Energioptimering på Pearl Seaways - FMS Moodle
Energioptimering på Pearl Seaways Hvorfor bruge unødige ressourcer? 27-05-2015 Jesper Dideriksen & Tommy Kruse Maskinmesterstuderende - FMS Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Titelblad. Titel på opgaven: Energioptimering på Pearl Seaways Undertitel på opgaven: Hvorfor bruge unødige ressourcer? Anslag i opgaven: 95.415 Billagsmappen til projektet medfølger på en CD. Forfattere: Jesper Helmann Dideriksen +45 26 241 612 [email protected] Fredericia 27-05-15 Tommy Kruse Jensen +45 26 818 871 [email protected] Fredericia 27-05-15 Afleveringsdato: 27. maj 2015 Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 1 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Abstract The subject of this project is whether it is possible to optimize the fuel efficiency of the AUX-engines on the 26-year-old Ro-ro-pax ship Pearl Seaways by installing a hybrid system. After carrying out a lot of energy saving projects onboard, the AUX-engines work in a non-proper condition, which causes a poor SFOC (specific fuel oil consumption). We will examine the potential for replacing one of the existing four AUXengines with a hybrid system, to optimize the working load and reduce the fuel consumption on the AUXengines. Furthermore the financial and the maintenance perspectives of installing of a hybrid system will also be examined. The first part of the project will concentrate on examining the existing installation and the operating cost in terms of fuel consumption. Our calculations show the fuel costs of the current system amount to an annual cost of DKK 13,377,850. Maintenance costs annually amounts to DKK 933,000 in the existing system. In the second part of the project, we will examine the principles and usage of a hybrid system. Based on Siemens recommendations and our own calculations we have made two new operational scenarios for AUX-engines. By installing the hybrid system and changing the operational profile for the remaining AUXengines, the annual operational costs will in scenario one be reduced by DKK 1,589,726 , and in scenario two by DKK 1,805,822 dkk. In the final part of the project, the economic perspectives of installing the hybrid system are examined. The calculation of payback-time of each scenario is based on a quotation obtained from Siemens Maritime, Ballerup. Payback time for the two scenarios are for scenario one: 10 years, and for scenario two: 9 years. Thus, this project concludes that it will not make sense for Pearl Seaways to consider investing in a hybrid system because of the age of the ship. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 2 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Indhold Abstract ............................................................................................................................................................. 2 1 Forord ........................................................................................................................................................ 6 2 Indledning .................................................................................................................................................. 7 3 Problemstilling ........................................................................................................................................... 8 4 Problemformulering. ................................................................................................................................. 8 5 Hypotese .................................................................................................................................................... 8 6 Problemafgrænsning ................................................................................................................................. 9 7 Læsevejledning .......................................................................................................................................... 9 7.1 8 Nomenklaturliste ............................................................................................................................. 10 Metode .................................................................................................................................................... 11 8.1 Empiri............................................................................................................................................... 11 8.2 Valg af interviewform og opbygning ............................................................................................... 12 8.2.1 8.3 9 Interviewede personer ................................................................................................................ 13 Teori ................................................................................................................................................. 13 DFDS’ historie .......................................................................................................................................... 14 9.1 10 Pearl Seaways’s historie .................................................................................................................. 14 Nuværende opbygning af elforsyningsanlæg ...................................................................................... 15 10.1 Systemopbygning af nuværende elforsynings anlæg...................................................................... 15 10.1.1 Nødforsyning ........................................................................................................................... 16 10.2 Driftsprofil for nuværende system .................................................................................................. 16 10.3 Brandstofomkostninger for nuværende installation. ...................................................................... 17 10.3.1 Opdeling af perioder................................................................................................................ 17 10.3.2 Fuel beregning metode 1......................................................................................................... 19 10.3.3 Fuel beregning metode 2......................................................................................................... 19 10.4 Vedligehold ...................................................................................................................................... 21 10.4.1 Vedligeholdelses teorier .......................................................................................................... 21 10.4.2 Nuværende vedligeholdelsessituation .................................................................................... 24 11 Hybrid systemet................................................................................................................................... 27 11.1 Opbygningen af anlægget ............................................................................................................... 27 11.2 Princip for hybrid systemet ............................................................................................................. 27 11.3 Batteri .............................................................................................................................................. 28 11.3.1 Batteri teori ............................................................................................................................. 28 11.3.2 Effektivitet ............................................................................................................................... 29 Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 3 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.4 Batterierne der anvendes ................................................................................................................ 29 11.4.1 Opbygning af batteripakken .................................................................................................... 29 11.4.2 Styring ...................................................................................................................................... 30 11.4.3 Kapacitet til lade- og afladning ................................................................................................ 31 11.5 Test af SFOC ..................................................................................................................................... 32 11.6 Driftsprofil........................................................................................................................................ 34 11.6.1 Periode 1.................................................................................................................................. 35 11.6.2 Periode 2.................................................................................................................................. 35 11.6.3 Periode 3.................................................................................................................................. 36 11.6.4 Besparelsen opnået ved ny driftsprofil ................................................................................... 36 11.7 Kedlerne........................................................................................................................................... 37 11.7.1 11.8 Delkonklusion .......................................................................................................................... 40 Vedligehold af det nye anlæg .......................................................................................................... 41 11.8.1 Besparelse på vedligeholdelsesomkostninger......................................................................... 41 12 Tilbud ................................................................................................................................................... 44 13 Installation ........................................................................................................................................... 44 14 Stabilitet .............................................................................................................................................. 46 15 Investering og tilbagetalingstid ........................................................................................................... 46 15.1 Pay-back metoden: .......................................................................................................................... 47 15.2 Fastsættelse af kalkulationsrente og tilbagebetalingstid ................................................................ 47 15.3 Besparelsen ..................................................................................................................................... 48 15.3.1 Brændstofbesparelse på AE’erne scenarie 1 ........................................................................... 48 15.3.2 Brændstofbesparelse på AE’erne scenarie 2 ........................................................................... 48 15.3.3 Brændstofbesparelse på Kedlerne .......................................................................................... 48 15.3.4 Besparelse på vedligeholdelsesomkostninger scenarie 1 ....................................................... 48 15.3.5 Besparelse på vedligeholdelsesomkostninger scenarie 2 ....................................................... 48 15.3.6 Samlet besparelse scenarie 1 .................................................................................................. 49 15.3.7 Samlet besparelse scenarie 2 .................................................................................................. 49 15.4 Tilbagebetalingstid .......................................................................................................................... 49 15.4.1 Scenarie 1 ................................................................................................................................ 50 15.4.2 Scenarie 2 ................................................................................................................................ 50 16 Miljø ..................................................................................................................................................... 51 16.1 De nye 2015 udledningskrav ........................................................................................................... 51 16.2 DFDS miljøpolitik ............................................................................................................................. 52 Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 4 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 16.3 Emission ........................................................................................................................................... 54 17 Metodekritik ........................................................................................................................................ 54 18 Kildekritik ............................................................................................................................................. 55 19 Konklusion ........................................................................................................................................... 56 20 Perspektivering .................................................................................................................................... 57 21 Kildeliste .............................................................................................................................................. 59 22 Figurer, billeder og tabeller ................................................................................................................. 60 22.1 Figurer.............................................................................................................................................. 60 22.2 Billeder ............................................................................................................................................. 60 22.3 Tabeller ............................................................................................................................................ 60 23 Kontakt personer ................................................................................................................................. 61 Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 5 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 1 Forord Vi er to maskinmesterstuderende, Jesper Dideriksen og Tommy Kruse, som er ved at færdiggøre vores professionsbachelor på Fredericia Maskinmesterskole. I forbindelse med studiet har vi i foråret 2015 været 9 uger i praktik ved DFDS ombord på ’’Pearl Seaways’’. I den forbindelse er der blevet udarbejdet en rapport der tjener som vores afsluttende projekt på maskinmesteruddannelsen. I vores praktikforløb ombord, har vi gennem dagligt arbejde identificeret en problemstilling, vi begge fandt interessant og ikke mindst, der var relevant for skibet idet energioptimering er et emne der er meget fokus på i DFDS. Samtidig er problemstillingen tidsaktuel og relevant for uddannelsen. Rapporten er skrevet med henblik på personer der har teknisk interesse og viden inden for den maritime verden. Rapporten er skrevet på et teknisk niveau. I forbindelse med udarbejdelsen af projektet er der en række personer som har hjulpet os med inspiration samt indsamling af empiri. Derfor fortjener følgende personer en særlig tak. - Stig Libori - Vejleder - Kim Strate - Siemens - Louise Helmann og Sandra Hjulskov - korrektur læsning - Tommy Jørgensen & Ole Højlund - maskinchef - Leif Kracke & Kent Friborg - 1. mester - Flemming Larsen, Rasmus Andersen, Daniel Johansen og Kim Hansen - 2. mester - Og ikke mindst resten af maskinbesætningen på Pearl Seaways Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 6 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 2 Indledning Industrier over hele verden står over for nye udfordringer da der i de seneste år er kommet stor fokus på klimaforandringerne. Det er specielt de tunge industrier, bl.a skibsindustrien, som bidrager med udledningen af drivhusgasser. Ifølge bilag 1 bliver 90% af verdens gods fragtet med skibe, hvorfor det må konkluderes, at denne industri, er en af de helt store syndere i udledningen af drivhusgasser. International Marine Organization (IMO) har de seneste år sat krav til udledningen af drivhusgasser inden for den maritime verden, hvor den seneste restriktion TIER III lige er trådt i kraft fra den 1 januar 2015. Dette har tvunget skibsindustrien til at tænke på nye metoder, til at reducerer deres forbrug af fossile brændstoffer. Skibsindustrien er kendt for at være konservativ omkring nytænkning. Dette er dog i de senere år blevet ændret grundet de nye miljøkrav, idet disse krav har medført at skibsindustrien har været nødsaget til at implementere nye og endnu ikke gennemtestede metoder, for at reducere deres udledning af blandt andet SOX, COX og NOX. Igennem de seneste år har der igennem andre industrier været et øget fokus på hybrid systemer, hvor det er muligt at lagrer overskydende energi på batterier eller kondensatorer. Den lagrede energi kan herefter benyttes når der er brug for den. Teknologien er nu nået så langt i dens udvikling, at der er fremstillet nogle batterier der er store og effektive nok, til at de kan anvendes i den maritime verden. Den maritime sektor stiller ligeledes store krav til sikkerheden ombord på skibene og ikke mindst effektiviteten og derfor er det banebrydende at det er muligt, at benytte hybridteknologien i denne industri. Vi syntes derfor, at det er meget relevant med et projekt, som vil undersøge om det kan svare sig, at få et hybrid system på Pearl, da skibets AE’er arbejder uden for deres, fra fabrikantens, konstruerede arbejdsområde. Ligeledes vil det være relevant om et hybrid system vil kunne nedbringe fuelforbruget og dermed reducere noget af den CO2, som Pearl udleder ved produktion af elektricitet og dette derfor vil give sig til udtryk i en økonomisk besparelse og ligeledes resulterer i, en miljømæssig fordel for skibet og rederiet. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 7 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 3 Problemstilling Igennem vores bachelorpraktik på ”Pearl Seaways” har vi erfaret, at der er udført store energioptimerings projekter ombord. Dette har bevirket, at hjælpemotorerne nu arbejder i et dårligere driftsområde, grundet den laverere last. Resultatet af dette er en dårligere udnyttelse af brændstoffet. Da skibet gør mange tiltag for at være med helt fremme når det gælder energioptimering, begyndte vi at snakke om hvilke muligheder der var for at udnytte hjælpemotorerne bedre og derved også sænke brændstofforbruget. Efter at have læst flere artikler omkring installation af et hybridsystem som inkluderer en stor batteripakke ombord, syntes vi, at det lød som en rigtig spændende problemstilling, at undersøge om dette kunne lade sig gøre på et skib som Pearl. 4 Problemformulering. Hvilken driftsmæssig betydning vil det have at anskaffe og installere et hybrid system bestående af en batteripakke, på et større passager skib som ”Pearl Seaways”? 5 Vil det kunne betale sig økonomisk at udskifte 1 af de 4 hjælpemotorer, til en batteripakke? Vil der være en miljømæssig fordel ved at installere en sådan batteripakke? Vil der være vedligeholdelsesmæssige fordele ved at anskaffe sig en batteripakke? Vil en batteripakke kunne yde den nødvendige sikkerhed imod black-out? Hypotese Ved installation af en batteripakke ombord, vil det øge udnyttelsen af fuelen i kraft af motorerne igen kommer til at arbejde i deres konstruerede driftsområde. Ved at fjerne en AE samt nedsætte drift timerne på de tre tilbageværende motorer, vil vedligeholdelses omkostninger til AE’erne falde markant. Ligeledes vil der komme en øget dampproduktion på udstødningskedlerne i kraft med en øget belastning på AE’en i havn. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 8 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 6 Problemafgrænsning Projektet tager udgangspunkt i DFDS og ro-ro-pax skibet Pearl Seaways. Der vil i projektet ikke blive forklaret dybdegående omkring hvordan styringen af batteripakken er opbygget. Opbygningen af anlægget vil blive holdt på et brugerbaseret og grundlæggende niveau. Der vil i projektet ikke blive lavet en dybdegående analyse om den ændring der måtte opstå i skibets stabilitet efter batteripakken er blevet installeret, idet den teori vi har til rådighed fra studiet, ikke er fyldestgørende nok til at kunne udfærdige en analyse af skibets nye stabilitetsforhold. Stabiliteten vil derfor kun blive behandlet på et grundlæggende niveau. Der er ikke indhentet et reelt tilbud på de eksterne omkostninger der er forbundet ved installationen, og disse omkostninger vil derfor bygge på et skøn. 7 Læsevejledning Med fokus på læsevenligheden har vi valgt at inddele projektet i mindre nummererede afsnit med dertilhørende underafsnit. Første nummer i afsnittet udgør afsnittets nummer, hvor efterfølgende numre er underafsnittet. På denne måde vil vi forsøge at give en naturlig adskillelse, af de omhandlede emner i projektet. Vi færdiggøre et emne ad gangen, for at danne en rød tråd igennem projektet. Når der henvises til bilag igennem projektet, kan disse findes på den vedlagte CD, dette vil gøre det nemmere at slå op undervejs, og det højner derfor læsevenligheden. Når der henvises til et bilag vil disse være vist med en anvisning efter endt sætning. (bilag) I afsnit 22 billeder, figurer og tabeller vil vi give en kort beskrivelse af hvad de enkelte billeder, figurer og tabeller viser. Kilder der er anvendt til udarbejdelsen af projektet vil være at finde i afsnit 21, kildeliste. Kildernes validitet vil blive behandlet i afsnit 18, kildekritik Metoderne der er anvendt til, at udarbejde projektet vil der blive redegjort for i afsnit 8, metode. Til sidst i projektet, afsnit 17, metodekritik, vil forholde os kritisk til de anvendte metode, og hvad der kunne have været gjort, for at gøre de anvendte metoder mere troværdige. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 9 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 7.1 Nomenklaturliste AE - Auxiliary engine BB - Bagbord BMS - battery management system NDE - Non-destructive examination DNV - Det Norske Veritas ECA - Emission control area ECR - Engine control room FMS - Fredericia maskinmesterskole HFO - Heavy fuel oil kWh- kilo Watt time MGO - Marine gas oil Pax - passagerer PMS - Power management system SB - Styrbord SECA - Sulphur emission control area SFOC - specific fuel oil consumption Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 10 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 8 Metode I dette afsnit vil der redegøres for det metodevalg, der skal danne grundlag for projektet. Tilgangen til projektet bygger på positivismen, som medføre at der kun drages en konklusion ud fra empiri og logik (Thurén 24). Det har igennem praktikperioden på skibet været muligt, at observere, samt afprøve forskelige tiltag med henblik på indsamling af brugbar empiri. Ud fra den indsamlede empiri erfare hvilke metoder der var bedst for at danne grundlag for projektet, med de ressourcer vi har haft tilgængelige ombord på skibet. Projektet vil primært være baseret på kvantitative metoder, som vil bygge på målinger, test, data logning samt beregninger. Der vil ligeledes blive inddraget kvalitative metoder som interview og observationer, da der: ”i hele forskningsprocessen er et sammenspil mellem kvalitative og kvantitative tilgange” (Steinar Kvale). Dette kaldes i forskningsmetodologi Triangulering og betyder, at der benyttes forskellige datakilder til at belyse et bestemt afgrænset problemfelt. Herved får man et mere nuanceret billede af problemet (Videnskab og forskning 64) Observationer handler om systematiske iagttagelser, hovedsageligt ved hjælp af synssansen (Larsen 103). Observationer er noget vi har set, som der tages noter til undervejs eller bag efter. I vores tilfælde er det først nedskrevet bagefter. Den empiri vi har anvendt i projektet, er valgt ud fra en konstruktiv og kritisk tilgang til indsamlingen, hvor validiteten har været i højsædet. Vi har valgt at fokusere på empiri fra fagfolk og eksperter inden for det aktuelle område, derved sikres det at vores empiri er mest saglig. Projektet er gennemgående udført efter en velovervejet og struktureret fremgangsmåde, for at sikre en sammenhæng mellem teori og praksis. 8.1 Empiri Vi har gennem vores dagligdag på skibet fået lov til at indhente dokumenter som har været relevante til brug i vores opgave. Det indsamlede data har været anvendt til fastlæggelse af den nuværende driftssituation af skibet. For at kunne imødekomme problemformuleringen på bedste måde, har vi valgt at Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 11 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways gøre brug af en kombination af de to typer af empiri; kvalitativ og kvantitativ. Dette har vi valgt for at give flest perspektiver over opgaven og samtidig for at underbygge resultatet af analysen bedst muligt. Typen af observationer som vi har valgt at lave i forbindelse med projektet, er en ikke deltagende, feltobservation (Larsen 104-105), hvor vi har observeret tingene i deres normale drift, uden nogen former for indgreb til at ændre på dette. 8.2 Valg af interviewform og opbygning Vi har valgt at benytte et specificeret kvalitativt forskningsinterview (Kvale 48) til at interviewe Tommy Jørgensen. Grunden til dette er, at vi gennem vores problemformulering er interesseret i specifikke og faktuelle data. Ud fra interviewet er det vores hensigt at analysere på svarene og sammenholde dem med den teoretiske viden som vi har fra studiet, samt den kvantitative data som vi har indsamlet under vores praktikophold på Pearl Seaways. Vi vælger at optage interviewet (Kvale 200) da dette giver en stor frihed for intervieweren da der ikke skal tages referat. Ved at optage interviewet giver dette også en frihed for den interviewede, til at tage sig den tid til at koncentrere sig om interviewet, tale i sit eget tonefald samt at holde sine egne pauser. Interviewet vil blive optaget som en lydfil hvor der er taget højde for minimal baggrundstøj. Herefter vil interviewet blive transskriberet og til sidst blive analyseret. Det er valgt ikke at optage interviewet på videobånd (kvale 201) da der ikke er tale om følsom empiri, men kun faktuelle data, hvorfor det ikke er væsentligt med den interviewede persons kropssprog. Opbygningen af interviewet er udført som et semistruktureret interview (Kvale 45) ” der er hverken en åben hverdagssamtale eller et lukket spørgeskema” (Kvale 45). Interviewet vil forløbe ud fra en udarbejdet interviewguide som interviewer og interviewede sidder med. Den interviewede læser selv spørgsmålene op og svarere på disse. Før interviewet starter læses alle spørgsmål op af interviewer for at sikre at den interviewede har forstået alle spørgsmål korrekt. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 12 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 8.2.1 Interviewede personer Tommy Jørgensen - Maskinchef DFDS Pearl Seaways. Tommy har igennem 9 år sejlet på Pearl Seaways, han startede som førstemester og er nu maskinchef ombord. Grundet de mange år ombord, har Tommy en bred erfaring og har et godt kendskab til skibets driftssituationer og de rutiner der er forbundet med driften. Med baggrund i dette vil Tommy Jørgensens udtalelser blive brugt som ekspertviden eller info i dette projekt. 8.3 Teori Den teoretiske viden som er benyttet i projektet er hentet i den faglitteratur som har været anvendt som undervisningsmateriale på FMS. Offentlig tilgængelige internetsider er ligeledes benyttet til indsamling af information og data. Til viden omkring dimensionering af batteripakken og det styringsmæssige i en sådan installation, er information indhentet og anvendt fra Siemens og Corvus-energi.com, dette er gjort for at have den fornødne viden om anlægget og dets opbygning. Til beskrivelse af investeringen i anlægget, samt til analysen af denne investering er Pay-back metoden anvendt. Vi har valgt at benyttet følgende teorier: Metodeteori Teorien om afladning og opladning af batterier El teori Teori om skibsmotorer Generatorteori Varmebalanceteori Vedligeholdelsesteori Skibsstabilitetsteori Investeringsteori. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 13 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 9 DFDS’ historie DFDS blev stiftet i 1866. Det var dengang Danmarks tre største rederier der valgte, at slå sig sammen: H.P. Prior, Det almindelige danske Dampskibsselskab og Rederiet Koch & Henderson, og deraf kommer navnet DFDS ”Det forende Dampskibs-Selvskab”. Rederiet operere hovedsageligt med ro/ro og ro/ro-pax skibe til sejlads af fragt og passagerer. De primære operationsområder er i Nord- og Østersøen og flåden består i dag af 45 skibe. Ruten København-Oslo har DFDS haft som fast rute siden side 1866. 9.1 Pearl Seaways’s historie Pearl Seaways blev bygget i Finland tilbage i 1989 på værftet i Turku som ro-ro-pax færge til rederiet Viking line. Pearl er udstyret med 4*Wärtsilä Sulzer 9ZAL 40S hovedmotorer til fremdrivning på hver 5900kW. Hovedmotorne fordeler effekten ud på to drivskruer ved hjælp af to reduktionsgear, som giver skibet en maksfart på 22 knob og med en servicefart på 17 knob. Til produktion af elektricitet er skibet udstyret med 4*Wärtsilä Vasa 6R32D AE’er på hver 2250kW. AE’erne er koblet på hver deres generator som hver har en udgangseffekt på 2180kW. I 2001 købte DFDS Pearl af et malaysisk rederi, Star Cruises, hvor skibet havde sejlet som krydstogtskib i Singapore og Hong Kong. Skibet kom på værft i Hamborg samt Aalborg, hvor det efter store ombygninger igen kom til at sejle som ro-ro-pax. Pearl kan medtage 1870 pax, 350 biler og har 704 kahytter med i alt 2168 senge pladser. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 14 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 10 Nuværende opbygning af elforsyningsanlæg I det følgende afsnit vil vi forklare opbygningen af det nuværende elforsyningsanlæg. Vi vil desuden belyse den vedligeholdelsesmæssige del, som er forbundet med driften af det nuværende elforsyningsanlæg. Der vil i løbet af afsnittet blive foretaget nogle forskellige beregninger, for at finde frem til fuelforbruget på anlægget. For at komme frem til fuelforbruget har vi afprøvet to forskellige udregningsmetoder. Vi er, efter vores mening og forudsætninger kommet frem til den mest korrekte udregningsmetode. Alt dette vil blive analyseret og vurderet i dette afsnit. 10.1 Systemopbygning af nuværende elforsynings anlæg Til produktion af el er der ombord installeret 4 AE’er som er koblet til hver sin generator. AE’erne forsyner to hovedtavler der er placeret i BB og SB side af ECR. Adgang og betjening af de to hovedtavler og alle afbrydere, sker ligeledes fra ECR. Hovedtavlen som er placeret i BB er forsynet fra AE 1-2 og tavlen i SB side er forsynet fra AE 3-4 (Bilag 2). AE’erne leverer ved fuld last hver 2250 kW som giver en produceret el-effekt på 2180 KW. Dette giver samlet kapacitet på 8720 KW el-effekt, når alle 4 motorer køre fuld last. Da effektbehovet varierer meget over døgnet, variere antallet at AE’er som der er i drift også. Driftsprofilen for AE’erne vil derfor blive belyst senere i dette afsnit. Som sikkerhed imod black-out kan de to hovedtavler kobles fra hinanden ved hjælp af en effektafbryder, dette kan benyttes under manøvrer da der køres med bowtrusterne og dermed er der et stort behov for effekt og driftssikkerhed. Kobles tavlerne fra hinanden sikres det at en eventuel fejl på en bowtruster der er koblet på den ene tavle, kan påvirke begge hovedtavler og som følge heraf ligge hele skibet sort. Under normal drift er begge tavler koblet sammen og hele skibet kan derfor forsynes fra AE 1-2 siden eller AE 3-4 siden. Dette sikre at hvis det skulle ske at begge AE’er på en side er taget ud af drift, kan alt ombord på skibet stadig fungere som normalt. (Bilag 3). Fordelingen af lasten på generatorerne er styret af PMS’en igennem nogle forskellige opsætninger, Balanced load, Unbalanced automatic og Unbalanced manual. Ud fra den valgte lastfordeling fordeles lasten ud på generatorerne således at de skiftes til at tage den største del af lasten (Unbalanced automatic). Det kan også manuelt vælges hvor meget de kørerende AE’er skal belastes individuelt. Dette er dog inden for nogle fastlagte rammer i PMS’en. Ligeledes kan lasten fordeles ligeligt mellem de kørende AE’er Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 15 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways (Balanced load). Alle ovenævnte lastfordelingsmetoder er dog kun mulig når der køres på flere AE’er af gangen. Fordelingen af lasten kan også gøres helt manuelt uden om PMS’en. Dette er som sikkerhed hvis automatikken skulle fejle. Manuel lastfordeling kan ligeledes benyttes til at teste om beskyttelsesudstyret kobler inden for det effektområde som udstyret er bestemt til. 10.1.1 Nødforsyning Nødtavlen og nødgeneratoren er placeret i casingen på deck 12. Nødtavlen forsynes under normale forhold fra en af hovedtavlerne i ECR. Forsynes nødtavlen fra fx BB hovedtavle og spændingen forsvinder på denne, kobles der automatisk om således at nødtavlen bliver forsynet fra SB tavle. Skulle spændingen forsvinde helt fra begge tavler, opstarter nødgeneratoren automatisk, og denne forsyner nu nødtavlen. På nødtavlen er kun de vigtigste komponenter koblet på, hvilket vil sige styrmaskine, nød lys, samt de pumper og kompressorer der kræves for at kunne få startet en AE op igen, og derved får skibet tilbage til normal driftstilstand. 10.2 Driftsprofil for nuværende system Den driftsprofil som der benyttes med den nuværende installation er som følgende: Under havneophold køres der med en AE, i søen køres der med to AE’er og under manøvre køres der på tre maskiner. Dette har vi forsøgt at tydeliggøre i tabel 1. Stk. Timer Driftsprofil Havn Sø Manøvre 1 2 3 7 16 1 Tabel 1 Tabelen skal illustrere hvor mange maskiner at der køres på og i hvor mange timer de forskellige maskiner kører. Måden driftsprofilen er opbygget på understøttes ligeledes af Maskinchef Tommy Jørgensens udtalelser i spørgsmål 5 i interviewet: ”under land der ligger vi og køre med én generator. Det vil selvfølgelig sige at når vi er i søen og køre med to generatorer” (bilag 4). Vi har dog igennem samtaler med de andre vagthavende mestre ombord, erfaret at der i dele af sommerperioden køres på 2 AE’er under land også, simpelthen for at sikre tilstrækkelig kapacitet til at Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 16 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways kunne drive skibets store airconditionanlæg. Dette er dog ikke medtaget i tabellen da det kun er i kortere perioder der køres på 2 maskiner i havn og dette derfor bare vil være medvirkende til forstyrre overskueligheden af driftsprofilen Som det ses i Tabel 1 er der 3 AE’er i drift under manøvre, da der kræves store mængder af energi for at drive skibets 2 bowpropeller under manøvren der skal ligeledes være tilstrækkelig effekt overskud til rådighed for at forhindre et blackout undre manøvren. 10.3 Brandstofomkostninger for nuværende installation. Den optimale måde at beregne de nuværende brandstofomkostninger for AE’erne ville være hvis der var data til rådighed i form af logninger på motorerne, hvor der blev benyttet MGO som brændstof. Så ville forbruget for de pågældende måneder havde kunne været aflæst og sammenlagt til et totalforbrug over året. Desuden er det en faktor at skibet var i dok hele januar måned 2014 hvilket også afspejler sig på nedsat forbrug denne måned. Vi har haft alle rapport pejlinger (bilag 14) samt en opgørelse over fuel-forbrug (bilag 21) fra 2014 til rådighed hvori, at der er noteret brændstofforbrug og produceret kWh el-effekt pr. måned. Problematikken ved disse data er dog at der i 2014 blev benyttet HFO som brændstof når skibet var i søen og MGO på AE’erne når skibet var i havn. Vi kan derfor ikke umiddelbart sammenholde værdierne med hvordan forbruget vil være i dag hvor der alene benyttes MGO som brændstof. 10.3.1 Opdeling af perioder For at simplificerer fuelberegningerne i projektet, har vi analyseret på ”Pearl Seaways” fuelforbrug fra 2014 (bilag 21). Billaget viser meget naturligt at forbruget er en variabel over hver eneste dag på året. Dette grunder i de mange faktorer som spiller ind, som passagerantal, udetemperatur og ellers general forskel på den transporterede last. Vi vælger derfor i projektet at inddele året i 3 perioder, som hver for sig har vist sig at være meget sammenfaldende i forbrug over perioder på året, dette er vist i tabel 9. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 17 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Periode 1 1 2 2 2 3 3 3 2 2 2 1 Måned jan-14 feb-14 mar-14 apr-14 maj-14 jun-14 jul-14 aug-14 sep-14 okt-14 nov-14 dec-14 MGO [tons] 215,6 246,4 278,8 269,1 292,8 313,2 384,5 343 302,7 285,5 258,2 267,7 kWh 868.800 1.000.900 1.115.800 1.101.300 1.214.900 1.291.400 1.564.700 1.418.200 1.192.700 1.174.000 1.045.400 1.072.500 Tabel 9 Som det kan ses i tabel 9 er den producerede el effekt i månederne inddelt i periode 1 meget sammenfaldende, det samme gør sig gældende for månederne der er inddelt i henholdsvis periode 2 og 3. Periode 1 2 3 i alt Total [tons] 729,7 1687,1 1040,7 3457,5 kWh total 2.942.200 6.844.100 4.274.300 14.060.600 Tabel 10 For at anskueliggøre forbrug og produceret el effekt i de 3 perioder, er disse fakta indtastet i tabel 10 Periode Total [kWh] Gns. last [kWh] 2.942.200 1362,1 1 6.844.100 1540,6 2 4.274.300 1935,6 3 Last [%] 62 71 86 Tabel 11 Tabel 11 angiver den gennemsnitslast der er på AE’erne i de 3 perioder. De beregnede gennemsnitslaster i tabel 11 benyttes senere i projektet, når der er nogle flere data på plads, til at beregne det nye driftsområde for AE’erne. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 18 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 10.3.2 Fuel beregning metode 1 Den første metode vi har forsøgt os med, er ud fra en beregning af effekt i forskellige lastområder på en AE, fra 30% til 90% belastning af motoren. Beregningerne bliver efterfølgende benyttet til at lave brændstofforbrugsmålinger på motoren. Ved at belaste AE’en til de udregnede belastninger og samtidig aflæse på det fysiske olie-ur, kan motorens brændstofforbrug i det aktuelle lastområde aflæses. Denne fremgangsmåde er udført for alle de udregnede belastninger. De beregnede effekter blev så divideret med målingerne på brændstofforbruget og dette giver os det specifikke brændstofforbrug som så kan ganges på de i perioden producerede kWh for at få brandstofforbruget for hele perioden. Alle udførte målinger og udregninger er efterfølgende indtastet i bilag 10 og disse tjener som dokumentation på AE’ens SFOC. Problematikken med denne metode er at vi ikke ud fra driftsrapporterne (bilag 13) har haft nogen mulighed for at se i hvilket lastområde at motorerne har arbejdet i, idet det hele tiden variere med den svingende belastning og derfor er det ikke muligt at benytte det korrekte specifikke brændstofforbrug under de givne lastkonditioner. Her måtte vi derfor benytte et specifikt brændstofforbrug for hver af belastningerne, og dette giver en relativ stor usikkerhed i beregningen. De udregnede SFOC vil senere i rapporten blive benyttet til at beregne det nye fuelforbrug efter hybrid systemet er installeret. Det gøres når vi har nogle flere faktorer på plads. 10.3.3 Fuel beregning metode 2 Den anden metode som vi benytter for at finde hvad forbruget ville være hvis skibet havde sejlet på MGO i stedet for HFO, er ved at vurdere på de 2 brændstoffers brændværdier. Da HFO har en lavere brændværdi end MGO, vil forbruget af MGO derfor være lavere for at udføre det samme arbejde målt i tons brændstof. Dog er denne beregning forbundet med en form for usikkerhed da det ikke er muligt at se hvilke brændværdier som alle bunkringer har haft i 2014 og derfor har vi måtte antage at brændværdierne har været konstante. Vi vælger derfor at benytte resultaterne fra metode 2 til at arbejde videre med, da denne metode er den som vil give det mest reelle billede af hvad brændstofforbruget vil være på MGO, ud fra de data som vi har tilgængelig fra skibet. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 19 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Data omkring brændværdierne er hentet i bilag 5+6. 𝑚𝑀𝐺𝑂 𝑏𝑒𝑟𝑒𝑔𝑛𝑒𝑡 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ℎ𝑖 𝐻𝐹𝑂 · 𝑚𝐻𝐹𝑂 + 𝑚𝑀𝐺𝑂 𝑖 ℎ𝑎𝑣𝑛 ℎ𝑖 𝑀𝐺𝑂 ℎ𝑖 𝐻𝐹𝑂 = 40,84 𝑀𝐽/𝑘𝑔 ℎ𝑖 𝑀𝐺𝑂 = 42,29 𝑀𝐽/𝑘𝑔 Prisen på MGO er hentet fra bilag 7. MGO = 586,06 USD/MT Valutaen på 1 USD er 6,6021 DKK den 07-05-15. Prisen er hentet fra Nationalbankens hjemmeside. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑔𝑛𝑒𝑟 = 𝑀𝐺𝑂 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 · 𝑀𝐺𝑂 𝑝𝑟𝑖𝑠 = 3457,5 · (586,06 · 6,6021) = 13.377.850 𝐷𝐾𝐾 Vi kan altså ud fra denne beregning se at Pearl i 2014 vil have brugt for 13.377.850 dkk fuel, hvis skibet havde sejlet på MGO i hele 2014. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 20 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 10.4 Vedligehold Igennem de seneste årtier er der kommet et øget fokus på vedligehold i industrien, idet man har fået øjnene op for det faktum, at det højner sikkerheden, gavner miljøet og skaber en øget tilgængelighed af udstyret. Vedligehold påvirker også indtjeningen positivt, samt skaber en fordel på det konkurrencemæssige plan. Derfor vil vi i dette afsnit komme ind på, hvilke teorier der kan anvendes til at udføre vedligehold. Ligeledes vil vi forklare den nuværende vedligeholdelsessituation og vedligeholdsstyring, for at holde disse op i mod relevant vedligeholdelsesteori. 10.4.1 Vedligeholdelses teorier Når en virksomhed ser på vedligehold, ses der på to hovedgrupper: Afhjælpende og forebyggende vedligehold. For at hjælpe virksomheden med at klarlægge hvilken strategi den skal følge, har Svend Åge West opstillet 4 spørgsmål. 1. Er der sikkerhedsmæssige risici forbundet med svigt? 2. Er der miljømæssige risici forbundet med svigt? 3. Er der produktionsøkonomiske tab forbundet med svigt? 4. Er der væsentlige følgeskader forbundet med svigt? Kan man svare ja til et eller flere af ovenstående spørgsmål, bør virksomheden anvende forebyggende vedligehold. Kan der ikke svares ja til nogle af de ovenstående spørgsmål, bør der vælges afhjælpende vedligehold. Afhjælpende vedligehold vil oftest vise sig at være den mest økonomiske form for vedligehold idet man kører med udstyret til det havarerer. (West 42) Figur 1 Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 21 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 10.4.1.1 Afhjælpende vedligehold Finder virksomheden frem til, at det er afhjælpende vedligehold der passer på virksomhedens profil, kræves det at der udarbejdes en procedure med overvejelser, beslutninger og aktiveringstiltag der skal foretages ved havari. De ting, der bør være med i overvejelserne er følgende: (West 42) - Har man de rette fejlmeldingsprocedurer? - Kan man det, der skal til ved fejlfinding? - Har man det rette dokumentationsmateriale? - Har man de rigtige værktøjer og er disse på de rette steder? - Har man de rette personer til at lave de adskillelser og montager, som vil følge af svigt? - Har man de rette reservedele på rette sted i rette mængde? - Har man gennemtænkte og afprøvede instruktioner for såvel demontage, montage og test? Denne type vedligehold kan vise sig at blive en bekostelig affære i nogle situationer. Specielt hvis man fx får et havari som kræver specielle komponenter eller personale, der kan have en lang leverings- eller ventetid. Derfor vil der i denne periode ikke vil være nogen indtjening og virksomhedens økonomi vil derfor blive ramt over en længere periode. 10.4.1.2 Forebyggende vedligehold Forbyggende vedligehold er den metode der er mest anvendt til søs, da der ofte vil være risici forbundet med svigt af udstyr. Forebyggende vedligehold deles op i to kategorier: forudbestemt og forudsigeligt. 10.4.1.2.1 Forudbestemt vedligehold Ved denne form for vedligehold udføres reparationerne efter faste tids- eller tællerterminer. Der er en del vedligehold der egner sig til denne form for vedligehold, specielt når vi taler om smøring, rengøring og lignende (West 44). Det bruges også til at tegne et mønster over de skiftede maskinkomponenter, det vil man kunne tegne sig et mønstre over slidtagen på komponenterne og forudse hvornår man kan forvente de havarere, hvis der ikke blev foretaget noget vedligehold Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 22 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Men med denne metode udskiftes der også mange komponenter som ville kunne køre i mange timer endnu. Dette skyldtes at meget vedligehold er forudbestemt af maskineproducenten. 10.4.1.2.2 Forudsigeligt vedligehold Denne form for vedligehold kan være mere fordelagtigt at anvende, idet komponenterne ikke udskiftes før det er nødvendigt. Man vil herved opnå følgene fordele: (West 45) - Mindre arbejdsbelastning til udskiftning - Mindre forbrug af reservedele - Større tilgængelighed af anlægget Til at tilse komponenternes tilstand, kan man med fordel anvende NED metoder i form af termografering, viberations- og tykkelsesmålinger. Det kræver blot at man investere i det rette udstyr og instruerer personalet der skal anvende udstyret. Dette vil kunne medføre at der opnås en økonomisk besparelse idet man udnytter komponenterne fuldt ud. 10.4.1.3 Vedligeholdssystemer Computer-baserede vedligeholdelsesprogrammer indeholder ofte også et lagerstyringssystem. Computerbaserede vedligeholdelsesprogrammer bliver også kaldet CMMS (Computer based Maintenance Management System). Systemerne anvendes blandt andet til at træffe vigtige beslutninger om vedligehold. Nogen af grundende til, at disse programmer har så stor betydning er følgende: (West 219) - Vedligehold er en af de vigtigste omkostnings- og indtjeningsfaktorer pga. dets direkte indflydelse på OEE (Overall Equipment Efficiency). - Vigtige vedligeholdserfaringer og viden er af fundamental betydning ved såvel det daglige arbejde som ved grundårsagsanalyser, men går desværre ofte tabt. - Produktionsprocesserne bliver stadig mere komplekse med deraf følgende store og samtidige datamængder for at træffe optimale beslutninger. - Kendskabet til havarier og nedetider har stor betydning for indtjening og kvalitet på såvel kort som lang sigt. - Der stilles stadig større krav til leveringssikkerhed. - Kunderne forventer altid den rette kvalitet. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 23 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways - Stigende behov for dynamiske styringsparametre på grund af markeder, som hurtigt skifter. - Stigende krav til fleksibilitet i alle led. - Større krav til sikkerhed. - Større krav til miljø. - Større krav til sundhed. - Stigende krav til rapportering mv. til myndigheder og klassifikationsselskaber. - Stigende krav om mere integrerede oplysninger fra alle afdelinger på virksomhederne til topledelsesniveau. Alle ovenstående ting hjælper de computer-baserede vedligeholdelsessystemer med at danne et overblik over. 10.4.2 Nuværende vedligeholdelsessituation I følgene afsnit vil vi beskrive den nuværende vedligeholdelsessituation på AE’erne med hensyn til de forskellige jobs af forskellige art, samt ansvar for udførelse og styring af disse. Dette vil vi holde op imod de vedligeholdelsesteorier som er beskrevet i tidligere afsnit. Til at holde styr på vedligeholdelsesopgaver ombord, anvender skibet et computer-baseret vedligeholdelsesprogram: Sertica. 10.4.2.1 Styring af vedligehold - Sertica Sertica blev indført i hele DFDS tilbage i 2009. Programmet blev indført for at rederiet kunne danne sig et overblik over flådens driftssituation og økonomi. Dette skulle gerne medvirke til at DFDS kan fremme væksten og optimeringen af rederiets maskinpakke. Sertica er et online baseret program, hvilket også nedsætter tidskrævende og tungt papirarbejde. Programmet indeholder et forum hvor de forskellige inspektører og mestre kan kommunikere. Inspektørerne kan ligeledes holdes opdateret på, om skibene overholder de forskellige arbejdsopgaver der er i forbindelse med vedligehold af maskinpakkerne og om de overholdes inden for de respektive skæringsdatoer. Skulle en dato for en opgave overskrides, informeres inspektøren om dette og han vil kunne rette henvendelse til skibet hvis han finder det nødvendigt. Maskinchefen kan dog give godkendelse til at udskyde en vedligeholdelsesopgave hvis han finder det nødvendigt eller der er en fornuftig begrundelse for dette. Systemet kræver et login, dermed er det ikke Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 24 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways alle der kan benytte programmet. Idet der benyttes et login kan det ses hvem der har krydset en opgave af og hvornår vedkommende er startet på den. I selve programmet kan man også tilknytte noter og beskrivelser til de forskellige opgaver hvis man skulle gøre sig nogle erfaringer. På denne måde sørger man for at vigtig viden ikke går tabt. Ud over vedligehold er Sertica også en database for en lang række af skibets dokumenter. Herunder nævnes en del af de punkter som også ligger i Sertica. - ISM - Certifikater - Historik - Dokumenter og tjeklister - Lagerbeholdning og lokalisering - Forbrug over reservedele og fuel m.m. - Vejledninger og manualer - Near miss Sertica er koblet sammen med Lyngsoe så programmet er opdateret med timetællerne på udstyret (der er dog enkelt udstyr der skal tastes manuelt). Ud fra disse timetællere beregner Sertica sig frem til skæringsdatoerne for udførelsen af det forudbestemte vedligehold. Der er også nogle komponenter hvor der anvendes forudsigeligt vedligehold som også aktiveres af en timetæller, dette kan fx være autolock som giver et praj om hovedlejernes tilstand på AE’erne. 10.4.2.2 Jobs/rutiner Ansvaret for vedligehold af AE’erne ligger hos hjælpemotormesteren. Til at hjælpe med at udføre opgaverne er der også en skibsassistent der hjælper med at holde AE afdelingen kørende og opdateret med hensyn til vedligehold og tjeklister, det er dog maskinmesteren der sørger for at planlægge arbejdsopgaverne så de bliver udført i rette tid og kvalitet. Alle de planlagte vedligeholdelsesopgaver fremgår i Sertica som selv sortere i hvilke opgaver der høre til de forskellige afdelinger. Når et kommende job nærmer sig, vises det på listen af kommende vedligeholdelsesopgaver. Ved påbegyndelse af et job aktiveres dette i Sertica således det kan se der er taget hånd om opgaven. Er jobbet løbet over skæringsdatoen markeres dette også i programmet. Der er dog en række jobs som ikke må overskrides da udstyret er en del af skibets ”critical Equipment” se bilag 8. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 25 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Der er også en række tjeklister som ikke er en del af Serticaprogrammet, men er stadig en del af vedligeholdelsen af maskinerne. Opgaverne som kan nævnes er fx kølevandsprøver, returskylning af kølere m.m. Da opgaverne er en del af de daglige rutiner mestrene har, er de skrevet på en checkliste hvor der kvitteres for opgavens udførelse. Et udsnit af de planlagte jobs der ligger i Sertica (bilag 9). Change LO filter - 1500 hour Clean centrifugal filter - 1000 hour Cylinder liner Aux eng 1 to 6 - 18000 hour Piston &connecting rod cyl. 1 to 6 - 18000 hour Cylinder pressure cyl 1 to 6 dieseldoctor - 1500 hour Overhaul of injection pump - 24000 hour Change to new nozzles fuel valves - 4500 hour Clean auto LO filter - 9 month(s) Oil change turning device - 24 month(s) Fuelpipe inlet & outlet to hotbox - 6 month(s) Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 26 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11 Hybrid systemet I dette afsnit vil vi give en overordnet beskrivelse af hvordan hybridsystemet er opbygget. Derudover gennemgås general teori omkring batterier og der belyses hvordan der lades på batterierne samt hvordan driften bliver af de tre tilbageværende AE’er. 11.1 Opbygningen af anlægget Vi ønsker at udskifte én af skibets AE’er med en batteripakke. Dette gøres med henblik på at nedbringe antallet af driftsværende AE’er i søen. Tommy Jørgensen udtaler i interviewet, spørgsmål 5: ”vi er jo et passagerskib og vi vil selvfølgelig altid give det mest driftssikre segment for både skib og passagerer og det vil sige at vi vælger, når vi er i søen at sejle med to generatorer og under land der ligger vi og køre med en generator”. Den største del af året kan en AE bære lasten alene og der køres altså kun på to AE’er for at sikre skibet imod blackout. Ved at installere en batteripakke i stedet for den ene AE, vil batteripakken kunne yde den ekstra sikkerhed i mod blackout som kræves. Desuden vil den i driftsværende AE komme til at arbejde i et bedre driftsområde og derved sænke brændstof udgifterne og emissionerne. 11.2 Princip for hybrid systemet Hybridsystemet er grundlæggende opbygget ved at tre hoved energikilder, AE’erne, leverer el-effekt ind på hovedtavlen (billede 1). Den overskydende effekt som ikke optages af skibets almindelige forbrugere kan oplagres i en batteribank. Når der så bliver underskud af effekt på tavlen i forhold til hvad AE’erne kan levere, bruges nu af batteribanken, således at der er tilstrækkelig effekt til rådighed. Batterierne arbejder med jævnspænding og derfor er den spænding som der lades med ført igennem en inverter for at ændre den fra Jesper Dideriksen Tommy Kruse Billede 1 27-5-2015 Side 27 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways AC til DC. Når der så igen skal forbruges af batteriet, skal spændingen så igennem en konverter således at der ændres fra DC og tilbage til AC. Dette styres således at det passer med faserækkefølgen og frekvensen på hoved tavlen. Ved at styre hvornår og hvor meget der skal lades på batterierne, kan det sikres at AE’erne kommer til at arbejde i deres optimale driftsområde (80 % belastning). Er lasten lav til skibets almindelige forbrugere, lades der med større effekt på batterierne således at AE’erne arbejder i driftsområdet. Ligeledes i de perioder hvor forbruget er højt til forbrugerne, aflades der på batterierne sådan at AE’erne ikke overbelastes. Dette vil igen sikre at de forbliver i deres driftsområde. 11.3 Batteri I denne del af afsnittet vil der blive beskrevet om den teori der er anvendt til at lade eller aflade de batterier, som der anvendes i batteripakken. Ligeledes vil vi beskrive de valgte batteriers egenskaber og specifikationer, samt Corvus Energy’s anbefalinger omkring op- og afladning. 11.3.1 Batteri teori Kapaciteten på batterier måles i amperetimer (Ah) hvilket giver en visning af kapaciteten som batteriet(erne) råder over. Ved opladning af et batteri skal batteriet påtrykkes en højere spænding end batteriets nominelle spænding for at overvidne batteriets indre modstand (Figur 2). Hvis der ønskes en højere spænding end hvad et batteri kan levere, løses dette ved at koble flere batterier i serie. Ønskes en større kapacitet på batterierne skal disse kobles parallelt derimod. Selvom der ikke er et forbrug på et batteri, foregår der stadig selvafladning som Figur 2 medføre et kapacitetstab. Dette tab er cirka ½ % i døgnet. Så selvom et batteri ikke er i brug er det stadig nødvendigt at lade på det engang imellem for at sikre sig mod at det aflades helt, da batterier ikke har godt af at blive totalt afladet. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 28 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.3.2 Effektivitet Ud fra nedenstående formel kan det ses at batteriers effektivitet er stærkt afhængige af hvor hårdt der opeller aflades. Tabet vokser lineært ved at lade strømmen øges, hvilket også er i overensstemmelse med Corvus Energy anbefaling om langsom op- og afladning af deres batterier. Vi vil komme nærmere ind på dette senere i dette afsnit. 𝜂𝑎𝑓𝑙 = 11.4 𝑈0 − 𝑟𝑖 · 𝑖 𝑈𝑜 𝜂𝑜𝑝 = 𝑈𝑘𝑙 − 𝑟𝑖 · 𝑖 𝑈𝑜 Batterierne der anvendes Corvus Energy er udvalgt af Simens-Maritime som samarbejdspartner til at producere de batterier som anvendes til batteripakken. Dette grunder i, at de har udviklet et batteri der opfylder de maritime krav til driftssikkerhed. Batterierne er modstandsdygtige imod stød op til 50G og kontinuerligt op til 8G. Batterierne er bygget så de overholder IP67-klassen, hvilket medføre at batterierne er støv og vandtætte, op til et tryk svarende til 1 meter vandsøjle. Under dette tryk skal batterierne være funktionsdygtige i minimum 30 minutter for at overholde IP67 klarificeringen. 11.4.1 Opbygning af batteripakken Batteripakken er opbygget således at der er en række battericeller der er parallel koblet og bygget ind i et modul. Modulerne seriekobles og bygges ind i et ”pack”, seriekoblingen af modulerne vil som omtalt i batteriteori afsnittet, medføre en øget spænding desto flere batterier der kobles i serie. Et array (Figur 3) består af flere parallelkoblet ”packs”, dette vil som tidligere omtalt i batteriteori afsnittet, medføre at batteripakkens kapacitet vil blive forøget. Det arraysystem modulerne er bygget op i, er konstrueret således at det beskytter batterierne imod termisk påvirkning fra rummet eller også i tilfælde af brand. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 29 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Figur 3 11.4.2 Styring Corvus Energy, har i samarbejde med Siemens-Maritime udviklet et battery management system (BMS) til at overvåge batteripakkens tilstand. Fra BMS’en kan batteripakkens op og afladning kontrolleres. Via BMS’en kan Corvus Energy koble sig op til skibets batteripakke, for at udøve support eller opdatere systemet fra deres fabrik i Vancouver, Canada. Batteripakken er konstant koblet op på nettet, hvilket giver en stor driftssikkerhed i tilfælde af en fejl eller hvis en AE falder ud, da dette normalt vil kunne medføre et black-out. Da batteripakken hele tiden er på nettet vil den straks begynde at afgive af sin oplagrede energi i tilfælde af blackout. Dette vil ske så hurtigt at ”man ikke engang vil se lyset blinke”, udtaler Kim Strate, Siemens. BMS’en overtager den nuværende del af PMS’ens ansvar for antallet af generatorer i drift. Corvus Energy skriver følgende om BMS’en: “When more power is needed, a controller will determine whether it must turn on another generator, or whether the battery pack can handle it.”(www.corvus-energy.com). Dette understøttes af de samtaler/mailkorrespondancer vi har haft med Kim Strate, Siemens, vi mener derfor at vi kan ”tage” Corvus Energy’s påstand for ”gode vare”. Denne styring af batteripakken gør den ideel under manøvre idet at der forekommer store spidsbelastninger når der køres med bowtrusterne. Disse spidsbelastninger vil momentant fanges af BMS’en og derfor ikke påvirke den/de i driftsværende AE’er. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 30 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.4.3 Kapacitet til lade- og afladning For at anskueliggøre batteripakkens opbygning og effekt er specifikationerne indtastet i (tabel 2). Component Cell Module Pack Array Energi 0,27kWh 24 cell*0,27 kWh=6,5 kWh 21 modules*6,5 kWh=136,5 kWh 63 modules*6,5 kWh=410 kWh Voltage 4,2 VDC 4,2 V*12=50,4 VDC 50,4 V*21 modules=1058 VDC 1058 VDC Capacity 75 Ah 150 Ah 150 Ah 3 packs*150 Ah=450 Ah Tabel 2 I tabel 3 er Corvus Energy’s anbefalinger og specifikationer af hvad batterierne maksimum kan ”tåle” at opog aflades med, anskueliggjort. Der er som reference benyttet et 150 Ah modul. Corvus Energy benævner deres lade-rate for C, hvilket står for charge. Lade raterne er opdelt i klasser afhængig af hvor hårdt der må lades. Ladning med 1C betyder at man lader med 1x batteriets kapacitet altså 150 A for reference batteriet og det vil derfor tage en time at oplade batteriet. Lades der med 2C vil det sige at der lades med 2x batteriets kapacitet, altså 2x150 A og det vil så tage en halv time at oplade batteriet. Charge/Discharge (150 Ah) Rate Amps Max charge/discharge rate (short) 10C 1500A Max continuous discharge rate 6C 900A Max continuous charge rate 3C 450 A Recommended charge rate 2C 300A Tabel 3 𝑑𝑖𝑠/𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑟𝑎𝑡𝑒 = 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑎𝑚𝑝𝑠 [𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑟𝑎𝑡𝑒] 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒 𝑑𝑖𝑠/𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑡𝑖𝑚𝑒 = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 𝐴𝑟𝑟𝑎𝑦 = [ℎ] 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑎𝑚𝑝𝑠 Ovenstående formler anvendes til at regne den totale lade- eller afladnings tid på batteripakken. Dette gøres ud fra den kapacitet der er til rådighed på AE’erne i de 3 årsperioder. Ud fra tabel Corvus Energy opbygning og tabel 3, har vi lavet en tabel der forklare hvordan lasten ligger på AE’erne før vi begynder at lade på batterierne og hvor mange ampere der er til rådighed til opladning af batterierne for AE’erne når deres optimale driftsområde (80%). Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 31 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Engine Amps Charge New engine Capacity Charge Periode Load [%] Available Amps Load [%] Array [Ah] Time [min] 1 62 574,16 574,16 80 450 28 2 71 302,96 302,96 80 450 54 3 89 -297,18 900 2*56 450 18 Tabel 4 Corvus Energy anbefaler at der ikke lades med mere end en charge rate på 2C, dette vil jf. tabel 3, betyde at det i nogle perioder ikke vil være muligt at hæve lasten på AE’erne til 80%. I periode 3 vil dette medføre at de to AE’ere der køre under opladning af batteriet, vil køre med en last på 56% idet en højere last vil øge opladningen til over 2C. Lade tiden på batterierne er opstillet efter Corvus Energy’s anbefalinger om, at der arbejdes inden for et område på 20-80% af batteriernes samlede kapacitet. I den lade tid der er udregnet og indsat i tabel 4, er der taget højde for de tab der forekommer i inverter og transformer. Udregningerne af lade tiden bygger derfor på følgende virkningsgrader som er oplyst af Kim Strate-Simens; ηinverter=99%, ηtransformer=99,5%, ηbatteri=97%. Ud fra de beregnede lade tider er der nu udarbejdet en ny driftsprofil for anlægget. 11.5 Test af SFOC Som tidligere beskrevet i projektet under afsnit 10.3.2 fuel beregning metode 1, har vi lavet et skema (bilag 10) til at finde ud af hvilket lastområde AE’erne kommer til at køre i. Skemaet danner også grundlag for den beregning der er udført for at finde det brændstofforbrug der er i forbindelse med at hæve lasten på AE’erne. Som dokumentation for udarbejdelse af skemaet, har vi været inde og finde data i skibets sø prøver, her er den producerede effekt på AE’erne og virkningsgraderne på generatorerne i de forskellige lastområder opgivet fra den gang hvor skibet blev afleveret fra værftet af. Dokumentationen på generatorerne fandt vi dog noget mangelfulde da der kun var udført test ved 50-75-100 og 110% og vi som tidligere omtalt operere i et lavere lastområde når skibet er i søen. I lastområdet fra 50-110% var der et udsving på generatorens virkningsgrad på 96-97% til udarbejdelse af lastområderne i skemaet har vi derfor valgt at anvende en fast virkningsgrad på 97% idet at det ikke har været muligt at bestemme virkningsgraderne til hver enkelt lastkondition. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 32 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Til vores beregning af SFOC har det dog kun muligt at udføre målingerne i lastområderne 10-90%. Dette grundet i, der var fare for at AE’ernes retureffektrelæ ville koble generatoreren af nettet i de helt lave lastområder. Ligeledes var der fare for at triprelæet ville koble unødig last af tavlen i de højere lastområder, for at yde overbelastningsbeskyttelsen. Den producerede effekt er aflæst på PMS’en i Lyngsoe hvor fuel forbruget er aflæst på olieurene (billede 6) ude på booster-stationen. Da olieurene aflæses i L/h og vi ønsker at få det i g/h, har det været nødvendigt at tage højde for densiteten på fuel. Densiteten på fuel er taget fra en olieanalyse rapport fra den 12/215, da det er over den fuel der var anvendt da målingerne blev udført. Ligeledes er der også taget højde for temperaturen på fuelen(34°C) (bilag 11). Ud fra disse tal har det været muligt for os at omregne hvor meget det Billede 6 koster i fuel at producere effekt, i de forskellige lastområder i enheden g/kWh. Denne metode, vi har valgt til at beregne SFOC, har en del unøjagtigheder, idet lasten hele tiden varierer grundet der hele tiden kobles last ind og ud. Vi har dog prøvet at tage vores forbehold imod dette, ved at styre lasten manuelt, på den AE vi har valgt at foretage målingerne på. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 33 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.6 Driftsprofil Driftsprofilen er udarbejdet ved hjælp af de beregnede lade tider samt ud fra de batteridata (billede 2 og 3) som vi har fået tilsendt fra Kim Strate - Siemens. Dataene fra Siemens skaber dokumentation for at en batteripakke på 450 Ah har en tiltrækkelig kapacitet til at klare det behov som ønskes for hybridsystemet. Billede 3 viser at generatorens effektkurve udglattes ved installation af batteripakken, dette resulterer i at generatoren ikke får de peak-laster som fremkommer under manøvre med bow thrusterne. I driftsprofilen tages der udgangspunkt i, at der lades på batterierne under havneophold, idet der ønskes at få mere effekt ud af udstødningskedlerne på AE’erne. Driftsprofilen vil ikke skulle ses som den ”endelige løsning” idet at vi ikke har en komplet oversigt over skibets effektbehov over et helt år. Dette resultere i, at driftsprofilen vil være tilnærmet. Ligeledes kan det være meget svært at forudsige hvordan effektbehovet vil være, da det med en øget temperatur kan bevirke at der skal startes en ekstra AC. Dermed vil effektbehovet øges og dette kan resultere i at der må startes en ekstra AE for at lade på batteripakken under havneopholdet. Driftsprofilen bygger derfor på de samme data som der er benyttet til at klarlægge den driftsprofil der benyttes til det eksisterende anlæg. Batteripakkens medvirken, er så medtaget for at give den nye driftsprofil. Billed 2 Kapacitet og op-/afladning af batterierne over et driftsdøgn. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 34 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Billed 3 Batteripakken udglatter effektkurven for generatoren. 11.6.1 Periode 1 I periode 1 kører vi på en AE da vi har 574,16 ampere til rådighed til at lade med. Vi har også valgt at følge Corvus Energy’s anbefalinger om opladning af batteripakken og dette sker ikke med en hårdere charge rate end 2C. Dette vil medføre at lasten på AE’en vil ligge på 80%. 11.6.2 Periode 2 I periode 2 vil det også være tilstrækkeligt, at køre på en AE, da denne stadig vil kunne holde sig på 80% last. Det vil dog ikke være muligt at lade med en ”charge rate” på 2C, idet den overskydende kapacitet der er til rådighed er 302,96 A, imod de 900 A som er krævet for at kunne lade med de 2C. Dette vil dog kun medvirke til at lade tabet formindskes, jf. afsnittet ”batteri teori”. Med den kapacitet på 302,96 A som der er til rådighed vil batteriet have en lade tid på 54 minutter. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 35 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.6.3 Periode 3 I periode 3 er problemstillingen at der ikke er tilstrækkelig med effekt til rådighed, til at lade med når der kun køres med en AE. Det skyldes at det gennemsnitlige effektforbrug alene udgør 89% af en AE’s kapacitet og det er mest driftsøkonomisk at ligge på 80% belastning. Der er derfor opstillet to mulige scenarier at drifte AE’erne ud fra. 1) Der køres med to AE’er i hele sommerperioden og så bruges batteripakken til at tage spidsbelastningerne fra bowtrusterne under manøvrer 2) Der accepteres at en AE køre med 89% belastning og triprelæet derfor stilles op således at det ikke kobler last ud pga. af dette. Der vil så skulle startes en ekstra AE når der skal lades på batteriet, og til manøvre. Batteripakken fungerer som i scenarie 1 som backup til spidsbelastninger. 11.6.4 Besparelsen opnået ved ny driftsprofil Ved at driftstimerne på AE’erne reduceres opnås en besparelse på fuelforbruget. Fuelbesparelsen for dette er udregnet for begge scenarier i bilag 3. Brændstofbesparelse på AE’erne scenarie 1 Besparelsen på fuelomkostningerne er hentet i bilag 3: Fuelbesparelse beregninger Den årlige besparelse på AE ′ erne i scenarie 1 = 910.878 dkk Brændstofbesparelse på AE’erne scenarie 2 Besparelsen på fuerlomkostningerne er hentet i bilag 3: Fuelbesparelse beregninger Den årlige besparelse på AE ′ erne i scenarie 2 = 1.046.606 dkk Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 36 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.7 Kedlerne I dette afsnit vil vi beskrive skibets anlæg til produktionen af damp, samt systemets opbygning og komponenter. Vi vil redegøre for vores teori om en økonomisk besparelse på de oliefyrede kedler ved at ligge mere last på AE’erne. Til dampproduktion er Pearl udstyret med to oliefyrede kedler. Derudover er skibet udstyret med 4 udstødningskedler til hovedmotorerne og 2 udstødningskedler på AE’erne. (AE 1 og AE 4). Når skibet er i søen producere hovedmotorenes udstødningskedler mere damp end der kan afsættes. Derfor ledes noget af dampen igennem en dumpingkondensator og ud i havet. I denne driftssituation er der derfor ikke brug for de oliefyrede kedler. Når skibet derimod er i havn, bliver der ikke produceret tilstrækkeligt med damp på den AE’s udstødningskedel der er i drift og de oliefyrede kedler må bidrage med effekt for at der er en tilstrækkelig produktionen af damp. I havn ligger belastningen på den AE der køre på cirka 60-65% ifølge bilag 12 og vores egne observationer. Dampen som skibet anvender er tør mættet vanddamp ifølge udtalelse af maskinchef Ole Højlund - Pearl seaways og de oliefyrede kedler er forsynet med cirka 80°C varmt vand fra hotwellen. Ved installeringen af en batteripakke, skal der som tidligere nævnt i projektet lades på den når skibet er i havn. Dette vil medføre en øget belastning på motoren og dermed en øget produktion af udstødnings gasser. Den øgede produktion af udstødningsgas vil medfører at udstødningskedlen kan producere mere damp og dermed kan effekt der skal tilføres fra de oliefyrede kedler reduceres. Vi har ikke haft mulighed til at finde det nøjagtige dampforbrug til projektet, da der ikke er nogen flowmålere til rådighed på anlægget. Behovet for damp er også en variabel henover året. Idet behovet for damp til opvarmning af apteringen ikke er så stort om sommeren. Det har heller ikke været mulighed for at sammenligne olieforbruget på de oliefyrede kedler i driftsrapporterne fra tidligere år. Behovet for damp er heller ikke er så stort som tidligere, da der ikke er et behov for at opvarme HFO tankene på grund af de er gået fra at sejle på HFO til MGO den 1 januar 2015. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 37 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways For at kunne lave et overslag over hvor meget der kan spares på de oliefyrede kedler ved at ligge mere last på AE’erne, har vi været inde og analysere på tal over specifikationerne af udstødningskedlerne (bilag 12). Vi har ved hjælp af en røggas analyse på de oliefyrede kedler med en Maxilyzer fra ELMA, kunne fastslå kedlernes virkningsgrad (bilag 23). Tallene vi har analyseret på er sat ind i et koordinatsystem (figur 4) for at give et bedre overblik. Ifølge skemaet giver tallene fra bilag 12 en tendens til at være lineære. Ud fra at disse data viser linearitet, antager vi at dampproduktionen sammenholdt med den øgede last på AE’erne ligeledes er lineært i det nye driftsområde ved 80% hvor vi ikke har data til rådighed. Dette er vist med den orange linje i skemaet. Steam output exhaust boiler - Alfa Laval 100 y = 0,0746x + 9,5425 90 80 B elastning % 70 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 800 1000 Steam output kg/h Figur 4 Ud fra figur 4 ses det at udstødningskedlerne giver 200 kg/h ved at gå fra 62% til 80% belastning. Entalpierne der er brugt til at regne den besparelse på de oliefyrede kedler er taget ud fra temperaturen fra hotwellen som er 80°C. Den giver en entalpi på 334,92 kj/kg. Entalpien på afgangsdampen er taget ud fra kedeltrykket på 5 bar (billede 5) og så har vi termograferet afgangsrøret (billede 4) på kedlen og Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 38 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways sammenholdt de to værdier med damptabellen for at finde den mest korrekte entalpi. Dette resulterede i en entalpi på 2747,5 kj/kg. Billede 5 Billede 4 Besparelse periode 1. Til at regne den effektforøgelse der kommer på udstødningskedlen anvendes figur 4. 𝑃𝑓𝑜𝑟ø𝑔𝑒𝑙𝑠𝑒 = 𝑚𝑓𝑜𝑟ø𝑔𝑒𝑙𝑠𝑒 ̇ · (ℎ′′ − ℎ𝑓𝑣 ) = 200 · (2747,5 − 334,92) = 134,0322 𝑘𝑊 3600 Til at finde den fuelbesparelse det vil medføre på de oliefyrede kedler anvendes bilag 6 og 23. 𝑚̇ 𝑏 = 𝑃𝑓𝑜𝑟ø𝑔𝑒𝑙𝑠𝑒 134,0322 𝑘𝑔 𝑘𝑔 = = 0,00366824 ⁄𝑠 → 13,21 ⁄ℎ ℎ𝑖 · 𝜑𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 42290 · 0,864 For at regne den årlige besparelse anvendes bilag 7 og valutakursen for dollar d.07/05-15 (www.nationalbanken.dk) 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 𝑚̇ 𝑏 · 𝑙𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑑 𝑖 ℎ𝑎𝑣𝑛 · Jesper Dideriksen Tommy Kruse 13,21 𝑑𝑎𝑔𝑒⁄ (586,06 · 6,6021) = 2162,058 𝑑𝑘𝑘 å𝑟 · 𝑀𝐺𝑂 𝑝𝑟𝑖𝑠 = 1000 · 0,47 · 90 · 27-5-2015 Side 39 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Besparelsen for de 3 perioder er indtastet i tabel 5. Ovenstående beregninger er taget ude fra periode 1, samme fremgangsmåde er brugt til at beregne periode 2 og 3. Periode Forøgelse AE [%] Forøgelse [min] Damp forøgelse [kg/h] Effekt forøgelse [kW] Br.o besparelse [kg/h] Dage periode Besparelse [dkk] 1 62->80 28 200 134,0 13,21 90 2162,1 2 71->80 54 130 87,12 8,58 183 1823,35 3 2*43->2*56 18 340 227,85 22,45 92 2397,4 365 6383,1 i alt Tabel 5 11.7.1 Delkonklusion Den besparelse som der opnås på kedlerne ved den øgede belastning, er væsentligt lavere end den besparelse vi havde forventet at kunne opnå. Dette er på grund af størrelsen af batteripakken, den første batteripakke vi fik data på fra Kim Strate- Siemens var på 3,4 MWh, hvilket resulterede i en øget belastning på AE’erne over en længere periode. Besparelsen som var opnået på kedlerne ved den øgede drift kunne dog på ingen måde måle sig med den enorme forskel der var i investeringsprisen af de to størrelser af batteripakker. Vi vælger dog at medtage den opnåede besparelse i det samlede regnskab over opnåede besparelser. Dette gøres for at bevise at vores hypotese ”holder stik”, med hensyn til nedbringelse af brændstofforbruget på de oliefyrede kedler grundet den øget dampproduktion på AE’ens udstødningskedel. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 40 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 11.8 Vedligehold af det nye anlæg Ved implementeringen af batterianlægget vil der kunne opnås besparelse på vedligeholdelsesbudgettet for AE afdelingen, grundet den ene AE der helt fjernes fra årsbudgettet og de tilbageværende AE’er får reduceret deres driftstimer væsentligt. Corvus Energy nævner på deres hjemmeside ” They require no maintenance after commissioning and are designed to provide years of reliable service”. Vi vælger derfor at sige at batteripakken er vedligeholdelsesfri og der skal derfor ikke medregnes vedligehold til batteripakken i den besparelse der opnås. Der skal derfor heller ikke budgetteres med vedligehold til denne i de næste driftsbudgetter. 11.8.1 Besparelse på vedligeholdelsesomkostninger Beregningen af vedligeholdelsesbesparelsen tager udgangspunkt i driftsbudgettet for 2015. Der er jf. bilag 13 debuteret med 973.000 dkk til vedligehold, men i dette beløb er der dog medtaget vedligehold på redningsbåde som udgør 40.000 dkk. Dette beløb trækker vi fra i vores beregning da det ikke har noget med AE’erne at gøre. Redningsbådene er med i budgettet da de er under samme konto i skibets driftsbudget. Til beregning af den samlede vedligeholdelsesbesparelse det giver at fjerne 1 AE samt at reducere driftstimerne på de 3 tilbageværende AE’er, er der udregnet hvad det koster i gennemsnit pr. driftstime at vedligeholde AE’erne. Driftstimerne på de fire AE’er er taget fra bilag 14. AE 3 medregnes ikke i det nye drift budget idet den ikke vil have nogen driftstimer da den kun vil stå som standby i tilfælde af fejl eller driftsstop på AE 1 eller 4 Førstemester Leif Kracke - Pearl Seaways har udtalt at budgettet for vedligehold i 2014 lignede meget det der er for 2015 og vi har derfor brugt driftstimerne fra 2014 (tabel 6) og driftsbudgettet for 2015 til at udregne vedligeholdelsesprisen pr. driftstime. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 41 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Måned AE 1 jan-14 feb-14 mar-14 apr-14 maj-14 jun-14 jul-14 aug-14 sep-14 okt-14 nov-14 dec-14 AE 2 73 604 535 522 464 527 663 646 548 593 516 234 AE 3 457 19 134 141 204 221 127 120 88 96 165 502 Timer total [h] AE 4 399 68 118 83 192 179 358 260 527 521 57 85 i alt 29 518 558 578 501 447 371 470 149 195 567 494 958 1209 1345 1324 1361 1374 1519 1496 1312 1405 1305 1315 15923 Tabel 6 Beregning for prisen pr. time for vedligehold. 𝐵𝑢𝑑𝑔𝑒𝑡 𝑣𝑒𝑑𝑙𝑖𝑔𝑒ℎ𝑜𝑙𝑑 933000 = = 58,60 𝑑𝑘𝑘⁄ℎ 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝐴𝐸 15923 Besparelse ved at fjerne 2 AE’er. 𝑏𝑢𝑑𝑔𝑒𝑡 2 𝐴𝐸 = 𝑏𝑢𝑑𝑔𝑒𝑡 4 · 𝐴𝐸 933000 = = 466.500 𝑑𝑘𝑘 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛 ½ 2 Besparelse i periode 1. Som tidligere nævnt i projektet reducerer, vi driften fra to til én AE, når skibet er i søen. 𝑡𝑖𝑚𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠 𝑣𝑒𝑑𝑙𝑖𝑔𝑒ℎ𝑜𝑙𝑑 · 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑡 · 𝑑𝑎𝑔𝑒 𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 1 = 58,60 · 16 · 90 = 84.384 𝑑𝑘𝑘 Besparelse i periode 2. 𝑇𝑖𝑚𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠 𝑣𝑒𝑑𝑙𝑖𝑔𝑒ℎ𝑜𝑙𝑑 · 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑡 · 𝑑𝑎𝑔𝑒 𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 2 = 58,60 · 16 · 183 = 171.581 𝑑𝑘𝑘 Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 42 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Besparelse i periode 3. I periode 3 køres der som nævnt i afsnit 11.4.3 driftsprofil, og derfor regnes to besparelser på vedligeholdet. Scenarie 1. I denne driftssituation vil der ikke være nogen besparelse, idet de vil ligge på to AE’er som de også gør i dag. Scenarie 2. Der skal som nævnt i afsnit 11.4.3 drift profil startes en ekstra AE når der skal lades på batterierne. For at være på den sikre side, regnes der med en times drift på to AE’er. 𝑡𝑖𝑚𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑠 𝑣𝑒𝑑𝑙𝑖𝑔𝑒ℎ𝑜𝑙𝑑 · 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑡 · 𝑑𝑎𝑔𝑒 𝑖 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 3 = 58,60 · 15 · 92 = 80.868 𝑑𝑘𝑘 Samlet besparelse. Scenarie 1 Resultatet af ovenstående beregninger giver en besparelse på 722.465 dkk. Ved at fratrække besparelsen det oprindelige driftsbudget for 2015 (bilag 13), vil dette give et nye driftsbudget for scenarie 1 på: 210.535 dkk Scenarie 2 Resultatet af ovenstående beregninger giver en besparelse på 802.833 dkk. Som ved scenarie 1 fratrækkes den beregnede besparelse det oprindelige 2015 driftsbudget og det nye driftsbudget for scenarie 2 vil derfor være: 130.167 dkk Vi anser dog budgetterne for at være meget stramme idet vi igennem opholdet på Pearl har erfaret at det ikke er altid at reservedele som indsprøjtningsventiler og brændstofpumper kører de timer som fabrikanten foreskriver og derfor indlægger vi en buffer på 50.000 til dette i hver af de 2 scenarier. Den samlede årlige besparelse på vedligeholdet ender derfor med at blive på: Driftsbudgettet på vedligehold, scenarie 1: 260.535 dkk og besparelsen ender på: 672.465 dkk Driftsbudgettet på vedligehold, scenarie 2: 180.167 dkk og besparelsen ender på: 752.833 dkk Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 43 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways De beregnede vedligeholdelsesbesparelser vil senere i projektet blive brugt til at beregne tilbagebetalingstiden for investeringen der er forbundet med køb af hybridsystemet. 12 Tilbud Det har været muligt for os, at hente et overslag på prisen af hybridsystemet. Overslaget benyttes til at kunne give et overblik over en beregnet tilbagebetalings tid. Udregning af tilbagebetalings tiden vil vi beskrive senere i projektet. Herunder ses et udsnit af det tilbud der ligger til grundlag for vores udregninger: (bilag 15) “The total price for such system including inverter, transformer, batteries will be approx. 1.5 million EUR, not including any mechanical installation, racking, any changes to switchboards, e.g. new distribution panel, as well as no changes to existing Power Management Systems.” Det kan ses i uddraget fra Siemens at der kommer et tillæg til de 1,5 millioner Euro på mekanisk installation, fjernelse af eksisterende AE, ændringer i eksisterende el-tavler samt ændringer i Lyngsoe’s eksisterende PMS. Prisen vil blive et skøn, da det ikke har været muligt for os at indhente et tilbud. 13 Installation I dette afsnit vil vi beskrive kort hvad vores tanker med hensyn til installeringen af hybridsystemet og derfor om der skal foretages nogle ændringer i AE rummer for at kunne installere den pågældende batteripakke. Ved implementering af batteripakken vil det være nødvendigt, at lave et hul imellem deck 2 og 3 (bildækket) for at kunne få AE 2 op, da rammen ikke kan adskilles og transporteres væk igennem dørene indtil AE rummet. Ved at lave hul i dækket forventes det at det vil være muligt at få motoren op i hel tilstand ved at demontere generatoren. Selve installationen skal foretages i forbindelse med et dokophold, og skal udføres af værftets folk under supervision fra Siemens, samt skibets egen besætning (mestre, elektrikere og assistenter). Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 44 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Vi anser at det ikke vil være nødvendigt at foretage nogle ændringer af rummet eller at forstærke dørken da en AE med tilhørende generator har en totalvægt på 44 tons (bilag 16 + 17), et array vejer 6,2 tons. Ligeledes er det ikke et problem at få plads til batteripakken da dimensionerne på AE’erne er større end et Array. Det vil ligeledes ikke være nødvendigt at foretage nogle ændringer på deck to, da højden på AE’en er 2,56m hvor array’et er 2,31 ifølge bilag 17 + Corvus Energy’s hjemmeside. Da det ikke vil være nødvendigt at foretage nogle ændringer i AE rummet i BB, vil det ikke være nødvendigt at lave ændringer på flugtvejene. I AE rummet er der to døre, en på deck 1 og en på deck to. De to deck er forbundet med en stållejder. Udpluk af søfartsstyrelses meddelelse B Afsnit D flugtveje side Regel 13 flugtveje/udgangsveje 4 Flugtveje/udgangsveje fra maskinrum 4.1 Flugtveje/udgangsveje på passagerskibe 4.1.1 Flugtveje/udgange fra rum under skotdækket Når rummet er under skotdækket, skal de to flugtveje bestå af enten: 4.1.3 Fritagelse for to flugtveje/udgangsveje Administrationen fritage for den ene flugtvej fra ethvert sådant rum, herunder et normalt ubemandet hjælpemaskinrum, såfremt enten en dør eller en stållejder giver sikker udgang til udskibningsdækket under hensyntagen til arten og beliggenheden af det pågældende rum, og om der normalt er beskæftiget personer i rummet. Angående brandslukning er begge AE rum udstyret med HI-Fog samt CO2 anlæg. Da batterierne overholder IP67-klassen vil det ikke være nødvendigt at installere nye brandsluknings metoder. Installationen af batteripakken skal installeres således at den er i overensstemmelse med søfartsstyrelsens meddelelse B og den anvendte klassifikations selskab, i dette tilfælde DNV. Det kan dog være at der må tolkes på nogle af reglerne da systemet er så nyt at der ikke er kommet et egentligt regelsæt der omhandler hybrid systemer som en sekundær forsyningskilde. Det udtalelser Henrik Mikkelsen - lektor på Marstal navigations skole, som også står for projektet om en ren eldreven færge til Ærø som anvender samme batteritype som vi ønsker at installere på Pearl. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 45 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 14 Stabilitet Der fjernes en AE og når den lettere batteripakke placeres hvor AE’en tidligere var placeret. Dette vil som udgangspunkt give en ændring i skibets stabilitet idet at batteripakken har en lavere vægt en den AE der fjernes. Dette vil derfor bevirke at der udøves et krængende moment omkring skibets køl (MK) Placeringen af den nye batteripakke kan ses i bilag 18. Motoren har en egenvægt på 33,5 tons (bilag 17) generatorens egenvægt er 10,5 tons (bilag 16). Dette giver en samlet vægt på 44 tons for det komplette gen-sæt. Batteripakken vejer 6,2 tons (bilag 15) og dette resultere i en vægtreduktion på 37,8 tons. Ved at skibets deplacement ændres vil dette gøre at skibets tyngdepunkt vil gå opad i skibet og skibet vil så få en mindre dybt gang grundet vægt reduktionen. På grund af at skibet er et Ro-Ro-Pax er der ofte meget varierende vægt i form af last ombord. Skibet er derfor udstyret med flere foranstaltninger for at sikre stabiliteten. Skibet er udstyret med sponsor tanke, samt et healing system. Ud fra denne betragtning vurderer vi en vægtreduktion på 37,8 tons for at være af en meget lille betydning for skibets samlede stabilitet, idet at skibet har en egenvægt på 19522 Tons. Ud over dette vil der ligeledes være en vægtreduktion højere oppe i skibet ved at alt udstødningsrør og kompensatorer fjernes hele vejen op i skibets casing. Denne vægtreduktion vil dog være medvirkende til at styrke skibets stabilitet, idet vægten fjernes fra et højt sted i skibet og denne vægt derfor udøver en større moment-arm omkring kølen (mK). Dette er dog også en lille faktor sammenholdt med skibets totale vægt og det samlede moment som der udøves omkring skibets køl (MK). Idet at vi skønner at der ikke vil være nogen stabilitetsmæssige problemstilling i at fjerne den ene AE vil der i projektet ikke blive lagt mere vægt på det stabilitetsmæssige aspekt. 15 Investering og tilbagetalingstid I dette afsnit vil der blive beskrevet om Pay-back metoden som er den investeringsteori der kommer til at ligge til grund for beregningen af tilbagebetalingstiden for investeringen i projektet. For at kunne vurdere de økonomiske konsekvenser der er forbundet med at installere hybridsystemet ombord på Pearl Seaways, vil det være nødvendigt at beregne den samlede besparelse som systemet vil give. Besparelsen skal sammenholdes med den samlede pris der er på køb af anlægget. Der vil blive udregnet henholdsvis en besparelse og en tilbagebetalingstid, for hver af de to driftsmæssige scenarier. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 46 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Omkostningerne der er forbundet med at demontere og fjerne den AE som ønskes erstattet med en batteripakke vil blive et skøn, da det ikke har været muligt at indhente noget tilbud på dette. 15.1 Pay-back metoden: Pay-back metoden kaldes også for tilbagebetalingsmetoden. Det gør den fordi at denne metode belyser hvor lang tid der går, fra at en investering foretages, til at det investerede beløb er tjent ind igen. Metoden er derfor velegnet til at undersøge investeringens påvirkning af likviditeten. Da den kapital der indskydes i en investering ikke længere er til rådighed for den daglige drift af virksomheden, påvirker det evnen til at klare de løbende udgifter og har derfor direkte indflydelse på likviditeten (betalingsstrømme). Derfor sættes der typisk et krav om at man vil acceptere en tilbagebetalingstid på et antal år, alt efter risiko og type af investering. Der er to udgaver af Pay-back metoden, den statiske og den dynamiske metode. Forskellen på de to er at den dynamiske metode medtager en kalkulationsrente, som gør at der kan fastsættes krav til forrentningen af investeringen. I dette projekt benyttes den dynamiske Pay-back metode for at give det mest reelle billede for tilbagebetalingstiden på investeringen. 15.2 Fastsættelse af kalkulationsrente og tilbagebetalingstid I kalkulationsrenten kan der tages højde for faktorer som den forventede inflation i investeringsperioden, renten på lånet hvis virksomheden har lånt penge til investeringen, hvilken forrentning den indskudte kapital kunne have indbragt andetsteds samt den risiko der er forbundet med investeringen. En risiko kunne for eksempel være at oliepriserne faldt over en årrække og dermed vil den beregnede besparelse blive mindre som igen medfører en lavere forrentning. I DFDS er kalkulationsrenten for Pay-back metoden 7 % hvilket er oplyst af skibsinspektør Steen HaurumDFDS (bilag 19). Ud fra kalkulationsrenten på 7 % aflæses faktorerne direkte i rentetabellen (bilag 22). Tilbagebetalingstiden er sat til 10 år for denne investering, idet at Corvus Energy garantere en levetid på 10 år for batterierne. Ifølge Maskinchef Tommy Jørgensens udtalelser i interviewets spørgsmål 7: ”hvis det er noget med besparende tiltag så har vi en tilbagebetalingstid der hedder 2-3 år på vores projekter”. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 47 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Tommy har dog udtalt at hvis projektet har et stort potentiale for besparelse samt reduktion af emissioner vil rederiet være villige til at tillade en længere tilbagebetalingstid og derfor tager vi udgangspunkt i de 10 års levetid som Corvus Energy garanterer. 15.3 Besparelsen For at kunne beregne og vurderer på projektets rentabilitet vil den samlede besparelse først skulle beregnes. Den samlede besparelse opnås ved reduktion i brændstofforbrug på AE’erne og kedlerne samt ved nedbringelse af vedligeholdelsesomkostningerne til AE’erne. 15.3.1 Brændstofbesparelse på AE’erne scenarie 1 Besparelsen på brændstofomkostningerne er hentet i afsnit 11.6.4, besparelse ved ny driftsprofil Den årlige besparelse på AE ′ erne i scenarie 1 = 910.878 dkk 15.3.2 Brændstofbesparelse på AE’erne scenarie 2 Besparelsen på brændstofomkostningerne er hentet i afsnit 11.6.4, besparelse ved ny driftsprofil Den årlige besparelse på AE ′ erne i scenarie 2 = 1.046.606 dkk 15.3.3 Brændstofbesparelse på Kedlerne Besparelsen på brændstofomkostningerne til kedlerne er hentet i afsnit: Besparelse på kedlerne Den årlige besparelse kedlerne = 6383,1 dkk 15.3.4 Besparelse på vedligeholdelsesomkostninger scenarie 1 Besparelsen på vedligeholdelsesomkostningerne er hentet i vedligeholdelsesafsnittet i projektet. Den årlige besparelse på vedligeholdet, scenarie 1 = 672.465 dkk 15.3.5 Besparelse på vedligeholdelsesomkostninger scenarie 2 Den årlige besparelse på vedligeholdet, scenarie 2 = 752.833 dkk Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 48 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 15.3.6 Samlet besparelse scenarie 1 𝑫𝒆𝒏 𝒔𝒂𝒎𝒍𝒆𝒅𝒆 𝒃𝒆𝒔𝒑𝒂𝒓𝒆𝒍𝒔𝒆 𝒗𝒆𝒅 𝒔𝒄𝒆𝒏𝒂𝒓𝒊𝒆 𝟏 = 𝟏. 𝟓𝟖𝟗. 𝟕𝟐𝟔 𝒅𝒌𝒌 15.3.7 Samlet besparelse scenarie 2 𝑫𝒆𝒏 𝒔𝒂𝒎𝒍𝒆𝒅𝒆 𝒃𝒆𝒔𝒑𝒂𝒓𝒆𝒍𝒔𝒆 𝒗𝒆𝒅 𝒔𝒄𝒆𝒏𝒂𝒓𝒊𝒆 𝟐 = 𝟏. 𝟖𝟎𝟓. 𝟖𝟐𝟐 𝒅𝒌𝒌 15.4 Tilbagebetalingstid På baggrund af de beregnede, samlede besparelser laves i dette afsnit økonomiske kalkuler til at belyse rentabiliteten af investeringen i de 2 scenarier. Først beregnes den samlede investering: Beregning af samlede investeringsomkostninger Pris for anlæg 1.500.000 Euro Valutakurs Euro 7,46 Nationalbanken d.7/5-15 Scrapværdi for demonteret AE -500.000 Dkk. Montering og installation 250.000 Dkk. Samlet investering 10.940.00 Dkk. Tabel 6 NB: Prisen for montage og installation er et skøn Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 49 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 15.4.1 Scenarie 1 Tabel 7 Som det kan ses i tabel 7 vil tilbagebetalingstiden for scenarie være næsten 10 år. 15.4.2 Scenarie 2 Tabel 8 Ud fra tabel 8 kan det ses at i scenarie 2 vil tilbagebetalingstiden ende på 9 år. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 50 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Beregningerne i de to scenarier, viser et billede af, at det vil give den største økonomiske gevinst at køre efter scenarie 2. Det vil dog være et spørgsmål om hvad skibet og Rederiet vil vægte højest, om det er den øgede sikkerhed der er ved at køre på 2 AE’er i hele sommerperioden eller om de vil tillade at der kun køres med en AE. Denne AE vil ligge på en højere last end den køre med i dag. Valget af profil er derfor ikke noget vi vil gå ind og vurdere på i dette projekt. 16 Miljø I dette afsnit vil vi se på de nye SECA krav som blev gjort gældende d. 1. januar 2015. Der vil desuden blive set på DFDS miljøprofil samt den emissions besparelse som batteripakken vil medføre. 16.1 De nye 2015 udledningskrav D.1 januar 2015 trådte de nye krav i Regulativ 14 i IMO`s MARPOL 73/78 i kraft. Dette betyder at alle skibe som der sejler i ECAområder skal sejle på et brændstof med maximalt 0,1% svovl. Kravet kan dog imødegås ved at Billede 7 (http://www.green4sea.com/intertanko-launches-bunker-surcharge-clauses-ecas/ installerer en scrupper som kan rense røggassen til et tilsvarende lavt indhold af svovl. Da Pearl sejler fast på ruten København- Oslo som er et SECA område skulle skibet selvfølgelig imødegå IMO krav og der blev fra rederiets side taget en beslutning om at Pearl derfor skulle over på MGO, da rederiet ikke ønskede at montere en scrupper på Pearl. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 51 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Maskinchefen Tommy udtaler i spørgsmål 2 i interviewet: ”Fremtiden for Pearl, omkring det her med at vi er kommet ind i et SECA område? Jamen på nuværende tidspunkt, januar 2015 skiftede vi jo til diesel da vi sejler i et SECA område”. (Bilag 4) Tommy fortsætter: ”Lige p.t der er vi jo hjulpet af at oliepriserne er helt i bund på diesel eller generelt på brændstof og det vil sige at brændstofprisen på diesel ligger på det samme prisniveau som fuel’en gjorde da det hele toppede i august 2014. Så vi har ikke fået én mere udgift sådan set direkte på bundlinjen men vi har selvfølgelig fået en mere udgift i forhold til hvad fuel’en koster i dag. Man kan sige at det udstyr vi har for at kunne komme tilbage på fuel det er selvfølgelig det velkendte ord som hedder scrupper hvor man vasker røggassen og tilsætter noget kalk og neutralisere svovlen, hvorefter at det kan udledes i søen. Det ligger ikke lige i skibets hænder hvornår sådan noget skal ske men det er klart at i fremtiden og den tid vi skal sejle med skibet på er det selvfølgelig aktuelt og det er noget som der bliver kigget på hele tiden og et ordenligt udsving i prisen på brændstof vil selvfølgelig gøre at man måske vil få lidt mere travlt med at få installeret scrupper på skibet”. (Bilag 4) Han mener altså at hvis der sker en væsentlig stigning på prisen af den MGO som skibet benytter i dag, så vil det være meget sandsynligt at skibet skal have installeret en scrupper for igen, at kunne sejle på den billigere og mere svovlholdige HFO. 16.2 DFDS miljøpolitik På baggrund af maskinchef Tommy’s udtalelser omkring skibets/rederiets miljøpolitik, i spørgsmål 3 i interviewet: ”Det har vi for det har rederiet. Altså rederiet har stor, stor focus på hele miljødelen omkring affaldssortering og røggasrensning og jamen udledning, spildevands udledning og vi bliver selvfølgelig holdt op af en hel masse IMO-krav omkring det der” (Bilag 4), har vi været inde og se på Rederiets miljøpolitik, for derigennem at se hvad det er, der lægges vægt på fra rederiets side af og om projektet derfor kan være bidragende til at lede rederiets miljømål i den rigtige retning. DFDS har i deres miljøpolitik oplistet de ting som de lægger vægt på, for at mindske det aftryk som de sætter på miljøet. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 52 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Hvad gør DFDS? Vores handlinger for at udvikle DFDS i en grønnere retning revideres løbende og omfatter følgende: Vi indsamler, overvåger og måler miljødata fra alle vores aktiviteter for at bestemme vores status i forhold til miljøbeskyttelse. Vi etablerer ambitiøse CO2-reduktionsmål for vores maritime og landbaserede aktiviteter. Vi fortsætter med at minimere vores affald og optimere vores affald-handling i alle faciliteter og på alle skibe. Vi sikrer, at aflevering af aktiver til genanvendelse sker på en bæredygtig måde. Vi samarbejder med et bredere fællesskab om at reducere emissionerne fra vores skibe yderligere, til grænserne under de retslige krav. Vi tager partnerskab og kommer løbende med innovative måder at løse logistiske udfordringer i en miljømæssig forsvarlig måde. Vi gennemfører "god nabo" politikker, der respekterer lokale miljøer og befolkninger. Vores indkøbspolitik foreskriver minimums miljønormer til vores leverandører. Vi kommunikerer åbent om vores miljømæssige fodaftryk og igangværende planer om at mindske vores påvirkning. Vi sætter, og kommunikere individuelle mål for vores aktiviteter og deres miljøpåvirkning Som det kan ses ud fra de punkter som DFDS ligger vægt på i deres miljøpolitik går flere af punkterne ud på at nedsætte udledningen af skadelige røggasser, samt at nedbringe det aftryk som de sætter på miljøet ved deres drift. Derfor er det helt essentielt at der ses på nye alternativer for at nedbringe skibenes udledning Vi mener derfor, at ved at tage udgangspunkt i vores problemformulering, vil projektet kunne være en medvirkende faktor til at lede DFDS miljøprofil i den retning som rederiet ønsker. Dette er set i perspektiv af den besparelse på brændstofforbruget som vi mener er mulig med vores projekt. Ved at nedsætte brændstofforbruget vil emissionerne som skibet udleder til miljøet igennem røggasen også nedsættes. En anden faktor som vi mener at projektet vil kunne biddrage til, er nedsættelse af skibets vedligeholdsomkostninger på AE’erne. Denne besparelse vil direkte resultere i brug af færre reservedele til vedligehold og derfor give endnu en miljømæssig fordel. Denne er dog bare lidt mere indirekte idet at det faktisk er leverandøren som reducerer emissionerne ved at skulle producere mindre. Den faktiske beregningen af nedsættelsen af emissionerne fra røggassen vil blive belyst senere i projektet. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 53 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 16.3 Emission Ved at vi opnår en besparelse på br.o ved installation af hybrid systemet, vil vi ligeledes opnå en reduktion på udledningen af CO2. Reduktionen vi opnår i udledningen af CO2 regnes ud fra den opnåede besparelse på br.o for hver af de to scenarier (bilag 20). Mængden af CO2 som 1 liter MGO udleder er ifølge (National Energy Foundation hjemmeside) 𝑀𝐺𝑂 = 2,9258 𝑘𝑔 𝐶𝑂2⁄ 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 For at udregne CO2 besparelsen har vi anvendt densiteten på MGO fra bilag 6. Det vil sige at hybridsystemet vil skåne miljøet for: Scenarie 1. 𝐶𝑂2 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 𝑏𝑟. 𝑜 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 235,42 · 1000 = = 265681,1 𝑘𝑔 𝐶𝑂2 886,1 𝜚𝑏𝑟.𝑜 ( ) 1000 Scenarie 2. 𝐶𝑂2 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 𝑏𝑟. 𝑜 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 270,5 · 1000 = = 305270,3 𝑘𝑔 𝐶𝑂2 886,1 𝜚𝑏𝑟.𝑜 ( 1000 ) Denne reduktion i emissioner udledt af Pearl kan være medvirkende til at styrke DFDS miljøpolitiske ønske om at nedsætte emissionerne som udledes af deres flåde. 17 Metodekritik SFOC testen gik som forventet, men da det ikke har været muligt at indhente oplysninger om virkningsgraderne på generatorerne, valgte vi at anvende en fast virkningsgrad til de forskellige last konditioner. Dette vil ifølge vores teoretiske viden, medføre at virkningsgraden på generatorerne vil blive højere, end de i virkeligheden vil være under de givne konditioner. Interviewet med Tommy Jørgensen gik ikke helt efter hensigten. Før interviewet startede gennemgik vi spørgsmålene med Tommy og fremlagde vores intentioner omkring interviewet og at vi ønskede at han selv Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 54 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways læste spørgsmålene op fra et stykke papir han havde fået udleveret. Tommy glemte dog at læse spørgsmålene op når han gik videre til et nyt spørgsmål. Vi føler dog ikke det har påvirket interviewets troværdighed, ud fra den interviewform vi havde valgt at benytte, idet vi havde valgt et semistruktureret interview. Interviewet gav os den empiri vi ønskede for at kunne udarbejde vores projekt. Til at belyse vores teori omkring en besparelse på de oliefyrede kedler har vi været inde og analysere på røggassen med en røggasanalyse tester af mærket: ELMA maxilyzer NG. For at testeren kunne give en præcis måling skulle der indtastes nogle værdier på den anvendte br.o. Disse oplysninger var ikke tilgængelige i de olieanalyser vi havde til rådighed og vi måtte derfor finde oplysninger på en standard MGO og indtaste værdierne for denne i maxilyzer’en. Dette kan give en usikkerhed på værdien af den virkningsgrad der er anvendt i afsnittet ”besparelse på kedlerne”. 18 Kildekritik Siemens er de eneste på markedet der har erfaringer med hybridsystemer til marinebrug og det har derfor ikke været muligt at indhente data fra konkurrerende firmaer til Siemens. Ifølge udtalelse fra Henrik H. Mikkelsen er der to firmaer ud over Siemens der kan levere hybridsystemer til maritimt brug: Et dansk firma ved navn Bondy LMT har i samarbejde med et Hollandsk batteri firma udviklet et lignede hybridsystem, men de har ikke haft nogle ordre på deres systemer. ABB har ikke et færdigt produkt, men de påstår dog at de kan lave et funktionelt hybridsystem. Da de to konkurrenter til Siemens ikke har nogle erfaringer har det ikke været muligt at hente et tilbud eller oplysninger fra andre end Siemens og det kan medvirke til at projektet bliver farvet af deres påstande. Dokumentationen der har været tilgængeligt over AE’erne er tilbage fra da skibet blev bygget. Vi har derfor forholdt os kritisk til det der stod i dokumentationen, idet der kan være foretaget opgraderinger af AE’erne, i løbet af årene, som påvirker AE’ernes ydeevne, virkningsgrader eller SFOC positivt, i forhold til hvad der er oplyst i den tilgængelige dokumentation. Tommy Jørgensens udtalelser vælger vi at tage for gode varer idet han må betegnes for at være ”ekspert” på Pearl, grundet hans mange års erfaring ombord. Skal vi forholde os kritisk til hans udtalelser skal det dog være grundet de mange år i DFDS, hvilket kan have ”farvet” ham. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 55 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Mange af de udtalelser mestrene er kommet med i daglig gang på skibet i forbindelse med vores projekt, har vi taget for gode varer idet de arbejder med skibets systemer til dagligt og vi har derfor ikke undersøgt nærmere om der var hold i deres udtalelse eller hold dem op imod andre eksperter på området. Websider som er anvendt til udarbejdelse af projektet, har vi valgt at antage som pålidelige kilder idet de er offentlig tilgængelige. 19 Konklusion Igennem vores problemformulering: Hvilken driftsmæssig betydning vil det have at anskaffe og installere et hybridsystem bestående af en batteripakke, på et større passager skib som ”Pearl Seaways”? Vil det kunne betale sig økonomisk at udskifte 1 af de 4 hjælpemotorer, til en batteripakke? Vil der være en miljømæssig fordel ved at installere en sådan batteripakke? Vil der være vedligeholdelsesmæssige fordele ved at anskaffe sig en batteripakke? Vil en batteripakke kunne yde den nødvendige sikkerhed imod black-out? Vi har måtte erfare, at området omkring hybridsystemer til maritimt brug er meget nyt. Det har derfor været svært at indhente data fra forskellige firmaer, idet at der er meget få som har en faktisk ekspertise inden for dette emne. Området er meget nyt, men vi mener at der er et kæmpe potentiale for at benytte denne type system til at nedbringe brændstofomkostninger og driftstimer på mange maritime installationer. Vi har dog måtte erkende at teori og praksis ikke altid hænger sammen, idet det ikke altid er muligt at få de data som der kræves for at kunne udføre korrekte beregninger. Der er utrolig mange faktorer som skal vendes og drejes for at sikre den mest valide dokumentation. De årlige fuelomkostninger på det nuværende system er på 13.377.850 dkk. Efter at have installeret hybridsystemet vil dette kunne reduceres med 1.805.822 dkk årligt. For at denne besparelse kan opnås kræver det dog at skibet og rederiet er villige til at ændre nogle procedurer omkring max lasten på AE’erne. Idet det vil blive nødvendigt at køre med en AE på 89% belastning en stor del af døgnet. Batteri banken vil dog fungere som backup såfremt at AE’en skulle falde ud. Batterierne vil kunne yde den fornødne sikkerhed der kræves imod blackout idet at der er kapacitet til at bære hele lasten i den periode det vil tage at starte en anden AE. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 56 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways Hybridsystemet vil desuden bidrage med en stor reduktion i vedligeholdelsesomkostningerne der er forbundet med driften af AE’erne. Vedligeholdelsesomkostningerne vil årligt blive reduceret med op til 752.833 dkk. Igen er dette afhængigt af, at rederiet og skibet tillader at gå ned på én AE som vil ligge på den højere last. Til at beregne rentabiliteten af installationen er den dynamiske Pay-back metode anvendt, dette er valgt for at give det mest reelle billede af rentabiliteten. Ud fra beregningerne viser det at investeringen vil have en tilbagebetalingstid på 9 år. Vi må derfor konkludere at det ikke vil være økonomisk for et skib som Pearl at investere i et sådan hybrid system grundet skibets alder. Konklusionens udfald var nok blevet noget andet, hvis prisen på MGO ikke have været så lav som den er, lige for tiden. I forhold til for 6 måneder siden er MGO’en faldet med 38 %, hvilket er medvirkende til at give en længere tilbagebetalingstid. Skulle fuelprisen stige igen vil dette gøre projektet værd at overveje på Pearl. Vedligeholdelsesmæssigt er der en stor reduktion ved installationen af hybridsystemet. Der vil derfor være en komfortmæssig fordel ved at installere anlægget. Dette der dog ikke noget man kan regne på, men det er bestemt en af de ting som skal med på listen over fordele ved hybrid systemet, idet det vil kunne give nogle ”hænder fri” til andre opgaver ombord, der måske ellers var blevet prioriteret lavere. 20 Perspektivering På trods af konklusionens udfald med at det ikke er rentabelt for Pearl at installere et hybridsystem, mener vi stadig at der er et kæmpe besparelsespotentiale ved installationen af hybridsystemer. Pearl Seaways er et skib med konventionel fremdrivning, hvilket gør at hybridsystemet ikke udnytter dets potentiale fuldt ud. Ud fra Kim Strate’s udtalelser omkring projektet, Siemens marine har udført for Scandlines, viser de at ved skibe med diesel-elektrisk fremdrivning, vil systemet være rentabelt, da det har en tilbagebetalingstid på 5 år. Desuden gør det driften og fremdrivningen af skibet meget mere fleksibelt. Vi har efter et møde med Henrik H. Mikkelsen (MARNAV) fået indsigt i et nyt EU lovforslag, som fritager alle færger og cruiseliners for at betale miljøafgift på landstrøm (http://www.ft.dk/samling/20131/lovforslag/l171/index.htm). Dette lovforslag vil blot gøre hybridsystemet mere attraktivt idet at batteripakken kan oplades under land til en billigere kWh pris end hvad den kan produceres til af AE’erne ombord. Ved at oplade batterierne under havneopholdet vil dette kunne reducere brændstofforbruget yderligere på AE’erne og da besparelsen på de oliefyrede kedler alligevel er så minimal, skal der ikke tages højde for dette aspekt. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 57 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways En anden metode som kunne benyttes til at oplade batterierne med, er at installere to vindmøller i stævnen af skibet. Denne installation har den fordel at kunne producere strøm når skibet gør fart igennem søen. Desuden bryder vindmøllerne vinden og nedsætter vindmodstanden for skibet. Installationen af disse møller er gjort af Stena Line og har resulteret i en årlig brændstofbesparelse på 80-90 tons for fremdrivning og el-produktion. Vindmøllerne producerer årligt 23.000 kWh på de pågældende skibe. http://www.energysupply.dk/article/view/65505/stena_line_forst_i_verden_med_vindkraft_pa_faerge#.VV3nZPl_v6J De 23.000 kWh vil for projektets batteripakke svare til 56 fulde opladninger fra 0-100%. Ud fra alle disse betragtninger vil hybridsystemet være en klar anbefaling til DFDS, såfremt at rederiet skal bestille nybygninger. Desuden vil det være værd at overveje et sådan system på de nyere skibe i flåden, idet systemet ud over en brændstofbesparelse, vil resultere i en lavere emission fra skibene. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 58 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 21 Kildeliste Bang, E. K., Sørensen, J. F., & Waarst, J. (2013). Erhversøkonomi - videregående uddannelser (4. udg.). Hans Reitzels Forlag. Corvus Energy. (27. Januar 2015). Hentet fra www.corvus-energy.com: http://corvus-energy.com/ Dahlhoff, J., & Grell, H. (2002). Samfundsøkonomisk minilex (4. udg.). Nordisk Forlag A/S. DFDS. (15. Marts 2015). Hentet fra http://www.dfdsgroup.com/: http://www.dfdsgroup.com/about/history/ DFDS. (20. April 2015). Hentet fra http://www.dfdsgroup.com/About/Responsibility: http://www.dfdsgroup.com/About/Responsibility/Documents/DFDS%20Environmental%20Policy.p df ELMA. (15. Maj 2015). Hentet fra http://www.elma.dk/: http://www.elma.dk/_dk/Produkter/Lists;230000/Termografering/H%C3%A5ndholdttermografering/p/5706445880348?shop.product.id=5706445880348 ELMA. (16. Maj 2015). Hentet fra www.elma.dk: http://www.elma.dk/_dk/Produkter/Lists;280200/VVS/R%C3%B8ggasanalyse/p/5706445570225?s hop.product.id=5706445570225 Kvale, S., & Brinkmann, S. (2009). InterView - introduktion til et håndværk (2. udg.). Hans Reitzels Forlag. Larsen, A.-L. S., & Vejleskov, H. (2004). Videnskab og forskning (1. udg.). Gads Forlag. Larsen, K. F. (2001). Dampkedler. K. F. Bogteknik Aps. Nielsen, O. (2007). Skibsbygning og stabilitet (1. udg.). Søfartsstyrelsen. Petersen, P. E. (2006). Elektricitet og magnetisme (5. udg.). Bogfondens forlag. Rienecker, L., Jørgensen, P. S., & Skov, S. (2012). Den gode opgave (4. udg.). Samfundslitteratur. Siemens. (27. Januar 2015). Hentet fra www.siemens.dk: http://w3.siemens.dk/home/dk/dk/verticals/marine/Pages/Default.aspx# Søfartsstyrelsen. (10. Maj 2015). Bekendtgørelse om Meddelelser B fra Søfartsstyrelsen. Hentet fra https://www.retsinformation.dk/Forms/R0710.aspx?id=141283 Thurén, T., & Liber, A. (2007). Videnskabsteori for begyndere (2. udg.). Rosinante. West, S. Å. (2011). Vedligehold - Asset Maintenance Management (3. udg.). Lyngby: Bogfondens forlag. Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 59 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 22 Figurer, billeder og tabeller 22.1 Figurer Figur 1: illustration over vedligeholdelsesformer. Taget fra WEST s.44 Figur 2: illustration af batteri afladning Figur 3: illustration af batteripakkens opbygning. Figur 4: illustration af dampproduktion på udstødningskedlerne. Udarbejdet ud fra bilag 12. 22.2 Billeder Billede 1: Hybrid systemets opbygning. Billede 2: Battery response with AC load Billede 3: Load profile with AC load Billede 4: termografering af afgangsrør på kedlerne Billede 5: kedeltrykket på manometer i ECR Billede 6: olie ur AE booster station. Billede 7: verdenskort med ECA områder. 22.3 Tabeller Tabel 1: oversigt over AE’er i drift i den nuværende situation. Tabel 2: oversigt over batteripakken specifikationer. Tabel 3: oversigt over Corvus Energy anbefalinger om charge rate. Tabel 4: oversigt over lade tider på batteripakken. Tabel 5: oversigt over besparelserne på udstødningskedlerne. Tabel 6: oversigt over investeringsomkostninger. Tabel 7: oversigt over tilbagebetalingstiden for scenarie 1 Tabel 8: oversigt over tilbagebetalingstiden for scenarie 2 Tabel 9: AE fuel forbrug pr måned Tabel 10: AE fuel forbrug i de 3 perioder Tabel 11: Gennemsnits last på AE’ene i de 3 perioder Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 60 af 61 Bachelorprojekt Energioptimering på Pearl Seaways 23 Kontakt personer Ole Højlund, Maskinchef - Pearl Seaways Tommy Jørgensen, Maskinchef - Pearl Seaways Kent Fribord, 1. mester - Pearl Seaways Leif Kracke, 1. mester - Pearl Seaways Steen Haurum - skibsinspektør DFDS Henrik H. Mikkelsen, lektor - MARNAV og formand for el-færgen til Ærø Kim Strate, maskinmester - Siemens Keld Kokholm - Fornaes shipbreaking Grenaa Preben Nielsen - Wärtsilä service DK Jesper Dideriksen Tommy Kruse 27-5-2015 Side 61 af 61
© Copyright 2024