75
Bachelorprojekt ENERGIOPTIMERING – TORM LENE Udarbejdet af Magnus Bang Studienr. V10884 December 2015

ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Bachelorprojekt ENERGIOPTIMERING – TORM LENE

Udarbejdet af Magnus Bang Studienr. V10884

December 2015

Page 2: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 1 December 2015 Magnus Bang

Titelblad Titel: Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: Bachelorprojekt – BA 2015E Forfatter: Magnus Bang Studienummer: V10884 Projektperiode: 9. semester Skole: AAMS - Aarhus Maskinmesterskole Afleveringsdato: 14. december 2015 Forsideillustration: Eget arkiv Normalsider: 38,8 normalsider Sideantal: 75 sider Vejleder: Flemming Hauge Pedersen

Page 3: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 2 December 2015 Magnus Bang

Abstract This project is the finale result of the bachelor semester on Aarhus School of Marine and

Technical Engineering on 9th semester. The project is based on a 10 week internship onboard

the product tanker Torm Lene. The report will cover an analysis of the fuel consumers- and the

various operations regarding anchor, port and sailing operations onboard Torm Lene in year

2015. The analysis should raise the question whether it is possible to achieve a financial saving

by using marine gas oil in anchor and port stays.

The report will contain a solution on how to reduce the consumption of fuel.

In connection to this, a reduction of the operation hours at the oil-fired boiler is necessary.

Furthermore, the fuel consumers will always be running on marine gas oil (MGO) during anchor

and port operations.

When the main engine is running on Heavy Fuel Oil (HFO) it is conditioned by, that the oil-fired

boiler is started up 24 hours before.

To reduce the operation hours of the oil-fired boiler in anchor and port operations, it is

necessary to replace the steam consumers. This is done by replacing the purifier with a lube

oil filter system to the auxiliary engines. In corporation with a company called GreenOil, I have

done the necessary calculations to find a solution to the problem.

Another stem consumer in anchor and port operations is the main engine HT-water preheating.

The project will take care of two different types of solutions, an electrical preheater to the main

engine HT water and a solution on how to use the waste energy from the HT water from the

auxiliary engines. Both systems is calculated and described. The project will furthermore

contain two business cases to calculate the annual profit and the payback for the solutions.

Page 4: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 3 December 2015 Magnus Bang

Læsevejledning Dette bachelorprojekt henvender sig primært til maskinmestre og maskinmesterstuderende

men også til fagfolk med interesse for energioptimering. Igennem projektet forventes det, at

læseren har indsigt i - og kendskab til de forskellige systemer til søs.

I dette projekt har jeg valgt, at benytte Harvard-metoden til henvisning af kilder. Harvard

metoden fungerer ved, at der inde i teksten, i en parentes, skrives forfatternavn eller

organisation efterfulgt af et årstal. Kildehenvisningerne findes ved at gå om i afsnittet

”Bibliografi”, som er under kapitel 18.

I afsnittet bibliografi, vil kildehenvisningerne stå i alfabetisk rækkefølge. Derudover henvises

der til forskellige Excel dokumenter, som kan downloades ved et tryk på hyperlinket.

Jeg har uploadet forskellige dokumenter på Google Drev, dokumenterne er enten udført

ombord på Torm Lene, eller specialtilbud som jeg har fremskaffet igennem projektet.

Henvisningerne til drevet vil også blive vist med Havard-metoden. Eks. (Bang, Drev, 2015).

Der vil igennem rapporten benyttes maritime udtryk og forkortelser.

De steder hvor dollars nævnes igennem projektet, skal det forstås som amerikanske dollars.

Kilderne til dette projekt kan være egne observationer, indsamlet data, tekniske artikler, samt

dokumentation fra skibet så som datalog og maskinmanualer.

I projektet, hvor der henvises til egne billeder eller tabeller, vil der ikke være angivet en kilde.

Page 5: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 4 December 2015 Magnus Bang

Indholdsfortegnelse

1. Titelblad 1

2. Abstract 2

3. Læsevejledning 3

4. Forord 7

5. Indledning 8

Formål 8

Virksomhedsprofil 8

TORM A/S 8

TORM Lene 9

6. Problemformulering 10

Problemanalyse 10

Problemformulering 11

Metode 11

Afgrænsning 12

7. Anlægsanalyse 13

Driftsoperationer 2015 13

Forbrugerne 14

Hovedmotor (ME) 14

Kedlens opbygning 15

Hjælpemotorerne (AE) 17

Inert Gas generator (IGG) 20

Incinerator 20

Samlet brændstofforbrug 20

8. Skibets drift ved anker- og i havneoperationer 21

Ankeroperationer 21

Havne operationer 22

Test for hjælpemotorerne 22

9. Miljø 23

SOx kravet (SECA) 24

NOx kravet (NECA) 24

Partikler 25

Rederens synspunkt 25

Torm Lene i ECA 26

10. Bunkerpriser 27

Bunkerolie 27

Torm Lene brændstof 28

11. Smøreolie 29

Hjælpemotorens smøreolie 29

Hjælpemotorens smøreoliecentrifuge 30

Page 6: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 5 December 2015 Magnus Bang

Centrifugens opbygning og virkemåde 31

Smøreolieanalyse 32

Hovedmotorens offline filter 35

12. Den konkrete problemstilling 37

Implementering af offline filtre frem for centrifuger 37

Energiforbrug til smøreoliecentrifuges dampforvarmer (AE) 37

Offline filter 38

Valg af filtertype 39

Installation af filter 39

Pris for Offline filter 40

Løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren 41

Dimensionering af forvarmer til hovedmotoren 41

Test forvarmer 41

Dimensionering elektrisk forvarmer 44

Hjælpemotorenes kølevand til opvarmning af hovedmotoren 45

Valg af varmeveksler samt beregninger 49

Varmeveksler indkøb 51

13. Anker- og havneoperationer uden kedeldrift 52

Brændstofbesparelse kedel 52

Brændstofforbrug på hjælpemotorerne ved omskiftning til MGO 53

14. Business case 1 og 2 56

Business case 1 56

Årlig omkostning til smøreolie centrifuge 56

Årlig omkostning for GreenOil filteret 57

Årlig omkostning til den oliefyrede kedel 57

Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring 58

Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring 58

Opsummering 59

Tilbagebetalingstid 60

Business case 2 61

Årlig omkostning til smøreolie centrifuge 61

Årlig omkostning til den oliefyrede kedel før- og efter driftsændring 61

Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring 62

Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring 62

Opsummering 62

Tilbagebetalingstid 63

15. Analyse af målinger og måleinstrumenter 64

KWh-måling på hjælpemotorerne 64

Måleudstyret 64

Målmetoder 65

Reliabilitet og validitet af målingerne 65

Flow måling 65

Aflæsning af flow på smøreoliecentrifuge 65

Page 7: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 6 December 2015 Magnus Bang

HT forvarmer flow 65

Reliabilitet og validitet af flow målingerne 65

Temperaturmåling 66

Aflæsning af temperatur på smøreoliecentrifuge 66

Aflæsning af temperatur HT hovedmotor 66

Aflæsning af temperatur på hjælpemotorsmøreolie 66

Fejlkilder ved IR måling 66

Reliabilitet og validitet af temperatur målingerne 66

Smøreoliemåling 67

Smøreolieprøver på hjælpemotor 67

Smøreolieprøver på hovedmotor 67

Reliabilitet og validitet af målingerne 68

16. Konklusion 69

17. Perspektivering 70

18. Bibliografi 71

Page 8: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 7 December 2015 Magnus Bang

Forord Baggrunden for dette bachelorprojekt, er at jeg som studerende på Aarhus Maskinmesterskole

skal afslutte maskinmester uddannelsen – 9. semester. Bachelorprojektet er udarbejdet i

perioden fra udgangen af september 2015 til december 2015 og tager udgangspunkt i

energioptimering på Torm Lene. Semesteret indebærer, at man skal gennemføre et

praktikforløb og herefter udarbejde et projekt. Jeg har gennemført mit praktikforløb i perioden

fra den 4 juli 2015 til den 11 september 2015, hvor jeg har indgået i den daglige drift i

maskinrummet. Min baggrund og motivation for dette projekts problemstilling er, at der

ombord var meget fokus på energibesparelse. Dette medførte en vis undren og interesse for, at

finde en kilde som kunne give en forhåbentlig stor energi besparelse. Derudover så jeg det også

relevant at imødekomme IMO’s krav omkring SOx udledning.

Jeg vil gerne benytte dette forord til at takke en række personer, som har været behjælpelige

med at svare på tekniske spørgsmål samt give tilbud på forskellige komponenter igennem

projektet.

Rasmus Hoffman (Maskinchef Torm Lene)

Tomas Skjærris (Maskinmester, sælger - GreenOil)

Jeppe Malmmose (Sælger - Alfa Laval)

Erik Nielsen (Sælger – Christian Berner A/S)

Flemming Hauge Pedersen (Lektor, vejleder - AAMS)

Page 9: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 8 December 2015 Magnus Bang

Indledning

Formål

Projektets formål i uddannelsesforløbet er, at opfylde kravene i undervisningsplanen for 9.

Semester. Herunder skal den studerende lære at arbejde udviklingsorienteret, med

planlægning og gennemførsel af et projekt. Der skal under bachelorprojektet drages

sammenhænge imellem den tilegnet teori fra de foregående semestre og en praktisk

problemstilling. Derudover skal der under projektarbejdet tilegnes en særlig indsigt i et

konkret emne eller et problem ved at indsamle data. Som følge heraf skal der forekomme en

analyse og til sidst forholde sig kritisk til dette.

Ydermere henvises der til Aarhus Maskinmesterskoles kvalitetssystemet dokument nr. 1142.

Virksomhedsprofil

TORM A/S

Torm blev grundlagt tilbage i 1889 af Ditlev Torm (kaptajn) og Christian Schmiegelow. Efter 10

år voksede flåden med 4 skibe. Årene derefter voksede flåden hurtigt og blev i 1905 noteret på

den Københavnske Fondsbørs. I 1907 dør Ditlev Torm. Torm flåden forsætter med Christian

Schmiegelow som direktør. De efterfølgende år udvider Torm fragtområderne og i slutningen

af 10’erne fragter de internationalt. I 1933 får Torm det første motordrevet fragtskib. Under

anden verdenskrig går det hårdt ud over Torm flåden og de mister i alt 41 søfolk og 13 skibe.

De efterfølgende år vokser flåden stadig, men da oliekrisen rammer Danmark, får det Torm til

at sælge de uøkonomiske gamle skibe og fyre 25% af søfolkene. I 80’erne efter krisen begyndte

man at sætte fokus på miljø, og herefter får Torm leveret dobbeltskrovet skibe fremadrettet.

(Børsen, nd)

Torm vokser kraftigt i de efterfølgende år, men i år 2008 reduceres det i takt med den

økonomiske krise vi kender fra i dag. Torm har efterfølgende solgt en del af flåden, og ændret

ledelsen radikalt.

Torm er i dag én af verdens største transportører af alle former for raffineret olieprodukter, og

har derudover også småaktiver i tørlastmarkedet.

Flåden består af 78 produkttankskibe i en størrelse fra 35000-110000 DWT og to tørlastskibe.

Torm har aktiviteter i hele verdenen og har hovedkontor i Hellerup (København).

Page 10: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 9 December 2015 Magnus Bang

TORM Lene

Torm Lene er ét Torm flådens danske skibe. Skibet er bygget på Guangzhou-værftet (Kina) i år

2008. Det er et olie- og kemikalietankskib, som har en Gross Tonnage på 29283 og en

dødvægt på 53143 tons. (Marine Traffic, 2015)

Torm Lene sejler trampfart, dvs. at skibet ikke har nogen fast rute, men chartres for en rejse af

gangen. Igennem min praktikperiode sejlede Torm Lene fra Spanien til Brasilien. Herefter var

Torm Lene charteret til et par laste på Brasiliens østkyst og endte så turen i New York (USA).

Fra dag et var der fokus på energioptimering ombord, og i den forbindelse fandt det mig

naturligt at nedbringe driftstimerne på kedlen ombord på Torm Lene og dermed reducere det

årlige brændstofforbrug.

Page 11: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 10 December 2015 Magnus Bang

Problemformulering

Problemanalyse

Skibsfart er en meget vigtig transportkilde for, at få gang i den internationale handel. Lige nu

udgør den omkring 90% af alt varetransport globalt set. Sammenlignes andre former for

transport, som f.eks. tog- og lastbilstransport med fragtskibe, udleder skibsfarten væsentligt

mindre CO2. Ser man på udledning af Svovldioxid-, kvælstofdioxid- og partikeludledning er

skibsfart én af de værste synder. Dette skyldes til dels, at man i skibsfart i størstedelen af tiden

benytter affaldsprodukterne fra raffinaderierne til brændsel i form af Heavy Fuel Oil (HFO).

Derudover er størstedelen af alle skibene til søs ikke installeret med nogen form for

røggasrensning. (Det Økologiske Råd, 2011)

Størstedelen af alle skibe, inkl. Torm Lene, benytter en bunkerolie med et svovlindhold helt op

til 3,5%, hvilket påvirker miljøet negativt. I fremtiden vil svovlindholdet uden for ECA blive

reduceret væsentligt til 0,5%. Derudover vil ECA spektret i fremtiden blive udvidet, hvilket vil

betyde at chancerne for at ligge til anker, eller at man er i havn i ECA, vil være større.

En løsning på dette problem kunne bestå i, at nedsætte brændolieforbrug samt ændre skibenes

nuværende brændstof til et produkt, som var renere f.eks. Marine Gas Oil (MGO). Da

omkostningerne i indkøb af MGO frem for HFO ikke er det samme, finder jeg det interessant at

undersøge om, der ikke kunne være en anden fortjeneste ved denne omskiftning.

Projektet tager udgangspunkt i skibet ved anker- og i havneoperationer. I forbindelse med

MGO drift i anker- og havneoperationer, er der en væsentlig besparelse, som kan opveje

meromkostningen ved MGO drift frem for HFO drift. Denne besparelse ligger i at stoppe den

oliefyrede kedel, da MGO ikke skal opvarmes. Derudover vil jeg se på, hvad det vil have af

betydning for flåden og hvilke ændringer, der skal ske ombord, før dette kan lade sig gøre.

Jeg vil herunder dimensionere en elektrisk forvarmer til hovedmotoren og komme med et

løsningsforslag til typen. Jeg vil ydermere redegøre for, om der er tilstrækkeligt med energi til

rådighed i hjælpemotorens HT-kølevand og om dette kunne bruges til opvarmning af

hovedmotoren i stedet for den elektriske forvarmer.

Et andet væsentligt punkt, som jeg vil gå i dybden med, er smøreolien ombord. Dette er

væsentligt, i og med at dampen ikke er til rådighed, når kedlen er stoppet. Der vil her klarlægges

om en filtererstatning vil være mulig.

Page 12: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 11 December 2015 Magnus Bang

Jeg vil belyse udfordringerne ved at holde HFO servicetanken varm samt skibets øvrige tanke

og udarbejde en løsningsmodel til dette.

Til sidst vil jeg udføre to business cases, som skal belyse driftsændringen og om det er

økonomisk rentabelt for Torm at ændre driften på Torm Lene.

Problemformulering

På baggrund af ovenstående problemanalyse, er der udarbejdet følgende problemstilling:

Hvordan er det muligt at opnå en økonomisk besparelse ombord på Torm Lene ved at

benytte MGO i anker- og havneoperationer?

Herunder kan hovedspørgsmålet opdeles til følgende underspørgsmål:

Hvordan er det muligt at stoppe kedlen i ankeroperationer, og når Torm Lene er i havn?

Hvordan skal hovedmotoren i stilstand holdes varm uden brug af damp fra kedlen?

Hvordan opretholder vi en god stabil smøreolie ombord uden brug af damp fra den

oliefyrede kedel?

Hvilken økonomisk betydning ville driftsændringen have for Torm Lene?

Metode

For at opnå overblik over skibet anvendes der tekniske tegninger og diagrammer. Jeg har

igennem min praktik på 2,5 mdr., været en del af den daglige drift ombord på Torm Lene.

Derudover har jeg udført interview med maskinchefen ombord, vedrørende implementering

og drift af offline filteret til hovedmotoren. Under praktikperioden har jeg tilegnet mig viden

inden for meget af maskineriet ombord. Igennem projektet bliver der redegjort for systemer,

der kan undlades ved MGO drift og hvilke systemer, der skal investeres i for at driftsændringen

kan ske. Jeg har i den forbindelse fremskaffet data og dokumentation omkring offline filtre, der

skal erstatte hjælpemotorenes smøreoliecentrifugen. Dokumentationen er fremskaffet i

forbindelse med et virksomhedsbesøg samt personligt interview med maskinmester Tomas

Skærris fra virksomheden GreenOil. For at klarlægge en mulig opvarmningskilde til

hovedmotoren i stilstand, har jeg udført flere test på hovedmotoren for at finde varmebehovet.

Derudover har jeg haft kontakt med firmaet Christian Berner A/S, som har udført et tilbudt

vedrørende en elektrisk forvarmer til hovedmotoren. I projektet er der ydermere redegjort for

om varmebehovet fra hjælpemotorerne er en mulig opvarmningskilde til hovedmotoren.

Page 13: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 12 December 2015 Magnus Bang

Der vil i de kommende afsnit også være en beskrivelse af den eller de anvendte metoder samt

reliabiliteten og validiteten af målingerne, der er foretaget.

Jeg forventer ud fra den viden, som jeg har tilegnet mig på skolen, at kunne finde frem til en

løsning, som vil have indflydelse på brændstofforbruget på Torm Lene og evt. også inspirere

Torm flådens andre skibe.

Afgrænsning

Der vil igennem dette projekt udelukkende fokuseres på Torm Lene, når det ligger for anker

eller er i havn. Der er ikke taget højde for operationer, hvor skibet er nødsaget til at varme på

lasten. Der vil heller ikke tages højde for omgivelses temperaturen på Torm Lene, hvilket også

har stor indflydelse på dimensionering af el forvarmeren til hovedmotoren. Lovgivning og

garanti aspekter vedrørende ændringer ombord på Torm Lene, vil heller ikke være en del af

projektet. Jeg har ydermere valgt at afgrænse mig fra andre rensningsmetoder til reducering af

SOx, NOx og partikeludledning i røggassen.

Page 14: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 13 December 2015 Magnus Bang

Anlægsanalyse Der vil i dette kapitel blive beskrevet, hvordan Torm Lene er opbygget, og hvorledes

brændstoffet forbruget er fordelt imellem de forskellige systemer. Forbruget på de forskellige

systemer tager udgangspunkt fra den 1. januar 2015 til den 6. september 2015. Dette er for at

klarlægge, hvor det er muligt at få en brændstofbesparelse og samtidig fastlægge skibets

driftsoperationer for år 2015. Derudover tager hjælpemotorernes brændstofforbrug

udgangspunkt i fire test, der er udført i perioden fra den 28. februar 2015 til den 25. april 2015.

Beregningerne for olieforbruget taget udgangspunkt i Voyage and Oil Report (se hyperlink).

Driftsoperationer 2015

Jeg har igennem dette projekt opdelt Torm Lene til, at kunne befinde sig i tre forskellige

driftsoperationer. Driftsoperationerne har betydning for belastningen på nettet og dermed

brændstofforbruget på hjælpemotorerne. Derudover har det betydning for brændolieforbrug

på skibets øvrige forbrugere. Ankeroperation dækker over det scenarie, hvor Torm Lene ligger

for anker eller driver. Når skibet er i havn, laster eller losser skibet som regel. Dog kan der være

undtagelser, f.eks. hvis skibet skal i dok, eller hvis skibet venter på at laste eller losse. Den sidste

operation som skibet kan være udsat for, er når skibet sejler. Her kan Torm Lene være lastet

forskelligt eller sejle i ballast. Dette har betydning for brændstofforbruget på hovedmotoren.

Ud fra skemaet har jeg klarlagt nedenfor, hvor meget af tiden Torm Lene ligger for anker, er i

havn eller sejler.

Figur 1 (Bang, Drev 1, 2015)

Grafen viser, at Torm Lene har ligget for anker i ca. 27% af tiden. Derudover har Torm Lene ca.

49% af tiden sejlet og de resterende 24% af tiden har skibet været i havn (port).

49,4%

26,5%

24,1%

Torm Lene 2015

Sejler Anker Port

Page 15: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 14 December 2015 Magnus Bang

Forbrugerne

På Torm Lene bliver der i størstedelen af tiden benyttet en Heavy Fuel Oil (HFO), men i ECA

områder går man over på en Marine Gasoline Oil (MGO). Årsagen til dette skyldes, at

svovlindholdet i HFO er for højt. Jeg har nedenfor vist de fire største forbrugere og efterfølgende

beskrevet dem.

Figur 2 Brændstof forbrug 2015 (Bang, Drev 1, 2015)

Hovedmotor (ME)

Hovedmotoren på Torm Lene er den største forbruger ombord. Den er af mærket Sulzer

RTflex50. Det karakteristiske ved denne motor er, at det er en 2 taks krydshovedmotor, hvilket

vil sige at den har en forbrændingsproces for hver omdrejning den tager.

Derudover er den udstyret med et commonrail brændstofindsprøjtningssystem, hvilket gør

motoren mere økonomisk, i forhold til en RTA motor med et traditionelt indsprøjtningssystem

(Kuiken, 2012). Hovedmotorens opgave er at omsætte en tilført energi, i form af brændstof til

rotationsenergi på drivakselen og videre ud til propellen. Propellen er en kontrollerbar pitch

propel (CPP). Idéen med CPP er, at man ikke behøver at vende rotationsretningen på

hovedmotoren, hvis man ønsker at sejle agter med skibet. Dette gør skibet mere

manøvredygtigt i forhold til skibe med en traditionel fast propel (Kuiken, 2012). Derudover er

der installeret en udstødningskedel af mærket Green Shazhou GFL 160-0,7. Waste Heat

77%

16%

6%

1%

Brændstof forbrug

ME AE Kedel IGG incenerator

Page 16: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 15 December 2015 Magnus Bang

recovery systemet er monteret efter turboladeren, og kan sammenlignes med en traditionel

varmeveksler. Udstødningsgassen opvarmer vandet som bliver transporteret via en

fødepumpe. Udstødningskedlen har separate fødepumper, der er placeret i bunden af skibet og

har sug fra kaskadetanken. Pumperne er on/off styret dvs. at de starter og stopper efter et

ønsket niveau i udstødningskedlen. Hvor stor effekt der bliver overført til vandet, afhænger af

flere faktorer. Én af dem er mængden af energi, der bliver overført til røggassen. I takt med at

lasten øges på motoren, vil mængden af røggas stige. En anden faktor er varmetransmissionen

fra røggassen til vandet. Kedlen er udstyret med en dumpventil, der åbner op, hvis trykket

bliver for højt i udstødningskedlen. Dette sker, hvis dampforbruget ud til forbrugerne er mindre

end den afgivne effekt fra kedlen. Efter at have studeret udstødningskedlen producerer den så

meget damp af dumpventilen stort set er fuldt åbent hele tiden. Fra dumpventilen føres dampen

ned til en kondensator som er kølet med LT-kølevand. Efter kondenseringen føres kedelvandet

tilbage til kaskadetanken. For at undgå at dumpventilen er åben hele tiden, forsøger man i

praksis at åbne til flere forbrugere så energien ikke bare går til spilde.

Udstødningskedlen er kun til rådighed når hovedmotoren er i drift. I laste- og i

ankeroperationer hvor hovedmotoren er stoppet, benytter man en oliefyrede kedel til

opvarmning af tanke, opvarmning af hovedmotor, HFO forvarmere og centrifuge forvarmere.

I gennemsnit har hovedmotor på Torm Lene i perioden fra januar 2015 til september 2015 et

brændstofforbrug på ca. 23,5t/døgn (Bang, Drev 1, 2015). En mulighed for at sænke

brændstofforbruget på hovedmotoren er ved, at sænke omdrejningstallet på motoren og

dermed nedbringe den en effektive effekt. Dette vises i propellerloven nedenfor (MAN Diesel &

Turbo, 2011)

𝑃𝐵 = 𝑘 ∗ 𝑛3

Kedlens opbygning

Kedlen ombord på Torm Lene er af mærket Green Power/ZGS DF 20/7. Den har en max damp

ydelse på 25.600kg/h og er trykprøvet til 13,5 bar. Kedlen er en dampkedel med vertikal

cylindrisk fordamperrør, som er placeret i ydrekanten af kedlen. Fordamperrørene er svejst

sammen og danner hermed en membranvæg omkring forbrændingskammeret. Derudover er

de sammensvejst med underbeholderen og overbeholderen. Faldrørene er placeret uden for

rammen af fordamperrørene, men de er stadig skjult af kedelbeklædningen. I overbeholderen

er der udført et hul i midten som forsætter ned til underbeholderen. Dette kaldes

Page 17: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 16 December 2015 Magnus Bang

forbrændingskammeret. Brænderen er placeret i toppen af kedlen og forsætter ned igennem

overbeholderen og ender i forbrændingskammeret.

Kedlen har en pilotbrænder samt en hovedbrænder. Pilotbrænderen kører kun på MGO og

benyttes til antændelse af hovedbrænderen. Hovedbrænderen kan fyres med HFO og MGO.

Kedlen er udstyret med to fødepumper som kører kontinuerligt, og reguleres hvis vandniveauet

er for lavet i kedlen. Årsagen til at de kører kontinuerligt, er fordi man ikke ønsker start og stop

på sådan en størrelse pumpe hele tiden.

Derudover er det også muligt at styre damptrykket i kedlen, hvilket gøres med den indfyrede

brændselsolie. Reguleringen kan foregå på to forskellige måder: Low fire og Auto.

Low fire anvendes, hvis det aktuelle dampforbrug er mindre end den indfyrede oliemængde.

Dvs. hvis den indfyrede energimængde er større end den afgive energimængde.

Auto funktionen anvendes, hvis damforbruget er større end den indfyrede oliemængde. Altså

det modsatte af low fire. Funktionerne er styret af en damptryktransmitter som sender et signal

til PID regulatoren der sammenholder, hvilken regulering maskinmesteren har valgt at benytte,

altså Low fire eller Auto. (Kvist automation, 2013)

Det er muligt at styre kedlen fra panelet i ECR eller på panelet ved siden af kedlen.

Den oliefyrede kedel har til formål at opvarme de forskellige forbrugere i laste og

ankeroperationer. Dog er der en undtagelse, hvis skibet er lastet med en last, der kræver

opvarmning. Ifølge besætningen ombord er dette sjældent og igennem perioden fra den 1.

januar 2015 og frem til den 6. september, har skibet opvarmet på tre laste i en periode på 29

dage. (Torm, 2015) Jeg har nedenfor vist kedlens opbygning fra kontrolpanelet, der er lavet af

Kvist automation.

Figur 3 Kedelopbygning - Torm Lene (Eget arkiv)

Page 18: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 17 December 2015 Magnus Bang

Nedenfor har jeg vist, hvad kedlen i gennemsnit bruger af brændstof i de forskellige

operationer. Årsagen til at brændstofforbruget på kedlen er til stede når skibet sejler, er på

grund af den før omtalte periode, hvor man var nødsaget til at opvarme på lasten. Her har

udstødningskedel ikke kunne følge med og den oliefyrede kedel har derfor hjulet til i perioden.

(Bang, Drev 4, 2015)

Figur 4 Brændstofforbrug kedel ombord på Torm Lene 2015 (Bang, Drev 1, 2015)

Hjælpemotorerne (AE)

Elektriciteten på Torm Lene kan leveres af fire hjælpemotorer, der hver især har en max effekt

på 790kW. Generatorerne er af fabrikant Wärtsilä type 790W6L20. Hver hjælpemotor består

af en 6-cylindret rækkemotor, med en enkelt turbolader.

Derudover er der tilkoblet en børsteløs generator til hver

sæt. Omdrejningstallet på motoren er 900 omdr/min

uanset belastningen på motoren. Sættet leverer en

spænding på 440volt ved 60Hz. Hjælpemotorerne er alle 4

takts motorer, og klassificeres som en medium speed

motor. (Wärtsila, 2006)

0,41

1,35

1,21

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

Sejler Anker Port

t/d

øg

n b

ræn

do

lie

Operationer

Brændolieforbrug Kedel - 2015

Serie1

Figur 5 Hjælpemotor - Torm Lene (Eget arkiv)

Page 19: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 18 December 2015 Magnus Bang

Kølesystemet til motorerne er et lukket system, som er delt op i et HT- og et LT-

kølesystemsystem. Begge systemer bliver kølet af skibets centralkølere. Nedenfor ses

kølesystemet for hjælpemotoren, Den grønne farve symboliserer LT-kølesystemet, mens den

blå farve symboliserer HT-kølesystemet. Hvert system har en pumpe tilknyttet og en

termostatstyret trevejsventil. Trevejsventilerne regulerer temperaturen i begge systemer,

således, at den ønskede temperatur opretholdes.

Motorerne er forskelligt belastet afhængigt af, om skibet er ved at sejler, ligger for anker eller

er i havn. Når Torm Lene er på søen, er forbruget af brændstof relativt stort på

hjælpemotorerne. Normalt er der kun én hjælpemotor i drift. Dette betyder også, at det

specifikke brændolieforbrug er lavest i dette senarie. (Bang, Drev 4, 2015) Årsagen til en høj

belastning på nettet, imens Torm Lene sejler, skyldes at skibets hjælpeservicesystemer er i

drift. Så snart skibet ligger for anker falder forbruget meget på hjælpemotorerne, dette er til

dels fordi, at mange af hovedmotorens hjælpeservicesystemerne ikke er i drift i dette scenarie.

I denne operation er der kun en hjælpemotor, som er i drift med en relativ lav belastning. Ud

fra fabrikantens test rapport

(Wärtsila, 2006), har jeg vist,

hvordan sammenhænget imellem

belastning på motoren og det

specifikke brændolieforbrug er.

Grafen viser at det specifikke

brændolieforbrug er væsentlig

lavere i lastområdet fra ca.

500kW og op til fuldlast.

Figur 7 Brændstofforbrug ved forskellige belastninger (Bang, Drev 7, 2015)

Figur 6 Hjælpemotor kølesystem (Wärtsila, 2006)

150

170

190

210

230

250

270

290

0 200 400 600 800 1000 1200

spec

ifik

bræ

nd

oli

efo

rbru

g g/

kW

h

load kW

Brændstofforbrug ved forskellige lastområder

Page 20: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 19 December 2015 Magnus Bang

1,8

3,5

3

1,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Lasteoperation Losseoperation Sejle Anker

(t/

gn

)

Operationer

AE Brændstofforbrug

Figur 8 Hjælpemotorenes brændstofforbrug (Bang, Drev 8, 2015)

Hjælpemotorenes brændstofforbrug (Bang, Drev 8, 2015)

Dette betyder dog ikke at, hvis generatorerne er lastet mindre end 500kW, at man så skal

skynde sig at få unødvendig last koblet på nettet.

I havn laster eller losser man skibet som udgangspunkt. Dette har betydning for belastningen

på hjælpemotorerne. Når skibet skal lastes, er belastningen på hjælpemotorerne relativt lavt,

dette svarer stort set til det samme, som når skibet ligger for anker. I losse operationer benyttes

skibets Marflex pumper til at drive cargo- og ballastpumper. Pumperne er elektrisk drevet og

medfører derfor en større belastning på motoren og dermed et højere olieforbrug i denne

lasteoperation. Som regel er der to til tre hjælpemotorer koblet på nettet. Det betyder så også i

forhold til figur 7, at det specifikke brændolieforbrug falder og virkningsgraden på motoren vil

stige. De fire hjælpemotorer kan styres manuelt eller ved hjælp af et system der hedder Power

Mangement System (PMS). Dette system registrer, hvis der sker en øget belastning på nettet og

giver så signal til den efterfølgende generator, der står i prioritet om at starte op og koble på

nettet. Dette er yderst praktisk i losse operationer, hvor styrmændene starter og stopper for

pumperne. Her vil PMS gå ind og starte og stoppe hjælpemotorerne afhængig af, om der er brug

for dem eller ej.

Nedenfor er der vist et diagram over brændstofforbruget i de fire forskellige ovenstående

operationer. Værdierne betragtes værende repræsentative for skibet i de pågældende

operationer. Brændstofforbruget er aflæst i ”Voyage and Oil Report Torm Lene” (Torm, 2015),

hvor jeg har fundet fire forskellige operationer hjælpemotorerne kan befinde sig i.

Der henvises til det efterfølgende hyperlink for yderligere information samt beregninger til

værdierne på grafen (Test på hjælpemotor Torm Lene)

Page 21: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 20 December 2015 Magnus Bang

Inert Gas generator (IGG)

Formålet med et Inert Gas Generatoren (IGG) er at producere en tilstrækkelige mængde inaktiv

gas, hvor iltkoncentration i den produceret gas er tilstrækkelige lav. Dette er for at eliminere

risikoen for brand og eksplosion i lasttankene. Ombord på Torm Lene er systemet lavet på

samme måde som tegningen nedenfor. Brændslet IGG benytter er MGO. Den er primært i drift

under losning og har derfor relativt få drifts timer om året, hvilket medfører et lille brændstof

forbrug i sammenhæng med skibets andre forbrugere.

Figur 9 Inert Gas System (Maritime Protection, Nd)

Incinerator

Incineratoren er en lille forbruger af brændstof (MGO), den må ikke anvendes i særlige områder

i henhold til Marpol Annex 5. Den bliver benyttet til at brænde spilolie af og affaldsprodukter.

Spilolien der afbrændes er olie fra HFO sludge tanken, derudover smøreolie sludge fra

centrifugerne og til sidst olie fra dræntanken.

Samlet brændstofforbrug

Jeg har nedenfor opstillet, hvorledes at brændstofforbruget på Torm Lene er fordelt imellem

forbrugerne. Alt data tager udgangspunkt i Torm Lenes - Voyage and Oil Report (Torm, 2015)

Til højre i skemaet ses det gennemsnitlige olieforbrug i de forskellige operationer.

Hovedmotor (Tons/døgn)

Kedel (Tons/døgn)

Hjælpemotor (Tons/døgn)

IGG (Tons/døgn)

Incinerator (Tons/døgn)

Samlet forbrug (Tons/døgn)

Sejler 23,58 0,41 2,72 0,12 0,01 26,84

Anker 0,00 1,35 1,78 0,05 0,00 3,18

Port 0,00 1,21 1,89 0,24 0,00 3,33 Figur 10 Gennemsnitlige brændstofforbrug på Torm Lene - 2015 (Bang, Drev 1, 2015)

Page 22: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 21 December 2015 Magnus Bang

Skibets drift ved anker- og i havneoperationer

Der vil i dette afsnit blive beskrevet hvilke systemer, der er i drift under anker og i havne

operationer.

Ankeroperationer

I ankeroperationer er hovedmotoren rigget af. Dette betyder bl.a. at der ikke bliver produceret

damp fra udstødningskedel. Den oliefyrede kedel er derfor i drift for at dække skibets

dampbehov. Derudover stopper man som regel også begge HFO centrifuger, da

brændstofforbruget er relativt lavt i denne situation og servicetanken er fyldt op. I

servicetanken er der en brændstofkapacitet på 40m3 (Torm Lene, u.d.). I tilfælde af længere

ankeroperationer og bufferen af HFO i servicetanken er ved at være brugt op, startes en af HFO

centrifugerne op.

I ankeroperationer er det samlede forbrug i gennemsnit ca. 3 tons/døgn (Se afsnit samlet

brændstofforbrug). Dette betyder, at det ikke er nødvendigt at starte centrifugen op i ca. 13

dage, pga. bufferen på ca. 40 tons i servicetanken.

Som udgangspunkt suger HFO centrifugen fra setlingstanken og leverer den rensede olie til

servicetanken. Årsagen til at HFO centrifugen ikke er i drift hele tiden, er først og fremmest, at

man kan sparer en del energi i form af damp til forvarmeren samt elektricitet fra tilhørende

pumper og elmotorer.

Et andet hjælpesystem der stoppes af, er smøreoliepumperne til hovedmotoren samt HT

pumpen og LT pumperne. Kølebehovet falder væsentligt efter at hovedmotoren er rigget af.

Man starter derfor en mindre LT pumpe for, at spare energi og stadig have en god køling til de

forskellige systemer.

Når hovedmotoren ikke er i drift, er der ikke behov for køling samt smøring på hovedmotoren.

Derudover falder forbruget på kontrolluft, hvilket medfører at effektforbruget på

startluftkompressorerne falder. Alt dette gør, at nettet som udgangspunkt er relativt lavt

belastet, og at der kun er et generatorsæt i drift og koblet på nettet, når skibet ligger for anker.

Hovedmotoren skal forvarmes, når den ikke er i drift, hvilket gøres for at undgå termiske

spændinger ved opstart. Hvis ikke man forvarmer hovedmotoren, vil metallet trække sig

sammen, når temperaturen falder på hovedmotoren. Dette kan medføre, at pakninger omkring

cylinderne vil blive utætte, og der vil være risiko for lægkager. Wärtsilä anbefaler i

servicemanualen, at hovedmotoren forvarmes til minimum 60 ℃. (WÄRTSILA, 2006). Igennem

Page 23: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 22 December 2015 Magnus Bang

min praktikperiode på Torm Lene oplevede jeg flere gange, at temperaturen var meget over

grænseværdien. Dette er selvfølgelig ikke energibesparende og jeg vil senere i rapporten belyse

dette.

Havne operationer

I dette afsnit vil der kun fokuseres på, når skibet losser. I laste operationer er hjælpemotorerne

belastet på samme måde, som når skibet ligger for anker. I losse operationer er skibets

hovedmotor rigget af og tilhørende hjælpeservicesystemer. Den største forskel på maskineriet

i dette scenarie er, at man i losse operationer har en væsentlig større last på hjælpemotorerne

og dermed et højere brændstofforbrug. Belastningen på nettet kan variere meget under losning,

hvilket afhænger af pumpe kapaciteten samt modstanden i systemet ud til tanken i land. En

anden faktor, der kan få belastningen til at falde på nettet er effektiviteten i land herunder

pauser ved f.eks. omskiftning af tanke. Ved disse situationer stopper losningen fuldstændig og

lasten på nettet falder markant.

Inert Gas Generatoren er også i drift under losningen af en last og har også stor betydning for

brændstofforbruget i sin helhed.

Test for hjælpemotorerne

Jeg har udført en række test på hjælpemotorerne, som værende repræsentativ for Torm Lene i

anker-, laste- og losseoperation samt når hun sejler. Der henvises til det efterfølgende

hyperlink for måleværdierne (Test på hjælpemotor Torm Lene)

Målingerne tager udgangspunkt i kWh forbruget på hver generator. Værdierne er fundet i

maskindagbogen, hvor de er udfyldt af den vagtgående maskinmester fra perioden fra den 28.

februar 2015 til den 25. april 2015. Den gennemsnitlige belastning er herefter fundet for hver

driftsoperation. For yderligere oplysninger omkring målingen henvises der til afsnit kWh-

måling på hjælpemotorerne.

Figur 11 Hjælpemotor belastning (Bang, Drev 9, 2015)

310

649576

279

0

200

400

600

800

Lasteoperation Losseoperation Sejle AnkerGe

nn

em

snit

fo

rbru

g k

W

Operationer

AE Test

Page 24: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 23 December 2015 Magnus Bang

Miljø Der vil i dette afsnit fokuseres på de skærpede miljøkrav, der ligger i vente for rederierne.

Derudover vil der være en beskrivelse af, hvordan kravene til SOx og NOx udledning ser ud i

fremtiden, samt en klarlægning af miljøzonerne i fremtiden.

Igennem de seneste år er der sat fokus på nedbringelse af luftforurening fra skibe, i

Skandinavien og i resten af verdenen.

IMO er en underorganisation i FN som arbejder med at indføre standarder vedrørende

søsikkerhed, navigation samt forureningsbeskyttelse og kontrol af disse. Inden for IMO er der

en række komitéer, som tager sig af hvert sit område.

En af komitéerne tager sig af miljøbeskyttelse, komitéen kaldes Marine Environment Protection

Comimittee (MEPC). MARPOL konventionen er udarbejdet af MEPC, for at beskytte miljøet fra

skibsforurening. Konventionen indeholder seks bilag, som hver beskriver kravene til skibene.

I dette projekt vil der blive taget udgangspunkt i bilag VI ”Prevention of Air Pollution from

Ships”. Dette bilag blev først vedtaget i 1997. Det omhandler grænserne for udledning af

svovldioxider og kvælstofdioxider samt partikeludledning fra skibe. MEPC har flere gange

revideret dette bilag og gjort skærpelser på dette område. I de efterfølgende afsnit, vil

svovldioxiderne benævnes SOX’er og kvælstofdioxiderne vil benævnes NOX’er.

Emission Control Area (ECA) er nogle miljøzoner til søs, hvor der er skærpede krav til blandt

andet SOx -, NOx - og partikeludledning. Nedenfor ses et billede, der viser de eksisterende

miljøområder (mørkeblå) samt potentielle områder i fremtiden (lyseblå). På figuren nedenfor

ser man tydeligt, at der i fremtiden forventes at være flere havne, hvor de skræppede krav er

gældende mht. udledning.

Figur 12 Eksisterende og Potentielle miljøzoner (DNV, 2011)

Page 25: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 24 December 2015 Magnus Bang

SOx kravet (SECA)

Til og med januar 2010 var kravet i SECA, at røggasen måtte indeholde 1% svovl. Dette blev

reduceret i januar 2015 til 0,1%. SECA områderne strækker sig over alle ECA områderne som

er vist på figuren ovenfor. Udenfor SECA områder, er grænseværdien reduceret fra 4,5% til

3,5% i år 2012. Der forventes i år 2020, at kravet yderligere bliver reduceret til 0.5%. Der er

dog den undtagelse, at hvis der ikke er tilstrækkeligt med brændstof med et makimalt

svovlindhold på 0,5%, vil reglen først træde i kraft i år 2025. (IMO, 2015)

For at gøre det mere forståeligt, har jeg skitseret SOx kravet for skibene i fremtiden, og hvordan

det har set ud før i tiden.

Figur 13 SOx krav til skibe (Bang, Drev 6, 2015)

NOx kravet (NECA)

Det andet krav der er blevet vedtaget hos MEPC, er udledningen af NOx emissioner.

Kravene er vist på figur 14 nedenfor. Det effektive brændstofforbrug samt omdrejningstallet på

motoren bestemmer Tier kravene. Det der afgør, hvor meget motoren må forurene mht. NOx’er,

tager udgangspunkt i skibets alder. Det betyder, at hvis skibet er bygget før januar 2011 må

skibet forurene mere end, hvis skibet er bygget efter januar 2011. Dog er der lavet et krav

omkring ældre skibsmotorer bygget imellem 1990-2000, at de skal opgraderes så de

overholder Tier 1 kravet, hvis teknologien er tilgængelig. Tier kravene er kun gældende i NECA-

områder (NOx Emission Control Areas), som blandt andet er omkring den nordamerikanske og

den amerikanske kyst.

(Det Økologiske Råd, 2011)

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

2,00%

2,50%

3,00%

3,50%

4,00%

4,50%

5,00%

jan

-00

jan

-01

jan

-02

jan

-03

jan

-04

jan

-05

jan

-06

jan

-07

jan

-08

jan

-09

jan

-10

jan

-11

jan

-12

jan

-13

jan

-14

jan

-15

jan

-16

jan

-17

jan

-18

jan

-19

jan

-20

jan

-21

jan

-22

Sv

ov

lin

dh

old

et

i %

SOx kravet til skibe

Inden forECA

Uden forECA

Page 26: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 25 December 2015 Magnus Bang

Figur 14 Tier kravene (Det Økologiske Råd, 2011)

Partikler

Ved at nedsætte SOx og NOx indholdet i røggassen, reducerer man også mængden af partikler i

røggassen. Partiklerne bliver dannet fra SO2 og NOx som går i en kemisk rektion efter at

røggassen bliver ledt ud i atmosfæren. Partiklerne er sundhedsskadelige og påvirker samtidig

det globale miljø, da en del af partiklerne transporteres og binder sig til indlandsisen. Dette får

indlandsisen til at skifte farve og dermed øger absorptionen af sollys og betyder hermed en

forstærket issmeltningen samt temperaturstigning i de polare områder. (Det Økologiske Råd,

2011)

Rederens synspunkt

Alt dette har stor indflydelse på rederierne, da de er nødsaget til at sejle på MGO eller en

raffineret brændolie med et svovlindhold, der er mindre end det tilladte i ECA. Derudover

motiverer, NOx kravene rederierne til at benytte gamle skibe frem for nye skibe. Baggrunden

for dette er, at forureningskravene er væsentlige lavere for de ældre skibe. Hvilket er en ond

cirkel, da det i sidste ende også har økonomisk betydning for rederen, at benytte ineffektive

gamle skibe. Derudover vil skærpelserne måske give bagslag globalt set, da skibenes levetid vil

blive forlænget og stadig forurene meget mere end de nybyggede skibe.

En anden mulighed er, at man selv begynder at rense røggassen ombord så svovlindholdet samt

NOx indholdet bliver reduceret. Dette kan f.eks. gøres med et scrubber system eller ved hjælp

af en SCR katalysator. Alt dette vil i sidste ende betyde en merudgift for rederen.

- Tier 1 kravet er for skibsmotorer over

130kW, installeret på skibe efter 1. januar

2000.

- Tier 2 er også for skibsmotorer over

130kW, installeret på skibe efter 1. januar

2011

- Tier 3 er for skibsmotorer over 130kW,

installeret på skibe efter 1. januar 2016

Page 27: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 26 December 2015 Magnus Bang

Torm Lene i ECA

Torm Lene har i perioden fra den 1. januar 2015 til den 6. september alt i alt haft 29 dage i ECA,

hvor skibet har sejlet på MGO. Jeg har nedenfor opstillet i procent, hvor meget skibet i de

forskellige operationer har været inden for ECA og udenfor. Her ses tydeligt at i størstedelen af

havnene som Torm Lene har benyttet i år 2015 har skibet været i ECA.

Figur 15 Torm Lene ECA & udenfor ECA (Bang, Drev 1, 2015)

Torm har udført en procedure for at gå fra HFO til MGO i ECA. Før ankomst til ECA område, skal

omskiftningstiden beregnes. Her regnes der på mængden af brændstof i systemet samt på tiden

det tager, at køle rørsystemet ned før der skiftes over på MGO. I brændstofrørene befinder sig

mindre en 0,5m3 HFO. Når tiden er kommet til at man skal starte omskiftningen, ringes der til

broen for at få den nøjagtige position. Alt bliver noteret i maskindagbogen. Cylindersmøreolien

som er beregnet til HFO drift, pumpes fra servicetanken tilbage til opbevaringstanken. Herefter

fyldes tanken med en cylindersmøreolie med en lavere TBN værdi. Viskositetsregulatoren

indstilles til et setpunktet på 18 cSt.. Motorens belastning reduceres til omkring 25-40% last.

Dette gøres for at mindske risikoen for at brændstofventiler samt at brændstofpumper sætter

sig. Der lukkes for damp til opvarmning af brændstoffet. Herefter åbnes der for dieselolie

servicetanken og en trevejsventil ændres til hovedforsyning. Når viskositeten er faldet til

omkring 6-8 cSt. åbnes der for MGO køleren. Hjælpemotorerne og hovedmotoren vil nu køre på

MGO. Kedlen har sit eget brændstofsystem, separat fra hjælpemotorerne og hovedmotoren. Det

eneste man blot skal gøre her er, at fortælle kedlens kontrolpanel, at den skal benytte MGO.

Sejler i ECA; 1,8%

Anker i ECA; 1,8%

Havn i ECA, 13,5%

Sejer uden for ECA; 47,6%

Anker uden for ECA; 24,7%

Havn uden for ECA; 10,6%

Page 28: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 27 December 2015 Magnus Bang

Bunkerpriser

Igennem dette projekt er prisen for HFO- samt MGO brændsel væsentligt, da projektet primært

beskæftiger sig med besparelse af brændstof. Jeg vil igennem det næste afsnit fokusere på

oliepriser, da det har stor indflydelse på økonomien i løsningsforslaget senere i projektet.

Bunkerolie

Bunkerpriserne er hentet fra Bunkerworld.com. Priserne på HFO olien bliver dagligt indsamlet

og tager udgangspunkt i tyve centrale bunkerhavne. Der oplyses via. hjemmesiden, at for at

opnå en repræsentativ geografisk spredning, bliver havnen udvalgt efter størrelse og

geografisk betydning. Kvaliteten på bunkerolie samt pris følges ad. Nedenfor vil jeg vise

udviklingen på Intermediate Fuel Oil 380 (IFO380). IFO380 er en fuelolie med en viskositet på

380 cSt. ved 50 ℃. Denne olie er en almindelig fuelolie, som oftest bliver benyttet i den maritime

sektor. Herefter vil jeg vise udviklingen for bunker olie ”Low Sulper Marine Gasoline Oil”

(LSMGO), som har et svovlindhold på under 0,1%. Denne olie overholder 2015 ECA

svovlgrænse og tager udgangspunkt i fjorten vigtige bunker havne, som er udvalgt efter

størrelse og geografisk betydning. (BunkerWorld, 2015)

Figur 16 HFO og MGO priser (Bang, Drev 11, 2015)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

$/

mt

Brændstofpriser

MGO $/mt

HFO (380) $/mt

Page 29: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 28 December 2015 Magnus Bang

Til alle beregningerne igennem projektet, hvor brændstofprisen har indflydelse, har jeg

udarbejdet en gennemsnitlig værdi for de to forbrændingsolier. Gennemsnitsværdien løber fra

januar 2015 til oktober 2015. Der henvises til den efterfølgende kilde for yderligere

information. (Bang, Drev 11, 2015)

𝐻𝐹𝑂 (380) = 337,5$

𝑚𝑡

𝑀𝐺𝑂 = 605$

𝑚𝑡

Torm Lene brændstof

Ombord på Torm Lene, benytter man uden for ECA en HFO, med et svovlindhold på højest

3,5%. Oliekvaliteten kan variere meget, alt afhængigt af, hvor man bunker i verden, og det ses

ofte at olien er af så dårlig kvalitet, at man ikke ønsker at sejle på den. I den forbindelse

udfører man en række test af bunkerolien inden man starter bunkeroperationen. Densiteten,

viskositeten, vandindholdet og flammepunktet på fuelolien bliver fundet ombord. Hvis

resultaterne man har udført ombord er ok, starter bunkeroperationen. Under hele

bunkeroperationen udtager man en bunkersampel, som et eksternt firma i land analysere,

inden det bliver taget i brug ombord. I ECA benytter man en MGO olie med et svovlindhold på

max. 0,1%.

Page 30: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 29 December 2015 Magnus Bang

Smøreolie Dette kapitlet beskriver smøreoliesystemet ombord på Torm Lene. Beskrivelsen vil omhandle

en general beskrivelse af hjælpemotorens smøreoliesystem, en beskrivelse af centrifugens

virkemåde samt opbygning. Derudover vil der være en beskrivelse af smøreolieanalysen, der

er udført ombord på Torm Lene. Hovedmotorens offline filter fra CJC vil ydermere blive

beskrevet.

Hjælpemotorens smøreolie

Hver hjælpemotor har sit eget smøreoliesystem, hvor en del af smøreolierensningen finder

sted. Derudover bliver olien også renset med en centrifuge i størstedelen af tiden, hvor motoren

er i drift. Der vil igennem afsnittet være parenteser med et nummer som referer til figur 18.

Hver motor har et vådsumps oliesystem, hvor oliepumpen (3) suger fra. Oliepumpen er

tvangstrukket af krumtappen. Derudover er motoren udstyret med en elektrisk oliepumpe (2),

som sidder parallel med den tvangstrukket pumpe. Olien strømmer fra pumpen videre igennem

smøreoliekøleren (6), som er udstyret med en termostatventil (5) til, at regulere

olietemperaturen. Herefter kommer olien igennem et automatisk backflush filter (7), og den

rensede olie ankommer herefter til hovedforsyningskanalen i krumtappen. I krumtappen er

der boret sidekanaler, hvor olien

løber ud og smører hovedlejerne.

Olien løber herefter op igennem

plejlstængerne til krydshovederne

(11). Her køler olien stemplerne og

smører stemplernes bevægelige

dele. Fra hovedforsyningen løber

flere separate rør op til forskellige

smørepunkter på motoren. Bl.a.

smøres knastakslens lejer, ventiler

og vippetøj (12). Derudover er

turboladerens lejer (13) oliesmurt

fra hovedforsyningen.

Figur 17 Smøreoliesystem Wärtsilä (Wärtsila AUXPAC)

Page 31: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 30 December 2015 Magnus Bang

Hjælpemotorens smøreoliecentrifuge

Rensningen af smøreolien til hjælpemotorerne sker ved hjælp af en centrifuge. Fabrikanten af

centrifugen er af mærket Westfalia. Den hjælpemotor som er i første prioritet på nettet, er den

motor, hvor man renser olien i sumpen hos. En af årsagerne til, at man ikke renser olien på en

af hjælpemotorerne, der ikke er i drift, er på grund af at sod, og andre tungpartikler vil setle sig

og falde til bunds i sumptanken. Det vil derfor ikke være muligt for centrifugen at rense olien.

På Torm Lene er der kun en smøreoliecentrifuge, som skal rense olien på fire hjælpemotorer. I

følge Torm’s teknisk support anbefaler de, at smøreoliecentrifugen er i drift 80% af tiden på

hjælpemotorens smøreolie. Dette betyder, at centrifugen skal være i drift hele tiden, undtagen

når der skal udføres service på den (Torm A/S, 2013). Det anbefales fra motorfabrikanten

Wärtsilä, at rense olien konstant når den er i drift, hvilket er det samme som teknisk support

hos Torm har anbefalet. Derudover kræver de, at for at få en optimal rensning af olien, skal der

som et minimum cirkuleres tre gange sumpmængden igennem centrifugen. Ydermere er der

også et krav for den maximale mængde, man bør centrifugere, hvilket er på 40% af nominelle

kapacitet på centrifugen. Jeg har nedenfor beregnet min. og max. flowet til centrifugen.

Centrifugens design flow: 570 liter/time

Smøreoliemængden i hver sump på hjælpemotorerne: 760 liters (Wärtsila AUXPAC)

𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑓𝑙𝑜𝑤 = 40% 𝑎𝑓 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑔𝑓𝑢𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 𝑓𝑙𝑜𝑤 = 0,40 × 570 = 228 𝑙

𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛

𝑂𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑇𝑢𝑟𝑛𝑎𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑 = 3 𝑥 𝑆𝑢𝑚𝑝 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑠 = 3 𝑥 760 = 2280 𝑙

𝑑𝑎𝑦= 95

𝑙

𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛

Det anbefales, at ligge med et flow igennem centrifugen fra 95 𝑙

𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑖𝑙 228

𝑙

𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛.

Et andet krav motorfabrikanten anbefaler er, at smøreolien inden den skal igennem centrifugen

har en temperatur fra 90℃ − 95℃. Dette ønskes for at opnå en optimal rensning af smøreolien.

(Torm A/S, 2013)

Page 32: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 31 December 2015 Magnus Bang

Centrifugens opbygning og virkemåde

Der vil i dette afsnit blive beskrevet centrifugens opbygning og virkemåde. Til beskrivelse af

dette, henvises der til billederne nedenfor. Der vil løbende igennem afsnittet være parenteser

med et nummer som referer til figur 19.

Smøreoliecentrifugen fra Westfalia er af modeltype OSD-6-91-

067. Den komplette centrifuge består af et kontrolpanel,

hvorfra man kan starte centrifugen op med tilhørende pumper

og elmotorer. Som beskrevet ovenfor, kræver smøreolien en

temperatur på omkring 90 ℃ inden det strømmer ind i

centrifugen. Her benyttes en dampforvarmer, som vist på

billedet i figur 18.

Dampforvarmeren er en af dampforbrugerne, som er

nødvendige for at rense olien i smøreoliecentrifugen.

Centrifugens formål er at separere partikler og vand fra hjælpemotorens smøreolie.

Opstartsproceduren på denne type centrifuge er først at få bowlen, i centrifugen, op i

omdrejninger. Bowlen bliver trukket af en elmotor via en drivrem. Fødeventilen er en

trevejsventil som kan stå i to stillinger, enten leverer den olie til center i centrifugen eller også

recirkulerer olien tilbage før fødepumpen. I opstartsfasen skal ventilen stå således, at olien

recirkuleres. Før olien lukkes ind i bowlen, vasker man bowlen med vand for at fjerne gamle

olierester samt partikler. Dette bliver gjort fra toppen af centrifugen (3). Herefter tømmes

kuglen for vand, ved at bowlen åbner op, som også kaldes at skyde. Trevejsventilen ændres

herefter så smøreolien strømmer ind i selve bowlen (1). Bowlen fyldes helt op med olie og de

tungere partikler samt vandet, vil blive separeret fra olien og ligge sig i periferien (14). Den

rene olie vil i centeret på centrifugen pumpes (10) op ved hjælp af centripetalkraften. Herefter

vil den rene olie forlade centrifugen i centertoppen (2) og vende tilbage til sumpen, hvor det

kom fra. Hvis der er vand i olien, vil det strømme ud af røret i toppen (15). Interfacet imellem

vand og olie bestemmes af separations disken (13). Man indstiller centrifugen til at ”skyde”

efter en bestemt periode. Dette kan f.eks. indstilles til 30 min., alt afhængig af, hvor beskidt olien

Figur 18 Smøreoliecentrifuge - Torm Lene (eget arkiv)

Page 33: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 32 December 2015 Magnus Bang

er. I perioden inden skydetid, vil de tungere partikler sidde i periferien på bowlen(14).

Styreenheden (12) vil lige inden skydetid give signal til trevejsventil om at recirkulere olien.

Derudover vil styreenheden sende et signal til en magnetventil i toppen om, at sprøjte vand ind

i olien (3). Dette gøres for at fortrænge olien fra bowlen og vil hermed mindske olieforbruget.

Herefter vil bowlen åbne sig op og skyde mængden af slam ud af centrifugen, og slammet vil så

løbe ned i slamtanken(17). Bowlen åbner sig ved, at der sendes en mængde vand ind under et

hydraulisk stempel (18). Dette får bowlen til at åbne op og mængden af slam vil løbe ned i

slamtanken (17). Processen vil herefter starte forfra. Jeg har nedenfor vist en skitse af

separations processen, som beskrevet ovenfor.

Smøreolieanalyse

For at opretholde en god smøreolie ombord på hjælpemotorerne, tages der hver uge

smørolieprøver samt kontrol af disse. Da hver hjælpemotor har en sump, der er adskilt fra

hinanden, udføres der smøreolieprøver på alle fire hjælpemotorer. Ved hver olieprøve

undersøges vandindholdet i olien samt TBN værdien. For at få en repræsentativ måling på hver

motor, startes de op så sumpen bliver mixet. Derefter bliver drænrører renset, og der bevares

et kontinuerligt flow på drænet og smøreolieprøven kan nu tages. Derudover bliver der jævnligt

sendt analyser i land, hvor man får en mere detaljeret analyse af olien. Analysen ombord vil

blive analyseret i det kommende afsnit.

Figur 19 Westfalia OSD-6-91-067 skitse (Group, nd)

Page 34: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 33 December 2015 Magnus Bang

Én af værdierne man undersøger, er vandindholdet i olien (WIO). Et stigende vandindhold kan

have katastrofale konsekvenser og store haverier på motoren. Vandet i olien kan bl.a. stamme

fra kondens, fejl i separation processen, oliekøler eller cylinderliner lægkager. Ifølge Shell

anbefaler de at vandindholdet i smøreolien på hjælpemotoren er mindre end 0,2% (Shell

Marine Products , 2012)

Det er derfor vigtigt at holde kontrol med olien, så olien ikke bliver kontamineret og forringer

smøreevnen. Der vil ydermere være risiko for en formering af rust på hvidmetaldelene i

motoren. Jeg har nedenfor vist, hvordan vandindholdet i smøreolien på hjælpemotor et

udvikler sig over perioden fra januar 2015 til august 2015. Værdierne tager udgangspunkt i

dokumentet ”Generator Engine LO and TC Maintenance Tracker” (Torm Lene, 2015).

Figur 20 Vand i olien - Torm Lene 2015 (Bang, Drev 2, 2015)

TBN værdien på olien undersøges også ugentligt. TBN (Total Base Number) giver en indikation

af, hvor stor en mængde syre smøreolien indeholder. Fra hjælpemotorerne vil syreindholdet

stige fra svovlet i brændstoffet. Smøreolien indeholder alkaliske additiver for at neutralisere

syren, der bliver dannet ved forbrænding af svovlholdige brændstoffer. Benævnelsen for denne

additiv angives i mgKOH/g olie (Eriksen, 2012).

Hjælpemotorerne ombord på Torm Lene, benytter en smøreolie, som fra ny, har en TBN værdi

på 40 mgKOH/g olie. De faktorer der har betydning for, at TBN værdien på smøreolien ændrer

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

januar februar marts april maj juni juli august

WIO

(%

)

Måned

Vand i olien

Page 35: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 34 December 2015 Magnus Bang

sig, er motorens drift timer, hvilken brændstof der bliver benyttet i perioden, hvor meget olie

der bliver tilført til sumpen samt belastningen på motoren.

Nedenfor har jeg vist hvordan TBN værdien forløber over perioden fra april til august måned.

Værdierne er taget på hjælpemotor nr. 2.

Årsagen til, at jeg har valgt at fokusere på denne hjælpemotor er pga. drift timerne.

De tre søjlediagrammer har alle indflydelse på, hvordan TBN værdien forløber sig på

smøreolien. Det ses tydeligt i jo flere drift timer motoren har på HFO, jo kraftigere falder TBN

værdien. Derunder har mængden af nyt tilført smøreolie også betydning for en øget TBN værdi.

En sidste faktorer som også har stor betydning for TBN værdien, er typen af brændstoffet der

bliver benyttet. Værdierne tager udgangspunkt i dokumentet ”Generator Engine LO and TC

Maintenance Tracker” (Torm Lene, 2015).

Figur 21 Smøreolie Torm Lene - 2015 (Bang, Drev 2, 2015)

Page 36: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 35 December 2015 Magnus Bang

Hovedmotorens offline filter

Ombord på Torm Lene er centrifugen til rensning af hovedmotorens smøreolie erstattet med

et offline filter ved navn CJC (C.C. Jensen A/S). Filteret blev installeret den 23. april 2015 og har

været i drift lige siden. Filteret er installeret med udgangspunkt i en økonomisk fortjeneste, da

det er en dyr omkostning at holde en centrifuge kørende med reservedele, strøm og

arbejdstimer (Hoffmann, 2015). Derudover kræver det, at man er over sin centrifuge, for at få

renseprocessen så effektiv som muligt. Jeg har igennem min praktik sejlet med Maskinchef

Rasmus Hoffman, som har været tovholder for dette projekt. CJC filteret er et offline filter, dvs.

at det suger fra et sted fra sumpen og har ingen indflydelse på, om motoren er i drift eller ej.

Olien bliver pumpet op fra en fødepumpe, som er placeret nederst i skibets maskinrum.

Herefter pumpes olien op til centrifugerummet, hvor det pumpes igennem forvarmeren til

centrifugen. Setpunktstemperaturen på olien er sat til 40 grader på centrifugekontrolpanelet.

Der vil være risiko for, at smøreoliepumperne til hovedmotoren vil trippe ved opstart, hvis

temperaturen er for lav på smøreolien. Efter forvarmeren vil olien passere filteret, og til slut

løbe tilbage til sumpen. Nedenfor vises CJC filteret på Torm Lene samt installationsprincippet.

Figur 22 CJC Filter (eget arkiv)

Figur 23 Installationsprincip offline filter (CJC, 2015)

Page 37: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 36 December 2015 Magnus Bang

Der aflæses dagligt trykket før - og efter filteret, smøreolietemperaturen og flowet igennem

filteret. Jeg har igennem praktikken fået adgang til observation loggen for filteret samt

analyseresultaterne, der er analyseret fra Shell. Jeg har nedenfor analyseret smøreolie

analyserne fra hovedmotoren. Jeg har valgt at tage udgangspunkt i oliens forureningsniveau

(Index og Contamination). Forureningsniveauet indikerer på indholdet af natrium, vanadium,

aluminium og silicium, som alle er med til at forurene smøreolieolien. I den første del af

perioden indtil den 23. april 2015 er det centrifugen, der renser hovedmotorens smøreolie. Det

ses tydeligt på grafen nedenfor, at man har valgt at udskifte en stor mængde smøreolie på

baggrund af analyserne fra Shell. (Shell Rapid Lubricants analysis, 2015)

Den øverste graf til højre viser driftstimerne på hovedmotoren, da driftstimerne har indflydelse

på kontamineringsniveauet. Det ses tydeligt at i perioden, hvor filteret bliver installeret til den

31. juli 2015, har filteret fungeret 100%, som det skulle. Jeg har valgt, at tage vandindholdet

med på smøreolien, da det ikke er muligt for dette filter, at separere vand fra smøreolien, hvilket

en centrifuge kan gøre. Det ses her, at det ikke har været nødvendigt, at benytte en centrifuge i

perioden, hvor filteret har været installeret, da vandindholdet er 0% i hele perioden. Det

stigende forureningsniveau i den sidste analyse den 22. september 2015 skyldes sandsynligvis,

at filteret skal udskiftes med et nyt filter, da det ikke virker tilstrækkeligt mere. Jeg har

desværre ikke haft mulighed for, at se trykket hen over filteret i den sidste del af perioden, da

jeg ikke har været ombord på Torm Lene på dette tidspunkt.

Figur 24 Forureningsniveau smøreolie ME (Bang, Drev 3, 2015; Bang, Drev 4, 2015)

Page 38: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 37 December 2015 Magnus Bang

Den konkrete problemstilling For at gøre det muligt at stoppe kedlen i anker- og havneoperation, skal smøreoliecentrifugen

samt dampforvarmeren til hovedmotoren erstattes med en løsning, hvor kedlen ikke er

opvarmningskilden. Jeg vil undersøge varmebehovet, samt finde en løsning til de konkrete

problemer vi står overfor ved at stoppe kedlen i anker- og havneoperation.

Implementering af offline filtre frem for centrifuger

Der vil i dette afsnit blive fokuseret på etableringen af smøreoliefiltre- frem for

centrifugerensning af hjælpemotorenes smøreolie. Årsagerne til ændringen af denne drift,

ligger i, at der ikke er damp til rådighed, da kedlen er stoppet. Der vil blive klargjort, hvor stor

en mængde energi det kræver, at opvarme smøreolien under driften af smøreoliecentrifugen.

Derudover vil jeg belyse, hvad det vil koste at etablere offline filtre og sammenholde

driftspriserne med centrifugedrift.

Energiforbrug til smøreoliecentrifuges dampforvarmer (AE)

Jeg har udført en test i min praktikperiode for at finde frem til, hvad forvarmeren til

smøreoliecentrifugen bruger af energi for at opvarme smøreolien. For yderligere oplysning

omkring målingerne henvises der til kapitlet Analyse af målinger og måleinstrumenter.

Smøreolietemperaturen i sumpen er aflæst på kontrolpanelet til 71℃. Smøreolietemperaturen

falder til 64℃ i rørstrækningen, inden det kommer ind til forvarmeren i centrifugerummet.

Som tidligere nævnt i projektet, anbefaler fabrikanten, at smøreolietemperaturen har en

temperatur på 95 ℃ inden den passerer centrifugen. Jeg aflæser temperaturen til 96 ℃ i

øjebliksværdien, hvor testen udføres. Vi har altså en delta temperatur på 32 ℃ hen over

dampforvarmeren.

Figur 25 Kontrolpanel - smøreoliecentrifuge (eget arkiv)

Page 39: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 38 December 2015 Magnus Bang

Ud fra flowskalaen som sidder i indgangen til centrifugen, tilføres der 200𝑚3 smøreolie i timen.

Der skal først korrigeres for densiteten, da smøreolietemperaturen er ændret i forhold til den

oplyste densitet.

Smøreolietypen hjælpemotorerne benytter er en Shell Argina X40, som har en densitet på

916𝑘𝑔

𝑚3 ved en temperatur på 15℃ (Shell, nd).

𝜌2 =𝜌1

1+𝛽∗(𝑡2−𝑡1) (Jørgensen, 2013)

𝜌2 =916

1 + 0,00075 ∗ (96 − 64)

𝜌2 = 863,54𝑘𝑔

𝑚3

Det er nu muligt at beregne flowet i enheden kg/s:

𝑚 = 𝜌 ∗ 𝑉 (Jørgensen, 2013)

𝑚 = 863,54 ∗200 ∗ 10−3

3600

𝑚 = 0,0479𝑘𝑔

𝑠

Varmeeffekten fra dampforvarmeren kan nu beregnes:

𝑄𝑠𝑚ø𝑟𝑒𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑡

𝑄𝑠𝑚ø𝑟𝑒𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 = 0,0479 ∗ 4,18 ∗ 32

𝑄𝑠𝑚ø𝑟𝑒𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 = 6,42𝑘𝑊

Som beregnet ovenfor, er dampforbruget ikke specielt stort på forvarmeren. Men skal erstattes

med el elektrisk forvarmer, hvis man ønsker at bibeholde centrifugedriften.

Offline filter Som erstatning til smøreoliecentrifugen, har jeg haft kontakt til GreenOil, som er førende inden

for området omkring offline filter. I samarbejde med dem, har jeg fundet et produkt, som kan

opretholde en god rensning af smøreolien til hjælpemotorerne.

𝜌1 = 916𝑘𝑔

𝑚3 (Shell, nd)

𝛽 = 0,00075℃ (Jørgensen, 2013)

𝑡2 = 96℃ (Målt værdi)

𝑡1 = 15℃ (Shell, nd)

𝜌 = 863,54𝑘𝑔

𝑚3

𝑉 = 200𝑚3

𝑚 = 0,0479𝑘𝑔

𝑠

𝑐𝑝 = 4,18 (Eriksen, 2012)

∆𝑡 = 32℃ (Målt værdi)

Page 40: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 39 December 2015 Magnus Bang

Valg af filtertype

GreenOil følger producentens anvisninger med hensyn til flow igennem filteren. Jeg har

beregnet flowkravet som bestemmer filterstørrelsen.

𝑄 =1,35∗𝑃∗𝑛

𝑡 (Wärtsilä , 2013)

𝑄 =1,35 ∗ 875 ∗ 5

24

𝑄 = 246𝑙

Typen af offline filter hedder WP-B2-200. Sættet består af en pumpe, Greenoil filter og en

vandseperations enhed (varmespiral). Denne type pumpe cirkulere omkring 240l/h. Enheden

gør det muligt at separere 250ml vand fra olien pr døgn. (Skjærris, 2015)

Installation af filter

Filteret skal installeres over sumpniveauet (max H = 5m), da det løber retur ved hjælp af

tyngdekraften. Returrøret skal min. have en hældning på 30 grader og skal levere den rensede

olie under sumpniveauet. Nedenfor ses en skitse der viser installationen.

Figur 26 Installation offline filter (Skjærris, 2015)

𝑄 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑙

𝑃 = 𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 (kW)

875kW

𝑛 = 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑖𝑟𝑘𝑢𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑒𝑟 𝑝å 𝑠𝑢𝑚𝑝𝑒𝑛 (5 = 𝐻𝐹𝑂, 𝑀𝐺𝑂 = 4)

𝑡 = 𝑂𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑡𝑖𝑑

24timer

Page 41: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 40 December 2015 Magnus Bang

Pris for Offline filter Der skal installeres en filterenhed på hver hjælpemotor. Prisen er vist nedenfor med tilhørende

installationskit samt et reserve filter.

Figur 27 Offline filter indkøb (Skjærris, 2015)

Samlet pris er:

𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑂𝑓𝑓𝑙𝑖𝑛𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 = 72.000 + 1.318 + 6.000 = 79.318 𝑘𝑟

Installationsprisen samt levering er der ikke taget højde for. Installationen skal udføres ombord

og koster derfor ikke yderligere arbejdstimer, da mestrene alligevel er ombord.

Omkostningerne i fragt er der ikke taget forbehold for.

Page 42: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 41 December 2015 Magnus Bang

Løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren

I dette afsnit, vil der være to løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren, når

hovedmotoren er stoppet af. Størrelsen af den elektriske forvarmer vil i dette afsnit blive

dimensioneret. Derudover vil der forekomme en beskrivelse installationsprocessen. Den anden

mulighed er at benytte hjælpemotorenes HT kølevand til opvarmning af hovedmotoren. Der vil

her klarlægges om det overhovedet er en mulighed.

Dimensionering af forvarmer til hovedmotoren Jeg har nedenfor udført tre test igennem min praktikperiode for at finde frem til, hvor meget

energi der faktisk går til spilde ved, at opvarme hovedmotoren mere end det anbefalede.

Derudover er beregningerne udført til bestemmelse samt dimensionering af den elektriske

forvarmer til hovedmotoren. Den elektriske forvarmeren er en mulig erstatningskilde frem for

dampforvarmeren, og skal være i drift når Torm Lene ligger for anker eller er i havn.

Test forvarmer De efterfølgende beregninger tager udgangspunkt i et forsøg, som jeg har udført den 24. juli

2015. Der henvises til værdierne på figur 29.

For yderligere oplysning omkring målingerne henvises der til kapitlet Analyse af målinger og

måleinstrumenter.

For at bestemme flowet igennem forvarmeren har jeg set på HT preheat pumpekurven, som er

vist nedenfor. Det er muligt at finde flowet ved at kende løfthøjden på pumpen, hvilket er det

samme som tryk differencen hen over pumpen. Trykdifferencen over pumpen er aflæst til

1,2bar.

Der er nu muligt af finde pumpens løftehøjde. Jeg har aftegnet pumpens løftehøjde i figur 28 nedenfor.

𝐻 =∆𝑃

𝜌∗𝑔 (Heilmann, 2009)

𝐻 =1,2𝑀𝑃𝑎

0,9778 ∗ 9,82

𝐻 = 0,124𝑀𝑃𝑎

𝐻 = 𝑃𝑢𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠 𝑙ø𝑓𝑡𝑒ℎø𝑗𝑑𝑒 ∆𝑃 = 𝑇𝑟𝑦𝑘𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠 𝑜𝑣𝑒𝑟 𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒𝑛

𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑔 = 𝑡𝑦𝑛𝑔𝑑𝑒𝑎𝑐𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑒𝑛

Page 43: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 42 December 2015 Magnus Bang

Ifølge pumpekurven ovenover, ses det at pumpen levere 19𝑚3/𝑡𝑖𝑚𝑒𝑛.

Densitet på kølevandet ændres også i takt med temperaturen, (Eriksen, 2012) hvilket har

betydning for massen og dermed energien det kræver, at holde hovedmotoren varm.

Temperatur (𝑡) 70℃ 80℃ 85℃

Densitet (𝜌) 977,8 𝑘𝑔/𝑚3 971,8 𝑘𝑔/𝑚3 968,4 𝑘𝑔/𝑚3

Specifik

varmekapacitet (𝐶𝑝)

4,19 𝑘𝐽

𝑘𝑔∗𝐾 4,196

𝑘𝐽

𝑘𝑔∗𝐾 4,201

𝑘𝐽

𝑘𝑔∗𝐾

Det er nu muligt at beregne masse flowet ud fra følgende formel. (Eriksen, 2012)

𝑚 =𝜌 ∗ 𝑉

3600

𝑚 =977,8 ∗ 19

3600

𝑚 = 5,16𝑘𝑔

𝑠

Jeg har herefter aflæst temperaturen via termometeret før- og efter forvarmeren.

Temperaturen før forvarmeren: 70℃

Temperaturen efter forvarmeren: 74℃

Delta temperatur: 4℃

Ud fra dette er det nu muligt, at beregne energien som det kræver, at holde hovedmotoren varm

fra dampforvarmeren. Energien beregnes med følgende formel:

𝑄𝑝𝑟𝑒 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ ∆𝑡

𝑄𝑝𝑟𝑒 = 5,16 ∗ 4,19 ∗ 4

𝑄𝑝𝑟𝑒 = 86,4𝑘𝑊

Figur 28 pumpekurve HT preheat pump

(Eget arkiv)

𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑉 = 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑜𝑤

𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡

𝑚 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑐𝑝 = Specifik varmekapacitet

∆𝑡 = 𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟

Page 44: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 43 December 2015 Magnus Bang

Der er igennem praktikbesøget fundet frem til, at der gemmer sig et stort tab i rørforbindelsen

fra forvarmeren til- og fra hovedmotoren. Udregningerne nedenfor viser, hvordan jeg når frem

til dette tab. Deltatemperaturen er differencetemperaturen imellem hovedmotorens

indgangstemperaturen til og afgangstemperaturen, som er aflæst fra hovedmotorens

kontrolpanel. Massestrømmen betragtes værende den samme, selvom temperaturen er faldet

igennem motoren.

𝑄𝑚𝑜𝑡 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ ∆𝑡

𝑄𝑚𝑜𝑡 = 5,16 ∗ 4,19 ∗ 3,2

𝑄𝑚𝑜𝑡 = 69,2𝑘𝑊

Rørtabet er altså forholdet imellem energien fra dampforvarmeren og energien i hovemotoren:

𝑄𝑝𝑟𝑒 − 𝑄𝑚𝑜𝑡

86,4 − 69,2 = 17,2𝑘𝑊

I dette skema ses tre forskellige test, som jeg har udført under mit praktikophold på Torm Lene.

Test / dato Test1 / 24-07-15 Test 2/ 30-07-15 Test 3/ 01-08-15

Masse 5,16𝑘𝑔

𝑠 5,12

𝑘𝑔

𝑠 5,11

𝑘𝑔

𝑠

Dampforvarme temp. ind 70℃ 82℃ 85℃

Dampforvarme temp. ud 74℃ 88℃ 95℃

Temp. ind hovedmotor 66℃ 70,2℃ 84℃

Gennemsnit

Cyl. temperatur ud

62,8℃ 66,8℃ 79,9℃

Energi 86,4kW 128,9kW 214,6kW

Spild (rørtab) 17,2kW 55,9kW 88kW

Figur 29 Test resultater på Torm Lene i ankeroperation - 2015

Det ses tydeligt, at det koster meget energi, at varme hovedmotoren op til en konstant

temperatur på 80℃. Derudover er der også et stort tab i rørledningen fra forvarmeren og hen

til hovedmotoren. Dette kunne være en billig løsning, først og fremmest at isolere tilgangsrøret

og afgangsrøret til og fra motoren. Derudover anbefales det, at holde temperaturen på omkring

60 grader som motorfabrikanten anbefaler.

Page 45: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 44 December 2015 Magnus Bang

Figur 30 Elektrisk forvarmer fra Elwa (Elwa, nd)

Dimensionering elektrisk forvarmer

Af hensyn til temperatur svingninger i maskinrummet besluttes det, at forøge

varmeeffekten med 15%, hvilket svarer til en elektrisk forvarmer på 100kW. I

den forbindelse har jeg været i kontakt med firmaet Christian Berner A/S, som

leverer elektriske forvarmere til industrien verden over. De kan levere en

forvarmer fra Elwa type RWE4636 WR-V, som leverer 101kW. Forvarmeren

er konstrueret til opvarmning af vand. Den er vertikalt opbygget, hvilket gør

denne type praktisk i forhold til plads. Forvarmeren er desuden isoleret, og af

sikkerhedsmæssige årsager, installeret med en sikkerhedsventil og en

sikkerhedstermostat. Prisen på den elektriske forvarmer er 129.000kr, hvilket

svarer til 18.900$.

(Klik på hyperlinket for yderlige information: Mailkorrespondance med Erik Nielsen )

Jeg har nedenfor tegnet på den eksisterende systemtegningen (Lene, nd), hvor den elektriske

forvarmer skal installeres. Jeg har valgt at sætte den elektriske forvarmer i serie med

dampforvarmeren. Årsagen til dette er, at man evt. på et tidspunkt har en temperatur i

maskinrummet, hvor den elektriske forvarmer ikke kan følge med, og man derfor er nødsaget

til at supplere med dampforvarmeren. Ombord på Torm Lene er der en trevejsventil (QB59),

der regulerer HT temperaturen. Hvis temperaturen bliver for høj vil trevejsventilen åbne og

køle med LT vand. På Torm Lene fungerede denne trevejsventil ikke ordenligt. Det var derfor

vigtigt at lukke for

ventilen på LT siden,

når motoren var

stoppet og samtidig

huske at åbne for den

igen, så snart motoren

var i drift.

Figur 31 Kølevandssystem Torm Lene, med elektrisk forvarmer (eget arkiv)

Page 46: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 45 December 2015 Magnus Bang

Hjælpemotorenes kølevand til opvarmning af hovedmotoren

Til klarlægning af om der er nok energi til rådighed i HT kølevandssystemet fra

hjælpemotorerne, tages der udgangspunk i ankeroperationen udført den 21. april 2015 til den

22. april 2015. Brændstofdatene kan ses i afsnittet: Test på hjælpemotor Torm Lene

(Hyperlink)

Jeg tager udgangspunkt i tidpunktet, hvor motoren er mindst belastet, hvilket vil sige i

ankeroperationer. Det har ikke været muligt at måle hjælpemotorens eksakte HT kølevands

flow med f.eks. en flowmåler. Beregningerne nedenfor tager udgangspunkt i de oplysninger

fabrikanten har målt i sin testresultater (Wärtsila Generating Sets, 2014).

Testforsøget tager udgangspunkt i en last på 279 kW. Ved denne belastning bruger motoren i

gennemsnit 1,5 MGO tons/døgn, hvilket svarer til en forbrug på 62,5kg/h. Jeg vil i det følgende

beregne motorens økonomiske virkningsgrad. Først beregnes

den tilførte effekt:

𝑚𝐻𝐹𝑂 =62,5

𝑘𝑔ℎ

3600= 0,0173

𝑘𝑔

𝑠

𝑃𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡 = 𝑚ℎ𝑓𝑜 ∗ ℎ𝑖 → 0,0173 ∗ 44000 = 773,8 𝑘𝑊

Generatoren har også et tab som ifølge Wärtsilä er oplyst til 95% (Wärtsila Generating Sets,

2014). Akseleffekten kan nu findes.

𝑃𝑎𝑘𝑠𝑒𝑛 =𝑃𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡

𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟

𝑃𝑎𝑘𝑠𝑒𝑛 =279

0,95

𝑃𝑎𝑘𝑠𝑒𝑛 = 293,7𝑘𝑊

Godhedsgraden for motoren er herefter beregnet.

𝜂𝑔 =𝑃𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣

𝑃𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡

293,7

773,8= 0,32

𝜂𝑔 = 38%

𝑚ℎ𝑓𝑜 = 0,208 kg/s

ℎ𝑖 =44000𝑘𝐽

𝑘𝑔

(Miljøstyrelsen, 2011)

𝑃𝑎𝑘𝑠𝑒𝑛 = 𝑘𝑊

𝑃𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 = 279𝑘𝑊

𝜂𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 = 95%

(Wärtsila Generating Sets, 2014)

𝜂𝑔 =%

𝑃𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑣 = 𝑃𝑎𝑘𝑠𝑒𝑛 = 293,7𝑘𝑊

𝑃𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡= 773,8 𝑘𝑊

Page 47: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 46 December 2015 Magnus Bang

Godhedsgraden viser, hvor effektiv hjælpemotoren egentlig er i det givende belastning. De

resterede 62% af den tilførte effekt går til tab som strålingstab, røggastab, og til tab i

kølesystemet (LT systemet og HT systemet). Jeg har kun valgt at tage udgangspunkt i HT

kølevandstemperaturen til benyttelse af opvarmning af hovedmotoren. Jeg vil benytte følgende

energiformel til beregning af energien i HT-kølevandet på hjælpemotoren.

𝑄𝐻𝑇 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ Δ𝑇

Temperaturen for HT-kølevandet er målt før hjælpemotoren til 86 ℃ og efter til 93 ℃, hvilket

vil sige at vi har en delta temperatur på 7℃. Temperaturen før og efter, tager udgangspunkt

kontrolpanelet som ses nedenfor.

Den specifik varmekapacitet er sat til 4,2 𝑘𝐽

𝑘𝑔∗𝐾 (Eriksen, 2012).

HT pumpen til hjælpemotoren leverer 29𝑚3/ℎ ( (Wärtsila Generating Sets, 2014). Dette kan

omskrives til Kg/s.

𝑚 =𝜌 ∗ 𝑉

3600

𝑚 =968,4 ∗ 29

3600

𝑚 = 7,8𝑘𝑔

𝑠

Figur 32 Kontrolpanel Hjælpemotor - Torm Lene (eget arkiv)

𝑚 =𝑘𝑔

𝑠

𝜌 = 968,4 𝑘𝑔/𝑚3 (Eriksen, 2012)

𝑉 = 29𝑚3/ℎ (Wärtsila Generating Sets, 2014)

Page 48: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 47 December 2015 Magnus Bang

Det er nu muligt at beregne energien i HT kølevandet.

𝑄𝐻𝑇 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ Δ𝑇

𝑄𝐻𝑇 = 7,8 ∗ 4,2 ∗ 7

𝑄𝐻𝑇 = 229,3𝑘𝑊

Denne energi tager udgangspunkt i, at HT trevejsventilen, som er termostatstyret, er konstant

åben så den ikke recirkulere på HT afgangsvandet tilbage til pumpen. Se afsnit

”Hjælpemotorerne A/E”. Desuden går en del af energien til opvarmning af de tre standby

hjælpemotorer.

Ifølge Wärtsilä kræver det 1kW/cyl. at holde temperaturen på min 60℃. (Wärtsila Generating

Sets, 2014).

Figur 33 Heater design data (Wärtsila Generating Sets, 2014)

Jeg har herefter beregnet hvor stor overskudsenergi, der er tilbage ved drifts senariet ved

anker. Jeg har ikke taget forbehold for spilvarme i rørstrækningen samt stålingstab. Energien i

de tre resterende hjælpemotorer er først beregnet:

6 𝑐𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟𝑒 𝑝𝑟 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 6 ∗ 3 = 18 𝑐𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑒

Qaux = 1kW

cyl=

18

1= 18 kW

Den restende overskudsenergi, der er tilbage i HT systemet fra en hjælpemotor er derfor:

𝑄𝑟𝑒𝑠𝑡 = 𝑄𝐻𝑇 − 𝑄𝑎𝑢𝑥

𝑄𝑟𝑒𝑠𝑡 = 229,3𝑘𝑊 − 18𝑘𝑊 = 211,3 𝑘𝑊

Der konkluderes, at der er nok energi i HT kølesystemet fra en hjælpemotor i ankeroperation,

hvilket gør denne løsning billig. Det eneste det kræver i indkøb er en pladeveksler, en længde

rør, og tre ventiler således at det ikke er muligt, at varme på hovedmotoren under drift. Jeg har

valgt at sætte pladeveksleren i serie med den eksisterende dampforvarmer. HT kølevandet fra

hjælpemotorerne skulle således cirkulere på primærkredsen mens hovedmotorens HT-

kølevand skulle opvarmes i sekundærkredsen. Jeg har nedenfor tegnet, hvordan systemet

kunne se ud på diagrammet for HT- og LT rørsystemet på Torm Lene. I senariet hvor

𝑄𝐻𝑇 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 (𝑘𝑊)

𝑚 = 7,8𝑘𝑔

𝑠

𝑐𝑝 = Specifik varmekapacitet

4,2 𝑘𝐽

𝑘𝑔∗𝐾 (Eriksen, 2012)

Δ𝑇 = 7℃.

𝑄𝑟𝑒𝑠𝑡 = 𝑘𝑊

𝑄𝐻𝑇 = 229,3 kW

𝑄𝑎𝑢𝑥 = 18 𝑘𝑊

Page 49: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 48 December 2015 Magnus Bang

hovedmotoren er i drift, skal ventil 1 og 2 være lukket, men ventil nr. 3 skal være åben. Derimod

hvis hovedmotoren ikke er i drift skal ventil 1 og 2 være fuldt åbent, mens ventil 3 skal være

lukket. Med denne løsning er det muligt at undgå opvarmning af hovedmotoren under drift og

samtidig tvinge opvarmningsprocessen i gang, når hovedmotoren er i stilstand ved at lukke og

åbne de før omtalte ventiler.

Figur 34 Ny systemtegning (Eget arkiv)

Page 50: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 49 December 2015 Magnus Bang

Valg af varmeveksler samt beregninger Der vil i dette afsnit redegøres for størrelsen af pladeveksleren imellem hjælpemotorenes HT -

og hovedmotorens HT kølevandssystem.

I samarbejde med Alfa Laval har jeg dimensioneret størrelsen på pladeveksleren. Varme

veksleren er en modstrømsveksler, som er illustreret med figuren nedenfor.

Figur 35 Modstrømsvarmeveksler (eget arkiv)

Årsagen til at der vælges en modstrømvarmeveksler er pga., at der ønskes overført så meget

energi som muligt til den kolde side. Hvis der skulle vælges en medstrøms veksler ville fysiske

størrelse på veksleren blive alt for stor.

Den kolde side er altså hovedmotorens HT kølevand, mens den varme side er hjælpemotorens

HT kølevand.

Jeg har tidligere i rapporten beregnet den krævende energimængde til hovedmotorens HT

kølevand, for at opretholde en temperaturen på min 60 grader. Dette er fundet til 100kW i det

tidligere afsnit.

Den varme side har en fremløbstemperatur på 90 grader (hjælpemotorenes HT kølevand)

Jeg tager udgangspunkt i en driftssituation, hvor hovedmotorens HT kølevand har en

indløbstemperatur på 75 grader

Hovedmotoren cirkulerer med et fast flow på 5,16𝑘𝑔

𝑠= 19,1

𝑚3

Flowet på hjælpemotorenes HT vand er fast 7,8𝑘𝑔

𝑠= 29,1

𝑚3

Page 51: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 50 December 2015 Magnus Bang

På baggrund af de kendte værdier vælges der modeltype M6-MFG, som har et varmeveksler

areal på 2,8m2.

Jeg ønsker at tilføje 100kW til den kolde side: Den kolde sides udløbstemperatur er beregnet

scenariet nedenfor:

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ (𝑡2𝑢𝑑 − 𝑡1𝑖𝑛𝑑)

𝑡2𝑢𝑑 =𝑄

𝑚 ∗ 𝑐𝑝+ 𝑡1𝑖𝑛𝑑

𝑡2𝑢𝑑 =100

5,16 ∗ 4,18+ 75

𝑡2𝑢𝑑 = 79,6℃

Denne temperatur er mere end tilstrækkelig for holde temperaturen på 60 grader.

Jeg finder nu udløbstemperaturen på den varme side:

𝑡1𝑢𝑑 =𝑄

𝑚 ∗ 𝑐𝑝− 𝑡1𝑖𝑛𝑑

𝑡2𝑢𝑑 =100

7,8 ∗ 4,19− 90

𝑡2𝑢𝑑 = 86,9℃

LMTD kan nu beregnes:

∆𝑡𝑚 =(𝑡1𝑖𝑛𝑑 − 𝑡2𝑢𝑑) − (𝑡1𝑢𝑑 − 𝑡2𝑖𝑛𝑑)

ln(𝑡1𝑖𝑛𝑑 − 𝑡2𝑢𝑑)(𝑡1𝑢𝑑 − 𝑡2𝑖𝑛𝑑)

∆𝑡𝑚 =(90 − 79,6) − (86,9 − 75)

ln(90 − 79,6)(86,9 − 75)

∆𝑡𝑚 = 11,13 𝐾

U-værdien for den pågældende varmeveksler, kan nu beregnes i dette eksempel.

𝑈 =𝑄𝑜𝑣𝑒𝑟𝑓ø𝑟𝑡

𝐴 ∗ 𝐿𝑀𝑇𝐷

𝑈 =100𝑘𝑊

2,8 ∗ 11,13

𝑈 = 3,208𝑘𝑊

𝑚2 ∗ 𝐾

𝑄 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑜𝑣𝑒𝑟𝑓ø𝑟𝑡 (100𝑘𝑊)

𝑚 = 𝑓𝑙𝑜𝑤 (5,16𝑘𝑔

𝑠)

𝑐𝑝 = 4,2 𝑘𝐽

𝑘𝑔∗𝐾 (Eriksen, 2012)

𝑡1𝑖𝑛𝑑 = 75℃ (Antagelse)

Page 52: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 51 December 2015 Magnus Bang

Det antages at u-værdien er konstant i de efterfølgende beregninger.

Der tages nu udgangspunk i et scenarie, hvor man har glemt at tilføre varme til hovedmotoren.

Den kolde sides indgangstemperatur er nu faldet til 50 grader og jeg vil nu se, hvor mange kW

der skal overføres for at holde udgangstemperaturen på 60 grader på den kolde side, som det

er anbefalet fra motorfabrikanten

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝑐𝑝 ∗ (𝑡2𝑢𝑑 − 𝑡1𝑖𝑛𝑑)

𝑄 = 5,24 ∗ 4,18 ∗ (60 − 50)

𝑄 = 219 𝑘𝑊

Varmeveksler indkøb Jeg har indhentet et tilbud fra Alfa Laval på typen M6-MFG, som består af 22 plader og har en

størrelse på 574*320*920 mm. Veksleren er designet i rustfrit stål 316. ( Alfa Laval, 2015)

Den samlede pris for pladeveksleren er 12.995kr. (Laval, 2015)

Derudover har jeg anslået en meromkostning på 30.000kr i indkøb af flanger, ventiler og

rørføring. Den samlede pris bliver derfor

12995 + 30000 𝑘𝑟 = 42.995 𝑘𝑟

Figur 36 M6 - MGF, varmeveksler (Alfa Laval, nd)

Page 53: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 52 December 2015 Magnus Bang

Anker- og havneoperationer uden kedeldrift I dette afsnit fokuseres der på, hvilken økonomisk betydning, som det vil have at stoppe kedlen.

Derudover fastsættes det, hvor ofte kedlen skal startes op i situationer, hvor hovedmotoren

skal i drift på HFO. Der fokuseres på de økonomiske konsekvens ved at benytte MGO på

hjælpemotorerne, og der redegøres for den årlige pris fremadrettet. Der henvises til

hyperlinket for information vedrørende beregningerne der er foretaget. (Besparelse ved

omskiftning til MGO)

Brændstofbesparelse kedel

Betragter man skibets drift i år som værende den samme efter, at have gjort det muligt at stoppe

kedlen i størstedelen af tiden i anker- og havneoperationer, ville skibet fremadrettet have ca.

150 dage uden kedeldrift. Der tages udgangspunkt i at skibets oliefyrede kedel startes op, dagen

før hovedmotoren skal startes op på HFO. Dette gøres for at have en høj nok temperatur i ens

HFO servicetank og bundtanke, når hovedmotoren skal på HFO. Nedenfor er der klarlagt i

skemaet, hvilke dage skibet fremadrettet har kedlen i drift og hvornår de kan undlade at have

den i drift. Dagene tager udgangspunk i % satsen som er klarlagt i kapitlet ”Torm Lene i ECA”.

For at finde frem til de antal dage, hvor der er behov for at starte kedlen op, har jeg i Voyage

and Oil Report for Torm Lene (Torm, 2015), talt de dage, hvor skibet har ligget for anker eller

været i havn og startet op på HFO på hovedmotoren. Dagene hvor skibet ikke behøver at have

kedlen i drift, er altså de dage, hvor skibet er på MGO (ECA dage) samt de dage, hvor Torm Lene

ligger for anker eller er i havn, minus de dage hvor det er nødvendigt, at starte den oliefyrede

kedel op.

Anker Havn Sejler

Dage i ECA 1,8% = 7 dage 13,5% = 49 dage 1,8% = 7 dage

Dage uden for ECA 24,7% =90 dage 10,6% = 39 dage 47,6% = 174 dage

Dage hvor skibet ikke

behøver at have kedlen i

drift

80 dage 74 dage 181 dage

Dage hvor skibet skal

starte kedel op inden

omskiftning til HFO

17 dage 14 dage 0 dage

Tabel 1 Besparelse ved at gå væk fra kedeldrift (Torm, 2015)

Page 54: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 53 December 2015 Magnus Bang

Nedenfor har jeg opstillet en figur, som viser gevinsten ved omskift til MGO. Blå kurve viser

brændstofprisen før omskiftning til MGO og den røde kurve viser den fremadrettet pris som

Torm Lene skal forvente efter driftsændring. I ankeroperation i ECA vil Torm Lene fremadrettet

være på MGO, og det vil betyde, at kedlen ikke behøver at være i drift. I ankeroperation udenfor

ECA, vil kedlen blive startet op døgnet før hovedmotoren skal i drift. Dette betyder, at

brændstofprisen fremadrettet vil blive reduceret væsentligt selvom, kedlen i opstartsperioder

vil være på MGO. I havneoperationer omkring ECA, vil Torm Lene være på MGO og det er derfor

ikke nødvendigt at have kedlen i drift. I havn uden for ECA vil kedlen blive startet op på MGO

døgnet før hovedmotoren skal i drift. Dette vil også betyde, at den årlige brændstofpris vil falde

fremadrettet. Når skibet sejler i - og uden for ECA, vil kedlen være i drift på samme måde som

før. Dette vil betyde, at omkostningerne her vil være det samme fremadrettet.

Figur 37 Årlig kedelforbrug før og efter omskiftning (Bang, Drev 5, 2015)

Dette giver en årlig besparelse på 74.286 $. (Bang, Drev 5, 2015)

Brændstofforbrug på hjælpemotorerne ved omskiftning til MGO

Ved omskiftning til MGO i havne- og ankeroperationer kan en række elektriske belastninger på

nettet undlades at være i drift, og dermed reducere brændstofforbruget på hjælpemotorerne.

Dette forudsætter, at man vælger at benytte HT vandet fra hjælpemotorerne til opvarmning af

5366

41077

36072

15904

1630

24092

0

13885

0

10249

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

Anker iECA

Ankeruden for

ECA

Havn iECA

Havnuden for

ECA

Sejler iECA

Sejleruden for

ECA

ke

de

lfo

rbru

g i

do

lla

rs (

bræ

nd

sto

f)

Driftområder

Årlig kedelforbrug før og efter omskiftning

Brændstof indenovergang til MGOforbrug i dollars(dollars)

Brændstof efteromskiftning til MGOforbrug i (dollars)

Page 55: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 54 December 2015 Magnus Bang

hovedmotoren og ikke installere en elektrisk forvarmer. Derudover forudsætter det, at man

erstatter smøreoliecentrifugen med et offline filter på hver hjælpemotor. Nedenfor har jeg lavet

et skema, som viser de forbrugere, der ikke behøver at være i drift under MGO drift. Derudover

viser skemaet hvor mange kW i besparelse, der vil komme ved at skifte over til MGO. (Bang,

Drev 5, 2015)

Figur 38 Besparelse på nettet ved omskift (Bang, Drev 5, 2015)

Jeg har herefter taget udgangspunkt i den kWh måling, jeg har foretaget på generatorerne i de

forskellige driftssituationer (Se kapitlet: ”skibets drift ved anker- og havneoperationer”). KW

forbruget før tager udgangspunk i det virkelige forbrug som er målt ombord. KW forbruget

efter omskiftning til MGO, tager udgangspunkt i fabrikantens specifikke brændolieforbrug (ses

afsnit: ”Hjælpemotorerne A/E”). For at finde det eksakte specifikke brændolieforbrug ved hver

belastning, har jeg interpoleret værdierne.

KW forbruget er omregnet til en dollars pris, hvor prisen referer til afsnittet ”Bunkerpriser”.

Den årlige omkostning ved at gå over til MGO frem for HFO i anker-, laste- og losseoperationer,

vil betyde, at vi får en lille merudgift på hjælpemotorerne end tidligere.

Brændstofomkostningen til hjælpemotorerne i ECA, når skibet ligger for anker, vil falde en lille

smule, da vi i dette scenarie har erstattet smøreoliecentrifugen med filter systemet fra GreenOil.

Uden for ECA i ankeroperationer vil forbruget stige, da vi førhen har være på HFO og nu

fremadrettet benytter MGO, der er væsentligt dyrere i indkøb. Når skibet laster i ECA, vil

omkostningerne falde, da belastningen på nettet er reduceret og medfører at MGO forbruget

Page 56: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 55 December 2015 Magnus Bang

falder fra 1,8 tons/døgn til 1,49 tons/døgn. Så snart Torm Lene laster uden for ECA, vil

belastningen blive reduceret på nettet, men da vi fremadrettet benytter MGO frem for HFO, vil

den årlige pris stige. Fremadrettet vil Lene i losseoperationer i ECA falde, da belastningen på

nettet er faldet. Uden for ECA i losseoperationer, vil forbruget på nettet falde, men da

indkøbsprisen i HFO er væsentlig billigere end MGO, vil den årlige omkostning blive højere. Når

Torm Lene sejler i - og uden for ECA, er omkostningerne en smule lavere pga. centrifugen er

erstattet med et offline filter. (Bang, Drev 5, 2015)

Det årlige brændstofforbrug i dollars på hjælpemotorerne vil fremadrettet stige med 33.854 $,

hvilket giver et årligt overskud på følgende:

Å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑒 𝑂𝑣𝑒𝑟𝑠𝑘𝑢𝑑 = 𝐵𝑒𝑠𝑝𝑟𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 − 𝑀𝑒𝑟𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔ℎ𝑗æ𝑙𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

74286 − 25473 = 48813 $

Hvilket er omregnet til DKK, med en kurs på 6,95 (Euroinvestors , 2015)

48813 ∗ 6,95 = 339250 𝑘𝑟

5720

72108

22312 16685

4384832997

11611

175881

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

200000

Anker iECA

Ankeruden for

ECA

Laste iECA

Lasteuden for

ECA

Losse iECA

Losseuden for

ECA

Sejler iECA

Sejleuden for

ECA

hjæ

lem

oto

rfo

rbru

g i

do

lla

rs

(bræ

nd

sto

f)

Driftsområder

Årlig hjælpemotorforbrug før og efter omskiftning

Brændstofinden overgangtil MGO forbrugi dollars(dollars)

Brændstof efteromskiftning tilMGO forbrug i(dollars)

Figur 39 Årlig hjælpemotorforbrug før og efter omskiftning (Bang, Drev 5, 2015)

Page 57: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 56 December 2015 Magnus Bang

Business case 1 og 2 Nedenfor fremføres to løsningsforslag, som tager forbehold for driftsændringen ombord på

Torm Lene.

Business case 1

Det første løsningsforslag tager udgangspunkt i, at smøreoliecentrifugen skal erstattes med

offline filtre fra GreenOil. Derudover skal der indkøbes en elektrisk forvarmer til opvarmning

af hovedmotorens HT kølevand. Her vil der være en meromkostning på brændstofforbruget, da

nettet yderligere vil blive belastet på grund af de 100kW, den elektriske forvarmeren trækker.

Dette er der også taget højde for i beregneringerne nedenfor. Der henvises til Excel regnearket

i det efterfølgende hyperlink Business case 1.

Årlig omkostning til smøreolie centrifuge Den årlige omkostning i at holde centrifugen kørende ligger i bortskaffelse af sludge. Olietabet

er minimalt på denne centrifuge og er derfor ikke medregnet. Derudover er der en lille

omkostning i vand. Den største omkostning ligger i den årlige omkostning til reservedele til

centrifugen. Omkostningerne tager udgangspunkt i prisen på et 8000 timers - og et 16000

timers overhalingskit.

Derudover har jeg udført en beregning for, hvad det koster i arbejdsløn. Ud fra egen erfaring

har jeg bestemt, hvad man i gennemsnit bruger af tid på, at holde øje med centrifugen samt

udføre arbejde på den. Lønnen er sat til 90 kr./time og den daglige arbejdstid på centrifugen er

sat til 0,1 time. Jeg har ikke taget højde for strømforbruget til centrifugen i dette afsnit, da jeg

senere i dette kapitel tager forbehold for belastningsændringen på nettet. Dampforvarmeren

til smøreoliecentrifugen vil der heller ikke tages højde for i omkostningerne nedenfor.

Beregningerne vil ligge under årlige omkostninger for kedlen.

Årlige omkostning for centrifugen

Sludge produktion 14.977 Kr.

Oil tab - Kr.

Vand 262 Kr.

Reservedele 26.234 Kr.

Arbejdstimer 3285 Kr.

Total 44.758 Kr.

Page 58: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 57 December 2015 Magnus Bang

Årlig omkostning for GreenOil filteret I samarbejde med GreenOil har jeg udregnet den årlige omkostning for at holde fire offline filter

kørende til hjælpemotorerne. Ud fra det som GreenOil har erfaret igennem de seneste år, viser

det sig, at der årligt vil blive brugt 10 filtre. Prisen pr filter er 1300kr. Derudover er der et tab

af olie på ca. 6 liter pr filterskift, som også giver en lille omkostning. En anden omkostning ligger

i bortskaffelse af de brugte filterindsatser. På samme måde som centrifugen har GreenOil også

et servicekit som årligt koster 4240kr. Den årlige arbejdsløn tager udgangspunkt i tiden det

tager at skifte et filter. Ifølge GreenOil skulle dette ikke tage mere end 10 til 15 min. Jeg har i

mit regnestykke kalkuleret med 0,2 timer. Strømforbruget er der taget højde for i afsnittet

”Årlige omkostninger til hjælpemotorerne”.

Årlige omkostning, GreenOil Filters

Filter indsatser 13.000 Kr.

Olie tab 660 Kr.

Filter affald 500 Kr.

Reservedele 4.240 Kr.

Arbejdstimer 180 Kr.

Total 18.580 Kr.

Årlig omkostning til den oliefyrede kedel De årlige omkostninger for den oliefyrede kedel tager udgangspunkt i afsnittet ”Anker- og

Havneoperation uden kedeldrift”. Der er her redegjort for omkostningerne før- og efter

driftsændring til MGO. Afsnittet viser også, hvor mange dage skibet fremadrettet kan forvente

at få i kedeldrift efter omskiftning til MGO i havne - og anker perioder. Der er kun taget

forbehold for brændstofforbruget. Kedlens elforbrug vil tages højde for i beregningerne for

omkostningerne til hjælpemotorerne.

Årlige omkostning til kedeldrift før driftsændring

Brændstofforbrug pris 864.123 Kr.

Total 864.123 Kr.

Årlige omkostning til kedeldrift efter driftsændring

Brændstofforbrug pris 347.132 Kr.

Total 347.132 Kr.

Page 59: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 58 December 2015 Magnus Bang

Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring Nedenfor er den årlige brændstofomkostning, inden driftsændring, til hjælpemotorerne

beregnet. Forbruget tager udgangspunkt i de fire test, som er udført for hjælpemotorerne i de

forskellige driftssituationer. Ud fra disse test er effektforbruget samt brændstofforbruget

fundet i de forskellige driftsscenarier. Perioden skibet befinder sig i de forskellige områder,

tager udgangspunkt i afsnittet ”Anker- og havneoperationer uden kedeldrift”.

Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring

Brændstofforbrug pris 2.472.039 Kr.

Total 2.472.039 Kr.

Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring Årsagen til at omkostningerne stiger efter driftsændring, skyldes til dels, at driften på

hjælpemotorerne i anker og i havn er på MGO, som er væsentligt dyrere end den forrige drift

på HFO. Derudover vil nettet også blive belastet ydereligere end før pga. den elektriske

forvarmer til hovedmotoren. Jeg har i skemaet nedenfor vist, hvorledes belastningen på nettet

bliver reduceret/forøget i de forskellige operationer.

Figur 40 Yderligere belastning på nettet inkl. el forvarmer til hovedmotoren (Bang, Drev 10, 2015)

Page 60: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 59 December 2015 Magnus Bang

Ud fra den forventede belastning og det specifikke brændolieforbrug, som er oplyst af

fabrikanten (se afsnit ”Hjælpemotorerne (AE)”), har jeg fundet et nyt forbrug i de forskellige

driftssituationer. Perioden skibet befinder sig i, i de forskellige områder, tager lige som før

udgangspunkt i afsnittet ”Anker- og havneoperationer uden kedeldrift”. Den årlige omkostning

til hjælpemotorerne er vist nedenfor.

Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring

Brændstofforbrug pris 2.898.188 Kr.

Total 2.898.188 Kr.

Opsummering Ved at gå væk fra centrifugen og benytte et offline filter fra GreenOil, vil der være en årlig

besparelse på følgende:

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 = 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑒 𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 – 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔

44.758 − 18.580 = 26.178 𝑘𝑟

Derudover vil der være en årlig besparelse på kedlen, ved kun at starte op i kedlen døgnet før

man skal sejle på HFO. I havne- og ankeroperationer vil skibet være på MGO på

hjælpemotorerne.

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = 𝐾𝑒𝑑𝑒𝑙𝑑𝑟𝑖𝑓𝑓ø𝑟 – 𝐾𝑒𝑑𝑙𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟

864.123 − 347.132 = 516.991 𝑘𝑟

Hjælpemotoromkostningen vil fremadrettet stige, pga. øget effekt på nettet og på grund af en

merudgift i indkøb af MGO frem for HFO.

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑚𝑒𝑟𝑢𝑑𝑔𝑖𝑓𝑡𝐴𝐸 = 𝐻𝑗æ𝑙𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑓ø𝑟 – 𝐻𝑗æ𝑙𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟

2.472.039 − 2.898.188 = −426.149𝑘𝑟

Samlet set giver det en årlig fortjeneste på følgende.

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 + Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 + Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑚𝑒𝑟𝑢𝑑𝑔𝑖𝑓𝑡𝐴𝐸

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 26.178 + 516.991 − 426.149 = 117.020 𝑘𝑟

Page 61: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 60 December 2015 Magnus Bang

Tilbagebetalingstid I og med at denne driftsændring ikke er helt gratis, vil jeg nedenfor redegøre for, hvor lang

tilbagebetalingstid der er ved denne ændring.

Tilbagebetalingstiden kan beregnes ud fra denne formel:

𝑡𝑖𝑑 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔

å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑡𝑗𝑒𝑛𝑒𝑠𝑡𝑒

Investeringsomkostningen vil først blive beregnet i denne case.

Investeringsomkostningerne i offline filterne fra GreenOil, er fundet i afsnittet ”Implementering

af offline filter frem for centrifuge”. Jeg har nedenfor opsummeret omkostningerne ved denne

installation.

Figur 41 Offline filter indkøb (Skjærris, 2015)

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑜𝑓𝑓𝑙𝑖𝑛𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 = 72.000 + 1.318 + 6.000 = 79.318 𝑘𝑟

En anden investering der er benyttet for, at opnå en årlig besparelsen i denne business case er,

at installere en elektrisk forvarmer til opvarmning af hovedmotoren i stilstand. Tilbuddet jeg

har indhentet er fra Christian Berner A/S, som kan tilbyde mig en 101 kW forvarmer fra Elwa.

Omkostningerne til den elektriske forvarmer er fundet i afsnittet ”Løsningsforslag til

opvarmning af hovedmotoren”. Det har ikke været muligt for mig at finde ud af, hvad

installationen vil koste med flanger og tilhørende ventiler. Jeg har derfor antaget en værdi på

20.000kr. Den samlet installationsomkostning til den elektriske forvarmer, er følgende:

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝐹𝑜𝑟𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 = 129.000 + 20.000 = 149.000 𝑘𝑟

Den samlede investeringsomkostning med en årlig besparelse på 117.128 𝑘𝑟 er følgende:

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 = 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝐹𝑜𝑟𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 + 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑜𝑓𝑓𝑙𝑖𝑛𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟

79.318 + 149.000 = 228.318 𝑘𝑟

Tilbagebetalingstiden vil derfor være:

𝑡𝑖𝑑 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔

å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑡𝑗𝑒𝑛𝑒𝑠𝑡𝑒 =

228.318 𝑘𝑟

117.020 𝑘𝑟 = 1,9 å𝑟

Page 62: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 61 December 2015 Magnus Bang

Business case 2

I det andet løsningsforslag, vil det blive taget i betragtning, at smøreoliecentrifugen skal

erstattes med et offline filtre fra GreenOil. I stedet for den elektriske forvarmer til

hovedmotoren, skal der i denne business case benyttes overskudsvarme fra hjælpemotorenes

HT kølesystem til opvarmning af hovedmotoren. Der vil igennem denne business case

redegøres for den årlige omkostning til kedlen og hjælpemotorerne efter driftsændringen.

Der henvises til Excel regnearket i det efterfølgende hyperlink Business case 2.

Årlig omkostning til smøreolie centrifuge Det samme er gældende her om i den første business case.

Årlig omkostning til den oliefyrede kedel før- og efter driftsændring Det samme er gældende her om i den første business case.

Årlige omkostning, GreenOil Filter

Filter indsatser 13.000 Kr.

Olie tab 660 Kr.

Filter affald 500 Kr.

Reservedele 4.240 Kr.

Arbejdstimer 180 Kr.

Total 18.580 Kr.

Årlige omkostning for centrifugen

Sludge produktion 14.977 Kr.

Oil tab - Kr.

Vand 262 Kr.

Reservedele 26.234 Kr.

Arbejdstimer 3285 Kr.

Total

44.758 Kr.

Årlige omkostning til kedeldrift før driftsændring

Brændstofforbrug pris 864.123 Kr.

Total 864.123 Kr.

Årlige omkostning til kedeldrift efter driftsændring

Brændstofforbrug pris 347.132 Kr.

Total 347.132 Kr.

Page 63: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 62 December 2015 Magnus Bang

Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring Det samme er gældende her om i den første business case.

Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring Der vil i dette afsnit være ændringer i forhold til case 1. Belastningen på nettet vil fremadrettet

være væsentlig lavere pga., at den elektriske forvarmer er erstattet med overskudvarme fra

hjælpemotorerne. Dog vil den årlige omkostning i brændstof være mere end før, pga.

merudgiften til MGO.

Der henvises til afsnittet ”Anker- og havneoperationer uden kedeldrift”.

Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring

Brændstofforbrug pris 2.649.075 Kr.

Total 2.649.075 Kr.

Opsummering Ved at gå væk fra centrifugen og benytte et offline filter fra GreenOil, vil der være en årlig

besparelse på følgende:

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 = 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑒 𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 – 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔

44.758 − 18.580 = 26.178 𝑘𝑟

Derudover vil der være en årlig besparelse på kedlen, ved blot at starte op i kedlen døgnet før

at hovedmotoren skal startes op på HFO. I havne- og ankeroperationer, vil skibet benytte MGO

på hjælpemotorerne.

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 = 𝐾𝑒𝑑𝑒𝑙𝑑𝑟𝑖𝑓𝑓ø𝑟 – 𝐾𝑒𝑑𝑙𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟

864.123 − 347.132 = 516.991 𝑘𝑟

Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring

Brændstofforbrug pris 2.472.039 Kr.

Total 2.472.039 Kr.

Page 64: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 63 December 2015 Magnus Bang

Hjælpemotoromkostningen vil i dette scenarie være lavere end før pga. en reduceret last på

nettet, men vil stadig have en årlig merudgiften på grund af en yderligere omkostning til MGO

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑚𝑒𝑟𝑢𝑑𝑔𝑖𝑓𝑡𝐴𝐸 = 𝐻𝑗æ𝑙𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑓ø𝑟 – 𝐻𝑗æ𝑙𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟

2.472.039 − 2.649.075 = −177.036 𝑘𝑟

Samlet set giver det en årlig fortjeneste på følgende:

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 + Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒𝑘𝑒𝑑𝑒𝑙 + Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑚𝑒𝑟𝑢𝑑𝑔𝑖𝑓𝑡𝐴𝐸

Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑏𝑒𝑠𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙𝑠𝑒 = 26.178 + 516.991 − 177.036 = 366.133 𝑘𝑟

Tilbagebetalingstid Da denne driftsændring ikke er uden omkostning, vil jeg nedenfor redegøre for, hvor lang

tilbagebetalingstid, der er ved denne ændring.

Tilbagebetalingstiden kan beregnes ud fra denne formel:

𝑡𝑖𝑑 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔

å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑡𝑗𝑒𝑛𝑒𝑠𝑡𝑒

Investeringsomkostning vil først blive beregnet i denne case.

Investeringsomkostningerne i Offline filterne fra GreenOil, er fundet i afsnittet

”Implementering af offline filter frem for centrifuge”. Jeg har nedenfor opsummeret

omkostningerne ved denne installation.

Figur 42 Offline filter indkøb (Skjærris, 2015)

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑜𝑓𝑓𝑙𝑖𝑛𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 = 72.000 + 1.318 + 6.000 = 79.318 𝑘𝑟

En anden investeringsændring, der er foreslået i denne business case, for at opnå en yderligere

årlig besparelse, er at udnytte overskudsvarmen fra hjælpemotorerne til opvarmning af

hovedmotoren. Jeg har valgt, at adskille de to systemer med en pladeveksler. Omkostningerne

samt indkøb af rør er fundet i afsnittet ”Valg af varmeveksler samt beregninger”.

𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑓𝑜𝑟𝑣𝑎𝑚𝑒 𝑡𝑖𝑙 𝑀𝐸 = 42.995 𝑘𝑟

𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔 = 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝐹𝑜𝑟𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑟 + 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑙𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔𝑜𝑓𝑓𝑙𝑖𝑛𝑒𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟

79.318 + 42995 = 122313𝑘𝑟

Tilbagebetalingstiden vil derfor være:

𝑡𝑖𝑑 =𝐼𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑜𝑚𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑖𝑛𝑔

å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑡𝑗𝑒𝑛𝑒𝑠𝑡𝑒 =

122.313 𝑘𝑟

366.133 𝑘𝑟 = 0,33 å𝑟 = 4 𝑚å𝑛𝑒𝑑𝑒𝑟

Page 65: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 64 December 2015 Magnus Bang

Analyse af målinger og måleinstrumenter

KWh-måling på hjælpemotorerne

Effekten jeg har målt i de forskellige driftssenarier, tager udgangspunkt i kWh måleren, der er

placeret i kontrolrummet på hver hjælpemotorstyretavle. Brændstofforbruget tager

udgangspunkt i to flowmålere, der sidder og måler differencen af brændstoffet på indgange og

udgange af hjælpemotorerne.

I henhold til driftsændringen i anker- og havneoperationer, har jeg valgt at beregne effekten

som det formodes af se ud i de forskellige driftsscenarier. Effekten tager udgangspunkt i den

virkelige effekt på hjælpemotorerne, hvor jeg så har trukket de følgende forbrugere fra, som

ikke er nødvendigt at have i drift. Det har desværre ikke været muligt for mig, at måle den

eksakte effekt på de forskellige forbrugere, da jeg ikke har haft brugbart måleudstyr med

ombord. Jeg har derfor været nødsaget til at tage den nominelle effekt på forbrugerne, og

derefter fastlagt, at de forskellige forbrugere, er belastet med 75% af deres nominelle effekt.

Måleudstyret Effektforbruget er målt med et Multi-instrument MIC-2 fra DEIF, som

i følge DEIF har en nøjagtighed på 0,5% (DEIF, nd). Instrumentet er

vist til højre, og bliver benyttet dagligt ved manøvre og udfyldning af

maskindagbog. Jeg vil derfor betragte måleinstrumentet værende

validt.

Brændstofmålingen er fortaget med en Yokogawa flowmåler,

modeltype DY Vortex Flowmeter. Flowmåleren har en

måleusikkerhed på 0,75%. (Yokogawa Eletric, 2015) Instrumentet

bliver nulstillet og kalibreret hver 6. Måned ombord.

Desuden bliver dette instrument også dagligt benyttet, når

middagstallene skal noteres i logbogen samt ved manøvre. Jeg vil

derfor betragte dette instrument værende validt.

Figur 43 kW-måler - Torm Lene (Eget arkiv)

Figur 44 Flow måler - Torm Lene (Eget arkiv)

Page 66: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 65 December 2015 Magnus Bang

Målmetoder Formålet med målingen er, at klarlægge hvor meget energi, der bliver brugt i de forskellige

driftssituationer, som Torm Lene kan befinde sig i. Jeg har foretaget hver måling i min. et døgn,

for at få målingen til at stemme overens med den virkelige drift. Målingerne er foretaget i

perioden fra den 28. februar 2015 til den 25. april 2015. Den er foretaget af den vagtgående

maskinmester og indskrevet i logbogen.

Reliabilitet og validitet af målingerne Jeg anser denne måling som værende meget nøjagtig. Målingerne er foretaget over en lang

periode, for at gøre resultaterne mere virkelige. Der kan selvfølgelig forekomme skrivefejl i

logbogen, eller være foretaget forkert aflæsning på måleudstyret. Derudover har

omgivelsestemperaturen også indflydelse på målingerne. Her tænkes der på aircondition og

start og stop af denne. Jeg har valgt at afgrænse mig fra denne omgivelsestemperatur.

Flow måling

Aflæsning af flow på smøreoliecentrifuge Jeg har benyttet flowskalaen til, at finde smøreolieflowet der løber igennem centrifugen. Det

har ikke været muligt for mig, at måle usikkerheden ved

denne flowskala. Da alle smøreolieprøverne på

hjælpemotorerne har været fine, anser jeg det for at

centrifugen renser tilstrækkeligt. Flowmanometeret

bliver jævnligt trykkalibreret, derfor anser jeg målingen

værende pålidelig.

HT forvarmer flow Jeg har udført en test den 24. juli 2015, hvor jeg har fundet differenstrykket hen over pumpen.

Trykket før og efter er aflæst på manometeret nede ved HT forvarmer pumpen. Derefter har

jeg i pumpetabelen for den tilhørende pumpe aflæst pumpens flow.

Reliabilitet og validitet af flow målingerne Det har ikke været muligt for mig, at eftertjekke med en ultralydsflowmåler om flowet stemmer

overens, men efter som at pumpen er i god stand samt at manometrene jævnligt bliver efterset

og trykkalibreret, anser jeg målingen værende pålidelig. For at opnå en større reliabilitet skal

målingerne foretages flere gange i forskellige driftssituationer og omgivelsestemperaturer.

Figur 45 Flowmåler - AE Smøreolie - Torm Lene (Eget arkiv)

Page 67: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 66 December 2015 Magnus Bang

Temperaturmåling

Aflæsning af temperatur på smøreoliecentrifuge Temperaturen på indløbstemperaturen på smøreolien er aflæst på centrifugens kontrolpanel.

Målingen er foretaget fra en PT100 føler, som sender et signal op til PLC’en. Temperaturføleren

bliver jævnligt eftertjekket ved hjælp af et varmekalibreringsinstrument. Jeg har ikke foretaget

eftertjek ombord, men jeg har med en optisk temperaturmåler (IR) målt, at temperaturen

stemte overens.

Aflæsning af temperatur HT hovedmotor For at beregne energien, som det kræver at holde hovedmotoren

varm, var vi nødsaget til at kende temperaturen før - og efter

dampforvarmeren. Før - og efter dampforvarmeren er der integreret

et kviksølvtermometer, hvor målingen er forholdsvis valid. Målingen

er eftertjekket med en optisk temperaturmåler.

Aflæsning af temperatur på hjælpemotorsmøreolie For at klarlægge energiforbruget i forvarmeren, skulle jeg benytte

indgangstemperaturen på smøreolien til dampforvarmeren. Jeg har i den

forbindelse benyttet en optisk temperaturmåler til at bestemme denne

temperatur. Jeg har antaget instrumentet til at være relativt pålideligt.

Jeg har eftertjekket med smøreolietemperaturen i sumpen, som kan

aflæses på kontrolpanelet til hjælpemotorerne.

Fejlkilder ved IR måling Støv og snavs i luften forstyrre temperaturmålingen. Afstanden fra måleudstyret til mediet man

måler, bør derfor være så kort som muligt. Derudover er smøreolietemperaturen nok ikke helt

den samme som temperaturen på røret, som jeg har målt på.

Reliabilitet og validitet af temperatur målingerne Igennem de temperaturmålinger, som jeg har foretaget mig under mit praktikophold, har jeg

ikke taget forbehold for maskinrumstemperaturen samt søvandstemperaturen. Dette giver

selvfølgelig nogle uklarheder vedrørende de fundne målinger. For at opnå en større validitet

Figur 47 Optisk måler Torm Lene (eget arkiv)

Figur 46 Kviksølvtermometer HT (Eget arkiv)

Page 68: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 67 December 2015 Magnus Bang

skal målingerne gentages i forskellige områder med forskellige søvandstemperaturer og

maskinrumstemperaturer. Ud fra dette, ville man kunne se om den tilførte effekt til

hovedmotoren skulle være højere. Jeg vil dog stadig forvente ved benyttelse af

overskudsvarmen fra HT-kølevandet fra hjælpemotorerne, at der er nok energi til rådighed.

Smøreoliemåling

Smøreolieprøver på hjælpemotor Jeg har ombord på Torm Lene foretaget alle olieanalyserne på hjælpemotorerne. Derudover har

jeg også kalibreret testinstrumentet, som kan ses nedenfor. Testinstrumentet er kalibreret med

sampleolie, hvor TBN værdien er kendt fra producenten. Målingerne bliver udført ugentligt på

samme måde hver gang. Derudover bliver der også sendt analyser i land, som bliver analyseret

hos Shell. Prøverne er taget på samme måde hver gang, og jeg har fulgt fabrikantens anvisning

i hele perioden. Jeg går ud fra at målingerne, der er udført før mig, er gjort på samme måde.

Årsagen til, at prøverne bliver sendt hjem skyldes at udstyret, som man har ombord, kun giver

en indikation på, hvis der er noget galt. Derudover er det ikke muligt at analysere for forskellige

forureningskilder ud over vand og jern i olien.

Smøreolieprøver på hovedmotor Jeg har desuden redegjort for hovedmotorens offline filter for, at se om filteret virkede

tilstrækkeligt, lige som centrifugen. I den forbindelse har jeg analyseret på dataanalyserne fra

Shell laboratoriet fra perioden januar 2015 til september 2015. I denne periode har centrifugen

indtil den 23. april været i drift og i den efterfølgende periode har offline filter fra CJC været i

drift. Jeg antager målingerne som værende pålidelig, da det er et professionelt oliefirma (Shell),

som lever af at analysere på disse olier. Det vil heller ikke være muligt for mig, at eftertjekke

om analyserne stemmer overens.

Figur 48 Smøreolie prøver - Torm Lene (Eget arkiv)

Page 69: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 68 December 2015 Magnus Bang

Reliabilitet og validitet af målingerne Olieprøvemålingerne er foretaget på samme måde i hele perioden, hvor jeg har været ombord.

Test udstyret er kalibreret jævnligt. Målingerne, som der er foretaget inden jeg er påmønstret,

har jeg betragtet som værende valide.

Page 70: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 69 December 2015 Magnus Bang

Konklusion

Der er igennem dette bachelorprojekt redegjort for muligheden ved, at opnå en økonomisk

besparelse ombord på Torm Lene. Dette er gjort ved at ændre på kedlens driftstimer og benytte

MGO i havne- og ankeroperationer.

Jeg har givet en analyse af skibets forbrugere samt, hvordan driften har været i perioden 2015.

Jeg har fået klargjort muligheden for at stoppe kedlen, samt belyst konsekvenserne ved dette. I

den forbindelse har jeg belyst muligheden for, at erstatte hjælpemotorens smøreoliecentrifuge

med et filtersystem fra GreenOil. Jeg har givet et løsningsforslag til to forskellige

opvarmningsmuligheder til hovedmotoren i stilstand. Det første løsningsforslag tager

udgangspunkt i en elektrisk opvarmningsmetode, mens det andet løsningforlag tager

udgangspunkt i udnyttelse af spildvarmen fra hjælpemotorenes HT kølevandssystem. Det er

samtidig beregnet, for Torm Lenes hjælpemotorer, hvad den forventede årlige merudgift er i

form af ændret last på nettet samt en øget brændstof pris til MGO.

Med denne løsning er det muligt i største delen af tiden, at undgå kedeldrift i anker- og

havneoperationer. Jeg har ud fra to business cases belyst, hvilken økonomisk betydning det vil

have for Torm. Det viser sig, at med det løsningsforslag, hvor jeg erstatter smøreoliecentrifugen

med filterrensning og derudover benytter overskudsvarmen fra hjælpemotorenes HT-

kølevand til opvarmning af hovedmotoren, vil Torm Lene opnå en årlige besparelse på 366.133

kr. i forhold til år 2015. Dermed vil der blot være en tilbagebetalingstid for

installationsomkostningerne på ca. fire måneder.

Page 71: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 70 December 2015 Magnus Bang

Perspektivering

Under udarbejdelse af det grønne energi optimeringsforslaget i anker- og havneoperationer

ombord på Torm Lene, er det nærliggende at perspektivere til hovedmotoren, når skibet sejler

på de syv have. Det vil være miljømæssigt korrekt, at implementere rensningssystemer som

scubbersystemer og SCR-katalysator. Derudover kunne benyttelse af en renere

forbrændingsolie også være en mulighed. Dette vil være relevant i forhold til de skærpede krav

vedrørende SOx og NOx og partikel udledning, der ligger i vente for alle skibe fremadrettet.

De ovenstående rensningssystemer vil have en høj implementeringsomkostning, mens

benyttelse af en renere forbrændingsolie, vil betyde en øget årlig brændstofomkostning. For at

opveje den yderligere driftsomkostning, kunne en mulig besparelse være at etablere

akselgenerator på hovedmotoren, og dermed reducere brændolieforbrug på hjælpemotorerne

når skibet sejler. Det vil her være oplagt, at se på hvilken løsningstype, der vil være passende

for Torm Lene, og om det vil være muligt at installere en akselgenerator på hovedmotoren samt

hvilke økonomiske konsekvenser det vil have for skibet.

Page 72: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 71 December 2015 Magnus Bang

Bibliografi Alfa Laval. (18. 11 2015). Drev. Hentet 19. 11 2015 fra drive.google.com:

https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJRlZuM0ZaYmppd28/view?usp=sharing

Alfa Laval. (nd). M6 Alfa Laval. Hentet 23. 11 2015 fra www.alfalaval.com: http://www.alfalaval.com/globalassets/documents/products/heat-transfer/plate-heat-exchangers/gasketed-plate-and-frame-heat-exchangers/m6_pdleaflet_pct00115en.pdf Bang, M. (11. 11 2015). Drev 1. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJZ1dpOUV5V3NWcm8/view?usp=sharing Bang, M. (17. 11 2015). Drev 10. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJNklHNTl1RWd4YVE/view?usp=sharing Bang, M. (04. 11 2015). Drev 11. Hentet 04. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJeDNXaFNweUNJRG8/view?usp=sharing Bang, M. (1. 11 2015). Drev 2. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJR21ZSEFwdFB0Q00/view?usp=sharing Bang, M. (1. 11 2015). Drev 3. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJaGh1Sktyb3Q2TFU/view?usp=sharing Bang, M. (11. 10 2015). Drev 4. Hentet 11. 11 2015 fra Drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJSlZyNC0xVGRPVFE/view?usp=sharing Bang, M. (13. 11 2015). Drev 5. Hentet 13. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJcldtTjdWWERIdjg/view?usp=sharing Bang, M. (17. 11 2015). Drev 6. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJNnpsUDBQaWg5TG8/view?usp=sharing Bang, M. (17. 11 2015). Drev 7. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJVGZEbktVbGJIeVE/view?usp=sharing Bang, M. (11. 11 2015). Drev 8. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJSlZyNC0xVGRPVFE/view?usp=sharing Bang, M. (11. 11 2015). Drev 9. Hentet 17. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJSlZyNC0xVGRPVFE/view?usp=sharing BunkerWorld. (2015). BunkerWorld. Hentet 2. 11 2015 fra www.bunkerworld.com: http://www.bunkerworld.com/prices/ Børsen. (nd. nd nd). karrierelink. Hentet 1. 10 2015 fra Børsen: http://karrierelink.borsen.dk/jobsoeger/soeg_virksomhed/virksomheder/112/torm.html

Page 73: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 72 December 2015 Magnus Bang

CJC. (27. 5 2015). Marine Lube oil Purifier. Hentet 30. 10 2015 fra CJC.dk: http://www.cjc.dk/products/marine-lube-oil-purifier/ DEIF. (nd). Drev - Magnus Bang. Hentet 16. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJd2lIMGhRM2YwRGc/view?usp=sharing Det Økologiske Råd. (2011). fokus på miljø, regulering og erhverspotentialer . København N, DK: Det Økologiske Råd. DNV. (21. Feb 2011). LNG for Greener Shipping in North America. Hentet fra http://blogs.dnvgl.com/: http://blogs.dnvgl.com/lng/2011/02/lng-for-greener-shipping-in-north-america/ Elwa. (nd). KVE preheating unit. Hentet 05. 11 2015 fra Elwa.com: http://www.elwa.com/rtr-units/kve-preheating-unit/ Eriksen, A. B. (2012). Termodynamik. København K: Nyt Teknisk forlag. Euroinvestors . (13. 11 2015). Valutakurser. Hentet 13. 11 2015 fra http://www.valutakurser.dk: http://www.valutakurser.dk Green Oil. (1. 2 2014). Drev - Magnus Bang. Hentet 14. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJb3pyX3FNQnpXc1k/view?usp=sharing Group, G. (nd). Westfalia Separator Mineraloil Systems. Hentet 29. 10 2015 fra supercentrifugas: http://www.supercentrifugas.com.br/downloads/westfalia/Westfalia_modelo_OSD-6_-_Dados_tecnicos.pdf Heilmann, T. (2009). Pumpedrift og energi. Holte, DK: Heilmanns Forlag. Hoffmann, R. J. (29. 10 2015). Telefonisk interview. (M. Bang, Interviewer) IMO. (2015). Sulphur oxides (SOx) – Regulation 14. Hentet 3. 11 2015 fra IMO: http://www.imo.org/en/OurWork/Environment/PollutionPrevention/AirPollution/Pages/Sulphur-oxides-(SOx)-–-Regulation-14.aspx Jørgensen, P. (2013). Håndbog for Maskinmestre 1. København K, Dk: Maskinmestrenes Forening . Kuiken, K. (2012). Controlable-Pitch Propellers. PJ Onnen, Holland: Target Global Energy Traning. Kvist automation. (2013). boiler upgrade - Torm/ L-class. NA: Frank Kvist Iversen .

Page 74: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 73 December 2015 Magnus Bang

Laval, A. (18. 11 2015). Drev - Magnus Bang. Hentet 19. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJRUE1bXhiYVhrdzA/view?usp=sharing Lene, T. (nd). Drev . Hentet 25. 11 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJNDh2UnZqbUhvZWc/view?usp=sharing MAN Diesel & Turbo. (dec 2011). Basic Principles of Ship Propulsion. Hentet 21. 10 2015 fra marine.man.eu: https://marine.man.eu/docs/librariesprovider6/propeller-aftship/basic-principles-of-propulsion.pdf?sfvrsn=0 Marine Traffic. (22. 7 2015). http://www.marinetraffic.com. Hentet 28. 9 2015 fra http://www.marinetraffic.com/en/ais/details/ships/shipid:159722/mmsi:220620000/vessel:TORM%20LENE Maritime Protection. (Nd). www.maritimeprotection.no. Hentet 19. 10 2015 fra maritimeprotection: http://www.maritimeprotection.no/inert-gas-generator.html Miljøstyrelsen. (2011). Fuel Oils – General Aspects. Hentet 11. 11 2015 fra mst.dk: http://www2.mst.dk/common/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/Publications/1998/87-7909-173-3/html/kap04_eng.htm Shell Marine Products . (2012). AD systems . Hentet 28. 10 2015 fra Ad systems analysis and dianosis systems: http://www.adsystems-sa.com/sources/rla-guide.pdf Shell. (nd). Shell Argina And Advanced Oil Stress Management. Hentet 09. 11 2015 fra Shell.com: http://www.shell.com/global/products-services/solutions-for-businesses/marine-products/products/lubricants/argina.html Shell Rapid Lubricants analysis. (22. 9 2015). Drev - Magnus Bang. Hentet 2015. 11 2 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJM1hTOFE2ckEwMlU/view?usp=sharing Skjærris, T. (29. 9 2015). Green oil filter. (M. Bang, Interviewer) Torm. (2015). Voyage and Oil Report. Hentet 19. 10 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJZkhzRXNDN0dQRUE/view?usp=sharing Torm A/S. (6. 3 2013). Purifying the L.O in generator engines on Torm Vessel. Hellerup, 2900, DK. Torm Lene. (2015). Drev - Magnus Bang . Hentet 28. 10 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJQVdUSWpLV1kxZlE/view?usp=sharing Torm Lene. (u.d.). drive.google. Hentet 26. 10 2015 fra drive.google.com: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJaF8wZXcxWFV2QzQ/view?usp=sharing

Page 75: ENERGIOPTIMERING TORM LENE - Aarhus …campus.aams.dk/pluginfile.php/3581/mod_data/content/5189... · Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: ... Incinerator 20 ... (SECA) 24 NO

Side 74 December 2015 Magnus Bang

Wärtsila. (3. 1 2006). drive.google.com. Hentet 20. 10 2015 fra drive.google.: https://drive.google.com/file/d/0B3LZSC8E8YFJc0pKak1VeENlRkk/view?usp=sharing WÄRTSILA. (2006). Engine Documentation Sulzer RT-Flex50. Winterhur, Switzerland: Wärtsilä Switzerland Ltd. Wärtsila AUXPAC. (u.d.). maintenance Manual (Auxilary generating set, type 520W4L20-1740W9L20). Finland : Wärtsilä Finland Oy. Wärtsila Generating Sets. (2014). WÄRTSILÄ AUXPAC PRODUCT GUIDE . Vaasa , Findland: Wärtsilä, Ship Power Technology . Wärtsilä . (1 2013). Produck Guide Wärtsilä 20. Hentet 09. 11 2015 fra http://www.wartsila.com: http://www.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines-generating-sets/medium-speed-engines/wartsila-o-e-w-20-pg.pdf?sfvrsn=3 Yokogawa Eletric. (15. 7 2015). Geberal Specifikations . Hentet 06.12 2015 fra www.appliedmc.com: http://www.appliedmc.com/content/images/YEWFLO%20spec%20sheet%20_2014.pdf