Energieffektive maskinerisystemer

Presentasjon om: "Energieffektive maskinerisystemer"— Utskrift av presentasjonen:

1 Energieffektive maskinerisystemer 11.06.2013
Godsfergen Fremtidens kystskip Energieffektive maskinerisystemer Dag Stenersen

2 Fremtidens kystskip Fleksibilitet vs effektiv lasthåndtering
Effektive havneoperasjoner Miljøvennlig Drivstoff Maskineri Operasjonsprofil Skrog og maskineri Rammebetingelser og krav

3 Operasjonsprofil Rutemønster - Krav til fremføringstid og antall anløp, tid i havn Krav til hjelpemaskineri behov for egen lasthåndtering Kjøle/frysecontainer/kjølerom Fart Design hastighet Krav til variasjon i hastighet, ref. driftsprofil (lavlastoperasjon)

4 Miljøvennlig - Nye tiltak for redusert energiforbruk, maskinerisystemer
Vurdering av alternative maskinerikonfigurasjoner. Tradisjonell løsninger evalueres opp mot alternative tekniske løsninger. Mekanisk og elektrisk fremdriftssystemer Hybride løsninger Batteriteknologi Anvendelse av fornybar energi (vind og sol) Miljøeffekter knyttet til drivstoffkvalitet Maskineri hjelpesystemer for økt energieffektivitet og lavere utslipp Systemer for utnyttelse av spillvarme Damp / ORC, kombinasjoner Optimalisere komponenter i hjelpesystem Frekvensstyring, optimal design og operasjon Renseteknologi Energioptimalt

5 Krav til maskinerisystemene i fremtidens kystskip
Miljøvennlig Drivstoff Maskinerikonfigurasjon IMO tier III Energieffektiv Operasjonsprofil Skrog og maskineri Rammebetingelser og krav Myndigheter IMO Bruker, vareeier, befrakter

6 Krav til maskinerisystemener i fremtidens kystskip – Valg av Drivstoff
Tradisjonelt MGO HFO Alternativ LNG Metanol Etanol, H2,.. Fornybar Sol Vind Bio Bølge Tekniske utfordringer Krever SCR fra 2016 SCR + scrubber (2016, 2015) Lagring, bunkring, OK i Norge Lav virkningsgrad, på demonstrasjonsstadium Lite aktuelt på skip Kommentar Sol, lite egnet i Norge Kan gi noe effekt, fortsatt utviklingsbehov Tillegg, mix med annet Ny teknologi, et stykke frem

7 Krav til maskinerisystemener i fremtidens kystskip – Maskinerikonfigurasjon
Energiproduksjon og transmisjon Mekanisk Elektrisk Hybrid Energiomvandler ICE FC Turbin Batteri Operasjonelle krav – Energieffektivitet/Kostnader-Miljø

8 Ship machinery energy flow

9 Energy Usage in an Example Vessel (20 000 dwt, 15 knots and head sea

10 Miljøvennlig - Nye tiltak for redusert energiforbruk innen temaet maskinerisystemer
Vurdering av alternative maskinerikonfigurasjoner. Tradisjonell løsninger evalueres opp mot alternative tekniske løsninger. Mekanisk og elektrisk fremdriftssystemer Hybride løsninger Batteriteknologi Anvendelse av fornybar energi (vind og sol) Miljøeffekter knyttet til drivstoffkvalitet Maskineri hjelpesystemer for økt energieffektivitet og lavere utslipp Systemer for utnyttelse av spillvarme (ORC) Optimalisere komponenter i hjelpesystem Renseteknologi

11 Eksempel - katamaran Maskinrom single line, CargoXpress

12 Eksempel, maskinrom - monohull

13 Eksempel - Hybrid fremdriftsanlegg med direktekoblet gassmotor og dieselmotor som back-up

14 Single stage ORC system with recuperator

15 WHR med batteri på skip Consumers Battery bank
Kan batteri betraktes som god nok backup slik at DG kan fjernes?

16 Godsfergen – valg som må tas
Valg av drivstoff Maskineri konsept (Mekanisk, elektrisk, hybrid) Virkningsgrad og kostnader Driftskostnader og vedlikehold Tilgjengelighet/pålitelighet Nye løsninger Fornybar "Waste heat recovery" – investering og avskrivningstid, effektiv virkingsgrad, kan dette være noe for Godsfergen Lagring/distrtribusjon om bord Landstrøm eller batteri Andre punkt?

17 Takk for oppmerksomheten

18 Miljøkrav Stricter IMO limitation on SOx Global sulphur limitations
Global cap from 4,5% to 3,5% effective from 1. January 2012 Global cap from 3,5% to 0,5% effective from 1. January 2020 SECA (Sulphur Emission Control Area) limitations* New sulphur limit from 1,5% to 1,0 % effective from 1. March 2010 New sulphur limit from 1,0% to 0,1 % effective from 1. January 2015 PM (Particulate Matter) regulated indirectly by the sulphur reduction Stricter IMO limitation on SOx *(SECA=ECA)

19 Eksterne krav (myndigheter etc)
Rammebetingelser og krav Eksterne krav (myndigheter etc) Operative krav Reder, befrakter Kunde krav (Lasteier) Sikkerhet Miljø Regularitet Frekvens Kapasitet Effektivitet Sikkerhet Kostnader Inntjening Regularitet Frekvens Kapasitet Effektivitet Lastmangfold Miljø Laste/lossesystem Havn/infrastruktur Kostnader Regularitet Frekvens Kapasitet Miljø

20 Eksterne krav (myndigheter etc)
Rammebetingelser og krav Eksterne krav (myndigheter etc) Operative krav Reder, befrakter Kunde krav (Lasteier) Sikkerhet Miljø Regularitet Frekvens Kapasitet Effektivitet Sikkerhet Kostnader Inntjening Regularitet Frekvens Kapasitet Effektivitet Lastmangfold Miljø Laste/lossesystem Havn/infrastruktur Kostnader Regularitet Frekvens Kapasitet Miljø

21 Fremtidens kystskip Mange lasttyper, fleksibiltet
Effektiv lasthåndtering Energi-og miljøeffektivt skrog og maskineri

22 Eksisterende design Mulig utgangspunkt for videre optimalisering og tilpasning til "Godsferge"-konsept Norlines nybygg basert på RR Environship konsept Katamaran konsept (F.eks CargoXpress container skip konsept

23 Nye tiltak for redusert energiforbruk innen temaet – skrog og propulsjon (1)
Vha "State of the art" beregnings/simuleringsverktøy foreslås tre hovedaktiviteter: Vurdere, utvikle og optimalisere alternative skrogløsninger Alternative propulsjonsløsninger Optimalisering av valgt design Optimalisere et skrog for ulik operasjonshastighet og operasjonsdypgang. Fremtidens skrog må tilpasses forskjellige driftsprofil. Et skrog som skal være optimalt eller best mulig for en redusert hastighet på f.eks 2 knop, vil være ganske annerledes enn et skrog for en høyere hastighet. Gjelder også for Propulsjonssystemet, spesielt optimal propelldiameter

24 Nye tiltak for redusert energiforbruk innen temaet – skrog og propulsjon (2)
I prosjektet foreslås det å vurdere ulike konsepter som: En katamaranløsning En ettskrogs løsning Vurdere ulike propulsjonsløsninger for valgte konsepter Fart/effekt/utslipp for hvert konsept, men også sjøegenskaper. Tekniske løsningene utarbeides i samarbeid med designer Detaljanalyse, optimalisering og beregning i samarbeid med designeren: CFD beregning (Computational Fluid Dynamics) av skroget og propulsjonsenheten(e) Skrogets egenskaper i sjøgang – tekniske analyser (bevegelser, akselerasjoner, fart) Valg av konsept

25 Nye tiltak for redusert energiforbruk innen temaet maskinerisystemer og drivstoff
Vurdering av alternative maskinerikonfigurasjoner. Tradisjonell løsninger evalueres opp mot alternative tekniske løsninger. Mekanisk og elektrisk fremdriftssystemer Hybride løsninger Batteriteknologi Anvendelse av fornybar energi (vind og sol) Maskineri hjelpesystemer for økt energieffektivitet og lavere utslipp Systemer for utnyttelse av spillvarme (ORC) Optimalisere komponenter i hjelpesystem Renseteknologi Miljøeffekter knyttet til drivstoffkvalitet Naturgass som drivstoff Praktiske, miljømessige og energimessige effekter av LNG som drivstoff Økonomiske forhold knyttet til LNG Alternative motorkonsepter og utviklingsbehov

26 Nye tiltak for redusert energiforbruk innen temaet maskinerisystemer og drivstoff
Vurdering av alternative maskinerikonfigurasjoner. Tradisjonell løsninger evalueres opp mot alternative tekniske løsninger. Mekanisk og elektrisk fremdriftssystemer Hybride løsninger Batteriteknologi Anvendelse av fornybar energi (vind og sol) Maskineri hjelpesystemer for økt energieffektivitet og lavere utslipp Systemer for utnyttelse av spillvarme (ORC) Optimalisere komponenter i hjelpesystem Renseteknologi Miljøeffekter knyttet til drivstoffkvalitet Naturgass som drivstoff Praktiske, miljømessige og energimessige effekter av LNG som drivstoff Økonomiske forhold knyttet til LNG Alternative motorkonsepter og utviklingsbehov

27 Diverse bakgrunnsslides

28 IMO requirements to prevent pollution from ships
IMO MARPOL Annex VI - NOx emission limits Global NOx limitations Tier II  20% reduction of Tier I limit for new ships after 1. January 2011 Emission Control Area (ECA) From 1. January 2016 NOx Tier III  80% reduction from Tier I limit (new ships)

29 Maskineri Energieffektivitet Drivstoff Nye løsninger? CO2 avtrykk
Kostnad

30 TO-BE vessel ? Diesel / HFO LNG Renewables
Er dette av interesse for Statoil?

31 SIGGTO conversion table
CO2 emissions TYPE OF FUEL ISO SPECIFICATION Carbon content (m/m) g CO2/t Fuel Diesel/Gasoil iso 8217 Grades DMX through DMC 0,  206 000 Light Fuel Oil iso 8217 Grades RMA through RMD 0,86 3 151 040 Heavy Fuel Oil iso 8217 Grades RME through RMK 0,85 3 114 400 Liquefied Petroleum Gas Butane 0,  030 000 Liquefied Petroleum Gas Propane 0,  000 000 Liquefied Natural Gas 0,75 2 750 000 Heavy Fuel Oil with a carbon content of 85 % by mass. Molecular weight CO2: (12,011+(2x15,9994)) = 44,01 Mass fraction of carbon in CO2: (12,011+(2x15,9994))/12,011 = 44,01/12,01=3,664 Multiplying with the mass fraction of carbon in the fuel we get the specific emission of CO2 3,664 x 0,85 = 3,111 t CO/t Fuel => 3 114 400 g CO2 /t fuel