Optimeringsgrundlag på Vædderen Peter Jørgensen

Transkript

1 Optimeringsgrundlag på Vædderen Peter Jørgensen Juni 2010

2 Titelblad Titel: Udarbejdet af: Fagområde: Skole: Optimeringsgrundlag på Vædderen. Peter Jørgensen Studienummer Klasse B6 Maskinmesterstudiet Borggade Århus C Antal normalsider: 30 normalsider á 2400 anslag ekskl. Resumé, forord, fodnoter, bilag og litteraturliste Opgavens Art: Vejleder: Bachelorprojekt Maskinmester Flemming Hauge Pedersen Afleveringsdato: 11 juni 2010 Praktiksted: Søværnet, inspektionsskibet Vædderen (F359) Praktikperiode: 25 januar til 9 april 2010 Kontaktperson: Orlogskaptajn Thomas KOK Teknikofficer/Maskinchef Vædderen Peter Jørgensen Maskinmesterstuderende 2

3 Abstract This report is a bachelor project made as part of the education to become a marine engineer on Aarhus School of marine and technical engineering. This project is based on the Danish naval vessel Vaedderen (Vædderen). It is a study of the fuel consumers onboard the vessel. It is the purpose of this study to give the crew onboard the vessel some knowledge in some of the major fuel consumers onboard the vessel, and how economical the vessel is. Then the crew may be able to reduce the amount of fuel consumed onboard the vessel. This subject is chosen because the Danish Defense is looking for possible places to save money. Vaedderen is a Danish build naval vessel. It s a type of ship that patrols the areas around the Faroe Islands and Greenland. The Danish Navy process a total of four vessels of this type, known as the Thetis class. One of these vessels is always present at Greenland and one at Faroe Islands. Vaedderen is build to cope with the harsh weather in the North Atlantic. It is equipped with three main engines that are connected to a special gear connected to a single propeller. It is also equipped with a shaft generator and three auxiliary engines. It has two boilers for heating, and a chiller plant for cooling. Furthermore the ship has two reverse osmoses plants, that can produce sufficient fresh water for the crew. Vaedderen was commissioned in The result of the study proves the following: Of the 249m 3 gasoil used onboard Vaedderen in marts 2010, 60,1m 3 are used by the auxiliary engines and the shaft generator. Further 29,5m 3 are used by the ships central heating system. The remaining 159,4m 3 are used for propulsion. It also proves, that running with the shaft generator at anchor is expensive compared to running with an auxiliary engine. And the process of making fresh water is not as expensive as believed by the crew. Furthermore it is shown, how the results from the study can be used to examine the consequences in fuel consumption. By using the results found in the study of the vessel, this is proved through an example, where it is calculated how much fuel there can be saved, if the crew remembers to switch off the light. In a part of the report it is examined, whether it is possible to save some of the fuel spend on cooling the ship. The reason for choosing the cooling onboard the vessel is that the studies of the ship have shown that the cooling plant is a major consumer. The cooling plant consume 20% of the fuel spent on electricity, even though the vessel is patrolling the waters around Faroe islands, where the water and air temperature is below the temperature, that is required to cool down the equipment onboard the vessel (10 o C). The study of the chiller proves the following: If the chiller plant and a heat exchanger are modified to work together, there will be a decrease in the amount of fuel spent on cooling the ship. The seawater around the vessel will be covering some of the need for cooling. 3

4 Indholdsfortegnelse 1.Forord Introduktion, problemformulering og afgrænsning Beskrivelse af vædderen Drift analyse af F359 Vædderen Brændstofforbrug for en hjælpemotor Brændstofforbrug for en akselgenerator Forbrugstal Vand Forbrugstal Varme Forbrugstal Køling Udregning på det samlede forbrug Perspektivering Hvad med det klassiske sluk lyset råd? Afsluttende bemærkning til driftannalyse af forbrugstallene Delkonklusion forbrugstal Drift optimering på Chiller anlæg Gennemgang af anlægget Drift analyse Forsøg: Undersøgelse af chilleranlæg under drift Forsøg: Undersøgelse af balastning på brine Forsøg: Med at omstille til pladeveksler Optimeringsforslag Risikovurdering i forhold til optimeringsforslag Delkonklusion Måleudstyr Konklusion Litteraturliste BILAG BILAG BILAG

5 1.Forord Jeg har i løbet af praktikopholdet, haft min daglige gang i teknisk division. Her har jeg fulgt skibets maskinofficerer i deres daglige arbejde. Jeg vil gerne rette en stor tak til Teknikofficer/ Maskinchef Thomas Kok, der har indvilget i, at have mig med, og den store hjælp jeg har fået til min opgave, på trods af at skibet var under tilrigning en del af perioden. Derudover vil jeg også gerne rette en stor tak til skibets øvrige besætning, der under hele mit praktikophold har fremstået professionelt og yderst hjælpsomme, samt de udsendte montører fra forsvarets køle og pneumatik værksted. 5

6 2. Introduktion, problemformulering og afgrænsning. Grundlaget for dette emnevalg er mit praktikophold ombord på inspektionsskibet Vædderen. Her har jeg haft mulighed for at følge skibets besætning under udrustning og klargøring til togt samt følge et togt til Færøerne, hvor vi blev afløst af en anden besætning. Jeg har valgt et emne, der tager udgangspunkt i at undersøge optimeringsgrundlaget for et inspektionsskib. Med et optimeringsgrundlag mener jeg tal og oversigter over forbrug. Dette emne har jeg valgt af flere årsager. Dels findes der ikke en dybdegående analyse af forbruget, som omfatter skibets hjælpemaskineri. Og dels fordi grundlaget for optimeringen kan belyse de reelle driftsomkostninger, der er forbundet ved et inspektionsskib af Thetis klassen. Sagt på en anden måde: hvad bruger skibet brændstoffet til? Selve ideen med en optimeringsrapport kommer af de besparelser, der skal findes i forsvaret i denne tid. Jeg kan ikke finde konkrete udtalelser fra forsvarschefen, men hele den offentlige debat m.m. gør, at jeg finder dette område relevant. 1 Det er mit eget indtryk, at der ikke altid ledes de rigtige steder, da en del driftoptimeringer i forsvaret rammer personellet, der er i den forreste linje. Her tænker jeg ikke på de tjenestegørende soldater i Afghanistan m.m. men på det personel, der løser en lang række opgaver i danske områder, herunder Færøerne og Grønland. Det sidste nye tiltag, da jeg var ombord, er at det overvejes at spare et stykke frugt pr. medarbejder i sommerperioden 2. Derudover oplevede jeg en omfattende kanibalisering af andre skibe. Dette må siges at være en uhensigtsmæssig måde at skaffe reservedele på, da pågældende enhed på sigt skal ud at sejle igen. 3 Problemformulering Rapporten vil løbende behandle nye problemer og gradvist afgrænse sig til et optimeringsforslag på baggrund af de fundne resultater. Rapporten beskæftiger sig med følgende overordnede problemer: Hvordan bruges brændstoffet ombord på Vædderen? Er det muligt at optimere driften, uden at det går ud over opgaveløsningen? Hvordan kan analysen bruges aktivt til driftsoptimeringer? Afgrænsning og metode Rapporten er opdelt i flere dele: En indledende del, hvor jeg kommer med en introduktion til Vædderen, dens besætning og teknik m.m. En overordnet analysedel, hvor jeg vil lave en analyse af de store forbrugere på skibet, dels for at klarlægge forbruget i forhold til optimering, og dels for at finde et interessant område at optimere ud fra. En optimeringsdel, hvor jeg undersøger en af de fundne forbrugere, med henblik på et optimeringsforslag, som vil kunne bruges på skibet. 1 og Bogen: Industriel og maritim vedligehold 6

7 Rapporten er baseret på imperisk dataopsamling under mit praktikophold. Der regnes ikke med usikkerheder på måleudstyr, men derimod altid på Best case i forhold til forbrug og optimering, dette vil sige, at en eventuel besparelse vil værre større end det udregnede. Under afsnittet om måleudstyr, er det brugte fastmonterede og håndholdte måleudstyr beskrevet. Målemetoder: De anvendte fastmonterede termometre, er blevet kontrolleret indbyrdes, hvor disse gav den samme visning, og efterkontrolleret af det infrarøde termometer. Alle fastmonterede amperemetre er kontrolleret ved brug af tangamperemetret. Der har under disse kontroller været overensstemmelse imellem visningen på det brugte måleudstyr og det brugte fastmonterede måleudstyr. Tangamperemetret er ydermere kontrolleret ved brug af testtavle i el værkstedet (EL-SHOPPEN). Der vil ikke blive fokuseret på det miljømæssige aspekt i denne rapport, og der vil heller ikke blive lavet analyser med det formål at redegøre for, om det kan svare sig at indkøbe helt nye komponenter og systemer, så som udstødningskedler, røggasrensningsanlæg m.m. Dette er valgt, da Vædderen er et ældre skib, med 20 år på bagen, samtidigt med at der i denne rapport skal fokuseres på optimering i forhold til de eksisterende anlæg, og ikke implementering af nye. Der vil ikke komme uddybende forklaringer til en del af elektronikken ombord på Vædderen, da dette er militært og ikke må omtales i detaljer. Alle personer, der er interviewede og citerede i denne rapport, er anonyme. Deres identitet er dog forfatteren bekendt. Dette sker efter ønske fra besætningen. Der vil dog blive brugt titler som f.eks. Næstkommanderende, i et vist omfang. Der er udarbejdet en liste over de personer fra besætningen, som indgår som kilder og med citater m.m, og denne liste vil blive medbragt til eksaminationen af denne rapport til forevisning for censor og vejleder. Alle tal der bruges i denne rapport, er aflæste i dokumentationen, på måleinstrumenter eller direkte fra fabrikantens prøveskemaer. Bagerst i rapporten er der et kapitel over det brugte måleudstyr, samt en litteraturliste over brugt litteratur og kilder. En del af den anvendte dokumentation, er søværnspublikationer. Dette angives med et søværnspublikationsnummer (SVN PUB). Skibsorganisationsbogen for Thetis-klassen, benyttes som kilde til forhold der vedrører besætningens sammensætning, skibets opbygning m.m. Denne anvendes efter aftale med Næstkommanderende på Vædderen, og der angives ikke sidetal. Rapporten er baseret på, at læseren har en grundlæggende viden indenfor skibe, det maritime sprog og maskinområdet. 7

8 3. Beskrivelse af vædderen Optimeringsgrundlag ombord på Vædderen Vædderens navn og våbenskjold: 4 Figur 1 Vædderen og rapportens forfatter i Tverå på Færøerne Inspektionsskibet VÆDDEREN er bygget på Svendborg Værft som nybygning nr Det er tildelt det internationale kaldesignal OUEW og NATOskrognummer F 359. Skibet er søsat den 21. december 1990 og navngivet den 7. september 1991 af Færøernes lagmand Atli Dam. Afleveringen til søværnet fandt sted den 9. december 1991, og den 9. juni 1992 indgik VÆDDEREN i Flådens tal, samtidig med at kommandoen hejstes for første togt. VÆDDEREN er adopteret af byerne Odense, Godthåb (Nuuk) og Tverå. VÆDDEREN var ekspeditionsskib for GALATHEA III Et orlogsskib har tidligere båret navnet VÆDDEREN, ligeledes et inspektionsskib. Navnet har herudover ikke været anvendt af flåden, men der findes en omtale i år 1630 af en 6-kanoners galej, der hed FLYVENDE VÆDDER. Galejen havde en besætning på 23 mand. Citat fra Skibsorganisationsbogen ombord på vædderen. Figur 2: Vædderens våbenskjold 4 Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen. SOB THET-KL 8

9 Vædderens data: 5 Vædderen er den tredje enhed i Thetis-klassen. Klassen er opkaldt efter det første skib i serien, Thetis. Vædderens hoveddata er som følger: Længde 112,5m LPP 99,75m Dybgang 5,83m Besætning 53mand (107 køjer ombord på Vædderen) Hovedfremdrivning 3 stk B&W á 2940kW Hjælpemaskineri 3 stk Detroit á 400kW 1 stk akselgenerator 1800kW Propeller CPP KeMeWa Nødfremdrivning Azimut thruster SRO Lyngsø marine SCSS (Ship Control Suvaillance System) Beholdninger 520m 3 F-75 Gasolie 47,3m 3 F-44 Helofuel 100m 3 Ferskvand Vædderen er forsynet med dobbeltskrog og er forstærket til issejlads. Skibet er i stand til at modstå hård overisning. Vædderen er udstyret med to gummibåde (RIB) og kan medbringe en helikopter. Besætning 6 Besætningen ombord er inddelt i divisioner med hver deres fagområde. Der er fem Thetis klasse besætninger i søværnets 1.eskadre, og de er alle er i stand til at betjene de fire Thetis-klasser, søværnet råder over. Desuden er der en vedligeholdelsesbesætning, der tilknyttes det skib, der er oplagt. Teknisk division, i daglig tale T-DIV, ledes af Teknikofficeren (maskinchefen). Derudover udgøres ledelsen i T-DIV af en Vedligeholdelsesofficer (1.mester) med ansvar for vedligeholdelsessektionen og skibets vedligehold. En Driftofficer (2.mester) med ansvar for skibets fremdrivning og maskineri. Han er også ansvarlig for driftsektionen, og har til sin hjælp en maskinbefalingsmand. Derudover er der på Vædderen en Elektroofficer (3.mester) med ansvar for de elektriske systemer ombor, med undtagelse af elektronikken i våbensystemer og radar. Ydermere er der en forsyningsbefalingsmand, der er ansvarlig for bestilling af reservedele, værktøj m.m. Skibets øvrige organisation, vil ikke blive beskrevet, da beskrivelsen har til formål at give en indsigt i skibets teknik og maskinbesætning. Skibet returnerer ikke til basehavn, hver gang der er besætningsudskiftning. Den besætning, der skal overtage, flyves ud til skibet, og flyet returnerer til Danmark med den afløste besætning. For at dette kan lade sig gøre, sendes en gruppe nøglepersoner af sted fra den besætning, der skal overtage skibet. Disse 5 Brugermanual for Thetis-klassen bind 1/ Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen SOB THET-KL 6 Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen SOB THET-KL 9

10 personer ankommer til skibet cirka en uge før besætningsomskiftningen. Nøglepersonellet fra den nye besætning får så overlevering m.m. indtil at den afgående besætning afgår fra skibet. På Vædderen er der udfærdiget en liste over alle skibets systemer. Denne liste kan så tjene til huskeliste for maskinofficererne, når de laver overlevering. Samtidigt kan de indsætte overleveringen for de enkelte systemer direkte i dokumentet. En typisk udmønstring for en besætning i Thetisklassen er omkring 10 uger. 7 Hovedfremdrivning 8 Teknisk er skibet opbygget med tre B&W hovedmaskiner på hver 2940kW, Disse er sammen med skruen forbundet til et fællesgear. Dette giver en god fleksibilitet i forhold til driftsikkerhed samt muligheden for at udnytte hovedmaskineriet. Når skibet sejler, kan der vælges mellem variable omdrejninger på skruen eller faste omdrejninger på skruen. Når der er valgt faste omdrejninger på skruen, kører hovedmaskineriet og gearet med faste omdrejninger, og skibet kan få sin strøm fra akselgeneratoren, der er koblet til gearet. I konstante omdrejninger er hovedmaskineriet låst til en belastningskurve ved 561omdrejninger i minuttet af hensyn til akselgeneratorens frekvens. Dette betyder, at den maksimale ydelse for en hovedmaskine er låst til 55% af maksimal belastning. Der skal derfor sejles i variable omdrejninger, hvis den fulde ydelse ønskes(100%). Af Figur 3 fremgår lastbegrænsningskurven, hvor hovedmaskineriet i synkrone omdrejninger ligger på den stribede linje, der er mærket synkron. Figur 3 Lastbegrænsningskurve for hovedmaskineriet I hårdt vejr eller/og med variable omdrejninger kan akselgeneratoren dog ikke bruges, da frekvensen så svinger for meget. Her bruges i stedet en eller flere af skibets hjælpemotorer. Udover skruen har skibet en azimutpropel, der kan sænkes ned under skibet. Denne kan dreje 360 grader og kan bruges både til hjælp ved særlige manøvrer og som reserve, hvis der er problemer med skruen. Denne bruger dog en del strøm 7 Næstkommanderende Vædderen. 8 Brugermanual for Thetis-klassen Bind 2 10

11 og er ved drift skilt fra skibets øvrige net. Dette vil sige, at den forsynes fra akselgeneratoren, mens resten af skibet forsynes via skibets generatorer. Udover hovedmaskineriet til fremdrivning og azimutten er skibet udstyret med en bowpropel. Figur 4 viser skibets maskinkonfiguration med de tre hovedmaskiner, et gear, en propel, og en akselgenerator. Placeringen af skibets hjælpemotorer kan ses af samme figur. Figur 4 Vædderens maskinkonfiguration Hjælpesystemer 9 Skibet har en række hjælpesystemer, der gør det muligt at leve på skibet samt drive dette hensigtsmæssigt. Vædderen er udstyret med 3 generatorsæt (hjælpemotorer), der hver kan yde 600kVA/480kW. Disse forsyner skibet med strøm, når vædderen ligger i havn, eller akselgeneratoren ikke bruges. Til nødsituationer er der en nødgenerator i forskibet, der kan drives uafhængigt af skibets maskinrum. Til behandling af de forskellige affaldsprodukter har skibet en incinearator til afbrænding af spildolie og affald, samt en lastvandsseperator til at rense vand fra maskinrummene før dette lænses overbord. Derudover er der et spildevandsbehandlingsanlæg, hvor en aktiv bakteriekultur behandler spildevandet fra toiletter og afløb, før det rensede vand ledes overbord. Til opvarmning af skibet er der et centralvarmeanlæg, der består af to oliefyrede kedler på hver 930 kw. Desuden kan en del af spildvarmen fra hver af de tre hovedmotorer genbruges i centralvarmesystemet, i stedet for at lede denne varme i havet. Denne proces er dog ikke automatisk, og kræver at der stilles om på en række ventiler, hver gang der er start og stop af en hovedmaskine. Foruden opvarmning af skibet, varmer centralvarmesystemet også det varme vand samt stillestående hovedmaskiner. Til køling af radar, ventilation, sensorer og våbensystemer m.m. er der en brine på vædderen. Brinen køles enten af en pladeveksler eller af skibets to chillere. Brinen køles dog oftest af skibes to chillere, da der er 9 Brugermanual for Thetis-klassen Bind 3 11

12 erfaring med opstartsproblemer sammenholdt med, at det er en manuel proces, når der skiftes imellem pladeveksler og chiller. Til ferskvandsproduktion er der på skibet to omvendte osmoseanlæg, der samlet kan forarbejde 14m 3 søvand til ferskvand i døgnet. Dette afhænger dog af vandets saltholdighed og temperatur. Vædderen er udstyret med to stabiliseringssystemer, et finnestabiliseringssystem samt et tankstabiliseringssystem kaldet et interingsystem. Derudover er der en række nødsystemer, proviantkøleanlæg, styremaskine, skumkanoner, lænsesystemer m.m. SCSS 10 Til overvågning af skibet er der lavet en styring, i daglig tale kaldet SCSS. Dette står for Ship Control Survaillance System og er et system fra Søren T. Lyngsø. Fra SCSS kan størstedelen af maskineriet ombord overvåges, og alle vitale pumper og hydrauliske ventiler kan betjenes på SCSS. Forsyninger Vædderen får alle forsyninger med undtagelse af brændstof og proviant igennem forsvarets lager. Forsyningsbefalingsmanden bestiller de dele der mangler, og disse dele sendes så op til skibet. 11 Jeg tror på baggrund af mine erfaringer fra praktikken, at dette er et område, der rummer et enormt potentiale i forhold til optimering og besparelser for forsvaret. Det vil dog være for omfattende at komme nærmere ind på forsyningsstrukturen i denne rapport. Afsluttende bemærkninger til denne beskrivelse af Vædderen. Dette var en kort gennemgang af Vædderen og dens besætning, logistik m.m. Jeg har i denne gennemgang forsøgt at fremhæve de vigtigste indtryk fra min praktik samt give et overordnet billede af skibets opbygning og virke. Det sidste, jeg vil fremhæve, er skibets alder. Vædderen er en ældre dame med 20 år på bagen. Jeg tror derfor, at optimeringer skal findes i de små ændringer og måske automatiseringer af eksisterende anlæg, samt på driften af skibet. Dette vil det efterfølgende også bære præg af, når jeg kigger på nogle af skibets forbrugere. 10 Brugermanual for Thetis-klassen bind 3 11 Forsyningsbefalingsmanden Vædderen 12

13 4. Drift analyse af F359 Vædderen For at kunne optimere på et inspektionsskib i søværnet har jeg valgt først at kigge på skibets opgaver og opbygning, for at få et billede at skibets operationsmønster og forskellige systemer. I særdeleshed de forskelle der er i forhold til et standard handelsskib, der er i rute fra A til B og måske C i hele skibets karriere. Et inspektionsskib af thetis-klassen er af hensyn til skibets opgaveløsning udstyret med en masse radar- og sensorsystemer, samt en forholdsvis stor besætning. Skibet er desuden robust opbygget og vil under dets opgaveløsning udføre en række vidt forskellige opgaver 12. Dette stiller store krav til maskineriets fleksibilitet og evne til at omstille sig hurtigt fra rutinesejlads til søredning, fiskeriinspektion, helikopterflyvning eller sågar kamphandling. Skibet opererer primært i kolde farvande, hvor der er store forekomster af is i vinterperioden samt dårligt vejr. Men Thetis-klassen har også flere gange været sydpå 13. Vædderen er underlagt søværnets 1.eskade. Skibets primære opgave er i skibsorganisationsbogen oplyst til at være følgende: 14 Suverænitetshævdelse Søredningstjeneste og bugsering Fiskeriinspektionstjeneste ved Grønland og Færøerne Stationstjeneste ved Grønland og Færøerne. Denne tjeneste omfatter bl.a.: Personeltransport af raske og syge såvel med skib som helikopter Materieltransport Ydelse af lægeassistance såvel i land som til skibe Ydelse af materiel- og brandslukningsassistance såvel i land som til skibe Isbrydningsassistance Søopmåling dog kun med særlig udrustning Havmiljøovervågning Kommandoskib Eskorteskib Øvelsesvirksomhed, forberedelse til opgaver i krig og krise Der er altid et inspektionsskib ved Grønland, samt et inspektionsskib eller inspektionsfartøj omkring Færøerne. 15 Eventuelle optimeringer som følge af denne analyse må ikke bevirke, at skibet ikke kan løse sine opgaver. 16 Under mit ophold på Vædderen har jeg opsamlet en masse data og haft en del samtaler med personellet ombord. Ikke al opsamlingen gik som forventet, da skibet er genindsat i aktiv tjeneste efter at have været lagt op i cirka 2 år. Dette betød, at jeg har måttet søge information om skibet ved leverandører og Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen SOB THET-KL Næstkommanderende Vædderen 13

14 forsvarets værksteder. Jeg har af samme årsag haft mangel på måleudstyr. Den manglende tekniske dokumentation og måleudstyr er bestilt til skibet. 17 For perioden 1marts til 31 marts er der i AUM registreret følgende forbrug på Vædderen m 3 gasolief-75 Det daglige forbrug aflæses hver dag af driftofficeren på baggrund af en pejling taget i skibets setlingstanke. Herefter indføres dette i skibets automatiske maskinjournal (AUM). 19 I samarbejde med Teknisk division på Vædderen er jeg kommet frem til følgende områder, der anses interessante i forhold til forbruget på Vædderen. EL: brændstofforbrug for henholdsvis hjælpemotor og akselgenerator. Alt ombord kræver strøm, lige fra lamper og ventilation, til det vakuum, der gør, at man kan trække ud i toilettet. Varme: brændstofforbrug for opvarmning af skibets centralvarmesystem m.m. Dette er den eneste forbruger udover hjælpemotorerne og hovedmotorerne, der bruger brændstof. Drikkevand: brændstofforbrug til fremstilling af en ferskvandvand. Det anses på skibets som en dyr metode til behandling af vand. 20 Køling: brændstofforbrug på køling af skibet. Al elektronik m.m. bortleder store mængder varme, og det formodes at være en stor del af det samlede elforbrug, der går til dette. Ingen af disse tal er umiddelbart kendte af skibets besætninger eller fremgår af skibets dokumentation. Der forelægger dog en række cirka tal i flere af de små håndbøger, der er lavet gennem skibets levetid. Der er dog ingen dokumentation for disse tal eller information om, hvordan man er kommet frem til disse tal. Det samlede forbrug pr. dag er kendt. Dette forbrug varierer alt efter opgaveløsningen og inkluderer hovedmaskineriet. Der vil derfor blive lavet en analyse af hjælpemaskineriets forbrug inklusiv akselgeneratoren. Skibets har marts måned 2010 været under tilrigning på flådestation Frederikshavn, samt sejlet patrulje omkring Færøerne, hvor Vædderen stadig befandt sig d.31 marts. Af nedenstående figur fremgår Vædderens aktiviteter i hovedtræk, for marts måned Aktivitet Antal timer Procent Sejlads ,1 % Ankring ,6 % Flådestation Frederikshavn ,4 % Færøerne Torshavn ,1 % Færøerne Langesand 6 0,8 % Færøerne Tværå 15 2 % 17 Teknikofficer Thomas Kok 18 Tal fra AUM (automatisk maskinjournal) 19 Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen SOB THET-KL 20 Teknikofficer Thomas Kok 21 Vædderens skibsjournal, sammendrag af siderne i marts måned. 14

15 Disse tal er aflæst i skibsjournalen og efterfølgende sammenlagt. Skibsjournalen føres løbende af vagthavende navigatør (Vagt Chefen). 22 Ydermere aflæses det i AUM, at ud af de 152 timer, der er tilbragt ved flådestation Frederikshavn, er 72 timer tilbragt på landstrøm, mens kedlerne i hele perioden har leveret varmen til skibet Brændstofforbrug for en hjælpemotor I forhold til fremtidige optimeringer undersøges hjælpemotorernes ydelse og virkningsgrader, da skibet altid har behov for strøm. I en af de små håndbøger, der ligger i kontrolrummet, og som er lavet af tidligere besætningsmedlemmer, er det oplyst, at en hjælpemotor bruger ca. 60 liter gasolie i timen 24. Der oplyses dog ikke, hvor disse tal kommer fra eller ved hvilket forbrug. Ydermere synes 60liter i timen for en 600kVA/480kWh generator umilddelbart ikke af meget, da selve dieselmotoren er en to-takter. Ifølge maskinmestrenes håndbog 25 ligger en totakters virkningsgrad omkring de 0,5. En hurtig udregning på hjælpemotorens bremseeffekt viser følgende: P bremseeffekt jælpemotor P bremseeffekt jælpemotor = = V gasolie i timen oplyst i gasolie ρ gasolie η teoretisk ,82 0, = 291kW Ovenstående formel er et eksempel på hjælpemotorens effekt, når der udelukkende regnes med den teoretiske virkningsgrad for en to-takts dieselmotor. Som det fremgår, giver en ren teoretisk udregning 291kW bremseeffekt ved 60 liter i timen, uden at der er taget højde for tab i selve generatoren og den wattløse effekt. Det virker derfor ikke realistisk, at brændstofforbruget ligger så lavt. Den brugte virkningsgrad på 0,5 er et erfaringstal, der dog bekræftes af Vædderens maskinbesætning 26. En hjælpemotors virkningsgrad svinger afhængig af belastningen, som logges automatisk af SCSS 200 timer tilbage. Denne log kan vises som en graf på SCSS, Figur 5. Loggen viser, at der er et konstant forbrug på mellem kW. 22 Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen SOB THET-KL 23 Automatisk maskinjournal AUM ombord på Vædderen 24 Thetis klassens teknisk ABC 25 Maskinmestrenes håndbog bind 1, kapitlet forbrændingsmotorer. 26 T-DIV Vædderen, maskinister og maskinmestre. 15

16 Figur 5 graf fra SCSS Grafen i Figur 5 kan være lidt svær at tyde, men på SCSS er der mulighed for at undersøge grafen meget detaljeret. Jeg regner derfor med et gennemsnitligt forbrug på 270kW, som svarer til 56% af fuldlast på hjælpemotoren. Dette underbygges af besætningens erfaringer. 27 Da det oplyste brændstofforbrug for hjælpemotoren virker for lavt, kontaktes firmaet Holm Techno Scan. Her oplyses det, at et hjælpemotorsæt har følgende forbrugstal: 28 Ydelse effekt Forbrug 100 % 480kW 160,3 l/t 75 % 360kW 120,2 l/t 50 % 240kW 84 l/t 25 % 120kW 47,1 l/t Holm Techno Scan er det firma som har leveret hjælpemaskineriet, og som Søværnet har brugt igennem flere år til at servicere Søværnets Detroit motorer. Firmaet regnes som værende nogle af de førende eksperter på det danske marked. 29 De oplyste tal ligger meget langt fra de 60l/t som er oplyst i håndbogen. Holm techno Scan har oplyst tallene på baggrund af en hjælpemotor test i prøvebænk. De oplyste tal vil derfor blive brugt i de efterfølgende beregninger. Det er muligt, at det faktiske tal varierer lidt, efter at hjælpemotorerne blev monteret i skibene, men da der ikke er mulighed for at undersøge dette, anses de oplyste tal som de mest pålidelige. I skibets datablade er følgende oplyst for en hjælpemotor: 30 Generator data, for HJM Cos φ=0,8 S= 600 kva P=480 kw 27 T-DIV Vædderen, maskinister og maskinmestre. 28 Flemming Holm, ved Holm Techno Scan. telefon Teknikofficer Thomas Kok 30 Hovedstrømsskema for inspektionsskibet Vædderen Tegning C 16

17 Hjælpemotorens dieselmotor er en to takts motor, der kører på gasolie (Nato nummer F-75). Der oplyses via leverandøren Statoil følgende data, 31 Dette stemmer som godt overens med tallene fra søfartsstyrrelsens motorpasserbog. 32 Gasolie F-75 Massefylden ρ gasolie =0,82kg/liter Brændværdi h gasolie =42600kJ/kg Da hjælpemotorens effekt og forbrug er kendt, kan der nu udregnes en virkningsgrad for hjælpemotoren. Først udregnes den mængde energi, der tilføres hjælpemotoren. Herefter udregnes den mængde energi, hjælpemotoren leverer til nettet. Til sidst udregnes virkningsgraden. Tilført energi til hjælpemotoren: P tilf ørt = ρ gasolie gaso lie Vgasolie 3600 P tilf ørt ved 100% belast. = P tilf ørt ved 75% belast. = P tilf ørt ved 50% belast. = P tilf ørt ved 25% belast. = Afgivet energi til nettet fra hjælpemotoren: 0, , , , , , , = 1555,4kW = 1166,3kW = 815kW = 547kW P afgivet = P fuldlast belast P afgivet ved 100% belast = = 480kW P afgivet ved 75% belast = 480 0,75 = 360kW P afgivet ved 50% belast = 480 0,5 = 240kW P afgivet ved 25% belast = 480 0,25 = 120kW Nu kan virkningsgraden findes: η = P afgivet P tilf ørt 31 Statoil 32 Motorlære til duelighedsprøve i motorpasning, af Knud H Friis 17

18 η 100% belast = ,4 = η 75% belast = ,3 = 0,309 η 50% belast = = 0,294 η 25% belast = = 0,263 Da virkningsgraderne nu er kendte, og disse ligger indenfor 0,263 til 0,309, vil virkningsgraden herefter blive regnet som værende η hjælpemotor =0,3 da hjælpemotoren, som vist på Figur 5 arbejder i området 270kW svarende til 56 % belastning. Med den fundne virkningsgrad kan brændstofforbruget for en kwh nu regnes ud. Brændstofforbrug pr.kw = 1kW omregnet til kj η Hj ælpemtor gasolie = , = 0,282 kg kw Det fundne resultat passer overens med en udtalelse jeg fik at vide på Vædderen: Citat: Man plejer erfaringsmæssigt at sige der går 282gram pr kwh. (Person A) De fundne resultater anser jeg for værende retvisende modsat de tal, der fremgik af håndbogen 33, da de nuværende tal er blevet til på baggrund af leverandør oplysninger og forbrugsoplysninger logget direkte i SCSS. Afslutningsvis er der fremstillet et datablad for hjælpemotoren med en kurve, der viser sammenhængen mellem belastning og forbrug på en hjælpemotor, samt de fundne resultater. Dette datablad er vedlagt som Bilag 3, og tiltænkt skibets besætning, så de for fremtiden har nogle tal over elforbrug og virkningsgrader Brændstofforbrug for en akselgenerator Formålet med denne del af analysen er at bestemme, hvad det koster at bruge akselgeneratoren. Der findes ingen tal for dette ombord på Vædderen, hverken som datablade eller som små huskeregler. Jeg har under samtaler med besætningsmedlemmer hørt brugen af akselgeneratoren omtalt som gratis energi. 34 Den manglende dokumentation hænger måske sammen med dette, da der ikke er nogen grund til at undersøge noget, der er gratis. Der findes ingen data for virkningsgrader på akselgenerator og gear i skibets tekniske dokumentation, men virkningsgraden på hovedmotoren kan give en ide om hvor økonomisk hovedmaskineriet er. Den samlede 33 Thetis klassens teknisk ABC 34 Person B 18

19 virkningsgrad bør kunne udregnes ud fra en aflæsning på SCSS og ved at benytte data fra hovedmaskineriets bremseprøver. Under de ankringer, jeg har været med til på Vædderens tur til Færøerne, har hovedmaskineriet kørt af hensyn til skibets sikkerhed (hurtig indkobling). 35 Hovedmaskineriet har været i følgende konfiguration under ankring(figur 6): En hovedmotor indkoblet på gearet, i dette tilfælde hovedmotor F, skruen udkoblet, og akselgeneratoren koblet på gearet. Dermed har skibet haft en forholdsvis stor hjælpemotor under ankring. Under en meget lille belastning. Figur 6 Eksempel på maskinkonfiguration under ankring. Under analysen laves alle aflæsninger på SCSS i den beskrevne maskinkonfiguration (Figur 6). Igennem MAN B&W 36 tilsendes der et prøveskema for hovedmotor F ombord på Vædderen. Dette er vedlagt som bilag 2. Følgende er aflæst fra hovedmotor F s prøveskema. 36 Ydelse i % n=o/min P b = Ydelse i kw C b = Brændstoforbrug g/kwh index , ,2 36, ,5 35, ,7 30, ,9 25,2 For gasolien F75 anvendes samme brændværdi som under beregning på hjælpemotoren 37. Med udgangspunkt i data fra prøvekørselen konstrueres en graf over forbruget i forhold til belastning (Figur 7). Forbrugstallene er kun kendt ned til 40 procent, så grafen føres videre ned til tomgangsbelastningen. I denne graf kan nu aflæses forbruget, når hovedmotoren udelukkende trækker akselgeneratoren via gearet. 35 Våbenofficer Vædderen (VBO) 36 Ole Thomsen fra MAN B&W

20 Figur 7: graf over hovedmotor F Der aflæses under drift (Figur 6) følgende for akselgeneratoren og hovedmotor F. Index HVM G2 Ydelse AG Propel Cosφ 24% / 11,5mm 294kW Udkoblet 0,8 Der aflæses et brændstofforbrug på 2,4 l/min på Figur 7. Den tilførte energimængde bliver derfor: P tilf ørt til ovedmotor P tilf ørt til ovedmotor = = m gasolie pr time ρ gasolie gasolie ,4 60 0, Den effekt akselgeneratoren leverer til nettet er aflæst til 294kW = 1397,3kW 20

21 Samlet virkningsgrad for akselgenerator, gear og hovedmotor G2: η AG +Gear +HVM = P afgivet akselgenrator P tilf ørt til ovedmotor = ,3 = 0,21 Denne virkningsgrad er 0,1 dårligere end virkningsgraden for en hjælpemotor. Ved udregning af brændstofforbrug pr. kwh el fra akselgeneratoren giver det: Brændstofforbrug pr.kw = 1kW omregnet til kj η AG+Gear +HVM gasolie = , = 0,4 kg kw Dette er 0,118kg mere pr. kwh i forhold til hjælpemotoren. Maskinbesætningen mener dog, at dette tal vil blive bedre, når skibet sejler (skruen er koblet ind). For at undersøge denne påstand, findes hovedmotorens virkningsgrader, Ved at indsætte tallene fra prøvekørselen i følgende formel: P b 3600 η ovedmotor = P b C b gasolie = Q afgivet HVM Q tilført HVM Dette medfører følgende virkningsgrader: Ydelse i % 40 % 53 % 80 % 85 % 100 % Virkningsgrad 0,425 0,432 0,426 0,424 0,414 Der findes ikke en kurve over virkningsgradens forløb, men det kan dog ses ud af tallene, at virkningsgraden for motoren stiger til et sted i området 53% til 80%, hvorefter denne falder igen. Så en større ydelse, forbedre virkningsgraden, og da motoren er låst til max 55% belastning i konstante omdrejninger, giver dette en forbedring, på hovedmaskinen. Den anden virkningsgrad der kan spille ind, er virkningsgraden på gearet. Når gearet kører i konstante omdrejninger, er der følgende tab: Der er tab til de tvungentrukne pumper, henholdsvis smøreolie, koblings, kølevands, og CCPpumper, samt strålingstab og kølevandstab. Tabene fra pumperne antages at være konstant uanset belastning, da gearet altid kører i faste omdrejninger, når akselgeneratoren er koblet ind. Dette betyder, at effekten tilført pumperne er konstant. 38 Strålingstab og kølevandstab kendes ikke, men dette må dog være relativt konstant, da der ikke ændres på omdrejningerne. Da tabene over gearet er relativt konstante, vil virkningsgraden derfor også stige henover gearet, når der lægges en større ydelse på gearet. 38 Pumpedrift og energi, af Thomas Heilmann 21

22 Virkningsgraden over akselgeneratoren anses som værende konstant da der ikke er ændringer i dennes drift når skibet sejler. 39 Sammenlagt kan det antages, at der vil være en forbedring i den samlede virkningsgrad henover gearet. Der har dog ikke været mulighed at undersøge denne antagelse, da der ikke er udstyr ombord på skibet til at måle effekterne på gearet. Der vil på baggrund af denne antagelse blive regnet med det fundne brændstofforbrug pr. kwh el for en hjælpemotor, da dette med udgangspunkt i de fundne tal må antages at være best case. Samlet har udregningerne dog vist, at der langt fra leveres gratis energi, når akselgeneratoren bruges. De 20 % procent skibet har været opankret, har været i den beskrevne konfiguration (Figur 6 dog skiftende imellem hovedmotor F, G1 og G2) Forbrugstal Vand På vædderen er der to omvendte osmoseanlæg fra Rochem. Disse kan hver især forarbejde 7m 3 søvand til ferskvand pr. døgn. 40 Maskinbefalingsmanden står for den daglige drift, betjening og vedligeholdelse af disse anlæg. Selve osmoseanlæggets opbygning bliver ikke gennemgået, da dette ikke har betydning for de efterfølgende beregninger på elforbruget. Den samlede opbygning af osmoseanlægget og fødepumper m.m. forsynes fra én tavle på Vædderen. Den tilførte effekt kan derfor findes direkte i denne tavle. 41 Osmoseprocessen der benyttes, bliver kaldt omvendt osmose. Omvendt osmose processen afhænger af flere ting, herunder temperatur og saltindhold i saltvandet. Den registrerede mængde ferskvand som anlægget leverer, vil derfor kunne variere alt efter, hvor i verden anlægget benyttes 42. Det skal dog siges, at målingen er taget, mens skibet lå omkring Færøerne, og dette er et område, hvor der er et inspektionsskib en stor del af året. 43 Under drift med et enkelt anlæg er der taget følgende målinger: Spænding Strøm Cos φ Ferskvand i l/h 440V 9,5A 0, Til at udregne mængden af brændstof til en m 3 0,282kg/kWh. ferskvand, regnes der med et brændstofforbrug på 39 Person C og Person B 40 Brugermanual for Thetis-klassen og bekræftet af maskinbefalingsmanden 41 Hovedstrømsskema for inspektionsskibet Vædderen Tegning C

23 Den tilførte el-effekt kan findes med følgende formel 44 : P tilf ørt osmose pr time = I f 3 U n cosφ 3 = 9, ,85 = 10,7kW Denne effekt kan nu bruges til at udregne, hvor meget brændstof der går til at lave en m 3 ferskvand. Brændstof osmose = Brændstofforbrug pr.kw P tilf ørt osmose = 0,282 10,7 = 3,01 kg Da målingerne blev lavet, lavede anlægget 250lilter ferskvand pr time, indsat i følgende formel medfører dette: Brændstofforbrug pr.liter vand = Brændstof osmose Ferskvand l/ = 3, = 0,012 kg l Dette betyder, at der til en m 3 ferskvand skal bruges: Brændstofforbrug pr.m3 vand = Brændstofforbrug pr.liter vand 1000 = 0, = 12 kg m 3 For at lave en m 3 drikkevand skal der dermed bruges 12kg gasolie. Eller 0,012kg brændstof pr liter ferskvand der behandles Forbrugstal Varme For at finde varmeforbruget på centralvarmen regnes der i dette tilfælde på brændstoftilførslen til kedlerne, og der ses bort fra strømmen til kedlerne. Der er to trin på brænderen, trin 1 og trin2. Der er en timetæller på hvert trin, så det er muligt at logge, hvor lang tid kedlen har kørt, i henholdsvis trin 1 og trin2. Der ses bort fra strømmen, da timetællerne logger den periode, hvor der tilføres brændstof til brænderen 45. I databladene for brænderen er der oplyst følgende data: 46 Brænder type Weishaupt MS7Z Trin 1 38 kg/t Trin 2 73 kg/t Når brænderen kører på trin 1 i en time tilfører denne en mængde energi på: Q tilført kedel trin 1 pr time = m gasolie til kedel gasollie = = kJ 44 Elektronik 1, elektricitet og magnetisme, af Poul Erik Petersen 45 Manual over centralvarmeanlæg (kedler) 46 Manual over centralvarmeanlæg (kedler) 23

24 Omregnet til tilført effekt giver dette: P tilf ørt kedel trin 1 = Q tilf ørt kedel trin 1 pr time 3600 = = 449kW Der ses helt bort fra trin to, da timetællerne viser, at dette ikke benyttes. Trin 2 skal vælges manuelt, og en kontrol af timetælleren viser, at denne virker. Det er dog kun Trin 1, der benyttes. For kedlen oplyses, at den har mindst en virkningsgrad på 91%. Da dette er det eneste tal på kedlen, jeg har kunnet finde, og det ikke har været muligt at lave en måling for at efterprøve dette, vil der blive brugt en virkningsgrad på 91%. 47 Denne virkningsgrad kan dog være bedre. 48 Med den oplyste virkningsgrad leveres der følgende effekt til centralvarmeanlægget under drift: P centralvarme = η kedel P tilf ørt kedel trin 1 = 0, = 408,6kW Til en kwh varme skal der derfor bruges: Brændstofforbrug pr kw varme = 3600 η kedel gasolie = , = 0,093 kg kw De 0.093kg/kWh passer godt med den førnævnte virkningsgrad. Set i forhold til prisen på en kwh el, er det også væsentligt billigere at bruge kedlen frem for de elektriske varmelegemer. Der er dog ikke taget højde for den tilførte elektriske effekt, hvorfor det udregnede forbrug må være større, når elforbruget medregnes. Selve motoren på brænderen er på 10kWh Forbrugstal Køling Den sidste større forbruger, som der vil blive regnet på, er de to chiller anlæg, der køler brinen. Disse anlæg fjerner varmen fra AC (ventilationsanlæggene) samt diverse apparatrum m.m. For at finde brændstofforbruget for en kwh køling, findes først COP for chilleren. Der aflæses følgende tal på den kørende chiller og på mærkepladen for den kørende søvandspumpe til chilleren: Tallene er logget d klokken 12. I f U n Cosφ t søvand før t søvand efter m flow søvand Belast Frekvens 37A 440V 0,84 6 o C 9,2 o c 60m 3 /h 33% 50Hz 47 Bilag 1 datablad for kedel 48 Skorstensfejer Søren Bentzen Odder 49 Hovedstrømsskema for inspektionsskibet Vædderen Tegning C 24

25 Flowet er bestemt ud fra AC pumpens mærkeplade (60m 3 /h). 50 Den samlede masse for et sekund udregnes til 16,67kg/sek. m søvand = ρ søvand V søvand kg = 1,025 = 16,67 antal sekunder på en time 3600 sek Nu kan kondensatoreffekten udregnes. Der regnes med en C p =4,19 for søvand. 51 Jeg har ikke kunnet finde en C P værdi for søvand, så jeg vælger at bruge denne værdi. Det er også denne værdi, der er blevet brugt i de maritime valgfag, når der er regnet på søvand. P søvand condensator = m flow søvand C p t søvand efter t søvand før P søvand condensator = 16,67 4,19 9,2 6 = 223kW Så udregnes den til kompressoren tilførte el effekt, som regnes før frekvensomformeren. P kompressor = U n 3 I f 3 cos φ = , = 41kW Dette giver en COP på: COP = P søvand condensator P kompressor = P kompressor = 4,4 Den fundne COP factor er god, da en COP factor over 4 ligger i den gode ende. 52 Den udregnede COP factor, benyttes derfor i efterfølgende beregninger på chilleranlægget. Det har ikke været muligt at få efterregnet COP factoren, hos leverandøren Sabroe, men den fundne COP, blev af Sabroe, vurderet til at være realistisk. 53 Brændstofforbrug pr.kw køleeffekt = 3600 COP η jælpemotor gasoolie = ,4 0, = 0,064 kg kw Det udregnede brændstofforbrug pr kwh køleeffekt er taget i driftområdet 33% (trin1) og ved 50HZ. Ved at logge driften på kompressoren er jeg kommet frem til, at kompressoren befinder sig i dette område størstedelen af tiden under de forhold Vædderen sejlede i, i marts omkring Færøerne. Dato 17/3 18/3 19/3 Klokken Aktivitet Sejlads Ankring Havn AC trin [%] AC frekvens [Hz] , , Mærkeplade på søvandspumpen til chilleranlæggene. 51 Vejleder/ Maskinmester Flemming Hauge Pedersen. 52 Vejleder/ Maskinmester Flemming Hauge Pedersen. 53 Leder af product mangement hos Sabroe, Claus Noergaard Poulsen. 25

26 4.6. Udregning på det samlede forbrug Flere forbrugstal er nu kendte, bl.a. det totale brændstofforbrug. Der kan med udgangspunkt i forbruget for marts måned laves en yderligere analyse af brændstofforbruget, der viser, hvor stor en del af det samlede forbrug, der er brugt på henholdsvis el, varme, køling og vand. I AUM aflæses der følgende kørte timer for marts måned. 54 Komponent Timer marts Komponent Timer marts Hovedmotor F 297 Hjælpemotor F 229 Hovedmotor G1 316 Hjælpemotor G1 139 Hovedmotor G2 137 Hjælpemotor G2 105 Kedel Osmose J4 325 Kedel AC chiller Bowthruster 44 Propel 306 Azimuth 2 Gear 379 Brændstofforbrug til el i marts måned Der er 744 timer i marts måned, og der regnes med skibets gennemsnitlige elforbrug på 270kWh i timen. Hjælpemotoren og akselgeneratoren har brugt følgende mængde brændstof fratrukket de 3 dage (72timer), hvor skibet fik strøm fra flådestation Frederikshavn 55. Brændstof el = Brændstofforbrug 1kW el effekt pr time timer i marts 3 døgn Brændstof el = 0, = 49271kg m 3 brændstof el = Brændstof el ρ gasolie = = 60,1m 3 0,82 Der regnes med det fundne tal for hjælpemotoren under forudsætning af, at akselgeneratoren som antaget falder til et niveau, der ligger sig op af tallene for hjælpemotoren. Hvis ikke denne antagelse holder, vil det samlede brændstofforbrug som følge heraf være større end de udregnede 60,1m 3. Set i lyset af de 20% ankring for marts er det nok tilfældet i marts måned. Brændstofforbrug på centralvarmen i martsmåned Da det udover hjælpemotorer og hovedmotorer kun er kedlerne, der bruger brændstof, udregnes deres andel af det samlede brændstofforbrug. I den aflæste periode har brænderne udelukkende kørt på trin1. Dette medfører, at der over marts måned er tilført følgende mængde brændstof: m gasolie til kedel = m trin 1 timetal = = 24168kg 54 Aflæst i AUM d.4.april AUM automatisk maskinjournal, der logger timerne på hjælpemaskineriet, sammenholdt med Vædderens skibsjournal, hvor det kan aflæses skibets placering (Flådestation Frederikshavn). 26

27 m 3 brændstof kedel = m gasolie til kedel ρ gasolie = = 29,5m 3 0,82 Samlet brændstofforbrug til hjælpemaskineri Hjælpemaskineriets samlede brændstofforbrug findes: m 3 jælpemaskineri = m 3 brændstof kedel + m 3 brændstof el = 29,5 + 60,1 = 89,6m 3 Som det ses udgør hjælpemaskineriet 89,6m 3 af det totale forbrug på 249m 3 for marts måned. Dermed udgør forbruget til hjælpemaskineri 36% af det samlede forbrug. Ud af den mængde brændstof, der er blevet brugt på strøm, kan der inddeles i yderligere forbrugere: generelt elforbrug, elforbrug til køleeffekt og elforbrug til behandling af ferskvand. El forbrugerne Som tidligere aflæst laver osmoseanlægget 250l/h, anlægget har kørt i 325 timer, hvilket medfører, at dette har brugt følgende mængde brændstof: m brændstof osmose = Vferskvand Brændstofforbrug pr liter vand drifttimer m brændstof osmose = 250 0, = 975kg m 3 brændstof osmose = m brændstof osmose ρ gasolie = = 1,2m 3 0,82 Dette er ikke så stor en forbruger som forventet af skibets besætning. 56 Chilleren til AC anlægget har kørt 727timer. Ved en kompressoreffekt på 41kWh medfører det følgende brændstofforbrug: m brændstof AC ciller = P køleeffekt Brændstofforbrug pr kw el effekt drifttimer m brændstof AC ciller = 0, = 8406kg m 3 brændstof AC ciller = m brændstof AC ciller ρ gasolie = = 10,3m 3 0,82 Samlet giver dette følgende fordeling. Som det ses, er køling en ret stor andel. 10,3m 3 på køling. 1,2m 3 På fremstilling af drikkevand 48,6m 3 på øvrig el, lys osv. I de 48,6m 3 er strøm til ventilation, elvarme, lys, samt computere, elektronik m.m. 56 Teknikofficer Thomas Kok 27

28 Omregnet til kr. Søværnet modtager afgift frit gasolie. 57 afgiftsfri gasolie koster lidt under 5kr. 58 Ved aflæsning på listepriserne hos Statoil, ses det at en liter Ved at indsætte de forskellige forbrug i nedenstående formel: Pris = Pris brændstof pr liter 10 3 m 3 gasolie Fås følgende for hjælpemaskineriets forbrug for marts måned: på køling ved 10,3m kr på fremstilling af ferskvand ved 1,2m på øvrig el, lys osv. ved 48,6m på centralvarmen ved 29,5m 3 Sammenlagt giver dette et forbrug på kr. og da alle udregningerne i denne rapport er baseret på best case bør det faktiske forbrug ligge lidt højere. Det totale brændstofforbrug for martsmåned beløber sig til kr. ved 249m 3 gasolie Perspektivering Sammenholdes de fundne tal, er der flere ting der kan undre: Centralvarme Det kan derfor undre, at der ikke er lavet en automatiseret løsning til at fjerne spildvarmen fra hovedmaskineriet til centralvarmen, så dette kan fungere med den størst mulige gevinst, da der derved vil kunne opnås en besparelse i brændstoffet. Under mit ophold har jeg observeret, at disse pladevekslere ikke afgav varme til centralvarmesystemet. Der var permanent åbnet til disse vekslere. Temperaturen over en pladeveksler kan ses af Figur 8. Årsagen til, at pladevekslerne ikke afgav varme, har jeg ikke kunnet nå at undersøge. Jeg tror dog ikke på målerfejl, da der var samme aflæsning på alle tre vekslere, selvom dette er en mulighed. Jeg har ved flere lejligheder observeret, at centralvarmen har afgivet varme til hovedmotorens kølevand via disse vekslere. Temperaturerne aflæst på vekslerne passer overens med SCSS. 57 Forsyningsbefalingsmanden på Vædderen

29 Figur 8: Pladevesler centralvarme/hovedmotor AC/chiller Det kan undre, at der ikke findes en mere optimal måde at køle skibet på, da inspektionsskibene altid er repræsenteret i Nordatlanten. Middeltemperaturen omkring Færøerne er ikke over 8 o C og middeltemperaturen omkring Grønland overstiger ikke 4 o C. 59 Ydermere køler brinen en masse elektronik igennem nogle AC anlæg. Det udregnede brændstofforbrug til køling udgør 17,2 % af det samlede elforbrug, hvilket må siges at være forholdsvis meget for et skib, der befinder sig på Færøerne i marts måned. Udendørstemperaturen og søvandstemperaturen er blevet logget i en kortere periode. Jeg har løbende observeret udendørstemperaturen og søvandstemperaturen, og disse temperaturer har ikke været over 10 grader. Aflæst henholdsvis på termometer ved chilleranlæg, og i brovingerne på termometre. Det kan derfor undre, at dette anlæg udgør så stor en forbruger. Dato 17/3 18/3 19/3 Klokken Aktivitet Sejlads Ankring Havn SV. Temp Udenluft [ o C] * * 8 * * * 9 Dette bakkes op af tallene fra DMI 60, Figur 9 viser temperaturen i og omkring Torshavn. DMI har dog logget, at temperaturen en enkelt gang har været over 10 o C, mens målingerne af udeluften fra 17. til 19. marts passer overens med de på skibet aflæste temperaturer

30 Figur 9: Temperaturen i Torshavn for marts 2010 Med de udregnede tal for elforbruget kan det udledes, at ud af de 60,1m 3 brændstof der er brugt på el, fordeler forbruget sig på følgende: 10,3m 3 på køling, 48,6m 3 på resterende el, som lys osv. og 1,2m 3 på fremstilling af ferskvand. Behandling af ferskvand. For at sætte den udregnede pris i perspektiv (6.600kr) er prisen for en m 3 ferskvand 43,26 kr i Århus 61. Prisen for at behandle en kubikmeter ferskvand kan udregnes til 73,2kr/m 3, så det er cirka dobbelt så dyrt, at lave vand med skibets omvendte osmose anlæg. Omvendt sikrer dette, at Vædderen har mulighed for rent vand kontinuerligt, uanset hvor i verden skibet befinder sig. ferskvand pris = Brændstofforbtug pr.m3 vand Brændstofpris gasolie ρ gasolie = ,82 = 73,2 kr m 3 Følgende kan anbefales på baggrund målingerne: På Vædderen er der både radiatorer og elektriske varmelegemer til opvarmning på lukaferne 62. Set i lyset af de fundne resultater kan det derfor klart anbefales, at radiatorerne benyttes frem for varmelegemerne, da det er bevist, at en kwh el er tre gange så dyr som en kwh centralvarme. Det er dog ikke undersøgt, om radiatorerne alene kan holde beboelsen opvarmet Luften forvarmes til ca.19 o C grader, og blæses ud til de enkelte forbrugere (lukafer). Ude ved de enkelte forbrugere, passerer luften en el varmeflade, der kan varme luften yderligere, inden denne blæses in på lukafet. Alternativt kan radiatoren på lukafet bruges. 30

31 Hvad med det klassiske sluk lyset råd? I tråd med energistyrelsen, som opfordrer til at slukke lyset, vil jeg afslutningsvis komme med et tænkt eksempel på brug af de udledte forbrugstal ved at slukke lyset. 63 Dette har jeg valgt, da det i min optik er et af de mest almindelige spareråd, og jeg har observeret, at lyset flere steder ikke slukkes. Dette er der nok en helt række grunde til, så som sikkerhed, flugtveje, arbejde, vaner osv. Jeg vil derfor ikke forholde mig yderligere til, hvorfor lyset ikke slukkes. Dette eksempel laves for at give indblik i omkostningerne ved ikke at slukke lyset, samt vise, hvordan de fundne tal kan bruges. Regnestykket tager udgangspunkt i et tænkt eksempel, hvor der over et år slukkes for lyset i arbejdstiden for at spare på strømmen. Arbejdstiden på Vædderen er for vagtfrit personel fra mandag til fredag i tidsrummet og igen fra , og der ses bort fra weekenden. Dette betyder, at lyset kan slukkes i 27,5 timer om ugen. Der regnes på et dobbelt lukaf, dvs. et 2personers lukaf ud fra den betragtning, at der ikke opholder sig personer på lukafet indenfor den oplyste arbejdstid, og lyset derfor kan slukkes. Et dobbelt lukaf har følgende belysning: Hvid belysning på 2x18W + 8W=44W fordelt på 3 lysstofrør, samt rød belysning på 18W på et enkelt lysstofrør 64. Derudover er der to køjelamper, skrivebordslamper og toiletbelysning. Der regnes udelukkende med den hvide belysning på 44W. Dette betyder, at der ved at slukke lyset kan spares følgende el effekt. P eleffekt slukke lyset 1 lukaf = P lys lukaf timer uge uger år = 0,044 27,5 52 = 62,92 kw år Til perspektivering af dette skal det det siges, at der er 40 dobbeltlukafer 65 på vædderen, men grundet søvagter m.m. vil det ikke være alle disse lukafer, der følger skibets arbejdsdag. Hvis det antages at de lukafer der bebos af teknisk personel og dæks personel, samt halvdelen af sergent lukaferne følger skibets arbejdsdag, giver dette ca. 20lukafer. 66 Ved at fortsætte regnestykket og inkludere de 20 lukafer, giver dette imidlertid et noget større tal. P eleffekt slukke lyset 20 lukafer = P eleffekt slukke lyset 1 lukaf Lukafer = 62,92 20 = 1258,4 kw år Dette synes umiddelbart ikke af meget. Jeg har fået oplyst, at der tidligere er lavet beregninger på at slukke lyset og disse viste, at det ikke gav nogen besparelse. Men da en person i gennemsnit har et elforbrug på 1500kWh/år 67, er det næsten elforbruget for en hel person, der kan spares ved, at besætningen husker at slukke lyset. I eksemplet er der regnet med 20 lukafer, men der er over 40 på Vædderen, samt messer, stores, værksteder m.m. 63 Energistyrelsens hjemmeside: 64 Noteret i notesblok under ophold og udskiftning af lysstofrør på diverse lukafer. 65 Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen. SOB THET-KL 66 Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen. SOB THET-KL

32 Der vil kunne laves lignende beregninger på at slukke computere osv. Der kunne måske være et stort potentiale for besparelser, når der kigges på de generelle forbrugere i en husstand 68. Afslutningsvis kan besparelsen i brændstof udregnes, når der regnes med en effekt på 1258,4kWh/år: Brændstofbesparelse slukke lyset = P eleffekt slukke lyset 20 lukafer Brændstofbesaprelse slukke lyset = 1258,4 0,282 0,82 ρ gasolie brændstofforbrug kw/el = 432,8liter/år Afsluttende bemærkning til driftannalyse af forbrugstallene Igennem ovenstående eksempel med at slukke lyset anvendes resultaterne fra driftanalysen til at undersøge besparelsen ved at slukke lyset. De fundne resultater i eksemplet med at slukke lyset vurderer jeg som værende usikre, da jeg har brugt gæt over antallet af (20)lukafer og vaner. Men eksemplet demonstrerer, at hvis vaner, forbrug og forbrugere kendes, kan forbrugstallene fra analysen klarlægge omkostninger ved eksempelvis ikke at slukke lyset. Dette vil være en ændring der ikke bør påvirke skibets drift og opgaveløsning

33 4.8. Delkonklusion forbrugstal Jeg har igennem min analyse af vædderens forbrug fundet frem til flere større forbrugere og deres andel af det samlede brændstofforbrug. Jeg har, til trods for problemer med dokumentation og måleudstyr, været i stand til at udlede tre større forbrugere. Derudover har jeg undersøgt, hvad det reelt koster at benytte akselgeneratoren. Jeg er kommet frem til, at dette langt fra er gratis. De fundne tal er regnet som værende best case, og det virkelige forbrug forventes derfor at være større. Jeg har fastlagt, hvad en kwh el koster og i sammendraget og perspektiveringen vist, hvordan dette tal kan bruges i optimeringsøjemed til at skabe klarhed over omkostningerne ved forskellige handlinger. I mit eget eksempel bruges tallet til at skabe klarhed over, hvor meget det koster, når besætningen glemmer at slukke lyset. Ydermere har jeg fastlagt, hvad det koster at behandle en kubikmeter ferskvand, hvad det koster at bruge akselgeneratoren, og hvad det koster at bruge centralvarmeeffekten. 33

34 5.Drift optimering på Chiller anlæg. Jeg har valgt at fokusere min videre undersøgelse af Vædderen på chiller anlæggene. Dette har jeg af flere årsager. Jeg har bevist, at dette anlæg bruger forholdsvis meget brændstof, selvom luften udenfor og søvandet i den undersøgte periode er under 10 o C. I marts måned har jeg aflæst, at anlægget har kørt 722 timer. Da marts måned er på 744timer betyder det at anlægget stort set har kørt konstant. Figur 10 Chilleranlægget ombord på Vædderen Chilleranlægget er placeret i det forreste maskinrum, maskinrum F. Figur 10 viser chilleranlægget. Længst til højre i billedet er chilleranlæggets styrtetavler placeret. Derudover kan selve kompressorerne og kondensatorerne ses. I mellem de to kompressorer er pladeveksleren placeret (kan ikke ses på Figur 10). I den efterfølgende driftanalyse af anlægget vil de enkelte dele af anlægget blive gennemgået. Desuden har jeg haft lejlighed til at interviewe både forsvarets montører fra KOF, og en montør fra York, da der var en fejl på det ene anlæg, som ikke nåede at blive udbedret i Frederikshavn. Jeg har kun haft adgang til en begrænset mængde teknisk dokumentation ombord på Vædderen, da der mangler manualer over anlæg m.m. Jeg har derfor kun haft adgang til manual og beskrivelse over den nye styring. Resterende information er fundet på tegninger, håndbøger, mærkeplader og brugermanualen for Thetis-klassen. Der vil i det efterfølgende blive set bort fra reguleringen og indstillingen af de forskellige køleforbrugere på Vædderen, da disse er indstillet efter en særlig række kriterier. Det skal dog nævnes, at brinen ikke må overstige 10 o C i fremløbstemperatur Teknikofficer Thomas Kok 34

35 5.1. Gennemgang af anlægget. Chiller anlægget der i dagligt tale kaldes AC anlægget, består af en brinedel, en søvandsdel, en pladeveksler og to chillere. Her følger en kort beskrivelse af de enkelte dele af chilleranlægget. Figur 11 viser en principskite over anlægget. Brinen 70 Figur 11: Skitse over chiller anlæg Brinen køler alle forbrugerne rundt i skibet. Disse forbrugere udgøres af en række AC anlæg og nogle elektronik systemer. Brinen køler via en række køleflader og to cirkulationspumper, der cirkulerer brinen igennem fordamperne eller pladeveksleren. Nedenstående tabel viser, hvilke forbrugere der er, samt hvor stort et kølebehov den enkelte forbruger er dimensioneret til 71 : Hvad Hvor/hvorfor Dim AC1 Aptering forskib 238 kw AC2 Aptering agterskib 54,3 kw AC7 Kanon 7,4 kw AC8 k-rum 24 kw AC9 Radarrum 11,5 kw AC10 Radiorum 11 kw AC11 App rum 1 35 kw Intern App rum 1 2,5 kw cabinet AC12 App rum 2 24 kw 70 Brugermanual for Thetis-klassen bind 1 71 Teknisk tegning over brine nummer B 35

36 AC28 App rum 4 7 kw AC30 Kondirum 8 kw Flexfire App rum 1 7 kw ESM mast 0,9 kw antenne K-rum Intern cabinet 2,5 kw Tilsammen giver dette et totalt kølebehov på 433,1kW. Dette er det oprindeligt dimensionerede maximale kølebehov. Det faktiske kølebehov er ikke blevet målt i denne rapport. De forskellige forbrugere fordeler sig på AC1 + AC2 + AC30, som er en del af skibets ventilationssystem i beboelsen og kondirummet, mens de øvrige forbrugere udgøres af al den elektronik, der befinder sig i et krigsskib af Thetis klassen. Alle forbrugere, der er benævnt AC, er ventilationsanlæg, hvor kølefladen køler luften, og så køler luften de enkelte forbrugere. Brinen må som udgangspunkt ikke overstige 10 o C i tilgang da elektronikken der køles, så risikerer at blive for varm. Søvand systemet 72 Søvandsdelen køler chillerne og pladeveksleren, og det er søvandet, der i sidste ende fjerner varmen fra chilleren. Søvandssystemet består af to søvandspumper, der suger søvand fra en søkasse og sender vandet igennem chillerne eller pladevekslerne og derefter overbord. Der er mulighed for at nødkøle chillerne med brandtryk, hvis begge søvandspumperne svigter. Søvandssystemet er dimensioneret til at kunne køle begge chillere på samme tid. Selve chilleren 73 En Chiller udgøres af et køleanlæg bestående af en søvandskølet kondensator, en receiver, en fordamper der køler brinen og en stempelkompressor (Sabroe SMC106L). Stempelkompressoren kan køre i 3 trin, henholdsvis 33%, 66% og 100%. Derudover er der senere blevet bygget en frekvensomformer på kølekompressoren samt en ny styring, så denne yderligere kan tilpasses belastningen. Anlægget er leveret af Sabroe, og der benyttes R404a som kølemiddel. Chilleren er styret af en PLC, der konstant overvåger brinens forbrug samt chillerens generelle tilstand. Ved fejl sender denne et signal til SCSS samt giver alarm på betjeningspanelet, hvor den pågældende fejl fremgår. På styreskabet er der et panel til hvert chilleranlæg, hvorfra det enkelte anlæg kan overvåges og styres. Det er ikke muligt at styre chilleranlægget eller koble om mellem anlæg og pladeveksler fra SCSS. Alle betjeninger af anlægget foregår lokalt ved anlægget. 72 Brugermanual for Thetis-klassen bind 1 73 Brugermanual for Thetis-klassen bind 1 36

37 Styringen er dimensioneret til at kunne køre med begge chilleranlæggene på én gang, når skibet befinder sig i områder, hvor dette er påkrævet. Anlægget har dog ikke fået monteret de nødvendige ventiler, der skal styre brineflowet igennem anlæggene, så styringen kan derfor ikke udnyttes fuldt ud 74. Dette er dog ikke et problem i Nordatlanten, hvor et anlæg er nok, men en udfordring, når skibet er sydpå. 75 Chillerens styring er opbygget, så den følger et fastlagt belastningsdiagram. Den starter i trin 1 og mindste frekvens (36Hz), når belastningen stiger, øges frekvensen indtil denne når 60Hz, hvorefter kompressoren skifter til trin 2 og mindste frekvens. 76 For derefter igen at stige i frekvens/trin, hvis dette kræves. Eller falde, når belastningen på brinen falder. Dette er illustreret på Figur 12, i en rent teoretisk model. Denne model har jeg fået forelagt under samtaler med montører fra KOF. 77 Pladeveksleren Figur 12: teoretisk forløb over belastning på kompressor Pladeveksleren er et alternativ til AC chilleren, da der enten køres over pladeveksler eller chilleranlæg. Pladeveksleren kan, når skibet sejler i tilstrækkeligt koldt vand, overtage hele kølingen af skibet. Der findes ingen direkte tal i dokumentationen for, hvornår vandet er koldt nok. Men i håndbogen Teknisk ABC for Thetis klassen, der er baseret på besætningens erfaringstal, oplyses det, at temperaturen skal være under 4 o C. Dette skulle være koldt nok til, at pladeveksleren kan overtage hele skibets kølebelastning. For pladeveksleren er der opgivet følgende data, aflæst direkte på mærkepladen: Alfa Laval Type MP10-MFM År 1991 Nr MV2807 Plader 48+2 endeplader Max flow 45m 3 /time 74 Person D 75 Person B 76 Electrical control of AC plan, Fra York Marine Controls 77 Person D 37

38 På Vædderen er der ikke en manual over pladeveksleren. Men på tegningen over brinen er der angivet, at pladeveksleren har en effekt på 220kW Drift analyse Gennemgangen af anlægget har frembragt følgende spørgsmål: Hvordan regulerer styringen i forhold til teorien fremlagt af montørerne og bekræftet af manualen? Kan pladeveksleren overtage belastningen? Hvis nej, hvor stor en del kan denne så tage? Derudover har gennemgangen frembragt følgende ide til optimering: Kan pladeveksler og chiller indgå i et samspil, hvor de ved hjælp af en styring arbejder sammen? For at finde ud af, om der er grundlag for et samspil imellem chilleranlæg og pladeveksleren, undersøges det om der er grundlag for at lave denne ændring. Derfor undersøges driftmønsteret og den nuværende regulering. Ydermere skal det undersøges, hvor stor en effekt pladeveksleren vil kunne overtage under de driftforhold, der er logget i marts måned. Der vil ikke blive lavet undersøgelser på de enkelte forbrugere på brinen, så der ses derfor bort fra disse i de efterfølgende forsøg Forsøg: Undersøgelse af chilleranlæg under drift Formålet med dette forsøg er under drift at undersøges, hvor stor en effekt chilleranlægget bruger i henholdsvis max og min frekvens på hvert trin. Dette er for at undersøge, hvordan styringen rent praktisk regulerer i forhold til den teoretiske Figur 12, samt få et indblik i, hvor stor en køle effekt, chilleranlægget leverer, under de forskellige belastninger, som anlægget udsættes for. Følgende blev målt på før frekvensomformeren (VLT). Trin I f VLT Trin 1 21,6A 37Hz 42,7A 57Hz Trin 2 30A 37Hz 48A 57Hz Trin 3 48A 37Hz 67A 57Hz Derudover er der aflæst følgende værdier på mærkepladen til kølekompressorens elmotor. cos φ U n Hz 0,84 440V 60Hz 78 Teknisk tegning over brine nummer B 38

39 Ved udregning af effekter, fås følgende ved brug af nedenstående formel 79 : P eleffekt ciller 2 = 3 I f U n cos φ 3 Trin I f VLT P el effekt chiller 2 Trin 1 21,6A 37Hz 23,9kW 42,7A 57Hz 47,3kW Trin 2 30A 37Hz 33,3kW 48A 57Hz 53,2kW Trin 3 48A 37Hz 53,2kW 67A 57Hz 74,3kW Indsat i nedenstående Figur 13, kan selve forløbet for en regulering ses: Følgende punkter er markeret på Figur 13. A. Mindste effekt B. Overlap imellem trin 1 og 2 C. Maksimale effekt Figur 13: Graf over belastning, på baggrund af forsøg Kurven over reguleringen viser et lille overlap i området, hvor trin 2 kobles ind, hvorimod trin 2 og trin 3 viser et forløb, der ligner det teoretiske, som det blev fremlagt under gennemgangen af styringen. Alt i alt regulerer anlægget i henhold til dokumentationen, men der er dog et overlap imellem trin 1 og 2, Rent teoretisk kan der være en besparelse ved at fjerne denne overlapning, så trin 2 bruges i dette område. Denne besparelse opnås ved, at trin 2 indkobles så tidligt som muligt, da virkningsgraden derved vil stige Bogen: Elektronik 1, elektricitet og magnetisme, af Poul Erik Petersen 80 Leder af product mangement hos Sabroe, Claus Noergaard Poulsen. 39

40 Forsøg: Undersøgelse af balastning på brine Formål: At undersøge nedenstående påstand, samt undersøge hvilke driftforhold, der er i marts måned. Påstand: Belastningen på brinen bør ligge nogenlunde konstant, da denne køler ventilation og skibets militære elektronik. Disse forbrugere er uafhængige af, om skibet sejler eller ligger stille, når dette befinder sig i operationsområdet. Den eneste faktorer, der spiller ind er udendørstemperaturen. For at bestemme forbruget samt undersøge denne påstand logges forbruget i en 52 timers periode hver fjerde time. Måleresultaterne fremgår af nedenstående skema, der er taget en måling ved hvert vagtskifte i maskinen. Dato 17/3 18/3 19/3 Klokken Aktivitet SV. Før [ o C] SV. Efter [ o C] AC trin [%] AC frekvens [Hz] Brine retur [ o C] Brine frem [ o C] Udenluft [ o C] Sejlads Ankring Havn ,2 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9,8 9,5 9,5 9, , , ,2 9,6 9,9 9,7 10,2 10,1 10,1 10,2 10,2 10,1 10,2 9,5 6,2 6,9 7,1 6,2 6,0 6,3 6,3 6,3 6,3 6,2 6,1 5,8 6, * * 8 * * * 9 *Udendørstemperatur ej logget. Temperaturerne er logget på fastmonterede termometre på kondensator og brine samt termometre i begge brovinger. Trin og frekvens på kompressor er aflæst direkte på panelet til styringen. Målingerne viser ydelse m.m. med fire timers interval under ankring i havn og under sejlads, da det herved bør fremgå, om kølebehovet stiger eller falder afhængigt af skibets aktivitet. Da søvandsflow og Cp er konstant under hele målingen, kan der med baggrund i ovenstående måling udledes, at kølebehovet må være konstant. t ligger på 3,2 o C til 3,8 o C i hele perioden. Den fjernede effekt kan beregnes. For søvandet, benyttes der værdier fundet under driftanalysen, for henholdsvis flow og varmekapacitet. (16,67kg/sek og C p =4,19). Ved at indsætte tallene fra målingen i følgende formel, fås følgende effekter fra målingen. P køl+ac = m søvand C p t sv.efter t sv.før 40

41 Dato 17/3 18/3 19/3 Klokken Aktivitet Sejlads Ankring Havn Kondensator- Effekt De udregnede kondensatoreffekter, underbygger påstanden om, at køle effekten ikke varierer med skibets aktivitet. Det kan dog ikke med sikkerhed fastslås at køleeffekten varier med udendørstemperatur da ude temperaturen i den nævnte periode har varieret imellem8 o C og 9 o C. 81 Selv ved små variationer og usikkerheder i aflæsningerne så viser tallene, at kondensatoreffekten tilnærmet er konstant henover et døgn. Da kondensatoreffekten og Kompressoreffekten hænger sammen, må kompressoreffekten dermed også have været konstant. 82 Der er logget 72 timer på timetællerne for marts, hvilket betyder anlægget har kørt konstant Forsøg: Med at omstille til pladeveksler Formål: At undersøge hvor stor en del af køleeffekten, pladeveksleren kan fjerne under den nuværende drift (24/-2010). I betjeningsmanualen for Thetis-klassen er der opgivet en effekt på 220kW for pladeveksleren. Der står dog i en af de små håndbøger, at brinen først kan køles af pladeveksleren, når søvandet er under 4 o C. 83 Derudover skal det undersøges, hvor stor en effekt pladeveksleren kan fjerne, hvis ikke den kan fjerne det hele. Før forsøget logges følgende på anlægget: Chiller 2 Søvand Brine temp ude 33% 53Hz 6,0 o C 9,2 o C 5,8 o C 9,4 o C 7 o C Der stilles nu om på anlægget (kl.12.00). Under forsøget blev der aflæst temperaturer på brine og søvand på pladeveksleren. Der blev aflæst følgende: Aflæsning Brine temperatur Søvand Fremløb Retur Fremløb Retur Kl ,0 o C 12,0 o C 6 o C 6,2 o C Kl ,6 o C 12,2 o C 6 o C 7,5 o C Kl ,2 o C 13,0 o C 6 o C 7,6 o C Kl ,6 o C 14,3 o C 6 o C 7,7 o C Kl ,1 o C 14,9 o C 6 o C 7,6 o C 81 Hjemmesiden: 82 Bogen: Noget om køleteknik bind 1 og 2, af Eigil Nielsen 83 Håndbogen: Teknisk ABC for Thetis-klassen. 41

42 Som det ses af de aflæste tal, stiger brine temperaturen, imens søvandstemperaturen er stort set konstant, både før og efter pladeveklseren. Forsøget blev kl afbrudt, da brine temperaturen ikke må blive for høj af hensyn til den elektronik, der køles rundt om i skibet. De usikkerheder, der måtte være i forhold til målingerne, bør ikke have indflydelse på målingen, da det er fast monterede termometre, der er brugt. Før forsøget blev der åbnet for søvandet til pladeveksleren, og termometrene viste samme temperatur som de øvrige søvandstermometre. Pladeveksleren og de anvendte søvandstermometre kan ses på Figur 14. Figur 14: Pladeveksler og termometer Målingen viser, at pladeveksleren fjerner så meget varme, som den kan efter de daværende driftforhold. Dette baseres på, at søvandsdifferencen over veksleren er konstant. 84 Ydermere er pladeveksleren efterset og rengjort i forbindelse med skibets værftperiode. Dette fremgår af et mærkat på veksleren. 85 Dette er der dog ikke et billede af. Det er KOF, der udfører dette i forbindelse med inspektion. Den effekt, pladeveksleren fjernede, kan udregnes via søvandet. Det er den samme pumpe, der leverer søvand til både chillererne og pladeveksler. Jeg har ikke haft mulighed for at undersøge trykfaldet over veksleren. Det antages, at flowet over veksleren falder grundet trykfaldet i veksleren 86, men da veksleren er nyrengjort, og det ikke er muligt at måle flow regnes med mærkeplade flowet for pladeveksleren. På pladevekslerens mærkeplade kan der aflæses, at denne har et max flow på 45m 3 i timen. Det antages derfor at trykforskellen over pladeveksleren, som teoretisk bør være større end over kondensatoren Bogen Thermodynamik kapitel Forsvarets Værksted for køle og pneumatikanlæg (KOP). 86 Pumpedrift og energi, af Thomas Heilmann 87 Bogen Thermodynamik kapitel

43 (rørkøler), resulterer i, at der passerer de 45m 3 søvand. Denne antagelse bakkes op af montører fra KOP 88. En udregning på masseflovet giver 12,81kg/sek. m søvand pladeveksler = ρ søvand V max søvand pladeveksler antal sekunder på en time = 1, = 12,81 kg sek Dette giver følgende køleeffekt i pladeveksleren P køl søvand = m søvand pladeveksler C p t søvand før t søvand efter = 12,81 4,19 7,5 6 = 80,5kW Før forsøget fjernede kondensatoren på chilleren: P ciller = m søvand C p t søvand før t søvand efter = ,19 9,2 6 = 223kW Pladeveksleren kan ikke fjerne hele køleeffekten. Forsøget har dog vist, at pladeveksleren kan fjerne halvdelen af belastningen under den nuværende drift kondition, hvis der tages forbehold for, at flowet skal undersøges. Der skal dog fratrækkes effekten til kompressoren for at finde det reelle kølebehov. Før forsøget kørte kompressoren på 53Hz i trin 1. Dette giver en tilført effekt på 42,5kW. Aflæst i Figur 15, fra undersøgelsen af chilleren. Figur 15: Kompressor belastningsdiagram Fratrækkes kompressorens tilførte effekt fås det reelle kølebehov: P kølebe ov = P fordamper = P kondensator P kompressor = ,5 = 180,5kW Pladeveksleren kunne fjerne ca. 36% af det aktuelle kølebehov. Ved et tænkt eksempel, hvor chiller og pladeveksler kan arbejde sammen, kan der laves følgende udregning på besparelse i kompressor effekt. Ved at anvende COP = 4.4 fundet på side 25 kan reduceringen i 88 Montører tilknyttet værkstedet køle og pneumatikanlæg (KOP) 43

44 kompressoreffekten findes, og den resterende køleeffekt udgør 100kW. Ved en COP på 4,4 medfører dette, at der skal bruges følgende effekt til kompressoren. P kompressor = P resterende fordamper COP = 100 4,4 = 22,7kW Denne effekt svarer jævnfør grafen på Figur 15 til det laveste trin og den laveste frekvens. Det aflæses, at der er en besparelse i tilført el effekt på ca.19kw Optimeringsforslag På baggrund af driftanlysen for chilleranlægget er jeg kommet frem til følgende. Chilleranlægget kører konstant. Der er i marts måned en konstant belastning på chilleranlægget. Pladeveksleren kan ikke overtage hele belastningen fra chilleren. Der er ikke lavet en undersøgelse af de enkelte forbrugere, da jeg ikke havde mulighed for en egentlig analyse af disse. Men hvis der kan optimeres på driften af disse, så den kolde ude luft udnyttes bedre i AC anlæggene, vil dette give en besparelse, når kølebehovet falder. Beregninger har vist, at der kan reduceres på kompressorens eleffekt ved at få chilleranlægget og pladeveksleren til at indgå i et samspil. Med udgangspunkt i besparelsen på 19kWh, fundet under forsøg med pladeveksleren, kan der laves en udregning på, hvor meget brændstof der kunne være sparet, hvis chilleranlægget og pladeveksleren kunne indgå i et samspil. I marts måned 2010 brugte chilleranlægget 10,3m 3 gasolie F75. Denne mængde blev udregnet med udgangspunkt i det allerede fundne strømforbrug til kompressoren, ved en tilført effekt på 41kW, da dette var best case under driftanalysen. Ved en reducering af den tilførte effekt med en besparelse på 19kWh kan der udregnes en teoretisk besparelse for marts. Denne udregning er dog rent teoretisk, da det ikke er bevist, at kompressoren kunne have sparet de 19kWh kontinuerligt, og det er ikke bevist, at Chilleranlægget og pladeveksleren kan fungere i et samspil. m 3 brændstofbesparelse = Brændstofforbrug pr.kw el P el besparelse ciller timer marts ρ gasolie m 3 brændstofbesparelse =, 0, = 4,86m 3 0,82 Den teoretiske udregning viser en besparelse på 4,86m 3. Dette svarer til en reducering i chillerens brændstofforbrug på ca. 47 % eller 8% af den totale mængde brændstof, der er blevet brugt på strøm. Dette giver en besparelse på kr i marts måned. Til perspektivering af dette, skal det siges, selvom dette eksempel er rent teoretisk, så befinder der sig altid to inspektionsskibe i Nordatlanten, hvoraf det ene befinder sig på Færøerne. Eksemplet er udregnet ud fra en gennemsnitlig besparelse, Det er dog bevist i rapporten, at der i den målte periode ville være en besparelse på 19kWh i timen, hvis dette samspil kan fungere. 44

45 Hvis der udregnes en årsbesparelse ved et samspil imellem chilleranlægget og pladeveksleren, giver det en besparelse på kr for den enhed, der befinder sig på Færøerne. En mulighed kunne være at sætte pladeveksleren og chilleranlæggets fordampere i serie, så brinen først køles af pladeveksleren og derefter af kondensatoren, hvis dette er nødvendigt Risikovurdering i forhold til optimeringsforslag. I forbindelse med valget af en løsning, der muliggør samspillet imellem pladeveksler og chilleranlægget, er der en række yderligere forhold, som ikke er undersøgt i denne rapport. Det skal undersøges, om der kan hentes en besparelse ved at indstille alle AC anlæg på ny, så disse i højere grad udnytter den kolde luft. En gennemgang af listen over forbrugere, der har behov for køling, afslører at alle større forbrugere er ventilationsanlæg. Det skal undersøges, om søvandssystemet kan levere nok søvand til både pladeveksleren og chilleranlæggets kondensatorer, da de ændrede trykfald kan resultere i, at pumpen kaviterer, eller ikke leverer nok vand alle steder 89. Samtidigt skal det sikres, at pladeveksleren ikke kommer til at fungere som en ekstra køleforbruger, når søvandstemperaturen overstiger brine temperaturen. Der skal være mulighed for at udføre service på dele af anlægget, imens den øvrige del er i drift. Eksempelvis skal det være muligt at rengøre pladeveksleren, uden at stoppe chilleranlægget. Der skal laves en hensigtsmæssig betjening af anlægget og helst en helt automatiseret løsning for at få det største udbytte og undgå at pladeveksleren ikke udnyttes, når dette er muligt. 90 Anlægget skal kunne håndtere ændringer i belastningen, uden at dette medfører for høj temperatur på brinen. Dødtider og lignende skal minimeres, da dette kan resultere i ødelagt elektronik, hvis ikke reguleringen kan nå at regulere på eventuelle spidsbelastninger. 91 Det skal kunne svare sig at ændre/modificere anlægget rent økonomisk. 89 Pumpedrift og energi, af Thomas Heilmann 90 Person D 91 Teknikofficer Thomas Kok 45

46 5.4. Delkonklusion Igennem min analyse af chilleranlægget har jeg fået klarlagt drift mønsteret for chilleren. Jeg har undersøgt chillerens regulering i forhold til den begrænsede mængde dokumentation, jeg har haft til rådighed, og jeg har kørt forsøg med at omstille til pladevekslerdrift. Jeg har ydermere undersøgt den nuværende regulering og fundet et overlap imellem trin 1 og trin2. Igennem mine forsøg har jeg undersøgt, om der kunne være en mulig brændstofbesparelse ved at kombinere pladeveksleren og chilleranlægget. Jeg er kommet frem til, at der i den undersøgte periode vil kunne være en besparelse på 19kWh i timen, og at dette rent teoretisk kan give en besparelse på chillerens brændstofforbrug på 47 % i marts måned. Jeg har igennem analysen undersøgt, om der ville være et grundlag for denne optimering. Jeg har dog ikke fået undersøgt helt, om det praktisk kan lade sig gøre, men jeg har, ved at opstille en risikovurdering i samarbejde med skibets besætning, fundet yderligere områder/problemer, der bør undersøges før en eventuel ændring. 46

47 6. Måleudstyr Følgende måleudstyr er blevet anvendt til forsøgene: fastmonterede termometre og amperemetre. Derudover er der blevet anvendt følgende: Til måling af strømme er der anvendt et tangamperemeter Figur 16. Data for tangamperemeter: Type HIOKI 3265 clamp on AC/DC Hi Tester Serienummer Til måling af temperaturer anvendes et infrarødt termometer Figur 17. Data for infrarødt termometer. Figur 16: Tangamperemeter Type tracer 3M Scotchtrack Heat Kalibreret af Trescal. Trescal nummer Dato Milnummer Figur 17: Infrarødt termometer 47

48 7. Konklusion Igennem denne rapport har jeg undersøgt, hvilke større forbrugere der er på Vædderen med henblik på at give besætningen indsigt i, hvordan brændstoffet bruges. Jeg er kommet frem til, hvor meget brændstof der reelt bruges på hjælpemaskineriet inklusiv akselgeneratoren. Derudover er jeg kommet frem til en række tal der viser, hvor meget brændstof der går til følgende: en kwh køling, en kwh el, en kwh centralvarme og en m 3 ferskvand. Jeg kan konkludere at analysen, af de undersøgte forbrugere viser følgende: på Vædderen er der blevet brugt 249m 3 gasolie i marts måned. De 249m 3 fordeler sig på 60,1m 3 på elforbrug, 29,5m 3 på centralvarmen og 159,4m 3 på fremdrivning. Ud af de 60,1m 3 der bruges på elforbrug, bruges de 10,3m 3 på køling og 1,2m 3 på at lave søvand om til ferskvand. Jeg kan konkludere ved udregning konkludere, at el varme er dyrere end centralvarme. Elvarmen bør derfor begrænses, hvis det er muligt. Jeg har valgt at bruge den fundne viden til at undersøge et muligt optimeringsområde og valgte derfor at undersøge chilleranlægget med henblik på at reducere driftsomkostningerne. Igennem en driftanalyse af chilleranlægget har jeg afdækket et muligt optimeringsforslag. Jeg har undersøgt om der kunne være grundlag for, at chilleranlægget og en eksisterende pladeveksler kunne indgå i et samspil. Derved spares der en mængde brændstof på driften. Der mangler dog at blive undersøgt en række faktorer beskrevet i risikovurderingen til optimeringsforslaget. Jeg kan dog konkludere at undersøgelsen af chilleranlægget, viser en mulig besparelse, hvis chilleranlægget og pladeveksleren kan indgå i et samspil. Jeg valgte at undersøge chilleranlægget, da skibet befandt sig i et køligt område i marts, men stadig brugte meget brændstof på at køle skibet. Ydermere valgte jeg dette område, da det er et område, der kan optimeres på uden at det går ud over driften af skibet. Ydermere viste en analyse af styringen på chilleranlægget, at der er et overlap imellem trin 1 og trin2 på anlægget. Dette betyder, at anlægget kører på trin 1, når det burde køre på trin 2 og med en dårligere virkningsgrad til følge. Jeg har derudover vist, hvordan de fundne tal i driftanlysen af Vædderen kan bruges til at udregne omkostningerne ved forskellige handlinger. I eksemplet i rapporten tages der udgangspunkt i, hvor meget det koster, hvis ikke lyset slukkes. Jeg kan derfor konkludere at de fundne tal, kan bruges aktivt i undersøgelse af skibets forbrug. Tallene kan derfor også bruges til at udregne besparelser der ikke går ud over skibets opgaveløsning, som i eksemplet med at slukke lyset. 48

49 8. Litteraturliste På Vædderen er der et system, hvor hver teknisk publikation er sammensat af det daværende Søværnet Materielkommando (SMK). Når der skal findes en manual, bruges en liste i kontrolrummet, hvor manualens nummer findes. Eks. BOG 1.2. Derudover har manualerne et SMK TEK PUB nummer. Da flere personer i denne rapport vil være anonyme, vil der være en liste over personerne, uden navn. Til eksamen medbringes en liste til fremvisning med navne på de anonyme personer, der er brugt som kilde i denne rapport. Bøger Skibsbygning og stabilitet, af Ole Nielsen. 1.udgave 2007 ISBN: Pumpedrift og energi, af Thomas Heilmann. 4.udgave 2.oplag 2006 ISBN: Termodynamik, af Aage B. Lauritsen, Søren Grundtoft og Aage B. Eriksen. 1.udgave 2000 ISBN-13: eller ISBN-10: Køleteknik, af Søren Grundtoft og Aage B. Lauritsen. 2.udgave 2003 ISBN: Elektronik 1, elektricitet og magnetisme, af Poul Erik Petersen. 5.udgave ISBN: Noget om køleteknik bind 1 og 2, af Eigil Nielsen. 3.udgave, bind 1 og 2, 1.oplag 2006 ISBN: Maskinmestrenes håndbog bind 1 og 2, 9.udgave. Primært følgende emne: Forbrændingsmotoren af civ. Ing. Nicolai Bech, SK energi A/S. ISBN: Motorlære til duelighedsprøve i motorpasning, af Knud H Friis. 3.udgave 2.oplag ISBN: Industriel og maritim vedligehold, af Jørgen Nielsen og Svend Åge West. ISBN:??? Fredericia Maskinmesterskole d. 1. november 1993 Tekniske publikationer på Vædderen Skibsorganisationsbog for Thetis-klassen Version Juli 2006, benyttet i begrænset omfang, efter aftale med Næstkommanderende. Intet SOK PUB nummer eller ISBN. Befinder sig på Vædderen. 49

50 Brugermanual for Thetis-klassen. Består af flere bind (mapper). Officiel manual til skibet med sammendrag af alle systemer og tekniske data på disse. Intet SOK PUB nummer eller ISBN. Manualen befinder sig i kontrolrummet på Vædderen. Hovedstrømsskema over Vædderen Tegning C Manual over centralvarmeanlæg (kedler) Bog 4.4. SMK TEK PUB nummer ukendt? Hjælpemotormanual del 1 og 2 Bog 2.1. SMK TEK PUB Hovedmotormanual Bog SMK TEK PUB: , SMK TEK PUB og SMK TEK PUB Omvendt osmose anlæg bog 3.3 SMK TEK PUB nummer ukendt? Tegningsmappe BOG 4-1 SMK TEK PUB Tegning over Brine Tegning B Manual til chiller styring Electrical control of AC plan Fra York Marine Controls Øvrige publikationer og håndbøger m.m. Teknisk ABC Thetis klassen Håndbog lavet af tidligere besætningsmedlemmer med gode råd, procedure og erfaringstal. Hvor: Ombord på Vædderen 50

51 Inspektionsskibet Vædderens Skibsjournal Hvor: Ombord på Vædderen AUM: Automatisk maskinjournal ombord på Vædderen Hvor: ombord på Vædderen KOP: Forsvarets Køle og Pneumatik værksted på Flådestation Frederikshavn. Leder Kim Ejby Telefon Hjemmesider Statoil: Dansk metrologisk institut (DMI) Søværnet: Forbrugerrådet Energistyrelsen Jyllandsposten Nordjyske Campus.aams.dk og Århus Vandværk HOH water technology a/s Navngivne Personer 51

52 Flemming Holm, Holm Techno Scan. Telefon Section manager Ole Thomsen MAN B&W Frederikshavn Telefon Leder af product mangement Claus Noergaard Poulsen. Johnson Controls Telefon Teknikofficer/maskinchef orlogskaptajn Thomas Kok Inspektionsskibet Vædderen, Besætning 5 Telefon Maskinmester Flemming Hauge Pedersen Skorstensfejer Søren Bentzen Telefon Unavngivne personer Næstkommanderende på Vædderen (NK) Forsyningsbefalingsmanden på Vædderen (FSB) Våbenofficer på Vædderen (VBO) Person A Person B Person C Person D Figurer Forside: Våbenskjold fra Billederne er taget af Peter Jørgensen studienummer Figur 1: Billede taget af Løjtnant Radek Palka Figur 2: Billede fra Hjemmesiden Figur 3: Billede taget af Peter Jørgensen Studienummer Figur 4: Figur lavet af Peter Jørgensen Studienummer

53 Figur 5: Graf fra SCSS på Vædderen. Figur 6: Figur lavet af Peter Jørgensen Studienummer Figur 7: Graf lavet af Peter Jørgensen Studienummer Figur 8: Billede taget af Peter Jørgensen Studienummer Figur 9: DMI Figur 10: Billede taget af Peter Jørgensen Studienummer Figur 11: Figur lavet af Peter Jørgensen Studienummer Figur 12: Figur lavet af Peter Jørgensen Studienummer Figur 13: Graf lavet af Peter Jørgensen Studienummer Figur 14: Billede taget af Peter Jørgensen Studienummer Figur 15: Graf lavet af Peter Jørgensen Studienummer Figur 16: Billede taget af Peter Jørgensen Studienummer Figur 17: Billede taget af Peter Jørgensen Studienummer Bilag Bilag 1: Kedeldatablad fra Manual over centralvarmeanlæg (kedler) Bilag 2: Bremseprøveskema over hovedmotor F, tilsendt af Ole Thomsen MAN B&W Bilag 3: Peter Jørgensen studienr , på baggrund af hjælpemotor analysen. 53

54 BILAG 1 54