Modellering som kan ge en mer energieffektiv sjöfart

Det finns ett flertal sätt som kan göra sjöfarten mer energieffektiv. I sin forskning har Francesco Baldi använt beräkningsmodeller för att hitta energieffektiva åtgärder.

Francesco Baldi, Chalmers, Sjöfart och marin teknik

I sin forskning har Francesco Baldi studerat två olika fartyg, ett kemikalietankfartyg som går på internationella rutter, och i samarbete med Fredrik Ahlgren vid Linnéuniversitetet, ett kryssningsfartyg som går på en fast rutt. Under Lighthouse seminarium om energieffektivitet inom sjöfarten berörde Francesco Baldi flera områden där han och hans kollegor har genomfört sin forskning.

  • Återvinning av spillvärme
  • Värmelagring
  • Modellering av framdrivningen
  • Trimoptimering
  • Hybriddrift

Med hjälp av beräkningsmodeller visar forskningen att man genom att optimera återvinningen av spillvärme skulle kunna nå årliga bränslebesparingar på 11% för det lastfartyg som studerades. Och för kryssningsfartyget kan upp till 22% av det elektriska effektbehovet genereras, under en referensresa.

Genom att lagra värme går det att hitta årliga bränslebesparingar för värmepannan på upp till 60%, med hjälp en relativt liten lagringstank i lastfartyget. Och för kryssningsfartyget, som ligger kort tid i hamn, kan pannbränsleförbrukningen helt undvikas under sommaren och mellansäsong.

Genom att använda beräkningsmodeller, är det möjligt att förutsäga motoreffektiviteten även med utgångspunkt från begränsade driftsdata. För att analysera hur effektivt rederierna driver sina fartyg har Francesco Baldi tagit fram en modell för fartygens framdrivning som simulerar olika typer av driftlägen. Forskningen visar att dessa modeller kan förutsäga beteendet hos hela driftsystemet, och i synnerhet dess bränsleförbrukning.

Lastfartygets trimoptimering studerades också med hjälp av matematiska modeller och var, enligt undersökningarna, effektiv. Men resultatet från studien innebär också ett kvitto på att dessa matematiska modeller fungerar.

När det gäller kryssningsfartyget så gjordes även beräkningsmodeller av hybriddrift. Kryssningsfartyget körs vanligtvis i hastigheter mellan 8 och 14 knop medan fartyget är konstruerat för att gå i 21 knop. Syftet med undersökningen var att studera om om det går att uppnå mer bränsleeffektivitet genom att installera motorer/generatorer som är anslutna till växellådorna, så att huvudmotorn kan producera elkraft när det behövs, och hjälpmotorer kan producera mekanisk kraft för framdrivning.
Resultaten av simuleringarna visar en bränslebesparing på uppskattningsvis 3%, vilket är mindre än Francesco Baldi väntat sig.

- För mig var det en liten överraskning. Jag förväntade mig en större bränslebesparing, särskilt om man tittar på litteraturen på området. Anledningen är att det finns en hel del förluster i energiomvandlingarna som man måste ta hänsyn till.

Francesco Baldi avslutade sin presentation med att poängtera att matematiska modeller är ett effektivt sätt att testa olika tekniker för energieffektivitet och att samla in driftdata från fartyg öppnar upp för nya möjligheter till energieffektivitet. Men det är viktigt att vet vad som ska mätas och hur du ska använda dina mätresultat.

Francesco Baldi disputerar 20 maj.

Text och foto: Andreas Kron