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.