ENERGIOPTIMERING MED UDSTØDSGASKEDLER.

Transkript

1 ENERGIOPTIMERING MED UDSTØDSGASKEDLER. Bachelorprojekt 27. MAJ 2016 David Abildgaard Jensen Fredericia Maskinmesterskole

2 1. Titelblad. Titel: Problemformulering: Forfatter: Studienr: Energioptimeret med udstødsgaskedler Kan udnyttelse af røggasenergien, betale sig ud fra skibets varmebehov og de økonomiske aspekter. David Abildgaard Jensen Antal anslag: Antal normalsider: 27,11 Afleveringsdato: 27. maj 2016 Skole: Opgavemodul: Fagvejleder: Metodevejleder: Virksomhedsvejleder: Fredericia Maskinmester Skole Bachelorprojekt Hermann Ottesen Dorthe F. Hansen Bo Henriksen og Søren Lindberg Side 1 af 43

3 2. Abstract M/F Povl Anker, a RO/RO ferry, travels in the Baltic Sea primarily between Denmark and Germany during the tourist season, otherwise Povl Anker serves as a reserve or standby ship. This means that most of the year the ship is at port. Povl Anker is among other things equipped with 3 auxiliary engines, which have a SFOC of ca g/kWh and high maintenance costs due to the age of the engines. There is a yearly cost of 4, kr. and the main boiler has an efficiency of about 60% and with a yearly expense of 623, kr., which collectively costs the company 4,690, kr. a year. For these reasons, this paper has investigated whether new auxiliary engines should be implemented and the possibility of installing exhaust gas boilers in order to reduce the high SFOC, maintenance cost and the running costs of the main boiler. These investments have to have a payback time of less 5 years. The paper concludes that by replacing the auxiliary engines with new ones and installing exhaust gas boilers the company can save a minimum of ,93 kr. a year and with a payback time of 3,43 years. However, in order to maximize the savings changes in the ship s service time has to be made. Side 2 af 43

4 Indholdsfortegnelse 1. Titelblad Abstract Tak til Læsevejledning Indledning Problemformulering Problemafgrænsning Hypotese Metode Teorien Formål Anlægsbeskrivelse Kedelanlægget Dampgeneratoren Varmebehov Hovedmotorer Hjælpemotorer Driftstid på motorerne Dataindsamling Beskrivelse af foretaget målinger Måling af dieselolie forbruget på en hjælpemotor Måling af dieselolie forbruget på hovedkedelen Måling af fødevandsforbruget Måling af dampens afgangstemperatur og temperaturen af fødevandet Data vedrørende nyt udstyr Usikkerheder Beregninger Olieforbrug på hjælpemotorerne Hovedkedlens olieforbrug Hovedkedelens fødevandsforbrug Energiberegninger på hovedkedelen Tilført energi til hovedkedlen Side 3 af 43

5 8.4.2 Hovedkedlens afgivet energi Hovedkedelens virkningsgrad henover måleperioden Kommentar til beregninger Løsningsforslaget Kravspecifikationer til nye hjælpemotorer Valg af hjælpemotor Beregninger for olieforbrug og tilgængelig energi i røggassen Olieforbrug på nye hjælpemotorer Tilgængelig energi fra nye hjælpemotorer Energimængde fra røggassen Valg af udstødsgaskedel Økonomi Beregning af den samlede investerede kapital Opnået besparelser af driftsomkostninger ved udskift af hjælpemotorer og ved brug af udstødsgaskedler Statisk Pay-back-metode Dynamisk Pay-back-metode Følsomhedsanalyse Diskussion Hypotese Kilder Kildekritik Konklusion Nomenklaturliste Litteraturliste Bøger Hjemmesider Side 4 af 43

6 3. Tak til. Gennem projektet er der blevet bidraget med rådgivning og vejledning af en række personer og virksomheder. Der skal lyde en stor tak til disse for deres engagement, ekspertise og tålmodighed. Speciel tak til: Rederiet Færgen, Indehaver af M/F Povl Anker for at give studerende mulighed for en praktikplads til søs. Ralph Kofoed, Seniormaskinchef på M/F Povl Anker for hjælp, råd og vejledning. Bo Henriksen, 1. Mester på M/F Povl Anker for råd og vejledning. Søren Lindberg, 1. Mester på M/F Povl Anker for råd og vejledning. Claus Sibbesen, Wärtsilä for hjælp, råd og materiale vedr. generatorsæt, vedligeholdsbudgetter, udstødsgaskedler. Anders Jensen, Alfa Laval for hjælp og vejledning omkring udstødsgaskedler. Peter V. Nielsen, Alfa Laval for hjælp og vejledning omkring udstødsgaskedler. Herudover skal der lyde en tak til den øvrige besætning om bord på M/F Povl Anker, for at have taget ualmindeligt godt imod mig og for lynhurtigt at behandle mig som en fast del af besætningen. Det har været en fornøjelse. En ekstra tak til Claus fra Wärtsilä, Anders og Peter fra Alfa Laval. 3.1 Læsevejledning. Der medfølger en bilagsmappe, hvori alle de bilag som bliver refereret til i opgaven på en CD bagest i rapporten. Bilagene kan med fordel benyttes ved gennemlæsning af rapporten. Dog er det ikke nødvendigt at benytte bilagene, for at kunne læse og forstå rapporten. Der findes i rapporten fagtekniske og maritime udtryk, så det anbefales derfor, at man gøre sig bekendt med nomenklaturlisten på side 42 i rapporten, inden læsning af rapporten påbegyndes. Side 5 af 43

7 4. Indledning. I forbindelse med uddannelsen til maskinmester på Fredericia Maskinmesterskole, er der i samarbejde med M/F Povl Anker stillet en opgave omkring skibets el- og dampproduktionsanlæg. Denne opgave lægger til grund for en afsluttende bacheloropgave. Figur 1 M/F Povl Anker kilde: M/F Povl Anker er en RO-RO/PAX færge, som hovedsagelig sejler mellem Rønne og Sassnitz i høj sæsonen. Skibet blev køllagt i 1976 på Aalborg Værft og blev leveret til Bornholmer Færgen i Her sejlede den mellem København-Rønne, ellers fungerer den som reserve skib/ standby skib for Færgen A/S s øvrige ruter. Skibets fremdrivningssystem består af 2 skruepropeller drevet af 4 MAN B&W 16U28LU hovedmotor. Elforsyningen ombord leveres af skibets 3 identiske generatorsæt af mærket Frichs CUS. De er kraftige nok til at forsyne hele skibet med elektricitet. For at dele driftstimerne ligeligt mellem dem, skiftes de til at forsyne skibet med el. Strømforbruget er forskellig under sejlads og havneophold. Sammensætningen af disse to driftssituationer udgør den normale belastning. Belastningen er henholdsvis cirka 47% ved oplagt skib og 53% ved sejlende skib. Ved disse belastninger er generatorsættenes specific fuel oil consumption (SFOC), på års basis 0,275g/kWh. Rederiet ønsker at udskifte deres generatorsæt til nogle med lavere SFOC og vedligeholdsomkostninger, samtidige med at de overholder en række kravsspecifikationer. Skibets hovedkedel er af mærket Aalborg AQ-10 og anvendes til Figur 2 Kort over "Færgen's" faste og sæsonbetinget ruter kilde: Side 6 af 43

8 opvarmning af ventilationsluft, varmt brugsvand, teknisk vand og centrifugerne. Skibets maskinmestre vurderer hovedkedlen til at have en virkningsgrad på cirka 60%. Det er derfor nærliggende, at undersøge mulighederne i anvendelsen af udstødsgaskedler efter hjælpemotorerne. Formålet er enten helt at erstatte hovedkedlen eller at reducerer brændstof forbruget så vidt muligt. Forud for kravsspecifikationer til hjælpemotorerne, fastsætter rederiet et krav om at hele investeringen skal kunne tilbagebetales inden for 5 år. Projektet handler om at udskifte de gamle hjælpemotorer med nogle nye og sætte udstødsgaskedler på dem, og bevise at der er en økonomisk gevinst ved at gøre det på denne måde. 4.1 Problemformulering. På baggrund af foregående indledning, udspringer der følgende problemformulering: Kan udnyttelse af røggasenergien fra nye hjælpemotorer betale sig, ud fra skibets varmebehov og de økonomiske aspekter? 4.2 Problemafgrænsning. Idet rapporten både omhandler udskiftning af hjælpemotorer og energi optimering med udstødsgaskedler, er det nødvendigt at anskue rapporten som en samlet løsning. Derfor er der blevet valgt en motorfabrikant og en kedelleverandør for at reducere rapportens omfang. Rapporten vil i et begrænset omfang omhandle økonomiske betragtninger ved anskaffelse af komponenter i forbindelse med en eventuel løsning, men ikke de miljømæssige konsekvenser af en mulig løsning. 4.3 Hypotese. De opnåede besparelserne skal kunne tilbagebetale de økonomiske udgifter, der er forbundet med køb af nye hjælpemotorer og udstødsgaskedler inden for en 5-årige periode. Side 7 af 43

9 5. Metode. For at kunne belyse om det kan betale sig, at skifte fra konventionel dampproduktion til varmegenindvinding, er der behov for at analyser forbruget af dieselolie, som skibet kedler og hjælpemotorer bruger samt den damp som der udvindes. For at kunne det, er det nødvendigt at kortlægge skibets varmebehov. Skibets diesel forbrug bliver målet hver dag af de ombordværende maskinmester, som fører dem til protokols i en maskinjournal og i en oliejournal. Der er dog forbundet en usikkerheds marginen i målingerne, da de foretages både manuelt og elektroniks. Der er over 2 måneder desuden foretaget ekstra målinger på fødevandsforbruget, damptemperaturen og fødevandstemperaturen. For at finde frem til damptemperaturen og fødevandstemperaturen, er der blevet lavet infrarøde termometermålinger, og fødevandsforbruget er blevet aflæst på en måler. Til forarbejdning af disse data, er der blevet brugt fagbøger som hovedsagelig stammer fra faget Termiske motor som er gennemført på Fredericia Maskinmesterskole. Til understøttelse af teorierne er der blevet brugt datablad fra forskellige firmaer, men Alfa Laval og Wärtsilä stillede beredvilligt deres data til rådighed for opgaven. Der vil blive vurderet om investeringen er rentable ud fra et økonomisk perspektiv efter teorier som er erhvervet i faget Erhvervs Økonomi. Der vil blive vurderet på beregnet paybacktime, også kaldet tilbagebetalingstiden, som vises i både en statisk og dynamisk model. Denne viser om de fastsatte besparelser kan nås inden for den fastsatte tidsramme på 5 år. For at undersøge hvorvidt investeringen kan tåle uforudsete påvirkninger er der blevet foretaget en følsomhedsanalyse. Følsomhedsanalysen er opstillet efter annuitetsmetoden. Annuitetsmetoden viser de gennemsnitlige årlige indtjeninger, som en investering vil yde ud over forrentningen af det investerede beløb. Dette skal bidrage til at vise rentabilitet af investeringen, på trods af udefrakommende påvirkninger. 5.1 Teorien. Teorien bag varmegenindvinding stammer fra selve processen som fremkommer, når motoren er i gang. En forbrændingsmotor fungerer ved at der tilføres energi i form af brændstof, ilt og varme inde i en cylinder (illustration 1). Side 8 af 43

10 Dette medfører en reaktion inde i cylinderen, hvor den tilførte energi omdannes til to typer af energi. Den første energitype, er det store tryk inde i cylinderen. Trykket trykker stemplet nedad, hvilket medfører at krumtapakslen roterer (illustration 2). Dette kaldes også for motorens arbejde. Den anden energitype er den termiske energi, som skabes ved forbrændingen (illustration 3). Illustration 1,2 og 3 skal vise de energi former der beskrives. Kilde: Diesel engines bind 1 side 38 Formålet med motoren er at omdanne den tilførte energi til arbejde. I teorien vil allerhøjst 50 procent af den tilførte energi blive benyttet til arbejde, men i virkeligheden vil den ligge omkring de procent. Den resterende tilførte energi bliver omdannet til termisk energi i form af varme. Varmen forlader motoren på flere forskellige måder. 50% af den varme som forlader motoren forsvinder ud i atmosfæren i form af udstødningsgas. En mindre del af varmen forlader motoren i form af strålingsvarme også kaldet strålingstab til omgivelserne. Den resterende varme mængde fra motoren, fjernes via smøreoliesystemet og kølevandssystemet således at den ikke overhedes. Som mange andre motorer anvendes der turbolader på hjælpemotorerne ombord på Povl Anker. En turbolader kan udnytte omkring 25 procent af energien i udstødningsgassen, til at drive turboladeren. Dermed forefindes der allerede en varmegenindvinding. 5.2 Formål. Ideen ved at genindvinde spildvarme fra en proces er ikke ny. En af de første kendte eksempler på varmegenindvinding stammer fra Thomas Edisons kraftvarmeværk fra Værket udnyttede spildvarmen til at opvarme de omkring liggende huse. Hovedårsagen til at man benytter af sig Side 9 af 43

11 diverse varmegenindvindingsanlæg er økonomiske. Inden for søfarten er det i de senere år blevet aktuelt at effektivisere driften ved genindvinding af spildvarme. På grund af de seneste års stigende oliepriser samt faldende økonomiske gevinster, kan det vise sig at være muligt at genindtjene investeringen i varmegenindvindingsanlæg. Selvom hovedformålet med genindvinding af spildvarme er af økonomiske årsager, findes der også andre fordele ved at genindvinde spildvarme energien. En indirekte gevinst er en reduceret belastning af miljøet, idet man reducere mængden af luftforurening til atmosfæren. Luftforurening som varetages af IMO MARPOL annex VI blev i 2005 taget i brug, den omhandler luftforureningen fra skibe. De tilhørende krav vil kun med tiden blive strengere. Ideen bag projektet er dog mere af økonomiske og praktiske årsager end af de miljømæssige. Det er værd at nævne at der i forbindelse med de økonomiske gevinster, også er nogle miljømæssige gevinster forbundet med projektet. Povl Anker er udstyret med en hovedkedel. Denne anvendes til opvarmning af selve skibet, behandling af olie og opvarmning af heavy fuel olie. Fra den 1. januar 2015 gik man fra at bruge HFO over til diesel på hovedmotorerne. Det har medført et reduceret behov for damp, idet man ikke længere skal opvarme HFO. Hjælpemotorerne på Povl Anker er udtjente og skal skiftets. Det er nærliggende at undersøge og belyse mulighederne for anvendelsen af udstødsgaskedler på disse, og om de kan opretholde den nødvendige produktion af damp til brug for skibets øvrige systemer. Side 10 af 43

12 6. Anlægsbeskrivelse. M/F Povl Anker er 121m lang og har kapacitet til 1500 passager samt ca. 260 personbiler. Den skyder en fart på 19,5 knob og max 21 knob, grundet de 3118 HK der sidder i hver af de 4 hovedmotorer. 6.1 Kedelanlægget. I hjælpemotorrummet er Aalborg kedlen (hovedkedel) placeret. Kedlen levere alt varmebehovet ombord i form af damp. Kedlen er en vandrørskedel og kan forbrænde spildolie, fuelolie, dieselolie og fast affald, det skal dog siges at man i mange år kun har anvendt dieselolie til afbrænding i kedlen. Kedlen er oliefyret, og har et konvektionsrørtræk. Kedlens vandrør er skråtstillet. Det giver vand/dampblandingen en god mulighed for at strømme opad og imod venstre, hvor dampen kan udskilles og strømme ud til forbrugerne. Vandet kan herefter strømme ned i kedlen og ind i rørene på kedlens højre side. Brænderen kører i modulerende drift, det vil sige at brænderen kører kedlen op i et bestemt tryk. Brænderen slukkes og startes op igen når kedlen er fladet under et bestemt tryk og på samme måde tilføres der fødevand på kedlen. Figur 3 Billede fra eget arkiv 6.2 Dampgeneratoren. I samme rum er skibet udstyret med en dampgenerator. Dens formål er at virke som en standby kedel eller back up kedel i tilfælde at skibets egen kedel er ude af drift. Fødevandet og retur kondensat blandes i fødebrønden for derefter at flyde ind i fødevandspumpen. Fødevandet pumpes direkte ind i en varmespiral. Det strømmer igennem spiralen i modsat retning af forbrændingsgasserne, hvorved det opvarmes gradvis til damptemperatur. Når den opvarmede væske forlader det Figur 4 Billede fra eget arkiv Side 11 af 43

13 genererende afsnit, passerer den igennem et ringtermostatsrør og det spiralviklet vægafsnit, for derefter at ende i dyse kammeret i dampudskilleren. Centrifugalkraften i dysen adskiller tørmættet damp fra overskydende væske. Den overskydende væske vender tilbage til den nedre del i dampudskilleren. Den tørmættede damp sendes igennem dampudløbsledningen placeret på toppen af dampudskilleren. 6.3 Varmebehov. Før 1. januar 2015 sejlede skibet på HFO, hvilket resulterede i et større dampforbrug. Størstedelen af dampen blev brugt til at holde HFO tankene varme. Da man gik fra at sejle med HFO over til at sejle med MDO, er der ikke længere noget behov for at varme tankene op. Det vil sige at man kun bruger damp til opvarmning af ventilationsluft, varmt brugsvand, teknisk vand og centrifugerne. Det giver et betydeligt mindre varmebehov, som kedlen skal kunne levere. Figur 5 Håndtegning skitse af dampsystemet på M/F Povl Anker se bilag 2 for tegning i fuld størrelse Hovedmotorer. Skibet er forsynet med fire hovedmotorer, som opererer samlet to og to til at drive de to proppeler samt to akselgeneratorer. Skibets hovedmotorer er typen MAN B&W 16U28LU. Hver motorer leverer en akseleffekt på 2834 kw ved 100 procent belastning. Motorerne leverer sjældent den maksimale effekt, da rederiet har indført tre motors drift, når det er muligt. Rederiet har taget højde for det i deres planlagte overfartstid. Indførelsen er sket med baggrund i at spare på dieselolie forbruget. Figur 6 Billede fra eget arkiv Side 12 af 43

14 6.4.2 Hjælpemotorer. Skibet er også forsynet med tre hjælpemotorer til at producere den nødvendige strøm ombord på skibet. Motorerne er af typen Frichs CUS hvilket vil sige at det er en 8 cylindre trunk motor. Hver generator er i stand til at levere cirka 500 kw, dog er de normalt lavt belastet. 6.5 Driftstid på motorerne. Figur 7 Billede fra eget arkiv Så længe færgen sejler, er der gang i hovedmorterne og i to af de tre hjælpemotorer. Hovedmotorernes akselgeneratorer skal kunne levere strøm til skibets to bovpropeller, og da færgen kun sejler skemalagt 12% af året er der ikke mange driftstimer på hovedmotorerne i forhold til hjælpemotorerne. I forbindelse med havneophold kører der konstant en hjælpemotor, for at kunne forsyne skibet med strøm. Da Povl Anker kun har det fornødne antal besætningsmedlemmer om bord, forbruges der ikke meget strøm. For at timerne bliver fordelt mellem hjælpemotorerne, skiftes de til at køre. Side 13 af 43

15 7. Dataindsamling. For at få indsigt i energiforholdene vedrørende kedlen, kræves der måleresultater. Disse er blevet vanskeliggjort på grund af manglende måleudstyr. Det er derfor nødvendig at bruge de resultater som der står i logbogen ombord på færgen. Maskinchefen har udgivet materiale omhandlende hjælpemotorerne og der er lavet et forbrugsforsøg. Angående det udleveret materiale henvises der til bilag Beskrivelse af foretaget målinger Måling af dieselolie forbruget på en hjælpemotor. For at kunne fastslå olieforbruget har det været nødvendig med en anden målemetode, idet der ikke monteret flowmålere. Flowmålerne vil ellers give et mere klart indtryk over forbrugt af diesel. Hjælpemotorerne forsynes af servicetanken som er lille (4,0 m 3 ) med kontinuerlig diesel fra en settlingstank, via en pumpe. På et nærmere bestemt tidpunkt (kl. 8:00), hvor tanken har været på 4,0 m 3 (fuld tank) er der blevet slukket for transferpumpen. Forinden er tankvolumen aflæst via det computerstyret overvågningssystem. Efter en 8 timers periode er den blevet afslæst til 3,3 m 3 dieselolie i tanken og transferpumpen er blevet genstartet. Grafen nedenunder viser hvordan tank niveauet falder i løbet af tidsperioden. Se bilag 4 for pejlinger og tidspunkter Tank niv. 08:00 08:20 08:40 09:00 09:20 09:40 10:00 10:20 10:40 11:00 11:20 11:40 12:00 12:20 12:40 13:00 13:20 13:40 14:00 14:20 14:40 15:00 15:20 15:40 16:00 Figur 8 viser forsøgets forløb henover beskreven tidsperiode for yderlige data se bilag Side 14 af 43

16 7.1.2 Måling af dieselolie forbruget på hovedkedelen. Ved at kortlægge dieselolieforbruget, kan man ved én montering af udstødsgaskedler se, om der vil være en besparelse i den olieopvarmet kedels forbrug. Den evt. besparelse vil være med til at mindske tilbagebetalingstiden. Selve målingen af dieselolie forbruget er en integreret del af middagsrunderingen Måling af fødevandsforbruget. Der er monteret en vandmålerur på fødevandstilgangen på kedlen og det antages at fødevandsmængden er lig med kedlens dampproduktion. Dette vandmålerur bruges til at bestemme den daglige dampproduktion, som skal danne udgangspunkt for dimensioneringen af udstødningskedelen. Aflæsningen fortages under middagsrunderingen Måling af dampens afgangstemperatur og temperaturen af fødevandet. Temperaturen er blevet målt med en håndholdt infrarød termometer og der er målt så tæt på som muligt på hovedkedlens afgangsrør. Dette er gjort for at finde dampens energi indhold og kedlens afgivne effekt. Da det ønskes at etablere en basislinje, for en eventuel udskiftning med udstødningsgaskedel. Der er også foretaget måling af fødevandstemperaturen, for at kunne beregne den energi, dannelsesvarme, som kedlen afgiver. Målingen er blevet foretaget med samme håndholdte termometer og fødevandets temperatur er blevet målt i fødevandsbrønden. Målingerne er blevet fortaget op til flere gange på forskellige tidspunkter, for at finde et rimeligt sandsynligt gennemsnit. Temperaturen på dampen er målt til ca. 159 grader celsius og fadevandstemperaturen er målt til 62,4 grader celsius. De målte data vil blive brugt i et senere afsnit. Side 15 af 43

17 7.2 Data vedrørende nyt udstyr. Data vedrørende de nye hjælpemotorer kommer fra datablade, som er opnået fra leverandøren og vil blive brugt til at beregne muligheden for udstødningsgaskedler samt eventuelle forbrugs besparelser der opnås ved udskiftet. Data omkring udstødningsgaskedler har kun deres dampproduktion per time, anskaffelse prisen og besparelser i forhold til hovedkedlen har været interessant. 7.3 Usikkerheder. Ved måling af de eksisterende hjælpemotorernes brændstof forbrug, det havde været ideelt at måle hvert enkle motors specifikke brændstofs forbrug, henover en længere tidsperiode. Derved opnås et mere præcist indblik i forbruget. Da målingerne vil give en bedre mulighed for at sammenligne den nuværende situation ombord. Dette vil have givet adgang til mere præcise beregninger af brændstof besparelsen ved et motor udskift. Det vil påvirke tilbagebetalingstiden. Den nuværende metode, hvori der logges brændstof forbrug på ombord, foregår således at der noteres de timer motorerne har kørt det pågældende døgn og indsætte dem i et regneark, som beregner brændstof forbruget ud fra et estimeret forbrugstal. Dette er grunden at der er foretaget et forbrugsforsøg for at undersøge, hvor valid det anvendte estimat er. Resultatet er, at der er nogle uoverensstemmelser mellem det estimeret forbrug og forsøget resultater. En mere dybdegående undersøgelse vil have vist, at forskellen ligger i, at det estimeret forbrug er et gennemsnit beregnet ud fra de foregående års forbrug og bunker regninger og man har kendt de andre forbrugers brændstofs forbrug. En af de påvirkende faktorer som spiller ind i det foretaget forbrugsforsøg er, at kun maskinkontrolrummets computer, som logger niveaumålinger fra tankene, er blevet anvendt til forsøget, og der er ikke blevet fortaget en fysisk pejling af den pågældende tank i løbet af forsøget. Niveaumåleren påvirkes først og fremmeste af skibet bevægelse på havet f. eks at skibet krænger lidt. Andre usikkerheder kan være niveaumålerens nøjagtighed og det tal der bliver vist og logget på computeren. Da forsøget blev fortaget mens skibet lå i havn med roligt vejr kan den hyppigste fejlkilde ved forsøget udelukkes, at måleren ikke blev påvirket af skibets bevægelser. Side 16 af 43

18 8. Beregninger. 8.1 Olieforbrug på hjælpemotorerne. I dette afsnit behandles både resultatet fra forbrugsforsøget samt det forbrug som maskinmestrene ombord på Povl Anker har regnet sig frem til. Resultatet fra forbrugsforsøget er nævnt i det ovenstående afsnit. De data som står i sammenligningsskemaet er lavet af de maskinmestre som er ombord på Povl Anker, for at se om der kunne være en besparelse ved at en eventuel udskiftning af motorerne. Forbrugsforsøget endte med et resultat på 0,7 m 3 over en 8 timers periode. Det giver et døgnforbrug på ca. 2,1 m 3. Forbruget omregnes til kg pr dag og kg pr time, dette bruges til sammenligningen mellem de nuværende motorer samt dem som er blevet valgt. Brændstofs leverandøren 1 oplyser at densiteten på dieselolie er 845 kg/m 3 ved 15 grader celsius. Da skibets forbrugstanke ikke længere opvarmes, er der ikke behov for at holde dieseltankene varme. Dieseloliens temperatur ombord på skibet ligger på ca. 20 grader. Det er derfor nødvendig at lave en ændring i beregningen hertil og densiteten rettes også til. = 0,64 ( 15) 845 0,64 (20 15) = 841, Beregnet forbrug ud fra måleresultat. 3., ø =. 2,1 842 = 1768, , = = 73,67 74 Beregnet forbrug ud fra sammenligningsskema. Forbruget er det gennemsnitlige forbrug henover de sidste tre år og som ligge på liter/år 4. 1 Jf. Bilag 5 2 Jf. Diesel engines bind 1 side Jf. Bilag 4 4 Jf. Bilag 3 Side 17 af 43

19 . ø =,å = = 2956, , ø =., ø = 2488, , =., = 103, Det skal dog bemærkes, at under forbrugsforsøget var motoren kun belastet efter forholdende som oplagt skib. Det var kun alle de nødvendige systemer som var tilsluttet og det resulter i at motoren ikke var særligt meget belastet. Ved det gennemsnitlige forbrug over en 3-årige periode er der medregnet de dage, hvor skibet har sejlet og har kørt med to hjælpemotorer. 8.2 Hovedkedlens olieforbrug. Hovedkedlens olieforbrug er som tidligere nævnt blevet observeret. Det har været en del at de ombordværende maskinmestres og praktikantens opgave. Olieforbruget er blevet noteret i en maskindagbog samt i skibets olieregnskab. Observationerne er foretaget af maskinmestrene i tidsrummet 1. januar december 2015 og for perioden 1. januar februar 2016 har det været praktikantens opgave. Det første der er blevet gjort, er at finde det gennemsnitlige olieforbrug for hele år 2015 og derefter for perioden 1. januar til 11. februar Under økonomiafsnittet vil forbruget for året 2015 blive brugt som udgangspunkt, da det giver et mere retvisende billede på eventuelle besparelser. Dieselolien har ifølge leverandøren en densitet på 845 kg/m 3 ved 15 grader celsius 5. Olien bliver ikke opvarmet ombord, men det antages at olien har en temperatur på cirka 20 grader celsius. Dette svarer til en densitet 6 på omkring 842 kg/m 3. Under normal drift kører kedlen hele tiden, men i løbet af år 2015 var der nogle dage, hvor kedlen ikke var i drift. Grundet nogle reparationer og en planlagt overhaling i den periode var nødkedlen i drift og dens forbrug logbog føres ikke ombord. Dette påvirker det gennemsnitlige forbrug, men påvirkningen er så lille at det ikke ødelægger det overordnet billede. 5 Jf. Bilag 5 6 Jf. Beregning i afsnit 7.1 Side 18 af 43

20 I den nedenstående tabel vil hovedkedlens olieforbrug være opdelt i et gennemsnitligt døgnforbrug per kvartal. Tabellen vil lægge grundlag for det gennemsnitlige døgnforbrug for Hovedkedel 1. Kvartal 2. Kvartal 3. Kvartal 4. Kvartal Gennemsnitlige 991,54 (liter) 643,85 (liter) 397,84 (liter) 498,54 (liter) Efterfølgende findes det samlede døgnforbrug.. = ( ) 4 = 632,94 (991, , , ,54) 4 Hvilket omregnes til kg per dag. =.. 632,94 0,842 = 532, Diagrammet nedenunder viser, hvordan døgnforbruget pr måned har fordelt sig henover hele Disse tal danner grundlag for kvartalstallene. Kvartalstallene er udregnet efter at lægge tallene fra f.eks. måned og herefter at dividere dem med 3. Hvilket viser hvorfor kvartals tallene har de værdier. For at se de døgnforbrug, månedsgennemsnit se bilag 6. 7 Jf. Data i bilag 6 Side 19 af 43

21 Gennemsnitligt månedes forbrug Liter/dag Figur 9 Søjlediagram over det gennemsnit. Døgnforbrug per måned for Bilag 6 Den nedenstående beregning vil vise døgnforbruget for perioden 1. januar februar udregningen vil følge samme princip som den ovenstående. Periode 1. januar - 31 januar 1. februar 11. februar Hovedkedel 873,49 (liter) 874,91 (liter). = (( ) + ( )) 2 = 873, ,91 2 = 874,20 Omregnet til kg per dag. =.. = 874,20 0,842 = 736, Hovedkedelens fødevandsforbrug. Det har været muligt at foretage målinger på hovedkedlens fødevandsforbrug. Hvordan disse målinger er blevet foretaget står beskrevet i afsnittet Måling af fødevandsforbruget. I dette afsnit behandles disse målinger så de kan anvendes i et senere afsnit. Målingerne blev foretaget i 8 Data kan ses i bilag 7 Side 20 af 43

22 perioden fra den 16. december 2015 til den 11. februar Det antages at vandets densitet er 1000 kg/m 3. Periode 16. dec. 31. dec. 1. jan. 31. jan. 1. feb. 11. feb. Gennemsnitlige døgnforbrug Gennemsnitlige timeforbrug 5,2813 m 3 /dag 8,5180 m 3 /dag 7,9890 m 3 /dag 0,22005 m 3 /h 0,35492 m 3 /h 0,33287 m 3 /h ø, = (,,, ) = 0, h Omregnet til kg/h ø, = ø, 0, = 302,613 h 8.4 Energiberegninger på hovedkedelen. For at kunne få et indblik i hvor meget damp hovedkedelen producer, da dette skal kunne erstattes af udstødsgaskedler. Det giver desuden muligheden for at kunne beregne kedlens effektivitet altså virkningsgrad. For at kunne lave disse beregninger, er det nødvendigt at lave nogle antagelser. Der antages at dampproduktionen er lig med dampforbruget og at massestrømmen af fødevandet er lig med massestrømmen af dampen Tilført energi til hovedkedlen. Den tilførte energi er afhængig af to faktorer, massestrømmen af brændselsolie og brændselsoliens nedre brændværdi. Massestrømmen af olien er blevet beregnet fra perioden 16. december 2015 til 11. februar Udregningsmetoden følger den metode som er i afsnittet omkring hovedkedelens olieforbrug, og er derfor ikke medtaget i denne beregning. I databladet for brændselsolien bliver oliens nedre brændværdi oplyst til at ligge på kj/kg Der henvises til bilag 8 10 Jf. Bilag 5 Side 21 af 43

23 ø =. h 27, = , ,21 /h Omregnet til effekt ø = ø ,21 = 0, , Hovedkedlens afgivet energi. Kedlens afgivet energi også kaldte kedlens nytteeffekt, er afhængig af to faktorer dannelsesvarmen og massestrømmen af dampen. Dannelsesvarmen forstås som den varmemængde kedlen tilfører et kg vand for omdanne det til et kg damp. For at kunne beregne dannelsesvarmen skal man bruge den entalpi, som fødevandet har når det kommer ind i kedlen og den entalpi dampen har når det forlader kedlen. Beregning af dannelsesvarmen. For at kunne beregne dannelsesvarmen er det nødvendig at finde temperaturen på dampen, det absolutte tryk og dampens tørhedsgrad. Idet temperaturen på dampen ligger på omkring 159 grader og det absolutte tryk ligge på ca. 8 bar samt dampens tørhedsgrad er på 90 %, kan man regne frem til dampen entalpi, ved anvendelse af denne formel. h = h + Ved opslag i en damptabel for mættet vanddamp med tryk som udgangspunkt, findes værdierne til beregningen 11. h = h + 720,94 + 0, ,5 = 2562,79 / For at finde entalpien på fødevandet er der blevet brugt nedenstående formel. Ved temperatur under 100 grader celsius regnes vandets varmefylde for at være konstant. Vandets varmefylde ligge på 4,19 kj/(kg*c) Jf. Damptabel af Dennis Hansen 12 Jf. Dampkedler af K.F Larsen s.35 Side 22 af 43

24 h ø = ø 62,4 4,19 = 261,46 / Dannelsesvarmen findes ved at trække de to entalpier fra hinanden. Altså de 2 resultater som man fik fra det mættede vanddamp samt fra fødevandet. = h h ø 2562,79 261,46 = 2301,33 / Beregning af hovedkedelens afgivet energi. Hovedkedelens afgivet energi findes ved at anvende de faktorer, dannelsesvarme og massestrøm af damp. Den nedenstående beregning vil blive anvendt til at finde hovedkedelens virkningsgrad henover måleperioden. = 302, ,33 = ,98 696,416 /h Omregnet til effekt = ,98 = 193, Hovedkedelens virkningsgrad henover måleperioden. Kedlens virkningsgrad defineres, som værende forholdet imellem kedlens afgivet effekt og kedlens tilførte effekt. Dette forholdstal er med til at beskrive kedlens driftstilstand. = 193,45 = 0, ,86 % ø 328,67 Ud fra beregningen bevises maskinchefens påstand omkring at hovedkedlens virkningsgrad skulle ligge omkring 60% og derfor anses maskinchefens påstand for at være troværdig. Side 23 af 43

25 8.5 Kommentar til beregninger. Ved beregning af motorernes olieforbrug, udregnes der to forskellige forbrugsstørrelser. Disse vil blive beskrevet som et minimums forbrug og et middel forbrug. Minimums forbruget er baseret på det forsøg, som blevet foretaget mens skibets lå til kaj, eller nærmere betegnet som oplagt skib. Forsøget viser at forbruget ved oplagt skib, hvor kun alt det nødvendig for skibet kører. Det vil sige at mange strømforbrugere er blevet koblet ud som ellers vil være koblet ind under et aktivt fartmønster. Det resultere i mindre strømforbrug, en mindre belastning af hjælpemotorerne og et mindre forbrug af dieselolie. Hvorimod at den anden beregning tager højde for en stigning i belastning af motorerne og dermed et højere diesel forbrug. Det er den som ligger til grund for middelforbruget. Det skal også tilføjes, at man har taget et gennemsnit forbrug henover en tre års periode, hvilket også giver et mere retvisende billede. Man kan anvende de to beregninger til at finde hvor man ligge imellem, da strømforbruget varier meget. Der er også tænkt på, at der løbende bliver lavet forberederinger for at reducerer strømforbruget og dermed reducerer diesel forbruget. Ud fra beregningerne omkring kedlen kan der konkluderes at maskinchefens påstand om at kedlen ligger på omkring de 60% har været rigtigt nok. Det danner grundlag for at finde en løsning hvor man enten får hævet virkningsgraden på kedlen eller finder en anden måde at lave damp på. Der må også tænkes på at beregningerne er baseret på et gennemsnit henover et par måneder og uger og det har derfor også en indflydelse på resultaterne. Samtidig antages det, at kedlen har et konstant tryk, dette er ikke tilfældet. Som tidligere beskrevet kører kedlen i det der hedder molærende drift, det vil sige at den fyrer op til et bestemt tryk, hvor den slukker for brænderen og brændstofstilførelsen også. Når trykket er faldet til ned til et bestemt tryk, starter brænderen og brændstofstilførelsen op igen. Side 24 af 43

26 9. Løsningsforslaget. På baggrund af beregningerne vurderes det, at kedlens brændstofs forbruget kan reduceres betragteligt ved at installerer udstødsgaskedler. Hjælpemotorerne har et højt forbrug og store vedligeholdelsesudgifter. Der er derfor grundlag for at udskifte hjælpemotorerne med nogle nye. Dette afsnit vil omhandle følgende opstillede punkter. Hjælpemotorer: Valg af hjælpemotorer ud fra specifikationskravene. Beregning på forbrug med de nye hjælpemotorer. Beregning på den energi der er tilgængelig i røggassen. Udstødsgaskedler: Valg af udstødsgaskedler ud fra undersøgt varme behov. Beregning af brændstofbesparelser. 9.1 Kravspecifikationer til nye hjælpemotorer. 3 sæt bestående af dieselmotor og generator monteret sammenkoblet parvis på hver sin bundramme 13 Dieselmotoren: IMO-Tier 2 certificeret, kører på dieselolie, DO, MGO Motorerne skal kunne tilsluttes skibets kølevandssystem Krumtap ventilation enten lukket eller tilsluttet skibssystem Startsystem: startluft ventiler eller startmotor. Startlufttryk max 25 bar Effekten på generatorerne skal være kontinuerlig minimum 600 kw, 760 kva Frekvens 50 Hz og 400 V Anlægget skal kunne overvåges fra maskinrum og fra kontrolrum. Generatorstyring eventuelt kombineret med eksisterende DEIF generatorstyring Det komplette skibssæt skal være til Bureau Veritas godkendelse. 13 Jf. Bilag 9 Side 25 af 43

27 9.2 Valg af hjælpemotor. I forhold til ovenstående krav, blev Wärtsilä valgt, deres hjælpemotorer passede til de specifikationer der er blevet stillet. Hjælpemotoren 14 kan levere 838 kva og 670 kw ved 100% belastning. Det vil resulterer i at Wärtsilä motorerne vil blive belastet med 90%. Ved en nærmere undersøgelse af databladet for motoren, ligger belastningen omkring det punkt hvor den er mest økonomisk 15, hvad angår brændstofs forbruget. Den valgte motortype er en 4W20L, hvilket vil sige at det er en 4 cylinder rækkemotor med en cylinderdiameter på 200 mm. Ud fra praktiske erfaring i løbet af praktikperioden og udleveret materiale har det vist at der er en forskel mellem de stillet minimumskrav og den reale situation. 9.3 Beregninger for olieforbrug og tilgængelig energi i røggassen Olieforbrug på nye hjælpemotorer. Erfaringen viser at hjælpemotorerne vil blive belastet med cirka 50-55% under driftsforholdene som værende enten oplagt skib eller sejlende skib. Det vil være nærlæggende at finde ud af om olieforbruget vil være større end det nuværende, og samtidige med at få nogle brugbare data til udregning af eventuelle besparelser. Strømbehovet ved oplagt skib ligger på 340kW som kan omregnes til en belastningsprocent: % =, = 50,75%, % Hvilket ifølge databladet giver et SFOC på 201 g/kwh 16. For at finde den nødvendige effekt på akslen divideres den nødvendige effekt med generatorens virkningsgrad Generatorens virkningsgrad 17 : = = 0, ,03% 14 Jf. Bilag 10 pdf side 4 15 Jf. Bilag 11 pdf side 1 16 Jf. Bilag 12 pdf side 2 17 Aksel effekt findes i bilag 12 pdf side 1 Side 26 af 43

28 Nødvendig akseleffekt: = 340 0,9503 = 357,78 Nu hvor SFOC en og den nødvendig effekt på akslen er kendt kan olieforbruget nu beregnes. =, = 71, /h Tilgængelig energi fra nye hjælpemotorer. For at kunne beregne energien, som er tilgængelig som varme fra hjælpemotorerne, behøves 3 faktorer. Den 1. faktor er den mængde udstødningsgas som motoren udleder til atmosfæren. Den 2. faktor er udstødningsgassen specifikke varmekapacitet. Den 3. faktor er forskellen i temperaturen mellem udstødningsgassen når den forlader motoren og den luft som motoren suger ind. Røggasmængden. Røggasmængden forstås som den masse der forlader motoren. Det er en kombination i massen mellem den indsugede luft og det afbrændte brændstof. Når brændstoffet afbrændes, er det fordi at der sker en reaktion i cylinderen, mellem brændstoffet og den komprimerede indsugede luft. For at få en fuldstændig afbrænding af brændstoffet, kræves der en minimum mængde af luft. Hver bestanddel af brændstoffet kræver en given mængde luft for at afbrænde. Derfor kan man beregne den minimum luftmængde som kræves, hvis man kender brændstoffets opbygning. Her kendes den nøjagtige brændstof opbygning ikke. Der benyttes et tabel opslag fra databladet, inden beregningen påbegyndes. Det påpeges, at den aflæste røggasmængde fra datablades kan betragtes som en kontrolleret beregning. Den oplyste røggasmængde er 1,48 kg/s med en tolerance på 5% ved 100% belastning. Side 27 af 43

29 Databladet oplyser at luftforbruget ved 100% belastning er 1,44 kg/s og at SFOC ligger på 197 g/kwh samt den effekt der bliver leveret på akslen er 705 kw 18. Først findes brændstofs forbruget betegnet som = = 138,89 h 0,04 Herefter findes røggasmængden ved at addere luftforbruget med brændstofs forbruget som vist nedenunder. Røggasmængden betegnes som ø. ø = + 1,44 + 0,04 = 1,48 Der er en tolerancen på 5% til begge sider. Resultatet sammenlignet med databladet viser at beregningen er indenfor det angivet toleranceparameter 19. Temperatur. I eksisterende motoranlæg er udetemperaturen en faktor, som har indvirkning på temperaturen af indsugnings luften. Temperaturen på den indsuget luft kommer fra et kontrolleret miljø. Det er grunden til at der i databladet står at indsugningstemperaturen lige inden motoren er angivet til at ligge imellem grader celsius. Ydermere oplyses udstødsgas temperaturen ved forskellige belastninger til at ligge fra 361 ved 50% belastning til 350 ved 100% belastning. Disse oplysninger bliver behandlet lidt mere dybdegående senere i afsnittet 20. Specifik varmekapacitet. Den specifikke varmekapacitet angiver, hvor stor en varmemængde der skal til, for at hæve et kg af et givet stof en grad. Røggassen varmekapacitet 21 er blevet antaget til at være 1,05 18 Jf. Bilag 12 pdf. Side 1 og 2 19 Jf. Bilag 12 pdf. Side 1 20 Jf. Bilag 11 pdf side 1 21 Jf. K.F Larsen Dampkedler side 56 Side 28 af 43

30 9.3.3 Energimængde fra røggassen. Energien findes ved at anvend de tre ovenstående faktorer. De nedenstående beregninger vil kun vise den beregnede energimængde ved en 100 % belastning. Det antages, at det er nok at vise fremgangsmåden. Ved en lavere belastningsområde henvises der til en kurve som er placeret nederst i afsnittet. Energimængden vil blive angivet som værende effekt 22. ø = ø ø ø 1,48 1,05 (350 50) = 466,20 ø = ø ø ø = 1,48 1,05 (350 70) = 435,12 Det nedenstående diagram viser hvor røggasenergien ligger ved de given belastninger. Senere hen i projektet vil de energimængder som er beregnet ud fra 50% belastning blive anvendt og deres energimængder vil nævnt i det pågældende afsnit. Der henvise også til bilag 13. Røggasenergimængden fra % belastning i kw Antal kw Belastning i procent Energimængde (1) i kw Energimængde (2) i kw Figur 10 Kurvediagram over Røggasenergien ved forskellige belastninger. ø = ø ø ø = 0,83 1,05 (370 50) = 278,88 ø = ø ø ø = 0,83 1,05 (370 70) = 261,45 22 Jf. Data fra bilag 11 og 12 Side 29 af 43

31 9.4 Valg af udstødsgaskedel. Det er nødvendigt at kende fødevandsforbruget/dampproduktionen i forhold til størrelse af kedlen. Det er nødvendig at finde den energi der er i røggassen, for at finde ud af, om det er teoretisk muligt at erstatte hovedkedlen med udstødsgaskedler. Dette gøres ved en sammenligning effekten mellem kedlen kontra røggassen. ø % 261,45 193,45 Det konstateres, at det er teoretisk muligt at erstatte dampen fra hovedkedlen med damp lavet af en udstødsgaskedel, ud fra den energi der er i røggassen. Den valgte udstødsgaskedel er en såkaldt WHR type Aalborg XCS, som er designet til hjælpemotorer der yder i omvejen af 800 kw 23. Nu vil der beregnes den damp og energimængde der tilføres ved brug af den valgte udstødsgaskedel i et givet driftspunkt. Til hjælp ved disse beregninger anvendes der data fra leverandøren 24. Den tilførte energimængde fra hjælpemotor til udstødsgaskedel: ø = ø ø ø ø 0,83 1,05 ( ) = 122, Med et fordampningstal på 0,057 kg damp/ kg røggas beregnes nu den dampmængde der produceres i udstødsgaskedlen. = ø ,83 0, = 170, /h Den mængde damp som hovedkedlen producerer (ca. 303 kg/h), kan udstødsgaskedlen ikke producere nok damp til at dække Povl Ankers dampbehov. Det påpeges, at hovedkedlens dampproduktion er målt henover en periode på cirka 2 måneder. Perioden forløb i året koldeste måneder. Der vil blive omregnet fra udstødsgaskedlens dampproduktion om til et tilsvarende brændstofs forbrug. Udregningen er baseret på en minimumsbelastning af en hjælpemotor ved havnedrift og kan derfor være højere. I forvejen kendes hovedkedlens brændstofs forbrug for hele 23 Jf. Bilag Jf. Bilag 15 temperatur til trøg2 anvendt Side 30 af 43

32 året. Og dermed undersøges det om udstødsgaskedlerne fuldstændig kan erstatte hovedkedlen i en periode af året. Der bruges en tilnærmet faktor som også anvendes i Alfa Lavals tilbudsmateriale 25. Denne bruges til at beregne eventuelle brændstofbesparelser. Den tilnærmet faktor forudsætter at der anvendes cirka 13 kg brændstof til 1 kg damp.. = = = 13,08 /h Svarende til 313,85 kg/dag.., Ved opslag i bilag 6, kan det konstateres at det tilsvarende brændstofs forbrug er næsten lig med forbruget for henholdsvis september og oktober i Det er derfor nærliggende at antage udstødsgaskedlen kan tage over for hovedkedlen i den periode. Da dampproduktionen med en udstødsgaskedel og en kørende hjælpemotor ved havnedrift eller nærmere betegnet oplagt skib er undersøgt. Undersøges der ganske kort hvordan det forholder sig i den periode hvor skibet er i aktiv tjeneste. Det vil sige at to hjælpemotorer er koblet ind og de er lidt mere belastet. Derfor antages det at minimumsbelastningen af hjælpemotorerne ligger på 55% på hver motorer. Ved opslag i tilbudsmaterialet 26 bliver dampproduktionen oplyst til at ligge på 191 kg/h per udstødsgaskedel. Ved anvendelse af samme omregningsmetode fra den ovenstående beregning, svarer dampproduktionen til 14,69 kg/h dieselolie. Omregnet til døgnforbrug giver det 352,62 kg/dag for hver enkel udstødsgaskedel, eller totalt 705,23 kg/dag. I forbrugsskemaet over hovedkedlens brændstofs forbrug for 2015, 27 kan det ses at der tilstrækkelig dampproduktion i udstødsgaskedlerne til at kunne dække skibets dampbehov i perioden april til december. Disse resultater bliver nærmere behandlet i det efterfølgende økonomi afsnit 25 Jf. Bilag Jf. Bilag Jf. Bilag 6 Side 31 af 43

33 10. Økonomi. I følgende afsnit behandles de påkrævede investeringer med det formål at eftervise den opstillede hypoteses korrekthed. Den vil blive fortaget på to forskellige metoder. I den ene udregning, vil kun de opnåede besparelser have indflydelse på beregningen af tilbagebetalingstiden. Dette kaldes den statiske Pay-back metode. Ydermere tager den statiske Pay-back metode ikke højde for renter, dog kan den bruges som en indikator. Derfor inddrages den dynamiske Pay-back metode som tager hensyn til renter, en såkaldt kalkulationsrente. Det er blevet oplyst fra rederiet at kalkulationsrente er 6%. Kalkulationsrenten; er det rentekrav, en virksomhed som minimum vil stille sig tilfreds med til forrentning af den investerede kapital. (jf. Erhvervsøkonomi s245). Det vil sige, at besparelserne bliver beregnet om til nutidsværdier ved en given rente som fraregnes den investerede sum. Desuden foretages der også en følsomhedsanalyse, idet at der forbundet nogle usikkerheder i opstillingen af den samlede investeringssum. Disse usikkerheder kan blandt andet være indkøbsprisen, udgifter forbundet med installationen af nyt udstyr, størrelsen af de opnåede besparelser, kalkulationsrenten og de årlige udgifter. Til følsomhedsanalysen vil investeringsforslaget blive opstillet efter annuitetsmetoden. Til udregning af tilbagebetalingsmetoderne er Excel blevet anvendt, som det vil fremgå. (Se bilag 3) Der vil kun vises resultater af forudgående beregneringer i projektet Beregning af den samlede investerede kapital. Ved udregning af den samlede investerede kapital er der blevet taget hensyn til købspris og de udgifter der er forbundet med installation af anlæg, samt den scrapværdi anlæggene estimeres at have efter 7 år. Der opstilles en tabel for at overskueliggør den samlede kapital. Tilbuddene er blevet fremlagt i euro og derfor omregnes de til danske kroner med en valutakurs på 7,45 kr. Købspris 3 stk. hjælpemotorer kr. Installations udgifter estimat kr. Købspris 3 stk kr. udstødsgaskedler 30 Installations udgifter estimat kr. 28 Se bilag 3 økonomi, Beregninger af tilbagebetalingstid 29 Jf. Bilag Jf. Bilag Jf. Bilag 16 Side 32 af 43

34 Samlede sum kr. Udregning af den investerede sum 32. Estimeret Scrapværdi efter 7 år brug motor Estimeret Scrapværdi efter 7 år brug u. kedel Investeringssum Netto investering sum Scrapværdi efter 7år Nutidsværdi 6% kalkulationsrente ,00 kr ,00 kr ,00 kr ,00 kr kr ,00 kr. Scrapværdien fratrækkes investeringssummen idet scrapværdien repræsentere, den værdi der forventes at få, hvis udstyret skulle sælges efter 7 år Opnået besparelser af driftsomkostninger ved udskift af hjælpemotorer og ved brug af udstødsgaskedler. Opnåede årlig besparelse ved nye hjælpemotorer 33 Besparelse med 1 udstødsgaskedel (oplagt skib) per år Besparelse med 2 udstødsgaskedel (sejlende skib) per år Samlet årlig besparelse Der henvises til bilag kr ,92 kr ,92 kr ,24 kr Statisk Pay-back-metode. Når nettobetalingsstrømmene kendes, kan det eftervises om den investerede kapital er tilbagebetalt indenfor 5 år. Der opstilles igen en tabel der viser både nettobetalingsstrøm og den akkumuleret betalingsstrøm, fordelt ud på hvert år. År Nettobetalingsstrøm Akkumuleret nettobetalingsstrøm ,00 kr ,00 kr ,93 kr ,07 kr ,93 kr ,13 kr ,93 kr ,20 kr ,93 kr ,73 kr ,93 kr ,67 kr. 32 Jf. Bilag 3 33 Til udregning af årlige besparelse anvende budgettal fra bilag 18 Side 33 af 43

35 ,93 kr ,60 kr ,93 kr ,53 kr. Det ses tydeligt at allerede ved 4. år er den investerede kapital gået fra negativ til positiv, det vil sige at fra år 4 har investeringen generede et overskud som efter en 7 års periode har vokset sig til ca. 8,5 millioner kroner. Ved anvendelse af Excel funktionen Nper findes tilbagetiden til at være 3,02 år 34, hvilket betyder at ud fra hypotesen om at investeringen skal være tilbage betalt inden for 5 år er korrekt. Dog skal det pointeres at der er ikke blevet taget højde for renter, men den giver en indikation på, hvorvidt investeringen kan lagde sig gøre. Hvis investeringen efter 5 år stadig var negativ så skulle investeringsforslaget forkastes Dynamisk Pay-back-metode. Ved anvendelse af den dynamiske tilbagebetalingsmetode beregnes først nutidsværdierne af betalingsstrømmene ved en given kalkulationsrente det vil sige at der tages hensyn til renter. Kalkulationsrenten bruges til at tilbageberegne nettobetalingsstrømmene til nutidsværdier. I den nedenstående tabel er kalkulationsrenten fastsat til 6%. Kalkulationsrente 6% År Nettobetalingsstrøm Faktor Nutidsværdi Akkumuleret nettobetalingsstrøm ,00 kr ,00 kr ,00 kr ,93 kr. 0, ,76 kr ,24 kr ,93 kr. 0, ,77 kr ,47 kr ,93 kr. 0, ,53 kr ,95 kr ,93 kr. 0, ,80 kr ,85 kr ,93 kr. 0, ,13 kr ,98 kr ,93 kr. 0, ,09 kr ,07 kr ,93 kr. 0, ,44 kr ,51 kr. 34 Jf. Bilag 3 Side 34 af 43

36 Det ses at tilbagebetalingstiden ved den dynamiske metode er på 4 år (3,43 35 år ved hjælp af Nper ), hvilket er inden for den fastsatte tilbagebetalingsperiode. Det vil sige at med en kalkulationsrente på 6%, vil det være rentabel. Ydermere tager både den statiske og dynamiske metode ikke højde for de betalinger der modtages efter 7 år Følsomhedsanalyse. En investering medfører ofte indsnævrede handlemuligheder for virksomheden mange år frem. Der er forbundet nogle usikkerheder med et investeringsforslag. Det er oftest fornuftigt at gøre brug af følsomhedsberegninger også kaldt følsomhedsanalyse for at mindske usikkerheden der er omkring en investering. Det kan som tidligere beskrevet gøres ved at påvirke eller ændre på blandt andet eventuelle besparelser, købspriser, installationsudgifter og kalkulationsrenten. Først opstilles og udregnes investeringen efter annuitetsmetoden dette gøres for at overskuelige gøre evt. ændringer og deres indvirkning på investeringskalkulen. Der vil kun fremvises de opstillede scenarier, størrelsen af den påvirkede faktor, den akkumulerede nutidsværdi ved år 5 og tilbagebetalingstiden. For at se beregningerne for de opstillede scenarier må der henvises til følgende bilag 19. Investering kalkule 6% kalkulationsrente År Investering Besparelse Pengestrøm Diskontering sfaktor Nutidsværdi Akkumuleret nutidsværdi ,00 kr ,00 kr ,00 kr ,00 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,76 kr ,24 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,77 kr ,47 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,53 kr ,95 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,80 kr ,85 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,13 kr ,98 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,09 kr ,07 kr ,93 kr ,93 kr. 0, ,44 kr ,51 kr. Tabel 1 Viser Investeringen opstillet efter Annuitetsmetoden Ved brug af Nper bliver tilbagebetalingstiden 3,43 år hvilket stemmer overens med tilbagebetalingstiden efter den dynamiske metode. 35 Jf. Bilag 3 Side 35 af 43

37 I de nedenstående punkter er der blevet ændret på de ovenstående faktorer, da de har indflydelse på tilbagetiden af investeringen. Der opstilles 4 forskellige scenarier til følsomhedsanalysen. A) Scrapværdien for de installerede anlæg efter 7 års brug er 0 kr. Det vil sige at udstyret ikke kan sælges. B) Investeringssummen forsøges med kr., grundet komplikationer ved installationen af anlæg. C) De opnåede besparelse falder med 25%. D) Kalkulationsrenten er steget til 10%. A) Scrapværdi er 0kr. Det vil sige at investeringssummen er ,00 kr. ved år 5 er den akkumuleret nutidsværdi på ,57 kr. mens tilbagebetalingstiden er 4,21 år. B) Investeringssummen stiger med kr. Investeringssummen er ,00 kr. og den akkumuleret nutidsværdi er ,20 kr. og tilbagebetalingstiden er 3,87 år. C) Opnåede besparelser falder med 25%. Den årlige besparelse falder til ,51 kr. og nutidsværdien ved år 5 bliver ,33kr. samt en tilbagebetalingstid på 4,89 år. D) Kalkulationsrenten er steget til 10%. Selv med en stigning til 10% i kalkulationsrenten, er nutidsværdien positivt og er ,21kr. Tilbagebetalingstiden er 3,86 år. Ud fra de opstillede scenarier er investeringen lønsomt, hvilket betyder at det kan betale sig at foretage investeringen. Det kan også ses at det er kun den akkumuleret nutidsværdi der bliver påvirket. Hvis man antog, at de opstillede scenarier indtraf i en og samme investeringskalkule. Vil det sandsynligt vise sig at investeringen ikke kan tilbagebetales inden for den fastsatte tidsramme. Det kan tilføjes at ud fra tidligere nævnte antagelse vil tilbagebetalingstiden være 7,81 år Udregningen for denne antagelse kan ses i vedlagt bilag 19 Side 36 af 43

38 11. Diskussion Der er en del usikkerhedsmomenter i analysen. For det første er der blevet lavet et forbrugsforsøg på hjælpemotorens dieselolie forbrug. Det har dannet grundlag for et minimumsforbrug, usikkerheden i dette er at forsøget ikke er blevet gentaget over flere gange for at opnå mere data på det punkt. For det andet skal man tænke på præcisionen af det udstyr, som er blevet anvendt til at måle de resultater der kom ud af forsøget. Det kunne også have været interessant, hvis der havde været en mulighed for at lave samme forbrugsforsøg, mens skibet havde sejlet, det har dog ikke været muligt, problematikken er forsyningssikkerheden. Med det menes der, at der lukkes for til førelsen til en tank som forsyner hjælpemotorerne med brændstof. Hvis der går noget galt med at få åbnet op igen, kan det have uheldige konsekvenser for skibet, da det vil resultere i et black out midt i sejlads. Desuden skal man tænke på, at hvis forsøget skulle have været foretaget over flere gange, er det nødvendigt at have det samme strømforbrug hver gang. Der skal elimere så mange fejlkilder som muligt. For det tredje er der blevet anvendt en del antagelser til kedelberegningerne, men de har været nødvendig for den viderebearbejdning. Hovedkedlen opererer i modulære drift og ikke ved et konstant tryk. Trykket er en afgørende del af entalpi beregningen, som også anvendes til energiberegningerne. Og at forholdet mellem fødevand og damp er lig med hinanden dette har også en indvirkning på kedlens energiberegninger. Det kunne have interessant at have målt den mængde damp der afgår fra kedlen også for at se om det passede med den mængde fødevand der føres til kedlen. Hvad angår løsningsforslaget, er driftsmønstret en af de afgørende faktorer. Det fremgår af rapporten at jo mere skibet sejler jo mere kan der spares. Det ses i de målinger der er blevet fortaget, og i tilbudsmaterialet. Her tænkes der på tilbuddet fra Alfa Laval med deres udstødsgaskedler. Det skal også ganske kort tilføjes at ved anvendelse af udstødsgaskedler reduceres blandt andet CO 2 emissionerne til miljøet. Det vil bidrage til et renere havnemiljø og en reduktion af emissionerne i Østersøen. Der skal tænkes på, at der kun er blevet anvendt og set på materiale fra en leverandør hvad angår henholdsvis valg af nye hjælpemotorer og valg af udstødsgaskedler. Dette er ikke den normale fremgangsmåde når man vil invester i nyt udstyr. Normalt vil man kigge på tilbud fra flere forskellige fabrikanter, og sammenligne dem med hinanden, for at se hvilken en der er mest fordelagtigt, hvad angår blandt andet drift og købspris. Hvis man visker tavlen ren og kigger på andre måder at løse problemet på, så er anvendelsen af termoolie en måde man kan løse problemet med hovedkedlen, idet der kun bruges damp til opvarmning. En fordel er at man kan opvarme termoolie til de samme temperaturer ved Side 37 af 43

39 atmosfærisk tryk, hvilket resulterer i mindre krav til det tilhørende udstyr, driftspersonale og mindre dimensionsstørrelser. Samtidig med at der er mindre varmetab ved et termoolie system. Dog vil skiftet fra damp til termoolie betyde en større ombygning af det tilhørende rørsystem. Det kunne tænkes at der anvendes en mindre hjælpemotor under havneophold. Dette vil hæve belastningsgraden på den pågældende hjælpemotor og dermed forøge mængden af producerede damp. Dog vil det give minimale forbedringer. Det må erkendes at i Alfa Lavals tilbudsmateriale er blevet anvendt forkerte temperatur data. Dette er sket fordi der er blevet udleveret forkert data til dem. Dog må der præciseres, at de temperatur data der er anvendt af Alfa Laval, ligger inden for den temperatur tolerance, som er angivet i databladet for det pågældende generatorsæt. Derfor er de alligevel anvendt. Det ikke været muligt at få nye data Hypotese. De opnåede besparelserne skal kunne tilbagebetale de økonomiske udgifter der er forbundet med køb af nye hjælpemotorer og udstødsgaskedler inden for en 5 års periode. Denne hypotese kan verificeres. Ved at udskifte hjælpemotorer og installere udstødsgaskedler kan investeringssummen godt tilbagebetales inden for en 5-årig periode. Til trods for usikkerheder angående brændstofs mængderne. Det anbefales med udgangspunkt i de opnåede resultater, at overveje muligheder i sådanne anlæg, da det har betydelige økonomiske fordele i forhold til de eksisterende anlæg. Her drages der henblik på økonomi afsnittet, selv med minimums besparelserne vil de årlige besparelse ligge på 2,1 million kr. årligt. Ud fra følsomhedsanalysen kan det ses at investeringen er robust og vil give overskud. Ud over de økonomiske vindinger vil sådan et tiltag reducerer emissionerne, hvilket er også værd at overveje. Diskussionens formål er, at belyse de usikkerheder der er i valget af undersøgelses metoder, men også at belyse de fordele der er ved det givne løsningsforslag samt oplyse om andre mulige alternativer til løsning af problemet. Derfor anbefales det at resultaterne, anvendes som et udgangspunkt til videre debat ombord på Povl Anker om alternative løsninger. Side 38 af 43

40 12. Kilder Skibet tekniske bibliotek Udleverede data fra Maskinchef Ralph Kofoed, M/F Povl Anker Internettet, adresser er udspecificeret i tilhørende bilag og litteraturliste. Bo Henriksen, 1. Mester, M/F Povl Anker Søren Lindberg, 1. Mester, M/F Povl Anker Claus Sibbesen, Wärtsilä Peter V. Nielsen, Alfa Laval Anders Jensen, Alfa Laval 12.1 Kildekritik. - Skibets tekniske bibliotek: Dette er blevet brugt til at indhente oplysning omkring de nuværende systemer og dampsystemet. Biblioteket består af datablade, instruktionsbøger og andet materiale fra producenter og leverandør af tekniske midler ombord samt manuelt registrerede oplysninger om driften. Data fra leverandør anses for at være valide i det omfang at de er blevet anvendt til at opnå forståelse af diverse systemer. De manuelle registrerede oplysning bruges med øje for, at der kan være glemt en indtastning eller der er blevet indtastet forkert. - Internettet: De oplysninger som er hentet fra internettet, fra de respektive mærkers hoved og undersider anses for valide, da disse oplysninger er fundet på egen hånd og der er anskaffet så vidt som muligt opdateret oplysninger. - Forhandler data: De data der er modtaget på skrift fra forhandler er udelukkende producentens data og der er således ikke interesse konklift med forhandler, derfor anses de så valide. - Udleveret data og information fra skibet personel: Idet påstande er blevet eftervist anses fremsagte påstande for at være valid, samt de data der er blevet udleveret fra maskinchefens side da der ikke er nogen interessekonflikt. Side 39 af 43

41 13. Konklusion. I rapporten er der forsøgt at finde ud af, hvorvidt det er muligt at udnytte udstødsgassen fra hjælpemotorer til dampproduktion og om det kunne betale sig at investere i sådan en løsning. Ud fra de beregninger der er blevet lavet viser det, at der er energi nok at anvendelse af røggassen. Udgifterne til varmeproduktion er faldet siden 1. januar 2015 idet man gik fra at bruge HFO til MGO. Hvis man stadigvæk kørte på HFO så ville det ikke have været muligt at udnytte røggasenergien til den form for opvarmning, da der ikke vil have været nok energi tilstede. Ved anvendelsen af løsningsforslaget sparer skibet og rederiet 2,1 millioner kr. om året på deres driftsomkostninger. Gennem beregninger og investeringskalkuler viser det sig, at investeringsforlaget har en tilbagebetalingstid på 3,43 år, og dette er inden for den fastsatte tilbagebetalingstid. Gennem analyse af skibets varmebehov og dieselolieforbruget på hhv. hovedkedel og hjælpemotorer, er det blevet konstateret, at det er teknisk muligt at implementere udstødsgaskedler efter hjælpemotorerne. For at undersøge hvorvidt det er muligt at implementere generatorsæt, som er tilpasset den normale driftsbelastning, er der anvendt dimensioneringskrav og normal driftsbelastning. Der er blevet stillet et løsningsforslag. I løsningsforslaget implementeres generatorsæt, der kan håndtere belastningerne både under sejlads og i havn og udstødsgaskedler som kan afhjælpe hovedkedlen. Ved at beregne brændstofforbrug, omkostninger til smøreolie og vedligehold på det eksisterende generatorsæt, skabes et sammenligningsgrundlag for at beregne, om det er rentabelt at implementere generatorsæt. Brændstofforbruget beregnes ud fra skibets sejlplan for de sidste tre år. Beregningen af omkostninger til smøreolie er lavet på baggrund af de årlige driftstimer, samt de respektive generatorsæts producent oplysninger. Omkostninger til vedligehold på de eksisterende generatorsæt beror på et udregnet gennemsnit over de sidste tre år, og er således gjort op i antallet af årlige driftstimer. Da det har været muligt at få oplyst vedligeholdsomkostninger på de nye generatorsæt fra leverandøren, er denne omkostning er på kr. om året. Ved at beregne brændstofforbruget på hovedkedlen, skabes et sammenligningsgrundlag for at beregne, om udstødsgaskedlerne kan erstatte hovedkedlen. Det konstanters at det ikke er muligt komplet at erstatte hovedkedlen i længere perioder, grundet skibet sejlplan. Det er drog muligt at Side 40 af 43

42 afhjælpe hovedkedlen i sådan omfanget at man næsten sparer 70% af de årlige udgifter, hvilket giver en årlig besparelse på ,58 kr. Gennem beregninger og investeringskalkuler viser det sig, at løsningsforslaget har en tilbagebetalingstid på 3,43 år. Løsningen er derfor økonomisk interessant for rederiet. Side 41 af 43

43 14. Nomenklaturliste SFOC Oplagt skib RoRo/Pax IMO Generatorsæt Hjælpemotor Setlings tank Service tank Black out Termoolie HFO MDO MGO Trunk motor Specific fuel oil consumption er en måleenhed, som fortæller hvor meget brændstof en forbrændingsmotor bruger for at lave en kwh. Enheden måles i denne rapport i g/kwh. Skib som opholder sig i havn i en længere periode med minimal besætning. Dette er en international forkortelse for Roll on- Roll off/ Passengers. Det betyder, at skibet sejler med biler og passagerer. International Maritime Organization. Denne organisation er en sammenslutning af mange flagstater og står for konventioner som f. eks SOLAS og MARPOL. Sammensætningen af en generator og en drivmotor. Drivmotoren er som regel dimensioneret i forhold til generatorstørrelsen. Se generatorsæt. Tank hvori brændstof opbevares, urenheder og segmenter bundfældes Tank med brændstof som forsyner motorer og kedler. Sort skib, Betegnelse for at der er strømsvigt i skib. En olietype der anvendes til opvarmningsformål. Heavy Fuel oil betegnelse for en brændstof type er bruges typisk i større skibe Marine Diesel Oil Marine Gas Oil Kendetegnes ved plejlstangen er fastgjort til stemplet med en not. Hvori ved krydshoved motorer er stemplet boltet fast Side 42 af 43

44 15. Litteraturliste 15.1 Bøger Diesel Engines Bind 1 af Kess Kuiken ISBN: Dampkedler af K. F. Larsen ISBN Damptabel 3. udgave af Dennis Hansen Erhvervsøkonomi 3. udgave af Jørgen Waarst & Knud Erik Bang ISBN: Formelsamling for maskinmesteruddannelsen 17. udgave af Henrik Andersen, Dennis Hansen, Jørgen Nielsen, Keld Nielsen, Eigil Pedersen, Poul Erik Petersen, Svend Åge West og Jørn Wetterberg ISBN: Hjemmesider Thermo olie: Udstødsgaskedler: Hjælpemotorer: Side 43 af 43