1.はじめに 研 究 目 的 高 速 小 型 旅 客 船 について 省 エネの 観 点 からヒアリングおよ び 実 船 計 測 を 行 い, 運 航 に 関 する 各 種 データを 収 集 する 建 造 時 データや 試 運 転 成 績 等 から 小 型 高 速 船 の 初 期 検 討 用 資 料

平 成 26 年 度 内 航 船 舶 (SES) 技 術 セミナー 資 料 3 小 型 高 速 旅 客 船 の 省 エネ 運 航 に 関 する 調 査 について 講 演 内 容 1.はじめに 2. 小 型 高 速 旅 客 船 の 実 船 計 測 3. 省 エネマニュアルの 概 要 4.まとめ ( 独 ) 海 上 技 術 安 全 研 究 所 平 田 宏 一, 宮 崎 恵 子 1

1.はじめに 研 究 目 的 高 速 小 型 旅 客 船 について 省 エネの 観 点 からヒアリングおよ び 実 船 計 測 を 行 い, 運 航 に 関 する 各 種 データを 収 集 する 建 造 時 データや 試 運 転 成 績 等 から 小 型 高 速 船 の 初 期 検 討 用 資 料 を 作 成 する 今 後 の 高 速 小 型 旅 客 船 の 設 計 改 良 に 役 立 つ 省 エネ 運 航 整 備 マニュアルを 作 成 する 2012 年 度 小 型 高 速 旅 客 船 の 省 エネ 調 査 研 究 ( 九 州 運 輸 振 興 センター) 運 航 実 態 調 査 解 析 に 基 づく 運 航 事 業 者 に 対 す る 省 エネ 方 策 の 提 案 2013 年 度 小 型 高 速 旅 客 船 の 省 エネ 運 航 に 関 する 調 査 ( 鉄 道 運 輸 機 構 ) 小 型 高 速 旅 客 船 の 建 造 時 データと 実 態 調 査 の 比 較 評 価 省 エネ 運 航 マニュアル, 省 エネ 診 断 シートの 作 成 2

2. 小 型 高 速 旅 客 船 の 実 船 計 測 2013 年 度 には,5 隻 の 小 型 高 速 旅 客 船 に 乗 船 し,ヒ アリングおよび 実 船 計 測 を 実 施 している 2ポーラスター 5 鼓 海 Ⅱ 1さがのしま 丸 4ニューかさおか 3しおかぜ 2012 年 度 は, 瀬 戸 内 海 を 中 心 に4 隻 の 小 型 高 速 旅 客 船 ( 離 島 航 路 ) に 乗 船 している 3

(1) 対 象 船 の 主 要 目 (2013 年 度 ) 航 行 時 間 は13 分 ~2 時 間 30 分 程 度 であり,2 往 復 の 実 船 計 測 を 行 っている 乗 船 した 船 舶 のほとんどは 離 島 航 路 であり, 総 トン 数 19~100トン 程 度, 速 力 20~26knotである 船 質 は,FRP,アルミニウム 合 金, 鋼 鉄 と 多 岐 に 渡 っている 船 名 さがのしま 丸 ポーラスター しおかぜ ニューかさおか 鼓 海 Ⅱ 航 路 嵯 峨 島 - 貝 津 青 森 - 佐 井 日 振 - 宇 和 島 笠 岡 - 真 鍋 島 徳 山 - 大 津 島 航 行 時 間 片 道 約 13 分 片 道 約 2 時 間 30 分 往 復 1 時 間 40 分 片 道 約 44 分 片 道 約 25 分 全 長 22.00 m 32.00 m 23.0 m 19.0 m 25.77 m 垂 線 間 長 さ 20.25 m 31.07 m 22.583 m 17.45 m 22.40 m 幅 4.30 m 6.5 m 5.70 m 4.0 m 5.30 m 満 載 喫 水 0.68 m 1.135 m 1.304 m 0.719 m 1.00 m 総 トン 数 19トン 101トン 61トン 19トン 59 トン 主 機 関 主 機 出 力 ヤンマー 6HY-WET1 374kW/2000rpm 2 MTU 16V2000M70 1050kW/2100rpm 2 MTU 8V2000M72 665kW/2180rpm 2 ヤンマー 6HYP-WET 423kW/2084rpm 2 ヤンマー 6AY-ET 540kW/1842rpm 2 最 大 搭 載 人 員 51 名 100 名 74 名 81 名 153 名 速 力 21.5 knot 22.5 knot 26 knot 23.5 knot 20 knot 竣 工 平 成 24 年 2 月 平 成 20 年 11 月 平 成 23 年 11 月 平 成 24 年 6 月 2007 年 3 月 船 質 FRP 製 鋼 鉄 製 アルミニウム 合 金 軽 合 金 軽 合 金 4

(2) 実 船 計 測 システムの 概 要 2012 年 度 は,ブリッジと 機 関 室 の 両 方 に 計 測 装 置 を 設 置 し, 機 関 室 におけるラック 変 位 や 機 関 回 転 数, 燃 料 消 費 量 の 計 測 を 試 みたが,センサの 設 置 に 十 分 な 時 間 がとれず, 適 切 な 計 測 がで きなかった 2013 年 度 は, 簡 易 的 な 計 測 システムを 使 用 し,ブリッジだけで 計 測 をしている GPSによる 計 測 項 目 No. 記 号 内 容 単 位 1 Vkt 対 地 船 速 [knot] 2 Direct 針 路 [deg] 3 N, E 緯 度 経 度 [deg] A/D 変 換 による 計 測 項 目 ch 記 号 内 容 単 位 0 speed 機 関 回 転 数 (FV)[rpm] 1 vib 振 動 センサ 波 形 [V] 2 AccX ピッチング 角 度 [deg] 3 AccY ローリング 角 度 [deg] 4 AccZ Z 方 向 加 速 度 [G] 簡 易 計 測 システムの 構 成 (2013 年 度 ) 5 RotX X 方 向 角 加 速 度 [deg/s 2 ] 6 RotY Y 方 向 角 加 速 度 [deg/s 2 ] 5

(3) 計 測 表 示 用 ソフトウェア 機 関 出 力 を 機 関 回 転 数 とプロペラ 三 乗 特 性 から 推 定 する さ らに, 陸 上 試 験 結 果 や 海 上 試 験 結 果 から 出 力 と 燃 料 消 費 量 の 関 係 式 を 作 成 し, 燃 料 消 費 量 を 求 める 入 出 港 予 定 時 刻 および 港 の 位 置 ( 緯 度 経 度 )をあらかじめ 入 力 しておき, 計 測 時 刻 と 現 在 位 置 を 棒 グラフで 表 示 する 実 船 計 測 (ブリッジ) プログラム 表 示 画 面 時 刻 と 位 置 の 簡 易 計 算 6

(4) 実 船 計 測 結 果 の 概 要 さがのしま 丸 長 崎 県 五 島 と 嵯 峨 ノ 島 を1 日 に4 便, 運 航 している 約 13 分 さがのしま 丸 (19トン) ブリッジ 主 機 関 (374 kw 2) さがのしま 丸 の 航 路 (GPSで 計 測 ) 7

船 速 および 機 関 回 転 数 の 計 測 結 果 例 (さがのしま 丸 ) ほぼ 一 定 の 針 路 船 速 で 運 航 GPSにより, 対 地 船 速 と 針 路 を 計 測 してい る 出 港 直 前 に 機 関 始 動 概 ね 適 切 に 燃 料 消 費 量 を 推 定 できる ( 積 算 値 で 比 較 ) 着 港 直 後 に 機 関 停 止 機 関 回 転 数 はブリッジの 回 転 計 を 見 なが ら 手 入 力 をして いる 機 関 回 転 数 から 機 関 出 力 ( 負 荷 率 )と 燃 料 消 費 量 を 推 定 している 8

ポーラスター ポーラスター(101トン) 船 首 部 分 ( 隅 田 川 造 船 ) 主 機 関 (1050KW 2) 主 機 の 回 転 数 と 燃 料 の 噴 射 率 が 表 示 されている エンジンモニタ(MTU) 青 森 港 での 給 油 9

船 体 運 動 の 計 測 結 果 例 (ポーラスター) 湾 内 と 半 島 沖 で 海 象 が 大 きく 変 わっている 2 日 目 は1 日 目 よりも 海 象 が 悪 く, 船 体 が 大 き くローリングしている 加 速 度 センサの 信 号 (1secに1000 個 )から, 傾 斜 角 度 を 推 定 している 動 的 な 傾 斜 角 度 の 算 出 には 詳 細 な 解 析 が 必 要 である 仏 ヶ 浦 佐 井 最 大 4deg 程 度 1 日 目 約 2 時 間 30 分 最 大 10deg 程 度 2 日 目 青 森 ポーラスターの 航 路 (GPSで 計 測 ) ロール 角 度 の 計 測 結 果 ( 青 森 佐 井 ) 10

しおかぜ ブリッジ しおかぜ(61トン) 船 首 部 分 ( 双 胴 船 ) エンジンの 運 転 状 態 が 表 示 され る( 燃 料 消 費 量 を 含 む) 主 機 関 (665 kw 2) エンジンモニタ(MTU) エンジンモニタ 画 面 のプリント 11

船 体 運 動 の 計 測 結 果 (しおかぜ) 約 1 時 間 40 分 宇 和 島 2 日 目 は 海 象 が 悪 く, 大 きく 揺 れている しおかぜは 双 胴 船 であり,ポーラスター( 単 胴 船 )の 揺 れ 方 とは 全 く 異 なるように 感 じる 青 森 1 日 目 日 振 島 2 日 目 しおかぜの 航 路 (GPSで 計 測 ) ロール 角 度 の 計 測 結 果 12

ニューかさおか 笠 岡 約 44 分 ニューかさおか(19トン) 白 石 島 ブリッジ 主 機 関 (423 kw 2) 真 鍋 島 ニューかさおかの 航 路 (GPSで 計 測 ) 13

運 航 状 態 の 見 える 化 (ニューかさおか) 現 在 時 刻 と 現 在 位 置 (GPS)の 関 係 を 棒 グラフで 表 している 途 中 の 入 出 港 を 含 めない 簡 易 的 な 表 示 であるが, 運 航 状 態 は 概 ね 妥 当 に 表 示 されている 左 のバーは 時 刻 [%]を 表 す 時 刻 に 対 する 位 置 が±5% 以 内 のときは 緑 色 に 表 示 船 が 速 いときは 赤 色 に 表 示 船 が 遅 いときは 青 色 に 表 示 最 終 港 では 左 右 のバー がほぼ 一 致 する 航 行 時 間 が 短 い 定 期 旅 客 船 では, 見 える 化 に よる 高 い 省 エネ 効 果 は 見 込 めない 可 能 性 がある 計 測 装 置 としての 機 能 や 旅 客 への 情 報 提 供 サービスを 含 めて 検 討 し ている 14

鼓 海 Ⅱ 電 動 タラップ ブリッジ 鼓 海 Ⅱ(59トン) 主 機 関 (540 kw 2) 昇 降 装 置 航 海 中 15

鼓 海 Ⅱの 計 測 結 果 海 象 がよく, 他 の 船 舶 と 比 べて 揺 れが 少 ない 船 高 が 高 く, 風 に 弱 い ため, 操 船 しづらい( 船 長 ) 約 25 分 鼓 海 Ⅱの 航 路 (GPSで 計 測 ) 16

3. 省 エネマニュアルの 概 要 2013 年 度 には, 以 下 の3 種 類 の 省 エネマニュアルを 作 成 した 1 省 エネマニュアル 運 航 編 運 航 会 社 が 日 常 使 うマニュアル 2012 年 度 の 日 常 編 のバージョンアップ 2 省 エネマニュアル 建 造 編 建 造 時 に 用 いるマニュアル 船 体 や 機 関 の 選 定 に 役 立 つ 情 報 3 省 エネマニュアル 基 本 編 主 に 地 方 自 治 体 に 配 布 するマニュアル 建 造 編 と 運 航 編 をより 簡 単 にした 内 容 17

(1) 省 エネマニュアルの 記 載 内 容 例 運 航 編 より 1 運 航 前 2 運 航 中 3 運 航 後 1) 主 機 関 2) その 他 の 機 器 a. 排 水 量 及 びトリム 管 理 h. 空 調 の 合 理 化 1 運 航 前 b. 主 機 関 の 起 動 時 刻 管 理 i. 照 明 の 合 理 化 c. 減 速 航 行 2 運 航 中 j. 稼 働 台 数 の 合 理 化 d. 航 海 計 画 の 見 直 し k. 発 電 機 の 性 能 保 持 e. その 他 の 合 理 的 運 航 3 運 航 後 l. 船 体 の 洗 浄 f. 主 機 関 の 停 止 時 刻 管 理 m. プロペラの 洗 浄 g. 主 機 関 の 性 能 保 持 排 水 量 が1トン 増 えると 燃 料 費 が1 分 当 たり7 円 程 度 増 加 します 適 正 な 滑 走 姿 勢 を 確 保 す ることが 効 率 的 な 航 行 に つながります 搭 載 している 燃 料 の 重 量 を 抑 えましょう 予 備 品 や 乗 組 員 の 荷 物 は 使 用 実 績 を 踏 まえて 船 内 に 保 管 する 量 を 最 小 限 としましょう 18

(2) 減 速 航 行 による 省 エネ 効 果 の 試 算 例 運 航 編 より 現 状 20 分 の 運 航 時 間 ( 片 道 )を25 分 とす れば20%の 燃 料 消 費 削 減 が 見 込 まれる 許 容 される 範 囲 での 減 速 運 航 を 検 討 し ましょう 20% 省 エネ ニューのしま( 防 府 市,2011 年 乗 船 ) 主 要 目 総 トン 数 :67トン 定 員 :95 人 実 航 海 速 力 :26.8knot 機 関 回 転 数 :1100PS/1980rpm 片 道 :20 分 (14.8km) 10% 省 エネ 減 速 運 航 による 省 エネ 化 の 試 算 19

(3) 船 の 寸 法 と 省 エネ 約 50 隻 の 建 造 時 データ( 要 目 表 や 試 運 転 成 績 )から, 船 の 寸 法 ( 排 水 量 ), 総 トン 数 (GT) 等 を 基 に 整 理 し, 建 造 初 期 段 階 に 用 いる 参 考 資 料 をまとめる 総 トン 数 は18~101 GTであり,そのうちの21 隻 が19 GT 以 下 の 小 型 船 舶 である V: 速 力 [kt] L: 全 長 [m] : 海 上 試 験 時 の 排 水 量 [ton] kw: 主 機 関 総 出 力 [kw] V/ Lに 対 するkW/ をプロットした( 左 図 ) それぞれの 船 舶 による 相 違 はかなり 大 きいものの,ほぼ 全 ての データは 同 図 に 記 載 した2 本 の 破 線 に 含 まれている 最 小 二 乗 法 により 整 理 した 式 を 用 いることによって, 建 造 時 の 初 期 的 な 検 討 として, 速 力 に 対 する 主 機 関 総 出 力 を 導 くことができる ニューかさおか (19 GT)およびし おかぜ(61 GT) は 推 定 値 によく あっているが,そ の 他 の 船 舶 では 相 違 が 大 きい 20

燃 料 消 費 がわかる 試 算 用 シート 建 造 編 より 建 造 初 期 段 階 で 機 関 出 力 や 燃 料 消 費 量 を 推 定 するた めの 燃 料 消 費 がわかる 試 算 用 シート を 作 成 した 総 トン 数 を 入 力 することで 全 長 と 満 載 排 水 量 が 求 めら れる 航 海 速 力 を 入 力 することで 機 関 出 力 (MCR)や 燃 料 消 費 量 (90 % 負 荷 時 )などが 求 め られる 1 航 海 の 距 離, 航 海 数, 燃 料 の 価 格 を 入 力 することで 年 間 の 燃 料 消 費 量 や 燃 料 費 な どが 求 められる 本 調 査 研 究 では, 陸 上 海 上 試 験 結 果 と 航 路 のデータを 入 力 することで, 自 船 の 航 行 状 態 と 省 エネについて 確 認 できる 自 分 で 簡 単 に 確 認 できる 試 算 シート も 作 成 している( 運 航 編 ) 21

計 算 シートによる 省 エネ 効 果 の 試 算 例 船 の 小 型 化 による 省 エネ 60 GTの 船 を30 GTにすることで26 %の 燃 料 消 費 削 減,19 GTにすることで38 %の 燃 料 消 費 削 減 となる 建 造 編 より 26% 削 減 38% 削 減 減 速 航 行 による 省 エネ 航 海 速 力 25 ktの 船 (1 航 海 24 min 4 航 海 / 日 )を23 kt(26 min)にすることで5.5 %の 燃 料 消 費 削 減,21 kt(28 min)にすることで 11 %の 燃 料 消 費 削 減 となる 5.5% 削 減 11% 削 減 22

(4) 各 種 省 エネ 技 術 の 効 果 建 造 編 より 海 上 交 通 低 炭 素 化 促 進 事 業 費 補 助 制 度 により, 船 舶 の 低 炭 素 化 に 資 する 設 備 として 以 下 の 設 備 が 挙 げられている 1 船 体 船 尾 に 取 り 付 けられる 整 流 板 2ハブ 渦 発 生 防 止 プロペラ 3プロペラボス 取 付 翼 4プロペラ 前 部 放 射 状 型 取 付 翼 5 整 流 板 付 舵 6 低 燃 費 ディーゼル 機 関 7 低 負 荷 運 転 システム 付 ディーゼル 機 関 8 電 子 制 御 ディーゼル 機 関 9 燃 料 改 質 器 10 低 摩 擦 型 船 底 塗 料 など 11 港 湾 施 設 等 からの 電 力 を 受 電 するための 設 備 省 エネ 技 術 の 導 入 による 費 用 対 効 果 について 検 討 することも 有 効 です 新 旧 機 関 の 燃 料 消 費 率 23

4.まとめ (1) 小 型 高 速 旅 客 船 の 実 船 調 査 を 行 った 結 果, 無 駄 な 主 機 の 運 転 はされてないこ とが 確 認 された (2) 多 くの 船 舶 では, 停 泊 中 に 空 調 のための 発 電 機 運 転 が 行 われている その 運 転 方 法 等 による 省 エネ 化 の 可 能 性 がある (3) 実 船 調 査 等 の 結 果 を 踏 まえて, 減 速 航 行 や 低 燃 費 ディーゼル 機 関 の 導 入 な どによる 省 エネ 効 果 を 試 算 し,3 種 類 の 省 エネマニュアルを 作 成 した (4) 約 50 隻 の 建 造 時 データを 整 理 し, 建 造 初 期 段 階 で 機 関 出 力 や 燃 料 消 費 量 を 推 定 するための 試 算 用 シートを 作 成 した (5) 定 期 航 路 を 運 航 する 小 型 高 速 旅 客 船 において, 船 舶 建 造 後 の 大 幅 な 省 エネ 化 は 難 しく, 建 造 時 の 省 エネ 化 が 重 要 であると 考 えられる 本 研 究 の 一 部 は,2012 年 度 日 本 財 団 殿 の 助 成 事 業 である 九 州 運 輸 振 興 センター 殿 からの 請 負 研 究 小 型 高 速 旅 客 船 の 省 エネ 調 査 研 究 と,2013 年 度 鉄 道 建 設 運 輸 施 設 整 備 支 援 機 構 殿 からの 請 負 研 究 小 型 高 速 旅 客 船 の 省 エネ 運 航 に 関 する 調 査 (2013 年 ) において 実 施 しました 24