Optimering af skibes fremdrift

Når man optimerer eksisterende skibe, er der to overordnede tilgange:

• Behold hastigheden konstant og optimér skrog og fremdriftssystem
• Reducér hastigheden og optimér skrog og fremdriftssystem til den nye hastighed

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

Hastighedsreduktion

Hastighedsreduktion er en meget effektiv måde at reducere brændstofforbrug og emissioner på. Ved reduktion af hastigheden antages det som tommelfingerregel, at effektbehovet skalerer med hastigheden i tredje potens. En hastighedsreduktion på 10 % giver derfor en effektbesparelse på ca. 27 % (0,9³ = 0,73). Slow steaming, som det ofte kaldes, medfører imidlertid omkostninger i form af kapacitet, kapital, besætning og sikkerhed:

• Lavere hastighed betyder reduceret transportkapacitet. En reduktion af hastigheden på 10 % vil kræve ca. 10 % mere skibskapacitet for at holde transportkapaciteten konstant. Indtægter og nødvendig skibskapacitet skalerer med hastigheden, mens brændstofbesparelsen skalerer med hastigheden i tredje potens eller mere.
• Kapitalomkostninger for lasten afhænger af transporttid og lastens værdi. Langsommere transport øger kapitalomkostningerne for lasten.
• Besætningsomkostninger er uafhængige af hastigheden. Langsommere skibe transporterer imidlertid mindre. For samme transportkapacitet kræves derfor flere skibe, hvilket øger besætningsomkostningerne.
• Af sikkerhedsmæssige årsager bør hastigheden ikke være for lav. For at et skib kan manøvrere sikkert i kraftig vind og sø, må hastigheden ikke reduceres til under skibets minimum styrefart.

Opgradering/trimning af hovedmotor

Ved reduktion af hastigheden bør hovedmotoren generelt opdateres og/eller trimmes, så den matcher skibets drift ved lavere hastighed. Sea margin bør tilpasses skibets størrelse og type og vurderes nøje på baggrund af de typiske ruter og tilhørende miljøforhold. For nogle ruter kan man anvende en ruteafhængig sea margin, mens det for andre ruter ikke er relevant.

Et studie udført af Force Technology på Seahorse 35 (designet af Grontmij) viste, at en motor optimeret til slow steaming reducerede det nødvendige motoreffektbehov ved 14 knob med 3 %.

Redesign af propel

Ved slow steaming eller opgradering af hovedmotoren kan en redesignet propel give yderligere gevinster. Grundlæggende propelteori peger tydeligt på en bedre virkningsgrad ved langsomt roterende propeller med stor diameter. I arbejdet med at reducere brændstofforbruget vil et redesign af propellen mod lavere omdrejningstal (RPM) og større propeldiameter derfor oftest føre til effektive energibesparelser.

Ud over diameteroptimeringen tilbyder flere leverandører nye og forbedrede propeldesign til eksisterende fartøjer, som kan give besparelser på 3-7 %, afhængig af om hastigheden holdes konstant eller reduceres.

Ved konstant hastighed

Når hastigheden holdes konstant, findes der en række værktøjer til optimering. De kan naturligvis også anvendes ved optimering ved reduceret hastighed.

Energy Saving Devices (ESD)

Ved begge tilgange er det muligt at udstyre skibet med ESD’er. Nedenfor er nogle af årsagerne til dårlig ydeevne samt forslag til, hvordan ESD’er kan bruges til at optimere fremdriftsvirkningsgraden:

• Wake equalising ducts og vortex generators: Adresserer uensartet indstrømning til propellen.
• Pre-swirl fin-systemer og kontra-roterende propeller: reducerer rotationstab.
• Twisted rudder: forbedrer samspillet mellem skrog og propel.
• Propeller boss cap fins (PBCF) og rorbulber: Minimerer tab fra hub-vortex.

Et typisk eksempel på en kombineret energibesparende effekt er det nyere Becker Mewis Duct®-koncept, som kombinerer den kølvandsudjævnende og trykskabende effekt af kanalen foran propellen med reducerede rotationstab fra pre-swirl fin-systemet.

Optimeret skrogform

En mere gennemgribende tilgang kan være at ændre skrogformen. I den type projekter udskifter skibsejere typisk bovbulben eller måske en større del af forskibet.

I et nyligt projekt for Clipper gennemførte Force Technology en omfattende optimeringsundersøgelse af Clipper’s G-class ved brug af FRIENDSHIP Frame work/RANS CFD. Studiet viste en besparelse på op til 7,5 % for en specifik tilstand og en besparelse på den operationelle profil på ca. 4 %. Det resulterede i en tilbagebetalingstid på under 2 år.