管理方法。
複数の補機に電力を供給可能な複数の発電機を備えた構造物の電力管理システムにおいて、
前記発電機の使用電力量を監視する電力監視部と、前記補機の始動及び停止を制御する補機制御部と、を有し、
前記補機制御部は、前記電力監視部の出力値から前記発電機のうち稼動中である稼動発電機の出力上限値までの許容電力を確認し、該許容電力と前記補機のうち始動させようとする始動対象補機の消費電力とを比較し、該消費電力が前記許容電力を超えている場合に、前記補機のうち稼動中である稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記始動対象補機を始動させる、ことを特徴とする電力管理システム。
前記補機制御部は、前記補機のうち同時に使用する可能性があり、かつ、同時に使用すると前記許容電力を超える可能性がある高負荷補機の組合せが予め設定されており、前記高負荷補機の一つが稼動中の場合に、他の高負荷補機を始動させないようにインターロックをする、ことを特徴とする請求項４に記載の電力管理システム。
前記補機制御部は、前記他の高負荷補機が前記始動対象補機である場合に、前記稼動補機を停止して、前記許容電力が前記消費電力よりも大きくなった後、前記インターロックを解除して、前記他の高負荷補機を始動させる、ことを特徴とする請求項５に記載の電力管理システム。
前記高負荷補機の一つは、常時自動運転される自動運転補機であり、前記他の高負荷補機は、前記自動運転補機の消費電力以上の消費電力を要する補機である、ことを特徴とする請求項５に記載の電力管理システム。
前記補機制御部は、前記構造物の総使用電力量が二台以上の前記発電機を必要とする高負荷作業を行う場合に、前記インターロックを解除する、ことを特徴とする請求項５に記載の電力管理システム。
前記構造物は船舶であり、前記補機は第一主空気圧縮機及び第二主空気圧縮機を含み、前記第一主空気圧縮機及び前記第二主空気圧縮機は圧縮空気を貯留する主空気槽に接続されており、前記補機制御部は、前記主空気槽の圧力が第一閾値以下となった場合に前記第一主空気圧縮機を始動させ、前記圧力が前記第一閾値よりも低い第二閾値以下となった場合に前記第二主空気圧縮機を始動させ、前記圧力が前記第一閾値よりも高い第三閾値以上となった場合に前記第一主空気圧縮機及び前記第二主空気圧縮機を停止させるように制御するとともに、前記第一主空気圧縮機及び前記第二主空気圧縮機を前記始動対象補機として制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の電力管理システム。