目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題展開 3 1. 背景国際海運からの CO2 排出削減の取り組み船舶の性能への規制 (IMO での議論 ) EEDI (Energy Efficiency Design Index) 単位輸送量あたりの CO2 排出量 2013 年から強制化燃料費の高

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かおりこいたばし
5 years ago
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1 Techno Forum 20 (20 年 11 月 25 日 ) 新性能計測解析手法の提案 - アブログデータから自動計測データへ - MTI 技術戦略グループ上級研究員角田領 1 はじめに省エネ付加物の性能を実海域で評価するには従来アブログデータを利用するしかなかったアブログデータによる解析では数 % という付加物の省エネ効果を確認することは難しかったアブログデータ航海日誌の要約版毎正午の船位航行距離燃料消費量気象データ等が記録される MTI では自動計測装置を開発し大量で精度の高いデータを収集解析することにより付加物の省エネ効果を正確にかつ短期間に評価することを可能にした本日は自動計測装置と解析手法評価の事例を紹介し自動計測データによる性能解析が今後の主流となることを示す 2 1

2 目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題展開 3 1. 背景国際海運からの CO2 排出削減の取り組み船舶の性能への規制 (IMO での議論 ) EEDI (Energy Efficiency Design Index) 単位輸送量あたりの CO2 排出量 2013 年から強制化燃料費の高騰による収益への影響現在 C 重油は 1 トン 500$ コンテナ船では 1 隻 1 日 0 トン以上消費 $50,000/day 省エネ付加物開発搭載への関心高まる 4 2

3 1. 背景省エネ付加物の効果省エネ効果は数 % オーダー模型試験や海上試運転での評価結果はばらついている実際の省エネ効果は?? 参考文献 The Specialist Committee on Unconventional Propulsors, Final Report and Recommendations to the 22 nd ITTC Copyright 背景省エネ付加物の従来評価手法 ( 付加物ありなしの比較 ) 海上公試乾貨物船はバラスト状態での評価のみで満載では検証しないアブログ解析平穏な海域のデータが非常に少ない 1 日の平均船速と正午の気象データで性能を代表させているそもそも性能解析用のデータではない同航路の多くの船の長期間データがあれば統計的に有意な差があるかどうかは分かる短期間で数 % の省エネ効果を確認するには自動計測データに基づく性能評価が必要 6 3

4 目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題展開 7 自動計測装置動揺センサーデータ送信モジュール PLC ECDIS, GPS など航海計器主機 D/L 燃料フローメーターなど各種信号取得工業用コンピュータ (PLC) の利用により小型で高い信頼性を実現 1 時間の平均値計算から 0.1 秒毎の計測まで幅広く対応陸へのデータ送信も可能 ( オプション ) 就航中の搭載可能フローメーター 4

5 自動計測データの解析手法データ精査データクレンジング ( 洗浄 ) 異常値は無いか補正して正しいデータにできないかセンサ調整ミスの修正 ( ゲインオフセット ) 燃料比重発熱量の補正データフィルタリング同じ気象海象条件のデータを抽出 ( 平水中 ) 質の良いデータのみを解析に利用する Garbage IN Garbage OUT 9 [knot] データ精査データクレンジングログ ( 対水 ) スピードのデータ精査クレンジングの例 LOG Speed LOG 正常時と異常時の比較 Speed / 0:00~0:03 5/17 17:00~17:03 9 5/17 17:00~17: [sec] 0 10 OG SPEED vs. LOG SPEED 正常時異常時ドップラーログ泡影響により精度低下する場合ありスピードのばらつき大きくなるスピード (knot) LOG SPEED OG SPEED 例 : 海流がほとんど無いところで常にログスピードが対地船速より % 以上速い据付誤差調整の差により定常的に高い or 低い場合あり 11 5

6 データフィルタリングの例 ( 自動計測データ 2 週間分 1 時間平均値 ) FOC (ton/day) 馬力フィルタリング後にデータが残りばらつきも小さい素性の良いデータが得られる全データ Beaufort 2 以下 Beaufort 2 以下ピッチング 2 度以下スピード LOG SPEED(knot) 11 データフィルタリングの例 ( アブログデータ 1 年分 ) 全データ SHP(*0kw) 400 馬力 Speed(knot) Beaufort 2 以下データがほとんど残らないフィルタリング後で同じ気象のデータになっているにも関わらずばらつきも大きいなぜこうなるのか? スピード 6

アブログデータフィルタリングできない要因 20 1 風速 (1 時間平均値 ) の変動の例自動計測データに基づく 1 日 BF 1 日の内の風速の変化は大きい風速 (m/s) 6 BF4 BF6 正午 1 点のデータではその日の気象を代表させることはできないデータ収集点数を増やすことは乗組員への負担大きい ( 過去にトライアル実施 ) 4 2 0 正午 1 25

7 アブログデータフィルタリングできない要因 20 1 風速 (1 時間平均値 ) の変動の例自動計測データに基づく 1 日 BF 1 日の内の風速の変化は大きい風速 (m/s) 6 BF4 BF6 正午 1 点のデータではその日の気象を代表させることはできないデータ収集点数を増やすことは乗組員への負担大きい ( 過去にトライアル実施 ) 正午時間 13 自動計測が必要自動計測データに適用するフィルタの例風力動揺 ( ロールピッチ ) 減速中 or 加速中変針中 ( 舵角のばらつき ) 斜航角波 ( 気象再解析値予報値とマッチング ) NOAA WAVE WATCH III NOAA の波高予測フィルタを増やし平水中データのみを抽出できるようにすることで限りなく近い条件のデータを揃える 7

8 目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題展開 15 MTI で実施した ( 実施中の ) 評価省エネ付加物関係 5 件省エネ塗料 1 件舵プロペラオートパイロット 3 件機関関係 1 件本日はフィン型の省エネ付加物の評価事例について紹介

フィン型省エネ付加物 (Pre-swirl 型 ) プロペラに入る流れを整流させて

MT-FAST 北太平洋日本 - 北米西岸間にて 5 日間程度 2 mile 離れての

9 フィン型省エネ付加物 (Pre-swirl 型 ) プロペラに入る流れを整流させて推進性能を向上させる翼型の付加物プロペラ回転方向固定翼に循環を発生フィン有り旋回流を抑えエネルギーロスを減らすプロペラへの流れを旋回プロペラ後流の旋回流を抑えるプロペラの推進力を増加フィン無し旋回流が発生しエネルギーをロス 17 MT-FAST 評価事例 1 MT-FAST 北太平洋日本 - 北米西岸間にて 5 日間程度 2 mile 離れての MT-FAST 装備船未装備船の並走試験実施並走なのでフィルタリングして条件を揃える必要なし 2 隻の航跡赤 :MT-FAST 装備船青 : 未装備船 1 9

10 遭遇した気象の比較 15 true_wind_speed 2 船が並走中に遭遇した風の状況 ( 真風速 ) [m/s] "G/W"(FUELNAVI) フィン未装備船 "G/I"(FUELNAVI) フィン装備船 0 5/ 5/15 5/ 5/17 5/1 遭遇した風速は同じ風速は 5m/s から m/s まで (BF3 から BF7 まで ) やや荒天遭遇 ( 波高 3 メートル程度気象再解析値に基づく ) 19 並走試験結果対地スピード ( 上 ) と燃費 ( 下 ) の比較 [knot] [ton/day] O.G.Speed -May 15-May -May 17-May 1-May M/E Fuel Oil Consumption 24 MT-FAST 未装備 MT-FAST 装備 -May 15-May -May 17-May 1-May BF7 でも省エネ効果 4.% を確認 SHIP A (auto logging) SHIP B (auto logging) SHIP A (daily report) SHIP B (daily report) SHIP A (w) auto logging SHIP B (w/o) auto logging SHIP A (w) daily report SHIP B (w/o) daily report 20

11 評価事例 1 MT-FAST 評価まとめ MT-FAST の実海域性能を評価するためフィン装備未装備の 2 隻を並走させて燃料消費量を比較した試験の結果平穏時だけでなく荒天時まで 5% 近い省エネ効果があることが分かった 2 隻を並走させたことによって今回は荒天時の性能評価を合わせて行なうことができたただし現実的には並走試験の実施は難しく荒天時の性能評価については今後の検討課題である現在の計測データからは同じ条件の荒天を抽出することが困難気象海象関係の計測データは風動揺のみで波が無い 21 評価事例 2 他社開発フィン他社開発の Pre-swirl タイプフィン装備船未装備船に自動計測装置を設置装備船未装備船共に 3 ヶ月データ収集毎秒収集分平均処理約 5000 点のデータ ( 航行中のみ ) アブログで 5000 点集めるには 20 年かかるデータクレンジングフィルタリングを実施し性能比較 22 11

12 3.評価事例データクレンジング対地対水船速データの比較による各船ログの精度確認同航路の往復航海での対地対水の関係はy = x となるはず (海流潮流が打消し合う) SOG_LOG比較(MINO) フィンあり SOG_LOG比較(MIKAWA) フィンなし分平均データ 1 1 LOG SPEED[knot] LOG SPEED[knot] y = x の直線計測期間 VOY 27,2 条件 RPM>20 y = 0.562x y = 1.31x 計測期間 VOY 36,37,3,39 条件 RPM> (GPS) SPEED OVER GROUND[knot] 2 (GPS) SPEED OVER GROUND[knot] 近似直線の傾きが１にならない原因をログスピード計の調整不良と判断し修正 (海流影響の無いところでのログとOGの比も確認) 23 3.評価事例 LOG Speed vs F.O.C.グラフ３ヶ月分の全データ１０分平均値排水量毎に色分け 1 M/E F.O.C.[ton/day] 1660t 17704t 25t 15613t 936t 4t 103t 1660t 7t 400t 15920t 9664t M/E F.O.C.[ton/day] 未装備船 1 フィン装備船 LOG SPEED (knot) LOG SPEED (knot) 24

13 LOG Speed vs F.O.C. グラフフィルタリング BF2 以下 ( 排水量毎に色分け ) フィン装備船 MINO (w FIN) [ 抽出条件 ] 真風速 3.3m/s 以下ピッチ振幅 2 以下ロール振幅 3 以下舵角標準偏差 2 以下 MIKAWA フィン未装備船 (w/o FIN) M/E F.O.C.[ton/day] 1 103t 1660t 7t 400t 15920t 9664t M/E F.O.C.[ton/day] t 17704t 25t 15613t 936t 4t LOG SPEED (knot) LOG SPEED (knot) 25 LOG Speed vs F.O.C. グラフフィルタリング BF1 以下 ( 排水量毎に色分け 3 乗近似曲線追加 *) MINO フィン装備船 (w FIN) [ 抽出条件 ] 真風速 1.6m/s 以下ピッチ振幅 1 以下ロール振幅 2 以下舵角標準偏差 1 以下 MIKAWA フィン未装備船 (w/o FIN) M/E F.O.C.[ton/day] 1 103t 1660t 7t 400t 15920t 9664t M/E F.O.C.[ton/day] t 17704t 25t 15613t 936t 4t LOG SPEED (knot) LOG SPEED (knot) * 主機出力はスピードの 3 乗に比例し主機出力と燃費はほぼ比例する ( 狭い範囲では ) 26 13

14 同一排水量での比較検証同排水量での比較フィンあり排水量 1660t 回転数 154rpm フィンなし排水量 1660t 回転数 156rpm 性能差燃料消費量で約 5.7% y = a x 3 の a を比較 M/E F.O.C.[ton/day] FOC (ton/day) 1 フィンなしフィンあり LOG Log Speed SPEED [knot] (knot) 27 排水量別の比較検証 3 乗曲線の係数比較 (BF1 以下 ) 3 乗カーブの係数 coefficient (FOC/ 船速 ^3) MIKAWA フィンなし(w/o FIN) MINO フィンあり (w FIN) 5.7% Displacement[t] 排水量に関係無く省エネ効果あることが確認できた 2 (5% 程度 )

15 評価事例 2 他社開発フィン評価のまとめ他社開発の Pre-swirl 型フィン装備未装備の 2 隻に自動計測装置を搭載 3 ヶ月間データを収集した ( 約 5000 点 ) BF1 という厳しい条件でフィルタリングをかけても十分データが残り複数の排水量条件で 2 隻の性能を比較することができた比較評価の結果排水量に依らず 5% 程度の省エネ効果があることが分かった自動計測装置を用いれば並走試験を実施しなくても短期間で大量のデータを収集でき平穏な海域での省エネ効果を精度良く確認できる 29 目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題展開 30 15

16 4. まとめと今後の展開まとめ従来アブログデータの解析に代わる自動計測データに基づく新しい性能解析手法を提案した自動計測装置から得られたデータからアブログの気象データが性能解析には利用できないことを示した省エネ付加物の性能評価事例について紹介し自動計測を用いる手法の有用性を示した自動計測により素性の良い実海域データが短期間で集められる今後実海域での性能評価手法は自動計測が主流となるだろうまとめと今後の課題展開今後の課題展開付加物の実海域性能評価のさらなる精度向上を目指す各センサの精度向上初期調整の精度向上ログスピード燃費馬力船体プロペラ汚損の評価スラスト計測荒天中での省エネ効果の評価波の計測解析結果の設計へのフィードバック If you cannot measure it, you cannot improve it. (Kelvin 卿の言葉 ) 32

17 ご清聴ありがとうございました 33 17

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目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題 展開 3 1. 背景 国際海運からの CO2 排出削減の取り組み 船舶の性能への規制 (IMO での議論 ) EEDI (Energy Efficiency Design Index) 単位輸送量あたりの CO2 排出量 2013 年から強制化 燃料費の高

目次 1. 背景 4. まとめと今後の課題展開 3 1. 背景国際海運からの CO2 排出削減の取り組み船舶の性能への規制 (IMO での議論 ) EEDI (Energy Efficiency Design Index) 単位輸送量あたりの CO2 排出量 2013 年から強制化燃料費の高