航路最適化で風力推進を次のレベルへ

NAPA、Norsepower、住友重機械工業の共同シミュレーション・プロジェクトは、風力推進装置と航路最適化システムを組み合わせることでどれだけCO2が削減できるかといった効果検証を行いました。これまでの結果は非常に素晴らしく、この技術によって平均28％の排気ガス削減が可能であることが確認されました。プロジェクトのフェーズ2では、より精緻なシュミレーションが可能になるだけでなく、船舶設計プロセスにおける運航データの利活用を促進し、よりスマートで環境に優しい船舶の設計プロセスの構築を目指しています。

上図はシュミレーション結果の一例で、設定条件の違いが実際に航路にどのように反映されるかを図示したものです。 最短ルートは赤で、既存船における基準ルートが赤、航路最適化を行ったものが緑、ローターセイルを搭載した風力推進船で航路最適化を行った場合のルートが黄色でそれぞれ示されています。

本取組は、昨今の海運業界の脱炭素化の流れにさまざまな良い影響をもたらします。規制が厳格化され、新たなソリューションが市場に投入される中、海運業界全体が協力することでこうした変化にスムーズに対応することができ、船の設計から運航までのライフサイクル全体において、重要な意思決定を行うための、より信頼性の高い判断材料を提供することができました。

こうした先進的な取り組みを推進する姿勢は、Norsepower社と住友重機械マリンエンジニアリング社（以下、SHI-ME社）との共同研究の基盤となっています。風力推進と航路最適化を組み合わせることで、どの程度排出削減が達成できるのでしょうか？プロジェクトのフェーズ１では貴重な答えが得られました。フェーズ２では、同様に重要なトピックに目を向けています。

第1段階：より明確にするための協力

2022年12月から2023年3月にかけて実施された共同シミュレーション・プロジェクトのフェーズ1では、SHI-ME社のタンカーを対象に、Norsepower Rotor SailTMとNAPA Voyage Optimizationの組み合わせによる燃料消費量削減とCO2量削減の可能性を検証しました。

NAPAが開発したデジタル・ツインにより、Norsepower社およびSHI-ME社から提供された本船とローターセイルのスペック情報と2022年の海気象データを用いて、特定の海域におけるタンカーの航海性能をシミュレーションしました。本船が航行する6航路の結果を見ると、NAPA Voyage OptimizationとNorsepower Rotor SailsTMを併用した場合、平均19%のCO2削減が認められ、NAPA Voyage Optimization単独では約10%のCO2排出量削減に貢献しました。

最も興味深い結果は、ニューヨークとアムステルダムを結ぶ大西洋航路で、Norsepower Rotor SailsTMとNAPAのVoyage Optimizationの組み合わせにより、平均28％のCO2排出量削減を実現しました。また、NAPA Voyage Optimizationの単独では12%のCO2削減に貢献しました。シンガポール-アンゴラ間の航路では、風力推進装置と航路最適化システムとの相乗効果では、排出量を17％削減し、航路最適化が11％貢献しました。

船主や運航会社にとって、この共同研究はとても意義のあるもので、海運業界が脱炭素化のプレッシャーにさらされている今、風力推進技術に投資するビジネスケースをより強化するものになります。風力推進と航路最適化が、今日の海運業界の脱炭素化に不可欠な柱であることはすでに分かっていました。しかし、この研究がもたらしたのは、特定の航路で2つの技術がどのような結果をもたらすかについての正確で詳細なデータです。海運業界にとって、これは自信を持って前進するために必要な重要な洞察と保証を提供するものです。

第2段階：設計と運営のリンク強化

シミュレーションから得られた知見をもとに、設計段階で船舶の性能を予測し、さまざまな海象や気象条件にどのように対応できるかを検証する方法も模索しています。フェーズ1の分析では、最も有利な風条件に遭遇するためには大幅な航路変更が必要であることが示され、プロジェクトのフェーズ2ではこの共同研究がさらに進められることになりました。2023年5月に開始されたこのフェーズ2では、より幅広い船舶の反応と気象条件のデータを開発することで、Norsepower Rotor SailsTMで設計された船舶の性能をさらに高める方法を探っています。

例えば、このプロジェクトでは、船体の横方向の力や動きについてのより高度な分析を行い、運航性能を向上させるための新たな最適化戦略を開発します。通常、船舶は「固定された」設計条件に基づいて設計され、穏やかな海況にシーマージン（天候による予想される平均的な性能損失）を加えたものとなっています。しかし、風力アシスト船の設計は、運航されることになるより強い風条件に適応させる必要があります。したがって、次のステップは、風、波、潮流などの「動的」条件を使用した仮想航海シミュレーションを組み込んで、実際の条件下で期待される船舶の性能を評価することです。さらに、SHI-ME社の船舶設計プロセスでは、すでに多くの船舶設計で使用されている従来の静的波浪計算に加えて、悪天候時の船舶の復原性をより考慮することになります。これには、NAPAから入手したビッグデータを船舶設計プロセスで扱う方法を開発することが含まれます。

NAPAにとって、このプロジェクトは設計プロセスの理解を広げ、航海最適化モデルの洗練度と精度を高めることになります。フェーズ1では、気象ルーティングが明らかに風力推進の画期的な変化になり得ることが明らかになりました。私たちのモデルが船舶設計プロセスに情報を提供するために使用されれば、その価値をさらに高める可能性があると考えています。

私たちのデジタル・ソリューションは、海事分野のあらゆるステークホルダーとの協力関係を強化することを可能にしています。フェーズ2は、船舶運航と船舶設計の間で継続的にフィードバックを行う事で、それをさらに実証することになります。船主にとって、これは単に燃料の節約や炭素原単位指標（CII）規制の格付け向上以上の意味を持ちます。また、新造船の運航性能が向上し、EEDI（エネルギー効率設計指数）などの規制への適合が容易になることも意味します。また、性能が向上すれば、港湾使用料の減免など、さまざまなインセンティブ制度が利用できるようになり、将来的に炭素税が施行された際には、大幅な節約をもたらすことになります。

NAPAの運航シミュレーション技術と、Norsepower社およびSHI-ME社の技術的専門知識を活用したこの共同研究は、すでに設計段階の早い段階で、商業上および運航上の意思決定に重要な知見と確信を与えています。私たちは、このプロジェクトのフェーズ2が、脱炭素化をさらに大きく前進させ、既存の技術を最大限に活用するための船舶の設計・運航方法を業界が改革し、そのビジネスにとって理にかなった方法で、地球にとって必要な変化を実現する手助けになると確信しています。

この共同研究は、私たちが力を合わせ、多様な専門知識を結集することで、関係者全員に良い結果をもたらし、業界全体に付加価値を生み出すことができることを実証するものです。SHI-ME社とNorsepower社とのパートナーシップにおいて、私たちは船舶の設計と運航、ローターセイル技術、ソフトウェアとデータサイエンスにおけるそれぞれの経験を組み合わせました。これは、コラボレーションによって実現できることのほんの一例にすぎません。NAPAでは、船舶の設計、安全、運航の間の点と点を結ぶユニークな立場にあり、同時にITとデータサイエンスの専門知識も持ち合わせています。NAPAは、その専門知識をフルに活用することで、持続可能な海運を支援するこのようなプロジェクトをさらに実現し、人、アイデア、技術を結びつけることでパートナーとともに革新していきます。

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