MODELO GLOBAL APLICADO A DIFERENTES TIPOS DE BUQUES · VICUS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS S.L. VIGO 1 MODELO GLOBAL APLICADO A DIFERENTES TIPOS DE BUQUES. TEFLES is funded by the European

VICUS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS S.L. VIGO

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MODELO GLOBAL APLICADO A DIFERENTES TIPOS DE BUQUES

TEFLES is funded by the European Union within FP7-THEME 7 - Transport (including aeronautics)

Grant Agreement Number: 266126

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INTRODUCCIÓN - Buques a analizar - Aproximación tradicional vs optimizada - Puntos de vista: armador, suministrador, astillero - Ejemplos - Tipo de buque y misión: CTV, RORO, Offshore - Perfil operacional - Escenario. - Aproximación optimizada - Metodología: resistencia, seakeeping, propulsion, maquinaria - Cómo se conecta? - Configuraciones - Resultados - Que más podemos hacer?

INTRODUCCIÓN

DEFINE

METODOLOGÍA

RESULTADOS


BUQUES ANALIZADOS: Ro-Ro

ROLL ON – ROLL OFF


BUQUES ANALIZADOS: Offshore


BUQUES ANALIZADOS: CTV

CREW TRANSFER VESSEL


INTRODUCCIÓN Locura: hacer lo mismo una y otra vez esperando resultados diferentes.

Albert Einstein

RETOS DIFERENTES DEBEN SER RESUELTOS DE MANERA DIFERENTE

-Nuevas tecnologías cambiando muy rapidamente -Huella de carbono -Cambio de escenarios operacionales -Nuevas demandas de mercado -Nueva reglamentación -Precio de la energía -COMPETENCIA

http://www.brainyquote.com/quotes/authors/a/albert_einstein.html�


ASTILLERO - DISEÑADOR El astillero busca la forma más económica de construir el buque. Los principales objetivos son precio y plazo -Rápido -Dentro del presupuesto -Sin problemas que puedan afectar a costes o plazos -Solo importa lo que está en la especificación y firmado -No lo van a operar ni pagar las facturas PREGUNTAS - ¿Se investiga como han desempeñado sus funciones los diseños anteriores? - ¿Conoce el astillero cómo responde un diseño determinado en ciertos escenarios? - ¿Cómo está el astillero posicionado en un mercado cambiante y altamente competitivo? - ¿Puede el astillero ofrecer algo nuevo en términos de rendimiento/desempeño en servicio? - ¿Buque hecho a medida? - BIG PLAYERS & NEW PLAYERS


ARMADOR

Quiere un buque eficiente para un propósito específico. Durante la fase de diseño solo especifica determinadas condiciones. -Lo quiere rápido -Lo quiere dentro del presupuesto -Influenciado por proyectos similares de sus competidores -La especificación del buque es un documento contractual con muchos detalles pero en el que no se contemplan aspectos importantes. - La configuración técnica está muy afectada por lo que es conocido y lo que los proveedores suministran. PREGUNTAS - ¿Investiga el armador cómo desempeña realmente su buque? - ¿Conoce el armador cómo responde un diseño determinado en ciertos escenarios? - ¿Es buena idea pedir al astillero un análisis de rendimiento y garantías? - ¿Pero puede el armador predecir los escenarios futuros? - ¿Debo tener en cuenta alternativas tecnológicas actuales y futuras? ¿Cuántas?


FLETADOR Quiere una buena eficiencia de transporte y buena disponibilidad. Esto implica alcanzar las prestaciones y capacidad al mínimo coste. - Pide múltiples detalles antes de fletar, “Quiere conocer” - Interesado en más de un escenario. - La relación armador-fletador bloquea ciertas inversiones - Podría querer un buque más “verde” o eficiente si se lo demandasen sus clientes.

EL ARMADOR NECESITA INFORMACIÓN PARA PODER VENDER SUS SERVICIOS EN UN MERCADO COMPETITIVO


INTERESES COMUNES

Adecuado para el servicio

Coste de construcción razonable

Optimizado en términos de consumo y emisiones

Fletador / armador

Astillero


APROXIMACIÓN Tradicionalmente los buques se diseñan para una condición y una velocidad. En la fase de diseño los sistemas de propulsión se dimensionan para esa condición. Peor rendimiento en las otras condic. (peor BSFC, más mantenimiento, etc) La hidrodinámica del buque está también influenciada por esta condición de operación independientemente de las verdaderas condiciones operativas y de carga del buque en su vida operativa. La propulsión se ve afectada por la misma problemática. La demanda de potencia se incrementa en las demás condiciones

Surge limit

Torque limit

Engine speed limit

BSFC reduction

Engine speed [rpm] Po

wer

[kW

]

BSFC

[g/k

Wh]


APPROACH

TECNOLOGÍAS ESCENARIOS

COSTES: -Combustible, tripulación, mantenimiento -Inversión

RENDIMIENTO: -Que esperar -Puntos operación maquinaria -Márgenes -Uso de capacidades disponibles Toma la decisión

correcta

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BUQUE 1: RO -RO

• RoRo Características principales

• Lpp: 128 m

• B: 22.65 m

• Calado de diseño: 7.07 m

• Velocidad de diseño: 20.4 kn

• Potencia instalada: 14480 bkW @ 500 rpm

• Propulsor: CPP con generador de cola

• Auxiliares: 2 x 750 kWe @ 1500 rpm

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Ruta

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Packs CPP

1. Medidas operacionales • Reducción de velocidad • Ajuste de la inyección • Optimización de trimado • Mando combinado

2. Reducción de emisiones a través de mejoras hidrodinámicas y propulsivas • Timón adaptado a la estela • Bulbo de proa • Pinturas

3. Alto impacto pero alto coste (I) • After treatment • Cold ironing

4. Mayor impacto y mayor coste (II) • Mando combinado • Baterías para hibridación • Cold ironing • After treatment • Sistema de refrigeración

5. LNG (Planta principal y auxiliares)

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Marcha libre y Maniobra

Fuel Consumption [t]

CO2 total [t]

SOx total [t]

PM total [Kg]

NOx total [Kg]

Caso Base 195 607 9.75 257 14.8

Operac. 176 548 8.8 233 13.2

Hidro. 177 550 8.8 227 13.3

Alto imp. 196 611 0.362 27 1.58

Max. imp. 174 540 0.26 23 1.3

LNG 139 433 0.0 0 1.41

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Consumo en marcha libre y maniobra

195,2

176,2 176,8

196,3

173,7

139,2

Fuel Consumption (T)

Fuel Consumption Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

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Emisiones en marcha libre y maniobra

607.001,0 547.930,2 549.745,9

610.605,6 540366,9

433087,9

CO2 total (Kg)

CO2 Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

14.844,3 13.266,4 13.342,5

1.585,5 1.307,0 1.415,1

NOx total (Kg)

NOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

9.758,1 8.808,5 8837,7

362,0 260,6 0,0

SOx total (Kg)

SOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

251,6 232,6 227,3

26,89 23,0 0,0

PM total (Kg)

PM

Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

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Puerto

Fuel Consumption [T]

CO2 total [Kg]

SOx total [Kg]

PM total [Kg]

NOx total [Kg]

Caso Base 3.80 12092 7.7 191.0

Operac. 3.80 12092 7.7 191.0

Hidro. 3.80 12092 7.7 191.0

Alto imp. - 3382 4.1 5.8

Max. imp. - 2798 3.4 4.8

LNG 2.85 9069 0.00 19.10

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Consumo en puerto

3,8 3,8 3,8

2,85


Fuel consumption Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

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Emisiones en puerto

12.092,9 12.092,9 12.092,9

3.382,6 2798,2

9069,70

CO2 total (Kg)

CO2 Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

191,0 191,0 191,0

5,8 4,8 19,10

NOx total (Kg)

NOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

7,7 7,7 7,7

4,1 3,4

0,00

SOx total (Kg)

SOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5

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BUQUE 2: Offshore

• Lpp= 55m • B= 13.7m • D= 4.9 m Comparativa CPP vs DE en varios escenarios

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Escenarios simplificados

A B C D

20% 12 35% 13 30% 12 25% 13

40% 8 40% 4 50% 5 25% 12

40% 5 20% 3 20% 4 25% 11

20% 0 5% 0 0% 0 25% 10

Campaña: 1 mes

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Resultados

176,2

163,6

156

158

160

162

164

166

168

170

172

174

176

178


CPP Diesel Electric

214,4

205,6

200

202

204

206

208

210

212

214

216


CPP Diesel Electric

175

165

160

162

164

166

168

170

172

174

176


CPP Diesel Electric

291,5

297,6

288

289

290

291

292

293

294

295

296

297

298

299


CPP Diesel Electric

A B C D


BUQUE 3: CREW TRANSFER VESSEL Tipo de buque y misión: Buque de apoyo a parques eólicos offshore.

Caract. Principales: Loa= 21m B=7.5 m D=2.8m

Propulsion 2x735 kW @ 2100 rpm 2x FP propeller 2x Aux. Gensets 11kW


PERFIL OPERACIONAL Perfil:

Time Gap [min] v [kn] % time

7:00 Leaving the port 5 10 0.7% Trip to windfarm 55 20 7.4%

8:00 Arrival at the windfarm 28 10 3.7% Positioning windmill 1 2 5 0.3%

8:30 Transfering to windmill 1 20 0 2.7% Sailing from windmill 1 to windmill 2 8 10 1.1%

9:00 Positioning windmill 2 2 5 0.3% Transfering to windmill 2 20 0 2.7% Sailing from windmill 2 to windmill 3 8 10 1.1%

9:30 Positioning windmill 3 2 5 0.3% Transfering to windmill 3 20 0 2.7% Sailing from windmill 3 to windmill 4 8 10 1.1%

10:00 Positioning windmill 4 2 5 0.3% Transfering to windmill 4 43 0 5.7%

10:45 Stopped 300 0 40.1% 15:45 Engine Start 15 0 2.0% 16:00 Positioning windmill 4 2 5 0.3%

Transfering from windmill 4 50 0 6.7% Sailing from windmill 4 to windmill 3 8 10 1.1%

17:00 Positioning windmill 3 2 5 0.3% Transfering from windmill 3 20 0 2.7% Sailing from windmill 3 to windmill 2 8 10 1.1%

17:30 Positioning windmill 2 2 5 0.3% Transfering from windmill 2 20 0 2.7% Sailing from windmill 2 to windmill 1 8 10 1.1%

18:00 Positioning windmill 1 2 5 0.3% Transfering from windmill 1 20 0 2.7% Sailing in the windfarm 8 10 1.1%

18:30 Return trip 55 20 7.4% Entering the port 5 10 0.7%

100.0% total [min] 748.00 total [h] 12.47

time % Average speed

[kn] amidships draught

[m] Power [kW]

Energy [kWh]

Leaving the port 0.67% 10 1.62 175 15 Trip to windfarm 7.35% 20 1.62 1401 1284 Arrival to windfarm 3.74% 10 1.62 175 81 Sailing in the windfarm 3.21% 10 1.62 175 70 Positioning 1.07% 5 1.62 22 3 Transfer to windmill 13.77% 0 1.62 1470 2524 Stopped 40.11% 0 1.62 0 0 Engine start 2.01% 0 1.62 0 0 Positioning 1.07% 5 1.62 20 3 Transfer to ship 14.71% 0 1.62 1470 2695 Sailing in the windfarm 4.28% 10 1.62 157 84 Return trip 7.35% 20 1.54 1260 1155 Entering the port 0.67% 10 1.54 157 13


PERFIL OPERACIONAL Perfil de velocidad:

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Spee

d (k

n)

Time (min)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tota

l Pow

er (k

W)

Time (min)

Perfil de potencia:

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Spee

d (k

n)

Time (min)

28 www.vicusdt.com

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Power [kW] Energy [kWh]

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PERFIL OPERACIONAL

Condiciones de alta energía


METODOLOGÍA Modelo 3D Resistencia del buque Códigos CFD potencial y viscoso


METODOLOGÍA Comportamiento en la mar FEM y CFD Propulsion Diseño y análisis de la hélice con CFD Maquinaria Propulsion y generacion Integración en el simulador para analizar los diferentes perfiles operacionales


COMO SE CONECTA? Modelo Simulink

Salidas adicionales

-Emisiones -Energía -Reparto de carga -Etc


CONFIGURACIONES ESTUDIADAS

CONVENCIONAL Motores diesel acoplados con

reductora

DIESEL-ELECTRICA Grupos DG pequeños

2 motores eléctricos de propulsion

HÍBRIDA Planta convencional con diesel

desembragable y motor eléctrico PTI

Original FPP

FPP diseñado

para 20 kn

CPP


CONFIGURACIONES ESTUDIADAS

Propulsion Estudiadas dos configuraciones de hélices de paso fijo Hélices originales EAR=1.06 D=1.028m P=1.05m Z=5 Hélice modificada para velocidad inferior (Mayor diámetroMenos EAR Mejor rendimiento) Ambos CPP y FPP


CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Convencional FPP Auxiliares

Main SWBD

Aux. Eng G

Main engine R.G

Main engine R.G

Aux. Eng G


CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Diesel-Eléctrica FPP

E.M.

E.M.

Main SWBD

Aux. eng

Aux. eng

Aux. eng

Aux. eng

G

G

G

G

Consumidores auxiliares


CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Híbrida FPP

R.G

BATTERIES

Estrategia híbrida: -Propulsión eléctrica cuando navega dentro del parque (baterías 800Ah). -Opción: Propulsión eléctrica con potencia suministrada por los grupos

E.M Main engine

w/ clutch


RESULTADOS

1250

1300

1350

1400

1450

1500

Total Consumption (Kg)

Kg

CONSUMO DIARIO

Original FPP FPP for 20 kn CPP Diesel-Electric Hybrid

Comparativa consumo total:

-2%

0%

2%

4%

6%

8%

10%

Savings (%)


QUÉ MAS PODEMOS HACER?

-Auditoría energética de buques existentes

-Aumenta el número de escenarios analizados

-Incluye el estado de la mar (Montecarlo)

-Aumenta el número de tecnologías

-Diseño para retrofitting

-Investiga más conceptos de casco (SWATH, trimaran, híbridos, etc.)

-Compara cifras de ahorros ofrecidas por los suministradores

-Correcciones por el efecto de las prácticas de los patrones y personal de

máquinas.

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GRACIAS!

Vicus Desarrollos Tecnológicos S.L. Av. Beiramar 77 1 °

36202 – VIGO – SPAIN

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T: +34 886113547

Adrián Sarasquete

[email protected]

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