JP5127974B1 - 船舶 - Google Patents

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Abstract

【課題】接岸時のみならず、航行時においても船舶全体で必要となる化石燃料等によるエネルギー総量を抑え、省エネ化を実現した船舶を提供する。
【解決手段】船舶１が給電線網３及び信号線網４をグループに分けて構築した複数のサブシステムを有しており、サブシステムが、船橋の機器に対応する船橋系サブシステム１０ａと、機関室の推進機器に対応する推進系サブシステム１０ｂと、甲板に設置した機器に対応する甲板系サブシステム１０ｃと、バラストを行う機器及び船倉に設置した機器に対応するバラストカーゴ系サブシステム１０ｄと、通信機器に対応する情報処理系サブシステム１０ｅの少なくとも２つから構成され、それぞれ蓄電池５及びスマートメータ６を有し且つそれぞれマイクログリッド監視制御システム２に連結されており、マイクログリッド監視制御システム２が、複数のサブシステムの消費電力量を検知し、サブシステム間で電力の授受を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、省エネ化及び燃料消費量を抑制した船舶に関するものである。
従来、ばら積み船やタンカー等の船舶は、推進力を得るための大型ディーゼルエンジン（主機）と、船内電源等の発電を行う発電機としての中型ディーゼルエンジン（補機）を有している。近年、これらの船舶は、化石燃料の高騰や排気ガス規制等の問題から省エネ化、及び燃料消費量の抑制が要求されている。例えば、船舶が岸壁に接岸して荷役作業を行う際、港湾で荷役作業を行うクレーン等の回生エネルギーを、船舶の船内電力として供給する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。この構成により、船舶は、接岸時における発電機等の燃料消費量を抑制することができる。
また、船舶が、陸電送給設備から船舶上に設置した陸電受給設備を介して、船内電力として電気を取り込む方法も開示されている（例えば特許文献２参照）。この場合、船舶は、接岸時におけるすべての電力をこの設備で賄うことができる。
しかしながら、上記の船舶は、航行時には従来と同様のエネルギー（化石燃料等）が必要となるという問題を有している。つまり、船舶の洋上における排気ガスの排出量や化石燃料の消費量等は、改善されていない。
特開２０１０−１１５００９号公報 特開２００９−６７３０２号公報
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、接岸時のみならず、航行時においても船舶全体で必要となる化石燃料等によるエネルギー総量を抑え、省エネ化を実現した船舶を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る船舶は、船舶において、前記船舶が給電線網及び情報伝達のための信号線網を複数のグループに分けて構築した複数のサブシステムを有しており、前記複数のサブシステムが、船橋の機器に対応する船橋系サブシステムと、機関室の推進機器に対応する推進系サブシステムと、甲板に設置した機器に対応する甲板系サブシステムと、バラストを行う機器及び船倉に設置した機器に対応するバラストカーゴ系サブシステムと、通信機器に対応する情報処理系サブシステムの少なくとも２つから構成され、前記複数のサブシステムが、それぞれ蓄電池及びスマートメータを有し且つそれぞれマイクログリッド監視制御システムに連結されており、前記マイクログリッド監視制御システムが、複数の前記サブシステムの消費電力量を検知し、前記サブシステム間で電力の授受を制御する構成を有することを特徴とする。
この構成により、各サブシステム間における電力の需給ギャップを埋め、消費電力量を平準化することができる。このため、船舶全体として消費電力量を抑制し、省エネ化を実現することができる。
上記の船舶において、前記マイクログリッド監視制御システムに、発電装置を接続したことを特徴とする。この構成により、発電装置の多角化及び分散型電源を実現することができる。そのため、例えば事故等により電源喪失のリスクを分散することができる。
上記の船舶において、前記発電装置が、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池、ディーゼル発電機、パワータービン発電機、ターボ発電機、又は軸発電機の少なくとも１つであることを特徴とする。この構成により、電源喪失のリスクを更に抑制することができる。これは、発電装置で発電した電気を、各サブシステムに設置した蓄電池に蓄電することができるためである。
上記の船舶において、前記船舶が岸壁に接岸している場合、前記マイクログリッド監視制御システムが、前記岸壁に設置された陸電送給設備から船舶上に設置した陸電受給設備を介して電力の供給を受け、前記蓄電池に送電する構成を有することを特徴とする。この構成により、船舶が岸壁に接岸している際に、各サブシステムの蓄電池を充電することができ、船舶の化石燃料等の使用量を抑制することができる。
上記の船舶において、前記推進系サブシステム又は前記甲板系サブシステムが、機器を動作する電動油圧アクチュエータと、前記電動油圧アクチュエータに電力を供給する電線を有していることを特徴とする。この構成により、従来の油圧機器、油圧配管、及び油圧配管工事が不要となる。また、電動油圧アクチュエータは、油圧ポンプのように常時可動とする必要がない。更に、この電動油圧アクチュエータは、可動するときに電動機が回り、可動しないときには電動機が止まっているため、従来の油圧機器に比べ消費エネルギーを抑制することができる。
上記の船舶において、前記船舶が、前記発電装置、前記蓄電池及びモータで構成した主機を有する電気推進船であることを特徴とする。この構成により、化石燃料を使用しない船舶の航行が可能となる。これは、各種発電装置を自由に組み合わせて採用することが可能となるためである。
本発明に係る船舶によれば、接岸時のみならず、航行時においても船舶全体で消費される化石燃料等によるエネルギー総量を抑え、省エネ化を実現した船舶を提供することができる。
本発明に係る実施の形態の船舶の概念を示した図である。
以下、本発明に係る実施の形態の船舶について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の船舶１の概念を示す。船舶１は、マイクログリッド監視制御システム（以下、制御システムという）２と、船橋の機器８に対応する船橋系サブシステム１０ａと、機関室の推進等のための機器８に対応する推進系サブシステム１０ｂと、甲板に設置した機器８に対応する甲板系サブシステム１０ｃと、バラストを行う機器８及び船倉に設置した機器８に対応するバラストカーゴ系サブシステム１０ｄと、通信のための機器８に対応する情報処理系サブシステム１０ｅ（総称して以下、サブシステム１０という）の５つのサブシステム１０を有している。
このサブシステム１０は、それぞれ給電線網３及び信号線網４を有している。この給電線網３及び信号線網４には、それぞれ蓄電池５、スマートメータ６及び各種機器８が接続されている。この蓄電池５は、各サブシステム１０に接続されており、対応するサブシス
テム１０内の機器８に電力を供給するように構成している。また、スマートメータ６は、データ通信機能を有した電力量計で構成している。そのため、スマートメータ６は、それぞれのサブシステム１０で使用している電力量をリアルタイムで計測し、制御システム２に送信することができる。
ここで、制御システム２に複数の蓄電池５を接続してもよい。また、船舶１の接岸時に、制御システム２が、岸壁に設置した陸電送給設備１１から船舶上に設置した陸電受給設備１２を介して電気の供給を受けるように構成してもよい。なお、１３は電源ケーブルを接続するコネクタを示している。
次に、各サブシステムについて説明する。まず、船橋系サブシステム１０ａは、給電線網３及び信号線網４に、蓄電池５及びスマートメータ６の他に、機器８として例えばコクピットコンソール、バラストカーゴコンソール、甲板機器コンソール及び各種センサ等を接続している。つまり、従来、船橋に配置されている装置を中心として船橋系サブシステム１０ａが構築されている。
推進系サブシステム１０ｂは、給電線網３及び信号線網４に、機器８として電気推進システム、補助推進システム、及びステアリングシステム等を接続している。つまり、従来、機関室に配置されている装置を中心として推進系サブシステム１０ｂが構築されている。なお、電気推進システムの代わりに、従来と同様のディーゼルエンジンの主機を搭載した船舶の場合は、ディーゼルエンジンの制御装置等を機器８として接続する。
同様に、甲板系サブシステム１０ｃは、給電線網３及び信号線網４に、機器８としてデッキクレーン、ウィンドラス及びウィンチ等を接続している。また、バラストカーゴ系サブシステム１０ｄは、給電線網３及び信号線網４に、機器８としてハッチカバーの開閉装置、バラストポンプ及びバラスト水処理システム等を接続している。更に、情報処理系サブシステム１０ｅは、給電線網３及び信号線網４に、機器８として通信用アンテナ装置、空調、電灯、パソコン及び居住区の電源等を接続している。
加えて、船舶１は、制御システム２に接続した発電装置７を有している。この発電装置７は、サブシステム１０と同様、蓄電池５及びスマートメータ６を接続していることが望ましい。ここで、発電装置７は、例えば太陽光発電用の太陽電池パネル（太陽光発電装置）、風力発電用の風車（風力発電装置）、燃料電池、ディーゼル発電機、排ガス排熱回収型発電機（パワータービン発電機、ターボ発電機等）、又は軸発電機等の少なくとも１つで構成することができる。
次に、船舶１における電力供給の制御について説明する。まず、マイクログリッド監視制御システム２は、各サブシステム１０のスマートメータ６から、各サブシステム１０に接続された蓄電池５の残量、及び機器８の電気使用量の情報を収集して蓄積し、この情報に基づいて複数のサブシステム１０間で電力を融通するように制御する。この制御システム２の制御は、例えばプログラムにより複数のサブシステム１０に対してそれぞれ重み付けを行い、電力を優先的に供給するサブシステム１０を決定するように構築することができる。ここで、例えば船舶１の航行中又は停泊中など、船舶１の状況から電力供給を優先すべきサブシステム１０を変更するようにプログラムを構築することもできる。また、物理的な電気回路を利用して、インバータ等で各サブシステム１０間の電圧差を検知し、平準化するように構成することもできる。
一方で、制御システム２は、発電装置７のスマートメータ６から、蓄電池５の残量及び発電量の情報をリアルタイムで収集して蓄積し、この情報に基づいて発電装置７又はその蓄電池５から、各サブシステム１０に電力を供給する制御も行うことができる。また、制
御システム２は、船舶１の接岸時には、上記の情報に基づいて、岸壁に設置された陸電送給設備１１から、船舶上に設置した陸電受給設備１２を介して各サブシステム１０に電力を供給する制御も行うことができる。
上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、マイクログリッド監視制御システム２を設置する構成により、各サブシステム１０間における電力の需給ギャップを埋め、消費電力量を平準化することができる。このため、船舶１全体として消費電力量を抑制することができる。
第２に、船舶１で使用する機器８を複数のサブシステム１０に区分けした構成により、市街地で適用が開始されているスマートグリッドの制御方法及び制御プログラムを、船舶１に容易に適用することができる。そのため、制御システム２の改善を効率的に行うことができる。なお、船舶１で得られた電力供給の制御方法等の知見を、市街地のスマートグリッドに適用することも容易となる。
第３に、この船舶１の構成により、発電装置７の多角化及び分散型電源を実現することができる。つまり、船舶１は、制御システム２の設置により、船舶１の給電線網３に異なる種類の発電装置７を容易に追加接続することが可能であり、それぞれの発電装置７から効率的に電力の供給を受けることが可能となる。そのため、例えば、事後等による電源喪失のリスクを分散することができる。
本発明の船舶１は、上記に加えて以下の構成を付加することもできる。第１に、推進系サブシステム１０ｂ及び甲板系サブシステム１０ｃが、油圧機器を有さず、機器８を動作するための電動油圧アクチュエータを有するように構成することができる。この油圧機器を使用しない構成により、船舶１の消費電力量を抑制することができる。これは、常時稼働し、電力を消費し続ける油圧ポンプ等を使用しないためである。また、油圧機器を使用しない構成により、油圧配管及び油圧配管工事が不要となる。
なお、この電動油圧アクチュエータは、従来の油圧システムで必須であった制御弁（方向制御弁、流量制御弁、圧力制御弁、サーボ弁）の代わりに制御機能を備えた油圧ポンプとサーボモータをアクチュエータに設置して直接アクチュエータを駆動することができる。このサーボモータの正逆回転の制御により、電動油圧アクチュエータのシリンダの前進及び後退を制御することができ、従来の油圧システムに比べて高精度で省エネ制御が可能となる。
第２に、船舶１の推進力を得るための主機を、大型ディーゼルエンジンからモータに変更した電気推進船とすることができる。この構成により、化石燃料の使用を更に抑制した船舶１の航行が可能となる。これは、各種発電装置を自由に組み合わせて採用することが可能となるためである。
第３に、船舶１に風を受けて推進力を得るための帆を設置し、且つこの帆の表面に、発電装置７として複数の太陽電池モジュールを設置することができる。この構成により、船舶１の省エネ化を実現することができる。ここで、太陽電池モジュールは、発電装置７として蓄電池５及びスマートメータ６を接続して、且つマイクログリッド監視システム２に接続することができる。
同様に、上甲板及び居住区の外壁等に太陽電池モジュールを設置してもよい。この構成により、船舶１における発電量が向上するため、船舶１に搭載する燃料タンクを小容量化することができる。つまり、搭載できる積荷の量を、増加することができる。
第４に、船舶１は、接岸時にはコンテナターミナル等の給電設備から、複数の蓄電池５に給電するように構成することができる。この構成により、船舶１の化石燃料の消費量を抑制することができる。
１ 船舶
２ マイクログリッド監視制御システム（制御システム）
３ 給電線網
４ 信号線網
５ 蓄電池
６ スマートメータ
７ 発電装置
８ 機器
１０ サブシステム
１０ａ 船橋系サブシステム
１０ｂ 推進系サブシステム
１０ｃ 甲板系サブシステム
１０ｄ バラストカーゴ系サブシステム
１０ｅ 情報処理系サブシステム
１１ 陸電送給設備
１２ 陸電受給設備
１３ コネクタ

Claims (5)

  1. 船舶において、前記船舶が推進力を得るための主機と発電を行う補機を独立して有し、給電線網及び情報伝達のための信号線網を複数のグループに分けて構築した複数のサブシステムを有しており、
    前記複数のサブシステムが、船橋の機器に対応する船橋系サブシステムと、機関室の推進機器に対応する推進系サブシステムと、甲板に設置した機器に対応する甲板系サブシステムと、バラストを行う機器及び船倉に設置した機器に対応するバラストカーゴ系サブシステムと、通信機器に対応する情報処理系サブシステムの少なくとも２つから構成され、
    前記複数のサブシステムが、それぞれ蓄電池及びスマートメータを有し且つそれぞれマイクログリッド監視制御システムに連結されており、
    前記マイクログリッド監視制御システムが、複数の前記サブシステムの消費電力量を検知し、前記サブシステム間で電力の授受を制御する構成を有し、
    前記マイクログリッド監視制御システムが、複数の前記サブシステムに対してそれぞれ重み付けを行い、電力を優先的に供給する前記サブシステムを決定する構成を有していることを特徴とする船舶。
  2. 前記マイクログリッド監視制御システムに、発電装置を接続し、
    前記発電装置が、太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池、ディーゼル発電機、パワータービン発電機、ターボ発電機、又は軸発電機の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の船舶。
  3. 前記船舶が岸壁に接岸している場合、前記マイクログリッド監視制御システムが、前記岸壁に設置された陸電送給設備から船舶上に設置した陸電受給設備を介して電力の供給を受け、前記蓄電池に送電する構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶。
  4. 前記推進系サブシステム又は前記甲板系サブシステムが、機器を動作する電動油圧アクチュエータと、前記電動油圧アクチュエータに電力を供給する電線を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の船舶。
  5. 前記船舶が、前記発電装置、前記蓄電池及びモータで構成した主機を有する電気推進船
    であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の船舶。
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