Optimering af ship propulsion

Når eksisterende skibe optimeres, er der to hovedtilgange:

• Behold konstant fart og optimer skrog og fremdrivningssystem
• Reducer farten og optimer skrog og fremdrivningssystem til den nye fart

Gennem årene har vi arbejdet tæt sammen med motorleverandører og underleverandører for at opnå de bedste resultater.

Fartreduktion

Fartreduktion er en yderst effektiv metode til at reducere brændstofforbrug og emission. Når farten reduceres, antages det, at effektbehovet skalerer med tredje potens af farten. Dermed vil en 10 % fartreduktion føre til cirka 27 % (0,9³=0,73) besparelse i effekt. Men slow steaming, som det kaldes, har nogle omkostninger i form af kapacitet, kapitalomkostninger, besætningsomkostninger og sikkerhed:

• Lavere fart betyder reduceret transportkapacitet. 10 % fartreduktion vil kræve 10 % mere skibskapacitet for at bibeholde transportmængden. Dog skalerer indtjening og nødvendig skibskapacitet med farten, mens brændstofbesparelsen følger tredje potens – eller mere – af farten.
• Kapitalomkostninger forbundet med lasten afhænger af transporttid og lastens værdi. Langsommere transport øger kapitalomkostningen for lasten.
• Besætningsomkostninger er uafhængige af farten, men langsommere skibe transporterer mindre. For at bibeholde samlet transportkapacitet skal flere skibe sejle, hvilket øger besætningsomkostningerne.
• Af sikkerhedsmæssige årsager bør farten ikke sænkes for meget. For at et skib kan manøvrere sikkert i kraftig vind og sø, må farten ikke komme under et vist minimum for styreevne.

Hovedmotoropgradering/justering

Ved fartreduktion bør hovedmotoren som regel opdateres og/eller justeres, så den passer til skibets lavere driftshastighed. Sømargener bør tilpasses skibstype og størrelse og vurderes nøje, baseret på skibets typiske ruter og de tilknyttede miljøforhold – for nogle ruter kan det være muligt at anvende en rute-baseret sømargin. En undersøgelse udført af FORCE Technology på den Grontmij-designede Seahorse 35 viste, at en motor optimeret til slow steaming reducerede det nødvendige motoroutput ved 14 knob med 3 %.

Omprojektering af propel

Ved slow steaming eller opgradering af hovedmotoren kan en omprojekteret propel give yderligere gevinster. Grundlæggende propel-teori indikerer en fordel (propelvirkningsgrad) ved langsomtrullende, større propeller. Derfor vil en redesign med lavere omdrejningstal og større propeldiameter oftest give effektiv besparelse på trækkraften. Ud over diameteroptimeringen tilbyder flere leverandører nye og forbedrede propel-designs til eksisterende fartøjer, med besparelser på 3-7 %, afhængigt af om farten holdes konstant eller reduceres.

Ved konstant fart

Ved at holde farten konstant er der en række værktøjer til rådighed for at optimere. Disse kan naturligvis også bruges ved optimering ved reduceret fart.

Energy Saving Devices (ESD)

Ved begge tilgange kan fartøjet udstyres med energibesparende enheder (ESD’er). Nedenfor er nogle årsager til dårlig ydeevne og forslag til brug af ESD-løsninger for at optimere fremdrivningseffektiviteten:

• Wake equalizing ducts og vortex generators: Løser problemer med ujævn strømning ind til propellen.
• Pre-swirl finner og kontraroterende propeller: Reducerer rotations-tab.
• Twisted rudder: Forbedrer samspillet mellem skrog og propel.
• Propeller boss cap fins (PBCF) og rorbulber: Minimerer tab ved propelnavet.

Et eksempel på en kombineret energibesparende effekt er den nyere Becker Mewis Duct®-løsning, der kombinerer den strømudjævnende og trækkraftforøgende effekt af en duct foran propellen med de reducerede rotationstab fra pre-swirl-finnesystemet.

Optimeret skrogdesign

En mere gennemgribende tilgang kan være at ændre skrogformen. Her vælger skibsejere typisk at udskifte bovbulben eller endda større dele af forskibet. I et nyligt projekt for Clipper udførte FORCE Technology en omfattende optimeringsundersøgelse på Clippers G-klasse med FRIENDSHIP Framework/RANS CFD. Undersøgelsen viste en besparelse på op til 7,5 % i en specifik driftskondition og ca. 4 % på hele det operationelle profil – hvilket gav en tilbagebetalingstid på mindre end 2 år.