To main content

Energy Use and Energy Efficiency Potential on Passenger Ships

Abstract

Energisystemer på passasjerskip har tradisjonelt vært basert på fossile brensler, som bidrar til store CO2-utslipp. Hovedfokuset har vært på å forbedre fremdriftssystemet på skip, mens fokus på å redusere energiforbruk i hotellsystemet har vært mangelfullt. Hotellsystemet på passasjerskip står for opptil 40 % av energiforbruket. For å effektivt redusere klimagassutslipp fra passasjerskip, er det derfor også viktig å ta hensyn til hotellsystemet. Denne masteroppgaven er en del av prosjektet CruiZE (Cruising towards Zero Emissions), som er et samarbeid mellom SINTEF Energi, NTNU, Carnival Corporation & plc, samt norske leverandører av skipsutstyr og designløsninger. Det overordnede målet til CruiZE er å redusere energiforbruket til hotellsystemer på passasjerskip gjennom innovative designløsninger. Målet med masteroppgaven er å analysere energiforbruket på passasjerskip og mulige energisparingsløsninger, ved hjelp av bygningssimuleringsverktøyet IDA ICE. Hotellsystemet til et cruiseskip ble modellert i IDA ICE, hovedsakelig basert på Color Lines skip Color Fantasy. Først ble viftekonvektorer med ubegrenset oppvarming og kjøling brukt i modellen. De første resultatene ble sammenlignet med energiforbruk på referanseskipene MS Birka Stockholm og et stort cruiseskip. Modellen ble deretter kalibrert ved å øke energiforbruket til tappevann og redusere ventilasjonsmengden i store kjøkken. Dette ga et totalt årlig energiforbruk på 19,2 MWh/passasjer for skipets hotellsystem. Energibehovet for fremdrift ble funnet å være 0,156 kWh/ALB-km. ALB (available lower berth) er tilgjengelige underkøyer, satt til to per lugar. Etter kalibrering ble det utført en analyse av forskjellige måter å dimensjonere viftekonvektorer. Det resulterende termiske miljøet var omtrent likt ved bruk av design værdata i varme- og kjølesimuleringer og ved bruk av maksimal varme- og kjøleeffekt fra en årssimulering. For de fleste soner bortsett fra vaskerommet, kan viftekonvektorene være betydelig underdimensjonert uten å påvirke det termiske miljøet. Dimensjonering av viftekonvektorene påvirket ikke skipets årlige energiforbruk i vesentlig grad. Skipets energiforsyningssystem, bestående av motorer og kjeler, ble tatt hensyn til gjennom etterbehandling av simuleringsdataene i MATLAB. To forskjellige brensler ble vurdert: marin gassolje (MGO) og flytende naturgass (LNG). En varmtvannstank på 150 m3 ble inkludert for å utnytte all ubrukt gjenvunnet varme fra motorer i MGO-skipet. Tanken ble også brukt til å redusere maksbehovet for kjeler fra 12,3 til 9,2 MW. Flere energisparingsscenarier ble undersøkt for å finne deres effekt på energiforbruket og maks. energibehov. Av de undersøkte løsningene ga varmegjenvinning i ventilasjonen, VAV (variable air volume) ventilasjon og en luft-til-vann-varmepumpe de største reduksjonene i brenselforbruk. På MGO-skipet ble kjelenes årlige brenselforbruk redusert med henholdsvis 30, 23 og 66 %. Den økonomiske lønnsomheten ble undersøkt for å finne løsningene som mest sannsynlig vil være egnet for implementering i et cruiseskip. Alle løsningene var mer lønnsomme på MGO-skipet enn på LNG-skipet, på grunn av at mer varme blir gjenvunnet fra LNG-motorer og at MGO er dyrere. Varmegjenvinning i ventilasjonen var tydelig lønnsomt på begge skip med en nåverdi over dobbelt så høy som investeringskostnadene. En luft-til-vann-varmepumpe var veldig lønnsom bare på MGO-skipet. Løsninger med periodevis redusert oppvarming hadde mindre reduksjoner i brenselforbruk, men de vil sannsynligvis være lønnsomme på grunn av lave investeringskostnader. VAV-ventilasjon var ikke lønnsomt nok til å anbefale. I videre arbeid kan modellen brukes til å undersøke effektiviteten til andre energisparingsløsninger. Dette kan inkludere varmepumper som bruker lavtemperatur vann om bord som varmekilde, dampproduserende varmepumper, og en kombinasjon av varmepumper og termisk energilagring.
Read the publication

Category

Master thesis

Language

English

Author(s)

Affiliation

  • SINTEF Energy Research / Termisk energi
  • Norwegian University of Science and Technology

Year

2021

Publisher

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet

View this publication at Norwegian Research Information Repository