環境負荷低減を目指した電気推進システムの最適運航制御技術の開発

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本研究では、電気推進船における電動機の効率やシステム構成等を調査し、電気推進システムの応答モデルを構築した。さらに、船舶の航海全体における負荷変動に基づいた最適制御アルゴリズムを開発した。本年度は、具体的に対象船型を内航船のセメント船に選定して性能評価を行った。設計変数は、航海時の負荷変動(推進抵抗変化、船内電力需要変化)に対して航路上の設定された区間毎の運転台数、各機関の負荷となる。昨年度より改良した非線形計画法と遺伝アルゴリズムを組み合わせた最適化手法を用いた。シミュレーションは、機関システム(発電用小型ディーゼル機関)の搭載台数をパラメータとし、2台、3台、4台のシステムにした場合で実施し、CO_2の排出量に関する環境影響評価指数(GHG Index(CO_2))を評価した。シミュレーション結果から、電気推進システムはエネルギー伝達ロスを考慮しても、既存船と比較して7%削減(搭載機関:4台のケース)できることが分った。本研究成果をもとに、蓄電装置と最適制御アルゴリズムを組み合わせた「舶用電気推進装置」という特許を出願した。電気推進システムでは、船速、潮流、風によって負荷が変化によって余剰電力が生じる場合があるが、従来その余剰電力を熱で逃がしていた。また、船の抵抗は船速の3乗に比例するために減速運航をすると省エネ効果が高いことが知られている。そこで、電気推進システムの負荷変動に強いメリットを生かし、運航スケジュールを保持しながら気象予測情報をもとに減速運航が実施できればCO_2排出量低減につながる。本特許では、航路上の気象予測情報に合わせ、最適制御アルゴリズムによる船速制御を用いて負荷(抵抗)を調整して効果的に余剰電力を蓄える。具体的には、船が減速時や潮流に乗った時に発生する余剰電力を蓄電し、スケジュール維持のために加速する場合に蓄電した電力を利用することによってシステム効率の向上が可能となる。