陸上電源: 仕組み、規格、海洋用途

陸上電源とは何ですか?

陸上電源 冷間アイロン、代替海洋電力 (AMP)、または陸上電力供給 (OPS) とも呼ばれる — は、港やマリーナに停泊している船舶に陸上の送電網接続から電力を供給することです。寄港中にホテルの負荷（照明、HVAC、冷凍、ナビゲーション システム、乗組員設備）用の電力を生成するために船上のディーゼル補助エンジンを稼働させる代わりに、船舶は発電機を停止し、標準化された接続を通じて海岸側の電気インフラから直接電力を取得します。

「冷間アイロン」という用語は、蒸気機関船の初期の時代に遡ります。当時は、陸上電力が引き継がれると、鉄製のボイラーやエンジンを含むすべての機械が寄港中に冷えてしまいました。現代の文脈では、利点は主に環境と経済です。停泊している大型コンテナ船やクルーズ船は、エネルギーを消費することができます。 1 ～ 5 MW の補助電力 これらはすべて、NOₓ、SOₓ、粒子状物質、CO₂を港の環境に直接排出するディーゼルエンジンによって生成されます。陸上電力は、停泊地でのこれらの排出を完全に排除し、国のエネルギー構成に応じて炭素強度が大幅に低いグリッド電力に置き換えます。

カリフォルニア、北欧、中国の港は、大気質当局からの規制圧力により、最も早くから大規模な導入が行われてきました。の EU の FuelEU 海事規制 そして改訂された EU 代替燃料インフラ規制 (AFIR) 現在、2030年までにコンテナ船、旅客船、タンカーの主要なTEN-T港で陸上電力の供給を義務付けており、冷間アイロンインフラの世界的な導入が加速しています。

陸上電力供給システムの仕組み

完全な陸上電力供給システムには、標準化されたインターフェイスを通じて接続された港側と船舶側の両方のインフラストラクチャが含まれます。電力網から船舶の配電盤までの電力チェーンには、いくつかの変換および保護段階が含まれます。

港湾インフラストラクチャー

ポートは 周波数変換器および変電所 バースまたはその近く。これが必要なのは、港の国内送電網の周波数に関係なく、船舶は電気システムを 60Hz (米国または国際 SOLAS 条約基準に従って建造されたほとんどの商船の標準) または 50 Hz (ヨーロッパの船舶) で動作させるためです。周波数変換器（通常は AC-DC-AC 変換を使用する静的ソリッドステート ユニット）は、ローカル周波数でグリッド電力を受け入れ、必要な船舶周波数を正しい電圧で供給します。高出力船舶の出力電圧は通常、 6.6kVまたは11kV 岸壁の接続距離全体にわたるケーブル電流と損失を最小限に抑えます。

変電所から電力が供給されます。 陸上接続箱（SCB） またはバース面に取り付けられた台座。 SCB は、物理接続ポイント、保護開閉装置 (回路ブレーカーおよび地絡保護)、計量、およびケーブル管理システム (格納式ケーブル リール、ケーブル バスケット、または大規模な高電圧接続用の陸地から船へのケーブル ハンドリング クレーンのいずれか) を提供します。

船側設備

容器には、 陸上電源インレットパネル — 通常はマニホールドエリア近くのメインデッキまたはアッパーデッキに配置され、船上の高電圧開閉装置、絶縁変圧器（一部の構成）、電力管理コントローラー、および標準化されたインレットソケットが含まれます。接続されると、船舶の電力管理システムは同期チェックを実行して、負荷を転送して補助発電機を停止する前に、陸上供給の位相、電圧、周波数を船舶の内部バスバーに一致させます。この転送は、 電源管理システム (PMS) 重要な負荷の中断を防ぎます。

小型船舶およびマリーナ用の低電圧陸上電力

レクリエーション船、小型フェリー、作業船の場合、陸上電力は低電圧で供給されます。通常は 単相230Vまたは三相400V 北米のマリーナでは 50 Hz、または 120V/240V、60 Hz で使用できます。マリーナペデスタルには、定格 16A ～ 125A の個別の計量コンセントがあり、最大約 50 kW のホテル負荷を持つ船舶に十分です。接続は、屋外および海水近くでの使用向けに定格されたツイストロックまたは IEC 60309 (工業用) プラグおよびソケットを備えた柔軟な海岸電源コードを介して行われます。

海岸電力規格とコネクタの種類

世界中の異なる旗国や港の船舶間の相互運用性には、標準化された接続仕様が必要です。高出力冷間アイロンインフラを管理する主要な国際規格は次のとおりです。 IEC/ISO/IEEE 80005-1:2019 、電力需要が 1 MW 以上の船舶用の高電圧陸上接続システムをカバーします。補完的な規格は、ユーティリティ接続、通信プロトコル、安全インターロックに対応しています。

IEC 80005-1 規格では、電気的パラメータだけでなく、 通信プロトコル 船と海岸の間 (IEC 61850 に基づく)、安全インターロック シーケンス、ケーブル管理要件、および高電圧海岸プラグのコネクタ形状。定義されたコネクタの順序 (アース (接地) ピンが最初に接続され、最後に切断される) は、負荷がかかった状態での接続および切断中に通電中の導体でのアーク放電を防止する、交渉の余地のない安全要件です。

陸上発電の環境および運用上の利点

陸上電力の環境に関する事例は十分に確立されており、定量化されています。大型クルーズ船が停泊して補助ディーゼルエンジンを稼働させると、 1 時間あたり 450 kg の CO₂ ドックレベルでは大量の NOₓ と粒子状物質が発生し、港湾労働者、近隣住民、都市の大気質に直接影響を与えます。これを陸上グリッド電力に置き換えると、炭素濃度が中程度のグリッドであっても、通常、寄港ごとに CO₂ 排出量が 50 ～ 90% 削減され、停泊場所での NOₓ と PM の排出がほぼすべて完全に排除されます。

船舶運航者にとっても、運航上のメリットは大きくなります。補助ディーゼルエンジンを稼働させると稼働時間が蓄積され、これがオーバーホール間隔とスペアパーツの消費量の主な要因となります。船舶が年間 100 回寄港し、それぞれの寄港時間は平均 12 時間になります。 年間 1,200 補助エンジン時間 一人で停泊中。低温アイロンを使用すると、この時間がなくなり、オーバーホールの間隔が延長され、燃料消費量が削減されます。ヨーロッパの港で増えているように、陸上電力料金がバンカー燃料コストと競合する航路の事業者にとって、冷間アイロンは直接的な航海コストの削減にもつながります。

港湾運営者は、商業的な差別化要因として、また環境規制された船舶輸送を誘致するツールとして陸上電力インフラの恩恵を受けています。主要市場、特にEU、カリフォルニア、中国での排出規制が停泊中の船舶に対する要件を強化しているため、低温アイロン設備を提供できない港は、寄港行程から除外されるリスクが増大している。したがって、陸上電力インフラへの投資は、持続可能性への取り組みから、主要なコンテナおよびクルーズ市場における戦略的な港湾競争力の要件へと移行しました。

小型船舶およびマリーナ用途向けの陸上電源

商用海運を超えて、陸上電力供給はマリーナ、ヨットハーバー、小型商船バースにおける標準的なユーティリティです。娯楽船や小型商用船の場合、陸上電力システムは次のもので構成されます。 メーター式台座 各バースには 16A、32A、または 63A の 1 つ以上の電源コンセントがあり、発電機やインバーターを稼働させることなく、バッテリーの充電、空調、調理室の機器、ビルジ システムに十分です。

小型船舶の陸上電力接続に関する主な考慮事項は次のとおりです。

• 極性と漏電 — 陸上電力接続の極性が間違っていると安全上の危険があります。極性表示器または陸上電力モニターを船舶のパネルに取り付ける必要があります。
• ガルバニック絶縁 — ガルバニックアイソレータまたは絶縁変圧器は、同じマリーナシステムを共有する船舶間の海岸アース導体を流れる電流によって引き起こされる水中金具の迷走電流腐食を防ぎます。
• 海岸電源コードの定格 — ケーブルは、最大負荷電流および海水に隣接した屋外での使用に耐える定格を備えている必要があります。絶縁体が損傷したサイズの小さいコードは、マリーナの電気火災の主な原因となります。
• 周波数の互換性 — 異なる系統周波数（50 Hz 対 60 Hz）の地域間を移動する船舶は、接続する前に、接続されているすべての負荷、特に AC モーターとバッテリー充電器が両方の周波数に対応していることを確認する必要があります。