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JP6633055B2 - 液化天然ガス運搬船の推進装置及び液化天然ガス運搬船 - Google Patents
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JP6633055B2 - 液化天然ガス運搬船の推進装置及び液化天然ガス運搬船 - Google Patents

液化天然ガス運搬船の推進装置及び液化天然ガス運搬船 Download PDF

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Description

本発明は、液化天然ガス運搬船(LNGタンカー)の推進装置に関し、より詳しくは、迅速な加減速が必要である場合にも二重燃料電気発電機がガスモードで動作することができる、液化天然ガス運搬船の推進装置に関する。
天然ガス(natural gas)は、主成分がメタン(methane)であり、少量のエタン(ethane)、プロパン(propane)などを含む化石燃料であって、近年、様々な技術分野で低公害エネルギー源として脚光を浴びている。特に、LNGは比較的に安価であり、公害を誘発し難いため、発電燃料として適する。
近年、陸地に埋蔵されているエネルギー源の枯渇に応じて、様々な海洋資源の開発が活発に行われ、海洋で原油や天然ガスを採掘するため油井とガス井の確保及び開発も各国で盛んに行われている。
天然ガスは、ガス状態で運搬されるか、液化されて液化天然ガス(LNG、Liquefied Natural Gas)の状態で液化天然ガス運搬船(LNGC、Liquefied Natural Gas Carrier)によって遠距離の消費先に運搬される。液化天然ガスは、天然ガスを極低温(約−163℃以下)に冷却して得られるものであり、ガス状態よりその体積が約1/600に減るため海上を通じた遠距離輸送に非常に適する。
天然ガスが液化天然ガス状態で運搬される場合、天然ガスは生産地で極低温に液化され液化天然ガス状態になった後、LNG運搬船によって目的地まで遠距離を輸送された後、LNG浮遊式貯蔵および再気化装置(FSRU、Floating Storage and Regasification Unit)または陸上の荷役ターミナルを経由して再気化され、消費先に供給される。
または、LNG再気化船(RV、LNG Regasification Vessel)によってLNGが輸送される場合には、LNGがLNG浮遊式貯蔵および再気化装置または陸上の荷役ターミナルを経由しなくても、LNG再気化船自体で再気化されて、消費先に直接供給される。
天然ガスの液化温度は常圧で約−163℃の極低温であるため、LNGはその温度が常圧で−163℃より若干高くても気化する。従来のLNG運搬船を例に挙げて説明すると、LNG運搬船の貨物倉は断熱処理が施されているが、外部熱がLNGに持続的に伝達されるため、LNG運搬船によるLNGの輸送中にLNGが船倉内で継続的に気化されて、貨物倉内で気化ガス(Boil−Off Gas)が発生する。
二重燃料油電気推進の液化天然ガス運搬船は、二重燃料電気発電機が生産した電力を利用して推進モータを駆動する。二重燃料電気発電機は、重油、軽油、天然ガスの3つの燃料のうち1つの燃料を用いて複数のエンジンを駆動し、その駆動軸に連結した発電機を介して電力を生産する。生産された電力は配電盤を介して、補助機器、推進モータなどに供給される。また、船舶の推進に必要な回転数で推進モータを駆動させるため、可変周波数変換器を用いて主推進モータに電力供給および速度制御を行う。
ガスが一般重油、軽油に比べて、同一動力を生産した場合に、費用が低く、有害物質の排出も少ない。
しかし、発電機がガスモードで動作するときは、オイルモードで動作するときより負荷変更に時間がかかる。図1は、発電機の最大負荷増加率を示した図であり、表1は発電機がガスモードとオイルモードで動作するときにおいてシャフト(shaft)速度の変更にかかる時間を示す。
Figure 0006633055
表1に示すように、発電機がガスモードで動作するときには、発電機負荷を同一量だけ変更するのにオイルモードで動作するときより2倍程度の時間がかかる。しかし、港接岸、またはクラッシュアスターン(Crash astern)などの状況では、迅速な加減速が必要である。図2は、港接岸時におけるシャフトの速度変化を示す図である。図2に示すように、港接岸時には速度が急変し、それに応じて発電機の負荷が急変する。
したがって、迅速な加減速が必要となる港接岸、またはクラッシュアスターン(Crash astern)などの状況では、二重燃料電気発電機がガスモードで動作することができなくなり、無理やりガスモードで運転した場合には、エンジンの損傷と主電源周波数の不安定による船舶内の停電が誘発される恐れがある。
上述のとおり、従来技術は迅速な加減速が必要となった場合に、ガスモードの動作が不可能であるという問題点がある。
特に、港接岸(Manoeuvring)時に要求される船舶の迅速な加減速は、二重燃料電気発電機がガスモードの運転状態では許容される負荷変動の限度を超えるため、二重燃料電気発電機がオイルモードに転換した後、港接岸を実行する。
特に、LNGを積載するために港接岸するときには、LNGローディング(loading)するためのタンククールダウン(Tank cool down)を実行中であるため、余剰気化ガスの発生が多く、LNGを積載して港から出る時にも余剰気化ガスが多く発生するが、従来技術は港接岸時において二重燃料電気発電機のガスモード動作が不可能であるため、多量の気化ガスが浪費される問題点がある。
本発明の目的は、迅速な加減速が必要なときにも二重燃料電気発電機がガスモードで動作できる液化天然ガス運搬船の推進装置を提供することである。
前記目的を達成するため、本発明の一実施例では、液化天然ガス運搬船の推進装置において、ガスモードではガスを燃料として利用し、オイルモードではオイルを燃料として利用する二重燃料電気発電機;前記二重燃料電気発電機から電力を供給され主推進モータに電力を供給する可変周波数変換器;前記可変周波数変換器に連結され、前記可変周波数変換器から電力を供給されてプロペラを回転させる主推進モータ;前記可変周波数変換器に連結され、前記二重燃料電気発電機で生産された電力が余った場合に電力を消費する抵抗部を備え、前記主推進モータの加減速時に、前記抵抗部が前記二重燃料電気発電機で生産されて余った電力を消費して、前記二重燃料電気発電機がガスモードで動作する、液化天然ガス運搬船の推進装置が提供される。
特に、前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上であるときに、前記二重燃料電気発電機はガスモードで一定電力を生産することができる。
また、前記一定電力は前記主推進モータにおける要求電力の最大値を満足させる負荷であり得る。
また、前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上になるのは、前記液化天然ガス運搬船の港接岸時であり得る。
また、前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上であるときにおいて、前記主推進モータの要求電力が所定値以下である場合には前記二重燃料電気発電機はガスモードで前記所定値を満足するように動作し、前記主推進モータの要求電力が前記所定値を超えると前記二重燃料電気発電機はガスモードで前記主推進モータの要求電力を満足させるように動作することができる。
また、前記可変周波数変換器は、DCバス;前記二重燃料電気発電機で生産された交流電力を直流に変換して前記DCバスに供給する交流/直流変換器;前記DCバスの直流を交流に変換して前記主推進モータに供給する直流/交流変換器;前記DCバスに連結された直流/直流変換器を備え得る。
また、前記直流/直流変換器には前記抵抗部が連結され、前記直流/直流変換器は前記抵抗部への電力供給を制御することができる。
また、前記二重燃料電気発電機は、ガスモードで動作する間に前記液化天然ガス運搬船のLNG貯蔵タンクに貯蔵されたBOGを利用して電力を生産することができる。
前記目的を達成するため、本発明における他の実施例では、液化天然ガス運搬船において、LNGを貯蔵するLNG貯蔵タンク;ガスモードではガスを燃料として利用し、オイルモードではオイルを燃料として利用する二重燃料電気発電機;前記二重燃料電気発電機から電力を供給されプロペラを回転させる主推進モータ;前記二重燃料電気発電機で生産された電力が余った場合に電力を消費する抵抗部を備え、前記二重燃料電気発電機は、ガスモード動作中に前記液化天然ガス運搬船のLNG貯蔵タンクに貯蔵されたBOGを利用して電力を生産し、前記主推進モータの加減速時に、前記抵抗部が前記二重燃料電気発電機で生産されて余った電力を消費して、前記二重燃料電気発電機がガスモードで動作する、液化天然ガス運搬船が提供される。
特に、前記主推進モータにおける消費電力の変化量が閾値以上であるとき、前記二重燃料電気発電機はガスモードで一定電力を生産することができる。
また、前記一定電力は、前記主推進モータにおける要求電力の最大値を満足させる負荷であり得る。
また、前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上である場合は、前記液化天然ガス運搬船の港接岸時であり得る。
また、前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上であるときに、前記主推進モータの要求電力が所定値以下である場合には前記二重燃料電気発電機がガスモードで前記所定値を満足させるように動作し、前記主推進モータの要求電力が前記所定値を超える場合には前記二重燃料電気発電機はガスモードで前記主推進モータの要求電力を満足させるように動作することができる。
また、前記二重燃料電気発電機から電力を供給されて主推進モータに電力を供給する可変周波数変換器をさらに備え、前記抵抗部は前記可変周波数変換器に連結され得る。
また、前記可変周波数変換器は、DCバス;前記二重燃料電気発電機で生産された交流電力を直流に変換して前記DCバスに供給する交流/直流変換器;前記DCバスの直流を交流に変換して前記主推進モータに供給する直流/交流変換器;前記DCバスに連結された直流/直流変換器を備え得る。
また、前記直流/直流変換器は前記抵抗部に連結され、前記直流/直流変換器は前記抵抗部への電力供給を制御することができる。
本発明の実施例によれば、抵抗部を備えることで二重燃料油発電機が一定の負荷で動作し、二重燃料油発電機で生産された電力が余った場合には抵抗部で電力を消費させることで、迅速な加減速が必要な時にも二重燃料電気発電機がガスモードで動作することができるため、燃料費の低減と有害ガスの排出を減らすことができる。
発電機における最大負荷増加率を示す図。 港接岸時のシャフトの速度変化を示す図。 本発明の第1実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置を示す図。 本発明の第2実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置を示す図。
以下において、本発明の好適実施例を、添付された図面を参照して詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付することにおいて、同一構成要素に対して、たとえ他の図面上に表示されても、できるだけ同じ符号を付している。また、本発明の説明において、関連の公知構成または機能に関する具体的な説明が本発明の要旨から離れると判断した場合には、その詳細な説明は省略する。
まず、図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置を説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置を示す図である。
図3に示すように、本発明の第1実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置は、二重燃料電気発電機(310)、可変周波数変換器(320)、主推進モータ(330)、抵抗部(340)、減速ギア(reduction gear)(350)、プロペラ(360)を備える。
二重燃料電気発電機(310)は、オイルまたは天然ガスを燃料として使用して電力を生産する。二重燃料電気発電機(310)は、オイルモードで動作する場合にはオイルを使用して電力を生産し、ガスモードで動作する場合には天然ガスを利用して電力を生産する。
LNGCはLNG貯蔵タンクにLNGを貯蔵して輸送し、LNG貯蔵タンクに貯蔵されたLNGが自然気化してBOGが生成される。したがって、二重燃料電気発電機(310)は、ガスモードで動作するときにBOGを利用して電力を生産することができる。
天然ガスがオイルに比べて安価であり、有害物質の排出が少ないため、二重燃料電気発電機(310)はガスモードで動作した方がより有利である。しかし、二重燃料電気発電機(310)がガスモードで動作するときには、発電機の同量の負荷を変更するのにオイルモードで動作するときより2倍程度の時間がかかる。ところが、港接岸やクラッシュアスターン(Crash astern)などの状況では迅速な加減速が必要であり、それに応じて主推進モータ(330)の要求電力が急変する。
本発明の第1実施例では、迅速な加減速が必要な場合に二重燃料電気発電機(310)がガスモードで一定の負荷で動作する。すなわち、二重燃料電気発電機(310)がガスモードで一定量の電力を生産する。また、LNGCの速度が低いため電力が余った場合は、余った電力を抵抗部(340)が消費する。
一例において、迅速な加減速が必要な場合に主推進モータ(330)の要求電力が急変するが、二重燃料電気発電機(310)は主推進モータにおける要求電力の最大値を満足させるように動作し続ける。また、主推進モータ(330)の要求電力が最大値であるときは二重燃料電気発電機(310)で生産された電力を主推進モータ(330)で消費し、主推進モータ(330)の要求電力が最大値未満であるときには二重燃料電気発電機(310)で生産された電力のうち、余った量を抵抗部(340)で消費する。
他の例において、二重燃料電気発電機(310)は、主推進モータ(330)における要求電力の最大値の一定割合を満足させるように動作することができる。例えば、主推進モータにおける要求電力の最大値がAである場合、二重燃料電気発電機(310)は0.8Aを満足させる負荷で動作し得る。二重燃料電気発電機(310)は、主推進モータ(330)の要求電力が0.8A以下であるときには0.8Aを満足させるように一定負荷で動作し続けて、主推進モータ(330)の要求電力が0.8Aを超えた場合には主推進モータ(330)の要求電力を満足させる負荷として動作する。すなわち、主推進モータ(330)の要求電力が0.8A以下である場合にも二重燃料電気発電機(310)が0.8Aを満足させる負荷として動作することにより、主推進モータ(330)の要求電力が急増した場合にも主推進モータ(330)の要求電力を満足させることができる。
可変周波数変換器(320)は、二重燃料電気発電機(310)から電力を供給され主推進モータ(330)に電力を供給する。図3に示すように、可変周波数変換器(320)は、交流/直流変換器(321)、DCバス(322)、直流/交流変換器(324)、直流/直流変換器(323)を備える。
交流/直流変換器(321)は二重燃料電気発電機(310)で生産された交流電力を直流に変換してDCバス(322)に供給し、直流/交流変換器(324)はDCバス(322)の直流を交流に変換して主推進モータ(330)に供給する。
直流/直流変換器(323)には抵抗部(340)が連結され、抵抗部(340)への電力供給を制御する。すなわち、二重燃料電気発電機(310)で生産された電力が余った場合は抵抗部(340)に電力を供給させる。
抵抗部(340)は前記可変周波数変換器(320)に連結されて、二重燃料電気発電機(310)で生産された電力が余った場合に電力を消費する。
主推進モータ(330)は可変周波数変換器(320)に連結され、前記可変周波数変換器(320)から電力を供給されプロペラ(360)を回転させる。
減速ギア(350)は回転数をプロペラ(360)の回転数に変換する。
続いて、図4を参照して、本発明の第2実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置を説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置を示す図である。
図4に示すように、本発明の第2実施形態に係る液化天然ガス運搬船の推進装置は、二重燃料電気発電機(310)、可変周波数変換器(320)、主推進モータ(330)、電力貯蔵部(410)、抵抗部(340)、減速ギア(reduction gear)(350)、プロペラ(360)を備える。
二重燃料電気発電機(310)は、オイルまたは天然ガスを燃料で使用して電力を生産する。二重燃料電気発電機(310)は、オイルモードで動作する場合にはオイルを使用して電力を生産し、ガスモードで動作する場合には天然ガスを利用して電力を生産する。
LNGCはLNG貯蔵タンクにLNGを貯蔵して輸送し、LNG貯蔵タンクに貯蔵されたLNGが自然気化してBOGが生成される。したがって、二重燃料電気発電機(310)は、ガスモードで動作するときにBOGを利用して電力を生産することができる。
本発明の第2実施例では、迅速な加減速が必要な場合に、二重燃料電気発電機(310)がガスモードで一定負荷として動作する。すなわち、二重燃料電気発電機(310)がガスモードで一定量の電力を生産する。また、二重燃料電気発電機(310)における生産電力が主推進モータの要求電力より多いため電力が余った場合には電力貯蔵部(410)が電力を貯蔵し、二重燃料電気発電機(310)の生産電力が主推進モータの要求電力より少ないため電力が足りないときには電力貯蔵部(410)が電力を供給する。また、電力が余った時に電力貯蔵部(410)の容量が満たされた場合には、余った電力を抵抗部(340)に消費させる。
可変周波数変換器(320)は二重燃料電気発電機(310)から電力を供給されて主推進モータ(330)に電力を供給する。図3に示すように、可変周波数変換器(320)は、交流/直流変換器(321)、DCバス(322)、直流/交流変換器(324)、直流/直流変換器(323)を備える。
交流/直流変換器(321)は二重燃料電気発電機(310)で生産された交流電力を直流に変換してDCバス(322)に供給し、直流/交流変換器(324)はDCバス(322)の直流を交流に変換して主推進モータ(330)に供給する。
直流/直流変換器(323)には抵抗部(340)が連結され、抵抗部(340)への電力供給を制御する。すなわち、二重燃料電気発電機(310)で生産された電力が余った場合には、抵抗部(340)に電力が供給される。
電力貯蔵部(410)は可変周波数変換器(320)に連結されて、二重燃料電気発電機(310)で生産された電力が余った場合に電力を貯蔵し、電力が足りない場合には電力を供給する。電力貯蔵部(410)は、ウルトラキャパシタ、キャパシタ、バッテリー、およびフライホイール(fly wheel)の少なくともいずれか一つであり得る。特に、電力貯蔵部(410)がウルトラキャパシタである場合、ウルトラキャパシタは反応速度が発電機(310)より速いため、主推進モータ(330)の要求電力が急増した場合、主推進モータ(330)への迅速な電力供給が可能である。
抵抗部(340)は可変周波数変換器(320)に連結されて、二重燃料電気発電機(310)で生産された電力が余った場合に電力を消費する。
主推進モータ(330)は可変周波数変換器(320)に連結され、前記可変周波数変換器(320)から電力を供給されてプロペラ(360)を回転させる。
減速ギア(350)は回転数をプロペラ(360)の回転数に変換する。
以上の説明は、単に本発明における技術思想の例示的な説明に過ぎない。本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を超えない範囲で様々な修正と変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するのではなく、説明するためのものであって、これらの実施例により、本発明の技術思想の範囲は限定されない。本発明の保護範囲は、下記の特許請求の範囲によって解釈すべきであり、均等範囲内のすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれると解釈すべきである。

Claims (16)

  1. 液化天然ガス運搬船の推進装置において、
    ガスモードではガスを燃料として利用し、オイルモードではオイルを燃料として利用する二重燃料電気発電機;
    前記二重燃料電気発電機から電力を供給されて主推進モータに電力を供給する可変周波数変換器;
    前記可変周波数変換器に連結され、前記可変周波数変換器から電力を供給されてプロペラを回転させる主推進モータ;
    前記可変周波数変換器に連結され、前記二重燃料電気発電機で生産された電力が余った場合に電力を消費する抵抗部;を備え
    前記主推進モータの加減速時に、前記抵抗部が前記二重燃料電気発電機で生産されて余った電力を消費して、前記二重燃料電気発電機がガスモードで動作することを特徴とする、液化天然ガス運搬船の推進装置。
  2. 前記主推進モータにおける消費電力の変化量が閾値以上である場合、前記二重燃料電気発電機がガスモードで一定電力を生産することを特徴とする、請求項1に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  3. 前記一定電力は、前記主推進モータにおける要求電力の最大値を満足させる負荷であることを特徴とする、請求項2に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  4. 前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上である場合は、
    前記液化天然ガス運搬船の港接岸時であることを特徴とする、請求項2に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  5. 前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上である場合、
    前記主推進モータの要求電力が所定値以下であるときには、前記二重燃料電気発電機がガスモードで前記所定値を満足させるように動作し、
    前記主推進モータの要求電力が前記所定値を超えるときには、前記二重燃料電気発電機がガスモードで前記主推進モータの要求電力を満足させるように動作することを特徴とする、請求項1に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  6. 前記可変周波数変換器は、
    DCバス;
    前記二重燃料電気発電機で生産された交流電力を直流に変換して前記DCバスに供給する交流/直流変換器;
    前記DCバスの直流を交流に変換して前記主推進モータに供給する直流/交流変換器;
    前記DCバスに連結された直流/直流変換器;を備えることを特徴とする、請求項1に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  7. 前記直流/直流変換器には前記抵抗部が連結され、
    前記直流/直流変換器は前記抵抗部への電力供給を制御することを特徴とする、請求項6に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  8. 前記二重燃料電気発電機は、ガスモードで動作中に前記液化天然ガス運搬船のLNG貯蔵タンクに貯蔵されたBOGを利用して電力を生産することを特徴とする、請求項1に記載の液化天然ガス運搬船の推進装置。
  9. 液化天然ガス運搬船において、
    LNGを貯蔵するLNG貯蔵タンク;
    ガスモードではガスを燃料として利用し、オイルモードではオイルを燃料として利用する二重燃料電気発電機;
    前記二重燃料電気発電機から電力を供給されてプロペラを回転させる主推進モータ;
    前記二重燃料電気発電機で生産された電力が余った場合に電力を消費する抵抗部;を備え、
    前記二重燃料電気発電機は、ガスモードで動作中に、前記液化天然ガス運搬船のLNG貯蔵タンクに貯蔵されたBOGを利用して電力を生産し、
    前記主推進モータの加減速時に、前記抵抗部が前記二重燃料電気発電機で生産されて余った電力を消費して、前記二重燃料電気発電機がガスモードで動作することを特徴とする、液化天然ガス運搬船。
  10. 前記主推進モータにおける消費電力の変化量が閾値以上であるとき、前記二重燃料電気発電機がガスモードで一定電力を生産することを特徴とする、請求項9に記載の液化天然ガス運搬船。
  11. 前記一定電力は、前記主推進モータにおける要求電力の最大値を満足させる負荷であることを特徴とする、請求項10に記載の液化天然ガス運搬船。
  12. 前記主推進モータにおける消費電力の変化量が閾値以上である場合は、前記液化天然ガス運搬船の港接岸時であることを特徴とする、請求項10に記載の液化天然ガス運搬船。
  13. 前記主推進モータの消費電力の変化量が閾値以上である場合、
    前記主推進モータの要求電力が所定値以下であるときには、前記二重燃料電気発電機がガスモードで前記所定値を満足させるように動作し、
    前記主推進モータの要求電力が前記所定値を超えるときには、前記二重燃料電気発電機がガスモードで前記主推進モータの要求電力を満足させるように動作することを特徴とする、請求項9に記載の液化天然ガス運搬船。
  14. 前記二重燃料電気発電機から電力を供給されて主推進モータに電力を供給する可変周波数変換器をさらに備え、
    前記抵抗部は前記可変周波数変換器に連結されることを特徴とする、請求項9に記載の液化天然ガス運搬船。
  15. 前記可変周波数変換器は、
    DCバス;
    前記二重燃料電気発電機で生産された交流電力を直流に変換して前記DCバスに供給する交流/直流変換器;
    前記DCバスの直流を交流に変換して前記主推進モータに供給する直流/交流変換器;
    前記DCバスに連結された直流/直流変換器;を備えることを特徴とする、請求項14に記載の液化天然ガス運搬船。
  16. 前記直流/直流変換器は前記抵抗部に連結され、
    前記直流/直流変換器は前記抵抗部への電力供給を制御することを特徴とする、請求項15に記載の液化天然ガス運搬船。

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