Udnyttelse af udstødsgas Bachelorprojekt. Eirikur Olsen Aarhus Maskinmesterskole

Transkript

1 Udnyttelse af udstødsgas Bachelorprojekt Eirikur Olsen Aarhus Maskinmesterskole

2 Forfatter: Titel: Rapporttype: Fagområder: Uddannelse: Udannelses institution: Vejleder: Praktiksted: Eirikur Olsen Udnyttelse af udstødsgas Bachelor rapport Termiske maskiner Maskinmester Aarhus Maskinmesterskole Niels Bruun Clausen M/F Smyril, Strandfaraskip Landsins Afleveringsdato: Underskrift: Eirikur Olsen Side 2

3 Abstract The following rapport is a bachelor project conducted as the final part of the education at Aarhus School of Marine and Technical Engineering. It is written in the fall of 2013, onboard the ferry called Smyril. The ferry is a part of the public transportation on the Faroe Islands, connecting the island of Suðuroy with the capital Tórshavn. The rapport examines the ferry s onboard heat production. The ferry requires a relatively large amount of heat, for all of its components to function properly. Currently all of the heat required, is produced by two oil fired boilers. This type of heat production comes at a great cost, both financially and environmentally. The rapport examines if it is possible to use the excess heat from the ferry s engines to operate its components. The problem with using excess heat, is that the ferry only operates for anywhere between eight and twelve hours a day. Still the heat required is relatively the same, all hours of day. Therefore the question is, one; whether it is possible to eliminate the oil fired boiler, while the ferry is in service, and two; what are the possibilities regarding heat recovery from the auxiliary engines. Ultimately the question is whether it is economically feasible to recover heat from the engines exhaust gas. The rapport shows that it is possible to save the oil fired boiler when the main engines are running. And do to the high cost of oil, it would be possible to save a fair amount of money, utilizing the auxiliary engines exhaust gas. Although it is not possible to eliminate the oil fired boiler all together. Side 3

4 Indhold Abstract Forord Læsevejledning Indledning Virksomhedsprofil M/F Smyril Problemanalyse Problemformulering Problemafgrænsning Emperi, metode og litteratur Teorien Formål Anlægsbeskrivelse Kedler Driftstid for kedler Varmebehov Motorer Hovedmotorer Hjælpemotorer Driftstid for motorer Dataopsamling Usikkerheder Beregninger Olieforbrug Energi tilgængelig fra hovedmotor Energi tilgængelig fra hjælpemotor Energi tilført fra kedlen Heavy fuelolie Marine diesel olie kommentarer til beregninger Økonomi Delkonklusion Side 4

5 12. løsninger Hovedmotor Hjælpemotor Økonomi Andre muligheder Kommentarer til løsninger Konklusion Refleksion Kildeliste Bilagliste Side 5

6 1. Forord Som en led i uddannelsen som maskinmester, bliver der udarbejdes et bachelorprojekt. Projektet er det sidste led i udannelsen, og finder sted i 6. semester, som udover rapporten også består af et ti uger langt praktikophold. Rapporten udarbejdes med en relevans i maskinmesterfaget, gennem førnævnte praktiksted. Den følgende rapport er lavet i forbindelse med forfatterens praktikophold ombord på færgen M/F Smyril, fra den 7. juli til den 9. september i Læsevejledning Der medfølger en bilagsmappe, hvori alle de bilag som der bliver refereret til i opgaven er placerede. Bilagene kan med fordel benyttes ved gennemlæsning af rapporten. Dog er det ikke nødvendigt at benytte bilagene, for at kunne læse og forstå rapporten. Side 6

7 2. Indledning 2.1. Virksomhedsprofil M/F Smyril tilhører strandfaraskip landsins, som har sin tilstedeværelse på Færøerne. Strandfaraskip landsins er det offentlige transportselskab på Færøerne. Historisk set forbindes selskabet, som navnet antyder, til skibsfart. Før i tiden har selskabet håndteret al passagerrejse samt fragttransport mellem de 18 øer på Færøerne. Før det nationale flyselskab Atlantic Airways overtog helikopterruten i 1994, varetog strandfaraskip landsins sig også af den. I 2006 blev størstedelen af fragttransporten overladt til private selskaber, dog varetager de sig endnu af fragt mellem øer, som ikke er rentabelt for private. Udover søfartsruter, varetages de offentlige busruter på øerne også af Strandfaraskip landsins. Som før nævnt forbindes selskabet med søfartsruter, men i forbindelse med de seneste års mange tunneller, undersøiske tunneller og broer, er en større del af passagerflytningen overført til land. Dette medfører at selskabet i disse dage kun har syv faste søfartsruter, samt en sæsonbetinget rute Figur 1.SSL s søruter. ( d/strandfaraskip_route_map.svg) 2.2. M/F Smyril Den første Smyril blev bygget i 1895 og indsat i rute på Færøerne i januar Skibet blev bygget efter at frihandel blev indført på Færøerne. Som følge af frihandelen dukkede løbende flere handler op på Færøerne. Dog var forbindelsen mellem øerne så uregelmæssig at det krævet et nyt skib, til at tilfredsstille handelsruterne. Skibet blev bygget af et privat handelskompagni på Suðuroy nævnt A/SJ. Mortensen. De første mange år sejlede skibet så at kalde til alle bygder på Færøerne. Senere blev Smyril indsat i fast rute mellem Suðuroy og Tórshavn. I 1917 overtog det offentlige Smyril og dermed ruten mellem bygderne. Gennem årene er skibet mellem Suðuroy og Tórshavn udskiftet flere gange, men navnet Smyril er bibeholdt. Figur 2. M/F Smyril. ( 26-may-2011.html) Den nuværende Smyril er den femte i rækken. Den blev sat i rute i Smyril er 135 meter lang, og har kapacitet til 1000 passagerer, samt 200 biler eller 60 lastbiler. I forhold til den første Smyril som havde 160 hestekræfter, har den nye hestekræfter fordelt over fire motorer og sejler en maksimal hastighed på 21 knob. Side 7

8 3. Problemanalyse Ombord på færgen findes et stort varmebehov, størstedelen kræves til at behandle heavy fuelolien, som frembringer færgens hestekræfter. Ved nuværende situation tilfredsstilles dette behov ved at benytte to oliefyrede kedler. Til at producere denne varmemængde, formodes at der kræves et stort brændstofforbrug. Samtidig som der afbrændes olie i kedlen, udledes en varmemængde, fra færgens sammenlagt fire hovedmotorer og fire hjælpemotorer, til atmosfæren. Færgen sejler kun fra en tredjedele til halvdelen af døgnet. Færgens hovedmotorer er kun i gang i to timer ad gangen, hvorefter de er slukkede fra en til og op til flere timer i træk Problemformulering I rapporten ønskes kendskab til: Hvor stor en energimængde som kræves til at tilfredsstille færgens behov. Hvorvidt der er muligt at udnytte den energi som går tabt i form af udstødsgas, dette i betragtning af motorernes varierende driftstid. Udfra et økonomisk synspunkt, om det kan betale sig at udnytte den tabte energi, igen i betragtning af den varierende driftstid 3.2. Problemafgrænsning Rapporten vil kun i en lille omfang omhandle økonomiske betragtninger ved anskaffelse af komponenter i forbindelse med en eventuel løsning. Rapporten vil desuden ikke omhandle de miljømæssige konsekvenser af en eventuel løsning. 4. Emperi, metode og litteratur Projektet er udarbejdet ud fra en virkelig problemstilling ombord på Smyril. Derfor kræves måleresultater til videre bearbejdning af løsninger. Grundlaget for beregninger er ikke fra egne måleresultater, derimod bliver de fleste målinger og data logget ombord dagligt. Det har hurtigt vist sig at det ikke er muligt at foretage de ønskede målinger, vegne manglende tilgængeligt måleudstyr. Det manglende måleudstyr viste sig hurtig at have en stor indflydelse på omfanget af opgaven og hvordan den skulle gribes an. Dette omtales nærmere senere i rapporten. Viden til videre bearbejdning af resultaterne stammer fra undervisningen i Aarhus maskinmesterskole, hovedsagligt faget termiske maskiner. En del af grundlaget for videre bearbejdning af rapporten stammer fra diverse fagbøgerne. Størstedelen af informationen stammer fra fagtekniske artikler hentet gennem internettet. Side 8

9 5. Teorien Teorien bag varmegenindvinding stammer fra selve processen som forekommer, når motoren er i gang. En forbrændingsmotor fungerer ved at, tilføreenergi i form af brændstof, ilt og varme ind i cylinderen. Dette medfører en reaktion inde i cylinderen, hvor den tilførte energi omdannes til andre typer af energi. Reaktionen medfører to typer energi. Den første energitype, er et stort tryk inde i cylinderen. Trykket trykker stemplet nedad, sammen med de andre cylindere medfører det at krumtappen roterer. Dette benævnes også motorens arbejde. Den anden energitype er termisk. Formålet med motoren er selvfølgelig at omdanne den tilførte energi til arbejde. Men i teorien benyttes allerhøjest 50 procent af energien til arbejde. I virkeligheden vil dette tal ligge nærmer 30 til 40 procent. Den resterende tilførte energi omdannes som sagt til termisk energi i form af varme. Varmen forlader typisk motoren på forskellige måder. Langt den største del af varmen, optil 50 procent forsvinder i atmosfæren i form af udstødsgas. Som mange andre motorer benyttes turboladere ombord på Smyril. En turbolader kan udnytte omkring 25 procent af energien fra udstødsgassen, til at drive turboladeren. Dermed forefindes der allerede en varmegenindvinding. En mindre del af varmen forlader motoren i form af stråle tab til omgivelserne. Den resterende varmemængde fjernes fra motoren, således at denne ikke overhedes. En del fjernes gennem smøreoliesystem, og resten via kølevandssystemet. Figur 3. Sankey diagram. (Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines) Side 9

10 6. Formål Ideen ved at genindvinde spildvarmen fra en proces, er ikke noget nyt begreb. Et af de allerførste kendte eksempler af varmegenindvinding er Thomas Edisons kraftvarmeværk fra Værket udnyttede spildvarmen til at opvarme de omkringliggende huse med. Hovedgrunden til man benytter diverse genindvindingsanlæg er økonomiske. I søfarten er det i de senere år blevet mere aktuelt al effektivisere driften ved at genindvinde af spildenergi. Grundet de seneste mange års stigende oliepriser, samt til dels faldende økonomiske gevinster, viser det sig at det muligt at genindtjene investeringen som kræves til at anskaffe et dyrt genindvindingsanlæg. Selvom hovedgrunden til at genindvinde er økonomiske gevinster, findes også andre fordele ved at genindvinde energi. En indirekte fordel med at udnytte spildenergi fra motorerne, er en reducering af luftforurening til atmosfæren. Luftforurening varetages af IMO. MARPOL VI blev taget i brug i 2005, den omhandler luftforureningen fra skibe. Kravene vedrørende luftforurening vil kun blive strengere. En reducering af udstødsgas ombord på Smyril, ville i praksis have en rimelig indflydelse på miljøet. Dette skyldes at færgen ikke har nogen for røggasrensnings udstyr ombord. Ideen bag projektet var dog hverken økonomisk eller miljømæssig, i stedet var den hovedsagligt praktisk. Smyril er som før nævnt den eneste forbindelse mellem suðuroy og resten af landet. Hovedindustrien i suðuroy består af fiskevirksomheder. Råvarerne stammer i stor del fra andre øer, ligeledes sendes størstedelen af deres produkter til udlandet gennem andre øer. I en stor del af 2013 var heavy fuelolie brænderen ude af drift. Marine dieselolie brænderen stoppede samtidigt, dermed var begge kedler ude af drift i et kort tidspunkt. Dette skete medens færgen lå ved havnen. Hvis det skulle ske medens færgen sejlede mellem øerne, ville det ikke være muligt at bruge booster modulet. Dette ville have katastrofale følger med sig. Hovedmotorerne er i teorien i stand til at køre med dieselolie, dog er det på nuværende tidspunkt ikke klargjort til dieseldrift. Side 10

11 7. Anlægsbeskrivelse 7.1. Kedler inde i et separat kedelrum, er to Garioni Naval kedler placerede. Disse to leverer alt varmebehovet ombord. I modsætning til mange andre skibe er Smyril udstyret med et termooliesystem, i stedet for damp, til opvarmning. Termoolien løber rundt inde i spiralrør placeret inde i kedelvæggen. Olien varmes op af brænderen, som er placeret oppe på toppen af kedelen. Denne olie cirkuleres siden rundt i systemet. Primærkedelen forbrænder normalt heavy fuelolie, medens sekundærkedelen brænder marine dieselolie. Kedlernes styring er for nyligt forandret. Før var primærkedlen i gang døgnet rundt. Den blev reguleret til at opvarme termoolien til en bestemt temperatur, således blev dens leverede effekt i et givet tidspunkt reguleret efter det aktuelle behov. Effekten reguleredes ved at regulere brændstofpumpens flow. Nuværende styring er en on off styring, dermed kan kedelen i teorien tænde og slukke flere gange om døgnet. Kedelens effekt reguleres ikke som med den gamle styring. Derimod er den leverede effekten konstant, og dermed pumpens flow også konstant. Derimod vil driftstiden variere. Primærkedelen er indstillet til at starte når temperaturen på termoolien falder under 145 grader. Hvis temperaturen stiger over 195 grader vil kedelen slukke, indtil olien igen falder til 145 grader. Sekundærkedelen fungerer til dels som backup, hvis primærkedelen ikke er i drift. Desuden fungerer den som sikring hvis primærkedelen ikke er i stand til at levere den krævede varmeeffekt. Hvis temperaturen på termoolien falder under 140 grader, så starter sekundærkedelen. Dermed er begge kedler i gang samtidig. Efter at oliens temperatur når 170 grader slukkes sekundærkedelen igen. Figur 4. Garioni Naval kedler. (Eget arkiv) Fra producentens side oplyses at hver kedel i teorien er i stand til at levere imellem 570 til 2280 kilowatt, alt efter hvor stor brændstofs fødepumpen er. Figur 5. Oliefyret kedel. ( z3g.jpg) Termoolie Termoolie benyttes normalt når mediets temperatur overstiger 300 grader. Dette skyldes at trykket vil stige til op imod 80 bar, hvis der benyttes damp. Termoolien beholder atmosfæretrykket selv over 300 grader. Side 11

12 Termoolien har mange andre fordele, for eksempel kræves ingen forbehandling og den er et nemmere system at arbejde med Driftstid for kedler Det er uvist hvor mange timer om døgnet kedlerne er i gang. Dette skyldes at timerne ikke logges ombord. Under praktikforløbet er det dog ikke observeret, at kedelen nogensinde har været slukket i længere tid. Ud fra erfaring vides at primærkedelen er tilstrækkeligt stor, til at levere den nødvendige effekt, dermed vil sekundærkedelen normalt ikke være i brug. En stor del af effekten regnes med at gå til at opretholde en korrekt temperatur i de forskellige olietanke. Dermed vil driftstimerne helst være højest lige efter bunkring. Ved nuværende drift varer olien i cirka seks uger, før der bunkres igen. I løbet af disse uger vil driftstiden falde Varmebehov Når et skib sejler med heavy fuelolie, kræves en stor effekt til at forberede olien fra bunkertanken til indsprøjtning i motorerne. Efter at termoolien forlader kedelen, fordeles den til forskellige sektioner af skiber, gennem fem rør. Herefter forgrenes rørene videre til de forskellige komponenter som kræver varmeeffekt. Skibet har som nævnt en del tanke ombord som kræves Figur 6. Theroolie fordeling. (Eget arkiv) opvarmet. Den største effekt heraf kræver de sammenlagt otte heavy fuelolie tanke. Skibet har fire bunkertanke, to på 176,3 m 3 og to på 106,4 m 3. Bunkertanke holdes konstant på en temperatur på 60 grader. Skibet har to 47,8 m 3 settlingstanke, og to 35,9 m 3 forbrugstanke. Disse tanke holdes på en temperatur på 90 grader. Skibet har desuden en del andre mindre tanke som opvarmes, så som smøreolie-, slam-, spildolie- og andre tanke. Skibet har fire smøreoliecentrifuger, to heavy fueloliecentrifuger og en marine dieseloliecentrifuge, hvoraf en af heavy fueloliecentrifugerne er i gang døgnet rundt. Skibet har to booster moduler hvor heavy fuelolien opvarmes til 130 grader, således at den rette viskositet opnås før indsprøjtning. Desuden har den booster moduler til marine dieselolien. Udover varme til behandling af olien, benyttes termooliesystemet også til opvarmning af andre funktioner. Et af de fem rør fra kedelen føres til en varmeveksler, hvor teknisk vand opvarmes. Det tekniske vand benyttes til at opvarme brugsvandet, forvarme motorerne og til ventilationsanlægget. Varmebehovet vil selvfølgeligt variere. Til dels vil behovet variere lidt efter årstiderne. Den vil variere efter hvorvidt færgen sejler eller ligger ved havnen. Men den største variation finder sted fra når skibet bunkrer olie, og til skibet har brugt olien. Normalt er der seks uger imellem bunkringerne. Side 12

13 7.2. Motorer Hovedmotorer Skibet er forsynet med fire hovedmotorer, som opererer samlet to og to, til at drive de to hovedpropeller samt to akselgeneratorer. Skibets hovedmotorer er af typen MAN B&W 7L32/40. Hver motor leverer en maksimal akseleffekt på kw. Motorerne leverer aldrig maksimal effekt. Ruten er timelagt til at tage to timer, dog er det muligt at sejle ruten på en og en halv time. Til at spare olie er fuel-indexet sat til cirka 75 procent. Hovedmotorerne er alle udstyrede med turboladere. Figur 7. Hovedmotor. (Eget arkiv) Hjælpemotorer Skibet er også forsynet med fire hjælpemotorer til at tilfredsstille strømbehov ombord på skibet. Motorerne er af typen Man B&W 6L 16/24. det vil sige at det er en seks cylindret trunk motor. Hver generator er i stand til at levere 515 kw, dog er de normalt lavt lastet. Turboladeren er af typen TCR, som leverer et konstant tryk Driftstid for motorer Så længe som færgen sejler, er kun hovedmotorerne i gang. Alt det elektriske behov under sejlads leveres gennem hovedmotorernes to akselgeneratorer. Omkring ti minutter Figur 8. Hjælpemotor. (Eget arkiv) før færgen ankommer til havnen startes de fire hjælpemotorer op. Hjælpemotorerne overtager den generelle elektriske forsyning. Busforbindelse fra akselgeneratorerne til den generelle forsyning afbrydes. Under ankomsten til havnen, benyttes akselgeneratorerne til at forsyne to store elektromotorer, som driver to bovskruer. Når færgen forlader havnen igen foregår proceduren lige omvendt. Imellem ture, mens færgen ligger ved havnen, er det elektriske behov rimeligt stort. Derfor er alle fire hjælpemotorer i gang. Dog kører de normalt med en lav belastning. Imellem den sidste tur, og den første tur dagen efter, er det elektriske behov lille. Dermed er normalt kun en hjælpemotor i gang. Hovedmotorernes driftstid varierer alt efter hvilken dag i ugen det er. Tirsdag, onsdag, torsdag og søndag, sejler færgen fire ture. Fredag og lørdag sejles fem ture og mandag sejles seks ture. Hver turs varighed er cirka to timer, dermed er hovedmotorerne i gang imellem otte og tolv timer per døgn. Færgen sejler ikke om natten dermed er hovedmotorerne slukkede i syv til ti timer om natten. Imellem ture ligger Færgen stille i cirka en time, dog ligger den i tre til fire timer en gange om dagen. Om natten er kun en hjælpemotor i gang, i modsætning til alle fire om dagen, mellem ture. Side 13

14 8. Dataopsamling For at få indsigt i energi forholdene vedrørende motorerne samt kedlerne, kræves en del målinger. På grund af manglende måleudstyr, benyttes de måleresultater som logges ombord på færgen. Motorer Motorerne er hverken udstyrede med individuelle flowmålere eller en samlet flowmåler. Det har desuden ikke været muligt at anskaffe en bærbar flowmåler til at bestemme hver enkelt motors brændstofforbrug. Mandskabet har før i tiden forsøgt at fastlægge motorernes forbrug, gennem et firma som besidder passende udstyr. Ifølge mandskabet gav forsøget ikke brugbare målinger. I stedet for flowmålinger, benyttes kendskaben til færgens daglige brændstofforbrug. Brændstoffet er fordelt over otte heavy fuelolie tanke og tre diesel olie tanke. En gang om dagen aflæses niveauet i hver af de sammenlagt elleve tanke. Sammenlignet med niveauet dagen før, kendes dermed det daglige forbrug. Motorerne er udstyret med temperaturmålere, som måler udstødstemperaturen i hver motors enkelte cylindre, før turboladeren. I det at motorernes individuelle brændstofforbrug ikke logges regelmæssigt i løbet af dagen, giver det ikke mening at logge udstødsgassens temperatur, med regelmæssige tidsintervaller. I stedet benyttes en gennemsnitlig daglig udstødstemperatur, som modsvarer det daglige brændstofforbrug. Kedler På grund af førnævnte manglende flowmåler, er det ikke muligt at måle flowet af termoolie gennem kedlen. Dermed er det heller ikke muligt at beregne den energi som olien optager fra kedlen. I stedet benyttes førnævnte brændstofaflæsninger, til at beregne den effekt som kedlen producerer Usikkerheder Ved anskaffelse af data om brændstofforbrug, ville det være ideelt at måle hver enkelt motors specifikke brændstofforbrug over et længere tidsrum, samtidigt som at temperaturforskellen mellem den indsugede luft og udstødsgassen logges. Dermed ville man kunne specificere resultatet til et bestemt tidspunkt om dagen. Ved at benytte et dagligt brændstofforbrug, er det ikke muligt at sammenligne forbruget med den aktuelle situation ombord. Det er ikke muligt at fastlægge hvor meget varmeeffekt motorerne leverer på forskellige tidspunkter. Herved tænkes på at effekten muligvis er større eller mindre, alt efter om færgen sejler ude på åbent hav eller inde ved fjorden. Reliabile målinger sikres ved at lave samme målinger, som giver samme resultat, over et længere tidsrum. Brændstofmålingerne viser at det daglige forbrug varierer i en stor grad. Hvis man anskuer det gennemsnitlige daglige forbrug hver måned eller uge, ses at resultaterne er mere stabile. Ved tanke på at det er den gennemsnitlige værdi som benyttes til videre beregning, menes at målingerne er reliabile. Grunden til det daglige forbrug varierer, kan være flerfoldige. En af usikkerhederne er at tankene aflæses normalt sidst på dagen, men som oftest før færgen ligger stille ved havnen. Dermed vil det resultat som Side 14

15 niveaumåleren angiver, alt efter skibet position på vandet, muligvis ikke være 100 procent korrekt, i forhold til dagen før. I tillæg til skibets varierede stilling i vandet, vil brændstoffets temperatur i tankene svinge fra dag til dag. Selvom tankene er indstillede til en bestemt temperatur, viser erfaring at den kan variere plus/minus fem grader fra dag til dag. Disse to faktorer bevirker til at et gennemsnitligt dagligt forbrug over længere tid, for eksempel en måned, benyttes. Ved at benytte et gennemsnitligt forbrug, ses ikke brændstofforbruget variation fra dag til dag. Herved tænkes, for eksempel, på varmoliekedelen sandsynligvis benytter mere brændstof, når bunkertankene er fulde. Dermed burde forbruget falde indtil færgen bunkrer igen. Side 15

16 9. Beregninger 9.1. Olieforbrug Det er som tidligere benævnt, ikke muligt at måle de enkelte motorer/kedlers olieforbrug. Men under drift er alle, henholdsvis hovedmotorer og hjælpemotorer, belastet nogenlunde lige. Derfor antages at hver motor benytter nogenlunde samme mængde brændstof. I det at motorernes driftstid kendes, kan de oliemålinger, som logges ombord på færgen dagligt benyttes. Færgens oliemålinger kan aflæses direkte fra. Heri angives forbruget som en reduceret mængde i forhold til dagen før, i de otte heay fuel olie tanke og de tre diesel olie tanke, angivet som kubikmeter. For at kunne beregne videre på disse måledata, kræves at forbruget først omregnes fra en volumen til en masse, angivet i kilogram. Oliens volumen ganges således med dens densitet, for at finde massen. I det at de forskellige tankes indehold er opvarmet til forskellige temperaturer, beregnes de enkelte tankers masse hver for sig, før de lægges sammen til en sammenlagt masse. Vedrørende heavy fuelolien, er de fire bunkertanke er indstillede til at opretholde en temperatur på 60 grader, medens de to settlingstanke og to forbrugstanke er indstillet til cirka 90 grader. Alt efter hvilken forbrugs- og settlingstanke er i brug, og hvor meget olie er i dem, vil temperaturen variere i de forskellige tanke med op til fem grader, fra en dag til anden. Tankernes temperatur noteres ikke, når det daglige olieforbrug aflæses. Derfor vælges at benytte en konstant temperatur på henholdsvis 60 og 90 grader, til videre beregning. Den forkerte densitet, som benyttes ved at holde konstant temperatur, ventes at virke nogenlunde lige meget i begge retninger. Derfor menes dette ikke at have nogen større indflydelse på det endelige resultat. Fra leverandøren af heavy fuelolien oplyses, at oliens densitet ved bunkring er 991 kg/m 3, ved femten grader. Derfra kan densiteten ved 60 grader findes til at være cirka 970 kg/m 3, og ved 90 grader er densiteten cirka 957 kg/m 3. Dieselolien har ved en temperatur af 15 grader, en densitet som ligger omkring 863 kg/m 3. Olien bliver ikke opvarmet ombord, derfor menes temperatur at ligge omkring 20 grader. Dette svarer til en densitet på 860 kg/m 3. Motorerne og kedlerne benytter brændstof fra samme forbrugstanke. Det er nødvendigt at skelne imellem hvor meget motorerne benytter, og hvor meget kedlerne benytter. Dertil kræves at der er data for dage hvor kun heavy fuelolie motorer har været i gang, og dage hvor både motorer og kedelen har været i gang. Dette kræves ligeledes for diesel olie. Under normal drift er heavy fuelolie kedelen i brug hver dag, men i løbet af 2013 var den ude af drift i nogle måneder. I disse måneder var marine diesel olie kedelen i gang hver dag. Derfor er det muligt at benytte de data, som er loggede ombord. Det er selvfølgeligt også muligt at diesel olie kedelen har været i brug som sikring, medens heavy fuelolie kedelen også var i gang. I sådan et tilfælde ville det medføre en fejl med beregningerne. Dog kender personalet ombord ikke til at dette nogensinde er sket, da heavy fuelolie kedelen under alle omstændigheder vil kunne levere den krævede effekt. Side 16

17 I løbet af 2013 var både en hjælpemotor og en af hovedmotorerne ude af drift over en længere periode, dette skal der også tages hensyn til når hver motors forbrug beregnes. Ved at aflæse maskinrummets logbog fra 2013 kendes at, fra den 1. januar til 8. april 2013 sejlede færgen, som den er beregnet til, med fire hovedmotorer, fire hjælpemotorer samt heavy fuelolie kedelen. Den 8. april fik personalet problemer med heavy fuelolie brænderen. Den blev derfor taget ud af brug, og erstattet af diesel olie brænderen. Derfor sejlede færgen fra den 9. april til 19. maj med fire hovedmotorer, fire hjælpemotorer samt marine diesel olie kedelen i gang. Vegne dette nedbrud af brænderen, er det muligt at aflæse heavy fuelolien og diesel olien, med og uden kedlernes brændstofforbrug. Den 19. maj blev en hjælpemotor sat ud af drift. Derfor sejlede færgen fra den 20. maj til 9. august med fire hovedmotorer, tre hjælpemotorer samt dieselolie kedelen. 9. august gik det endvidere galt da en hovedmotor gik i stykker, dermed sejlede færgen fra 10. august til sidste loggedato den 19. september, med tre hovedmotorer, tre hjælpemotorer samt dieselolie kedelen. For at kunne sammenligne dato med kedler i brug, med data uden kedler i brug, benyttes kun aflæst data i tidspunktet hvor alle fire hoved- eller hjælpemotorer var i brug. Det vil sige at data fra 1. januar til 19. maj, benyttes til at beregne diesel olie. Fra 1. januar til 9. august benyttes til at beregne heavy fuelolien. Først findes den olie som de fire hjælpemotorer forbrænder i gennemsnit om døgnet, i de måneder data, er til det. Dertil benyttes data før diesel olie kedelen blev taget i brug, det vil sige fra 1. januar til og med den 8. april. Vegne ufuldkommet måledata, sorteres nogle dages gennemsnitsforbrug fra beregningen. (Hjælpemotorer) januar (kg) februar (kg) marts (kg) april (kg) Gennemsnitlig 3.483, , , ,13 Efterfølgende findes det samlede gennemsnitlige døgnforbrug: Til at finde diesel olie kedelens forbrug, findes først det månedlige gennemsnitlige forbrug fra både hjælpemotorerne og kedelen. Der benyttes data fra det tidspunkt hvor begge dele var i brug samtidig. Det vil sige fra den 9. april til 19. maj. (MDO kedel + hjælpemotorer) april (kg) maj (kg) Gennemsnitlig 2.805, ,24. Dernæst findes det gennemsnitlige forbrug disse dage:. Side 17

18 Diesel olie kedelens gennemsnitlige dagforbrug findes derved, ved at trække forbruget når kun motorerne var i gang fra forbruget hvor både motorer og kedelen var i brug; Hovedmotorens forbrug findes på samme måde som ved hjælpemotorerne. Det vil sige at det gennemsnitlige daglige forbrug hver måned, fra 9. april til 9. august benyttes. I det tidsrum kørte motorerne uden kedelen. (Hovedmotorer) april maj juni juli august (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) gennemsnitlig , , , , ,7. Siden findes det gennemsnitlige daglige forbrug i tidsrummet; Heavy fueloliekedelens forbrugs findes ligeledes som dieselolie kedelens, i det her tilfælde fra 1. januar til 8. april hvor kedelen var i brug sammen med motorerne. (HFO kedel + hovedmotorer) januar februar marts 1 8. april (kg) (kg) (kg) (kg) Gennemsnitlig , , , , Energi tilgængelig fra hovedmotor Til at beregne den energi som er tilgængelig som varme fra hovedmotorerne, behøves tre faktor. Den første faktor som spiller ind er den mængde udstødsgas som motoren udleder til atmosfæren. Den næste faktor er udstødsgassen specifikke varmekapacitet. Den sidste faktor er forskellen i temperatur, mellem udstødsgassen efter den forlader motoren og den indsugede lufts temperatur umiddelbart før den entrerer motoren. Røggasmængden Den masse som forlader udstødet er en kombination af massen af den indsugede luft og massen af 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 fuldkommen afbrænding af brændstoffet, kræves en vis minimum mængde 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.. Side 18

19 I tabel 1. er færgens heavy fuelolies bestanddele angivet (IF 380). Tabel 1. Indhold Andel Kulstof c 89,3 % Hydrogen h 9,11 % Oxygen o 0,41 % Svovl s 1,02 % Vand f 0,5 % Luftforbrug: Når brændstoffet reagerer med luften, ønskes at der dannes CO 2, H 2 O og SO 2. For at reaktionen skal forløbe som planlagt, kræves en vis mængde luft per mængde brændstof. Følgende formel viser at der for eksempel kræves otte kg ilt for hvert kg brint som skal omdannes til H 2 o. Ud fra erfaring vides at luftforbruget normalt ligger omkring de 14. Luftoverskud: Overstående luftmasse kræver at alle atomer og molekyler forenes i løbet af et splitsekund. En kombination af brændstoffets modvilje til at reagere og motorens hastighed, er det i de fleste tilfælde umuligt at opnå fuldstændig forbrænding med det absolutte minimums luftforbrug. Ved ufuldstændig forbrænding er energiudnyttelsen ringere, i tillæg til at der dannes sod og andre produkter. For at opnå fuldstændig forbrænding benyttes derfor et luftoverskud, angivet som luftoverskudskoefficient. Til beregning af denne koefficient kræves at der laves en røggasanalyse. Ud fra gassen rest produkter kan der analyseres hvor stort overskuddet er. Ved den fuldstændige forbrænding omdannes alt kulstoffet til kuldioxid. Hvis der forefindes kulilte i røggassen, betyder det at der er et luftunderskud, hvis der måles ilt, er der et luftoverskud. Desværre er det ikke muligt at lave sådan en analyse ombord på Smyril, men ud fra erfaring vides at overskuddet normalt ligger mellem 1 til 3,5 gange minimumforbruget. Til videre beregning vælges der en overskudskoefficient på 2. der vælges en rimelig konservativ koefficient, da det er mere interessant at finde en minimum effekt som er tilgængelig, i stedet for at finde en større effekt som måske ikke er til stede.. Side 19

20 Brændstofforbrug: Mandag tirsdag onsdag torsdag fredag lørdag Søndag Per uge 4 motorer Samtidig 12 Timer 8 Timer 8 Timer 8 timer 10 timer 10 timer 8 Timer 72 Timer Samlet 48 Timer 32 Timer 32 Timer 32 timer 40 timer 40 timer 32 Timer 288 Timer Brændstofforbruget per døgn er regnet til at være kilogram i gennemsnit. For at finde røggasmængden, beregnes forbruget per time, for en enkelt motor. Dette gøres ved at omregne døgnforbruget til et ugentligt forbrug. Det ugentlige forbrug deles så med de timer de fire motorer kører sammenlagt om ugen, i dette tilfælde 288 timer. Brændstofforbruget per uge; En hovedmotors brændstofforbrug per time; Røggasmængden: Røggasmængden er som benævnt brændstofmængden og luftmængden. Luftmængden er en faktor, angivet som kilogram luft per kilogram olien, dermed findes luftmængden ved at gange denne faktor med brændstofforbruget. Samtidig lægges brændstofforbruget til. Temperatur Udetemperaturen i praktikperioden har ligget mellem 10 og 15 grader. Herefter er luften kølet ned i vandudskilleren, og derefter opvarmet af turboladeren. Således er temperaturen aflæst til omkring de 35 grader ved indsugning. Røggassens temperatur har varieret lidt, men ligger normalt mellem 380 til 420 grader. Derfor vælges at benytte en konstant gennemsnitlig temperatur på 400 grader. Specifik Varmekapacitet Den specifikke varmekapacitet angiver hvor stor en varmemængde som skal til for at hæve et kg af et givet stof en grad. Røggassens varmekapacitet ved de 400 grader ligger på omkring 1,07. Side 20

21 Energimængden fra røggassen Energien findes så ved at benytte de tre førnævnte faktor. Den beregnede effekt angives lige efter den forlader cylinderen. Ved at benytte turboladere antages at op til 25 % af energien går til at drive turboladeren, dermed vil den effekt som er tilgængelig efter turboladeren være omkring;. Alle fire motorer er normalt i gang samtidig, dermed er den sammenlagde genererede varmeeffekt; Energi tilgængelig fra hjælpemotor Energien udregnes på samme måde som ved hovedmotoren. Tabel 2 Indhold Andel Kulstof c 86 % Hydrogen h 12,8 % Oxygen o 0,5 % Svovl s 0,4 % Vand f 0,3 % Røggasmængden Luftforbrug: Luftoverskud: Brændstofforbrug: 4 motorer Samtidigt (dagtimerne) 1 motor 5,5 (nattetimerne) Timer Samlet 35,5 Timer. Mandag Tirsdag onsdag torsdag fredag lørdag Søndag Per uge 7, ,5 8,5 7 55,5 Timer Timer timer Timer timer timer Timer timer 9 Timer 41 Timer 9 timer 41 timer 9 Timer 41 Timer 6,5 timer 40,5 timer 6,5 timer 40,5 timer 9 Timer 37 Timer 54,5 timer 276,5 timer Side 21

22 Brændstofforbruget per uge; En motors brændstofforbrug per time; Røggasmængden: Temperatur Luften temperatur ved indgang til cylinderen er 35 grader. Temperaturen efter cylinderen er i gennemsnit 330 grader. Specifik varmekapacitet Ved 330 grader ligger den specifikke varmekapacitet omkring 1,05. Energimængden fra røggassen Hvis der igen antages at 25 procent af effekten bliver brugt til at drive turboladeren, vil den effekt som en motor leverer være omkring; Sammenlagt når alle fire motorer kører samtidigt, leveres en effekt på; 9.4. Energi tilført fra kedlen Heavy fuelolie For at beregne den tilførte energimængde fra kedlen beregnes oliens brændværdi. Brændværdien er den energimængde som frigives når en bestemt mængde brændstof afbrændes. Hver bestanddel af brændstoffet frigiver en bestemt mængde energi. Dermed kan brændværdien findes hvis brændstoffets procentvise opbygning kendes. Sammen med brændstofmængden som afbrændes, giver det energimængden. Til beregning af brændværdien benyttes oliens bestanddele, som angivet i tabel 1. Nedre brændværdi Side 22

23 Brændstofmængde Den daglige brændstofmængde er før fundet til at være kilogram. Forbruget omregnes til kilogram per sekund; Tilført energi Marine diesel olie Effekten beregnes på samme måde som med heavy fuelolie. Nedre brændværdi Brændstofmængde Tilført energi 9.5. kommentarer til beregninger Ved beregningerne af motorernes luftforbrug, nævnes at der benyttes en forholdsvis lille luftoverskudskoefficient. Dette medfører at effekten også er relativt lav. Da formålet med energiberegningerne er at se om der er nok effekt tilgængelig, er vigtigere at kende en minimum effekt som kan sammenlignes med kedlens effekt. I virkeligheden vil hovedmotorens akseleffekt ligge over kw. Som før nævnt, vil varmeeffekten ligge tæt på akseleffekten. Derfor vil det være mere sandsynligt med en højere luftoverskudkoefficient. Der er beregnet at effekten som en hjælpemotor leverer, når den er alene i drift, er den samme effekt som hver enkelt motor leverer når alle fire er i drift. Dette er ikke nødvendigvis et faktum. Ud fra beregningerne at dømme findes der en stor forskel mellem den effekt som heavy fuelolie kedelen leverer og hvad diesel olie kedelen leverer. Der findes sandsynligvis en forskel mellem de to. Dog er den næppe så stor som beregningerne antyder. Umiddelbart findes der to hovedgrunde til forskellen. Den ene er brændstofforbruget. Når forbruget er beregnet, er det beregnet ud fra at alt det brændstof som ikke afbrændes hos hovedmotorerne, vil blive afbrændt i kedelen. I virkeligheden bliver heavy fuelolien Side 23

24 konstant renset. Der er altid en centrifuge som renser fra settlinstanken og leverer olien til forbrugstanken, eller retur til settlingstanken. I centrifugen går en del af volumen som fjernes fra tankene tabt. Dermed vil den mængde olie som kedelen forbrænder, ligge et stykke under de beregnede kilogram om dagen. Det er uvist hvor stor en del af olien bliver fjernet. Slamtanken bliver normalt ikke aflæst dagligt, selvom det er muligt. I dette tilfælde giver det heller ikke mening at aflæse slamtanken, da den også indeholder andre urenheder, fra andre kilder. Vedrørende olieforbruget er målingerne ikke 100 procent nøjagtige. Specielt målingerne til beregning af dieselolie kedelens forbrug, spænder kun over lidt over en måned. Den næste grund til forskellen er deres indstillinger. Heavy fuelolie kedelen er indstillet til at opretholde en temperatur imellem 145 til 190 grader. Diesel olie kedelen er indstillet til kun at opretholde en temperatur fra 140 til 175 grader. Dette vil sandsynligvis medvirke at diesel olie kedelen vil levere en mindre effekt end heavy fuelolie kedelen. I tillæg kan det tænkes at, idet at marine dieselolie kedelen er i brug, vil forbruget af heavy fuelolie være en del mindre. Derfor vil den effekt som benyttes til at varme olien op være tilsvarende mindre. Ud over det, har marine diesel oliekedelen været i brug om sommeren. Vinteren på Færøerne vil uden tvivl medføre et højere varmeforbrug, end sommeren. Den virkelige gennemsnitlige effekt fra heavy fuelolie kedelen, vil ligge højere end 266 kw og lavere end 780 kw. Kedlernes effekt er som nævnt beregnede som gennemsnitlig. I virkeligheden vil den variere en del. Ting som har indflydelse på varmebehovet over et længere tidspunkt, er hovedsageligt mængden af olie som er ombord. i løbet af dagen, har mængden af olie ingen indflydelse på behovet. Den største forskel er at booster modulet hos hovedmotorerne spares væk. Booster modulet skal opvarme 415 kg om timen af heavy fuelolie, fra cirka 100 grader til 130 grader. Dette kræver en effekt på omkring;. Side 24

25 10. Økonomi Strandfaraskip landsins er et offentligt selskab, som dermed er finansieret direkte fra landskassen. Passagerflytning på Færøerne er ikke en lukrativ forretning. Faktisk så medfører driften af selskabet et stort underskud hvert eneste år. Størstedelen af selskabets underskud stammer netop fra ruten mellem Suðuroy og Tórshavn, som Smyril sejler. I 2012 lå indtægterne fra Smyril på cirka 28 millioner, mens færgens udgifter lå på omkring 88 millioner, dermed var underskuddet på omkring 60 millioner kroner. Det er ikke direkte muligt at sammenligne udgifterne fra år til år, da der er mange faktorer som spiller ind, når det kommer til udgifterne. Det er dog en kendsgerning at olieprisernes stigning, så at sige hvert år, har en stor indflydelse på budgettet. I årsregnskabet fra 2012, nævnes at underskuddet fra 2011 til 2012 er steget fra 58 til 60 millioner. Heri nævnes at den største faktor er den stigende oliepris. Prisen for at varme færgen op afhænger selvfølgelig af den aktuelle olie pris. Smyril bunkrer sin heavy fuelolie fra el producenten SEV s afdeling i bygden Vágur. SEV er den eneste landsdækkende el producent på Færøerne. Fra 2000 til 2012 mere end fordoblede SEV s indkøbspris fra kroner per tons til kroner per tons, og der er ikke umiddelbart noget som tyder på at prisen vil stabilisere sig eller falde markant i fremtiden. I 2013 forventer SEV at betale en indkøbspris på kroner per tons. Ved videresalg kræver SEV et mindre ikke specificeret beløb, som ikke har større indflydelse på beregningerne. I de første otte måneder af 2013 har Smyril brugt kg heavy fuelolie om dagen. Beregning: For at finde ud af hvor meget Smyril regner med at kommer til at bruge på heavy fuel olie i 2013, omregnes det daglige olieforbrug først om til et årligt forbrug. Herefter findes det forventede samlede pengeforbrug i Til at finde hvor mange penge Smyril bruger til varmebehovet ombord, omregnes kedelens daglige forbrug om til et årligt. Som før nævnt er det beregnede forbrug kilogram per dag. Til videre beregning vælges at fjerne en vilkårlig del af forbruget, som repræsenterer den oliemængde som bliver fjernet i centrifugen. I det her tilfælde fjernes ti procent af forbruget. Dermed fås det nye kedelforbrug til at være; Derefter beregnes det årlige forbrug. Beregningerne viser at udgifterne til opvarmning af termoolien i 2013 vil være cirka to millioner kroner. Side 25

26 Smyril blev projekteret i 2002, og færdig bygget i Tilbage hvor den blev dimensioneret var SEVs indkøbspris kroner per tons. Hvis der antages at kedelen har samme brændstofforbrug, så ville udgifterne til opvarmning af termoolien være betydeligt laver dengang. Hovedmotorerne er i gang i 72 ud af de 168 timer som ugen indeholder. Hvis hovedmotorerne leverer effekten som kræves til opvarmning i de timer de kan, så findes en besparelse på; Alle fire hjælpemotorer er i gang i 48,5 timer om ugen. Hvorvidt de leverer nok effekt til opvarmningen af termoolien er tvivlsomt. Men hvis det er muligt at udnytte denne energi giver det en besparing på. Sammenlagt vil det give en årlig besparelse på; Dette svarer til en procentvis besparelse på. Hvis det sammenlignes med en oliepris på kroner per tons; Hovedmotorer; Hvilket giver en besparelse på; Side 26

27 11. Delkonklusion Udregningerne viser at heavy fuelolie kedelen leverer en effekt optil 780 kw. Dette resultat er baseret på at kedelen er i gang døgnet rundt, med det samme varmebehov. I virkeligheden vil varmebehovet variere i løbet af dagen. Desuden vil det variere fra dag til dag. Der kan være perioder hvor kedelen er slukket, og dermed ikke leverer nogen effekt. Dermed er den effekt som kedelen leverer, når den leverer mest, en del større end de 780 kw. Effekten som leveres er sandsynligvis en del mindre, da beregningen er lavet ved at benytte alt det olieforbrug som ikke er afbrændt i motorerne. Marine diesel olie kedelen leverer en effekt, som er en del mindre end effekten som heavy fuelolie kedelen. Gennemsnitseffekten som den leverer, er 266 kw. Grunden til forskellen i effekt består af flere faktorer. En grund kan være upålidelige måleresultater. Forbruget af heavy fuelolie måles som en reducering, målt i kubikmeter. En del af en del af brændstoffet bliver fjernet i centrifugerne. Dermed vil effekten fra heavy fuelolie kedelen ligge nærmere marine diesel olie kedelen, end hvad beregningerne giver udtryk for. En anden faktor er, at marine diesel olie kedel er indstillet til at varme termoolien, til en lavere temperatur end heavy fuelolie kedelen. En hovedmotor leverer 946 kw når den kører, sammenlagt generer de fire motorer 3784 kw. Dermed genereres større effekt fra en hovedmotor end fra kedelen. De fire hjælpemotorer leverer en sammenlagt effekt på 540 kw. Dette ligger en del under de 780 kw, men er dobbelt så stor som den effekt som marine dieselolie kedelen leverer. Ud fra et økonomisk synspunkt vil der være betydelige penge at spare, kun ved at udnytte energien fra hovedmotoren. Taget i betragtning, hvad olieprisen var dengang færgen blev bygget, er det let at se hvorfor der ikke blev overvejet på at udnytte spildenergien dengang. Side 27

28 12. løsninger Hovedmotor Den oplagde metode til at udnytte energi fra udstødsgassen, er at installere en udstødskedel. Udstødskedler opererer normalt med at relativt store mængder gas, ved en temperatur som er lavere end den oliefyrede kedel, stømmer gennem en kedel også benævnt economiser. Dermed erstattes den oliefyrede kedel. Der findes flere typer kedler, men princippet er det sammen ved dem alle. Ved normal drift leverer de fire hovedmotorer en gennemsnitlig effekt på kw. Heavy fuelolie kedelen leverer en effekt på 780 kw, men det er før anslået at cirka ti procent af olieforbruget forsvinder i centrifugen. Dermed er den leverede effekt nærmere;. Umiddelbart synes det at der er rigeligt af effekt til stede, men de leverede effekter modsvarer ikke den effekt som termoolien optager. En oliefyret kedel angives oftest til at have en rimelig høj virkningsgrad, gerne omkring 80 til 85 procent. Dermed antages at den effekt som optages i termoolien er;. Udstødskedelens virkningsgrad afhænger af flere faktorer, så som udstødsgassens temperatur og flow, samt mediets temperatur. Virkningsgraden bliver gerne angivet til at være alt fra 30 til 50 procent. I dette tilfælde er udstødsgassens temperatur forholdsvis høj. Temperaturen før turboblæserne var omkring 400 grader, effekten var 1261 per motor. Efter turboblæseren er effekten 946 kw. Ud fra den benyttede formel, er det kun temperaturen som er ændret. Derfor er temperaturen efter turboblæseren;. Termooliens temperatur ligger mellem 145 til 195 grader. Dermed ligger udstødsgassens temperatur et godt stykke over den maksimale termoolietemperatur. For en konservativ skyld benyttes en virkningsgrad på 30 procent, dette medfører en optagen effekt af;. Det vil være muligt at anvende kw fra udstødsgassen, i forhold til 597 kw fra den oliefyrede kedel. Eftersom at der næster er dobbelt så stor effekt tilgængeligt, som der er brug for, anbefales at der benyttes en udstødskedel med bypass. Alt efter det aktuelle varmebehov, vil en del af udstødsgassen gå udenom varmefladen. Det tænkes at mindst den ene oliefyrede kedel beholdes. Ved det nuværende system løber termoolien gennem begge de oliefyrede kedler, selv om kun den ene er i gang. Udstødskedlen sættes ind på samme måde, nogenlunde som på fig 10. Hovedmotorernes udstød er placeret omkring ti meter fra kedelrummet Figur 9. Alfa Laval. Economiser med intern bypass ( paigns/europort2013/document s/aalborgthermal%20fluid%20h eating%20- %20Europort2013.pdf). Dermed er det ikke nogen længere omvej at installere et termoolierør, mellem den oliefyrede kedel og udstødskedelen. Side 28

29 Problemet ligger i det faktum at skibet kun sejler i 72 af de 168 af ugens timer. I den resterende del af tiden kræves at tilførsel af effekt fra andre kilder. Hvis det antages at udstødskedlen er i gang i den tid som færgen sejler, vil det medføre en oliebesparelse på; kg ud af de daglige kg som heavy fuelolie kedelen benytter. Dette giver som før nævnt en besparelse på kroner om året Hjælpemotor Det har før i tiden ikke været normalt at benytte udstødskedler efter hjælpemotorer, men eftersom at miljøkravene bliver strengere og olien dyrere, er det også blevet mere aktuelt. Når det vedrører hjælpemotorerne er der flere grunde til at det er vanskeligt at udnytte energien fra dem. Det ene problem er at effekten fra motorerne er relativt lav, i forhold til hovedmotorerne. Et andet problem er at hjælpemotorerne ligger omkring 30 meter fra hovedmotorerne og 40 meter fra kedelrummet. Den oplagde metode ville være at gøre ligesom med hovedmotorerne, det vil sige at indsætte en udstødskedel efter motorernes turboladere. Røggaseffekten efter turboladeren 135 kw per motor, samlet er effekten 540 kw. Temperaturen før turboladeren var 330 grader, efter turboladeren vil den være;. Dermed er temperaturen stadigvæk en del større end de 195 grader, som termoolien maksimalt opnår. Problemet er den lave effekt, som her afhænger af den masse røggas som hjælpemotorerne leverer. Hvis der ligesom ved hjælpemotorerne antages at virkningsgraden på udstødskedlen er 30 procent, vil den effekt som udstødskedlen leverer til termoolien være;. Dette svarer Figur 10. Alfa Laval. Termooliesystem med economiser med intern bypass ( cuments/aalborgthermal%20fluid%20heating%20- %20Europort2013.pdf) til procent af de krævede 597 kw. Om natten er kun en hjælpemotor i gang, den leverer som bekendt 135 kw. Ved en effektivitet af 30 procent optages;. Dette svarer til Procent af den krævede effekt. Der vil aldrig være tilstrækkelig energi til at dække alt behovet. Derfor kan en udstødskedel uden bypass benyttes. Resten af effekten vil blive genereret af en olie fyret kedel. Dette kræver at termoolie systemet sammenbygges med udstødskedelen, lige som hovedmotorernes udstødskedel. Da der som før nævnt er 40 meter mellem kedelrummet og hjælpemotorerne, vil det ikke være hensynsmæssigt at lægge termoolierør hele vejen til udstødskedelen. På Figur 11. Alfa Laval. Economiser ( mpaigns/europort2013/docum ents/aalborgthermal%20fluid %20heating%20- %20Europort2013.pdf () ses at flere tanke, som kræver varme, ligger bag ved hjælpemotorerne. Den ene af de fem strenge som forlader kedelrummet Side 29

30 løber baglæns mod hjælpemotorerne. Derfor kan det tænkes at, denne streng på vej retur til kedelrummet, cirkulerer i udstødskedelen, hvorefter den løber direkte til samlingsstedet i kedelrummet, og videre til den olie fyrede kedel, hvor termoolien bliver videre opvarmet. Den oliefyrede kedels effekt vil kunne reguleres, således at den ikke stopper og starter ofte. Hvis det antages at det er muligt at afsætte de henholdsvis 162 og 40 kw til termoolien, vil der være en besparelse i driften af den olie fyrede kedel. De fire motorer er i gang i 48,5 timer om ugen, hvis der ses bort fra de timer hvor både hjælpemotorerne og hovedmotorerne er i gang. Dette har med sig en oliebesparelse på; tons om dagen. Det har videre en besparelse på; kroner om året. Om natten er den ene motor i gang i 54,5 timer om ugen, dette giver en brændstofbesparelse på; ton per dag. Dette giver en årlig besparelse på; kroner Sammenlagt giver det en besparelse på; kroner, ud af de årlige Økonomi Det har ikke været muligt at finde ud af hvor meget en udstødskedel vil koste. Men det viser sig at det koster nogenlunde det samme at installere en termoolie udstødskedel, som det koster at anskaffe en udstødskedel som benytter damp som varmemedie. Ifølge Alfa Laval er det muligt at retrofitte en udstødskedel til damp efter hjælpemotorerne for omkring kroner Andre muligheder Der er en del overskuds udstødsgas fra hovedmotorerne. Det ville være muligt at udnytte den del videre, blandt andet er det muligt at generere elektricitet. Med hovedmotorerne er udstyret med to akselgeneratorer. Derfor er elektriciteten allerede gratis når hovedmotorerne er i gang. Hvis det skulle være interessant at udnytte den ekstra energi som er til stede, ville det være nødt til at være et system som gemmer energi til senere brug. Der vil dog ikke kommes nærmere ind på lignende systemer i denne rapport Kommentarer til løsninger Beregningerne er meget forenklede. Udstødskedlernes effektivitet er beregnede efter den laveste virkningsgrad. På grund af udstødsgassen relativt høje temperatur, i forhold til termooliens temperatur, er det muligt at virkningsgraden ligger nærmere de 50 procent. Hvis det er muligt kan hjælpemotorernes udstødskedelen dække over 45 procent af den leverede effekt, og ved en motor vil den ligge nærmere 11 procent. De 85 procents virkningsgrad som den olie fyrede kedel er beregnet til at have, er noget nær den højeste virkningsgrad den kan have. I virkeligheden ligger den muligvis nærmere de høje halvfjerds. Dette vil også medføre at den effekt som termolien kræver, er en del lavere. Side 30

31 Som før nævnt er effekten gennemsnitlig. På nogle tidspunkter om året kan hjælpemotorernes udstødskedel være i stand til at levere en mindre del af sen samlede varme effekt, og på andre vil den levere en større del. Temperaturen efter turboladeren kan med al sandsynlighed være både højere eller lavere da det er uvist hvor stor en del af effekten som turboladeren benytter. Dette medfører selvfølgelig at effekten efter turboladeren kan både være større og mindre. Til sidst er det vigtigt at tænke på at, som før nævnt er den effekt som udstødsgassen indeholder, beregnet lavere end den sandsynligvis er. Dette har ikke nogen indflydelse på hovedmotorernes udstødskedel. Men for hjælpemotorerne er der muligvis mere energi at hente. Effekten som hjælpemotorernes udstødskedel skal tilfredsstille er mindre end den effekt som hovedmotoren skal opfylde. Dette skyldes som før nævnt at, for eksempel booster modulet ikke har brug for den samme energitilførsel, når hovedmotorerne ikke er i brug. Hvis udstødskedler implementeres, vil det medføre at over en givet tidsrum, vil der blive benyttet mindre heavy fuelolie. Det vil sige at mindre olie skal gennem systemet. Dette vil med al sandsynlighed medføre at der skal bruges en energi til at behandle olie. Side 31

32 13. Konklusion I rapporten er der forsøg at finde ud af hvorvidt det er muligt at benytte udstødsgassen til varmeproduktion. Ud fra de beregninger som er lavet viser det sig at der er rigeligt af energi til stede, når hovedmotorerne er i gang. Beregningerne viser dog at hjælpemotorerne ikke er i stand til at tilfredsstille behovet. Udgifterne til varmeproduktion er steget kraftigt de senere år. Fra 2000 til 2013 er Smyril s indkøbspris af heavy fuelolie steget fra til kroner per ton. Hvis det antages at heavy fuelolie kedelen benyttes hele året, medfører dette en udgift på kroner i Færgen blev dimensioneret i 2002, dengang var olieprisen kroner per ton. Hvis det antages at kedelens olieforbrug det å var det samme som i 2013, ville det medføre en udgift på kroner om året. Før i tiden har det kun været aktuelt at udnyttes udstødsgassen fra hovedmotoren. Ved olieprisen dengang færgen blev dimensioneret ville det kun medføre en besparelse af kroner om året. Dette sammen med hovedmotorernes korte driftstider, er muligvis grunden til at det ikke var aktuelt at indsætte en udstødskedel når færgen blev bygget. Rapportens konklusion er at indsætte en udstødskedel efter hovedmotorerne, samt en efter hjælpemotorerne. Den oliefyrede heavy fuelolie kedel leverer en effekt af 597 kw til termooliesystemet. En udstødskedel efter hovedmotorerne er i teorien i stand til at tilføre termoolien kw. Derfor benyttes en udstødskedel som kan føre en del af udstødsgassen uden om varmelegemet til termoolien. Hjælpemotorerne kan levere en effekt på 162 kw når alle fire er i gang samtidig, men om natten når kun en motor er i gang leverer den kun 40 kw til termooliesystemet. Derfor er det nødvendigt at den oliefyrede kedel leverer den resterende effekt. Ved denne installation er det muligt at spare kroner om året. Dette svarer til lidt over halvdelen af det nuværende samlede forbrug. Side 32

33 14. Refleksion Der findes flere forskellige mindre mulige energibesparelser ombord på Smyril. Færgen ligger som flere gange før nævnt stille i hovedparten af dagen. I disse timer benyttes kun en forholdsvis lille mængde heavy fuelolie til netop varmebehovet. Selvom behovet for brændstof er lille i disse timer, er en heavy fuelolie centrifuge i gang så at sige døgnet rundt. Olien som renses leveres til forbrugstankene, eller tilbage til settlingstanken. Som det ses i er forbrugstankene (8 og 9) så godt som altid fulde. De to forbrugstanke har en volumen på 35,9 m 3, som medfører at de indeholder 68 tons brændstof tilsammen. Færgens hovedmotorer benytter gennemsnitligt kg om dagen, medens kedelen og centrifugen forbruger kg om dagen. Hvis der ville blive installeret udstødskedeler, ville det være hensynsmæssigt at benytte centrifugerne i større grad når hovedmotorerne er i gang. Dermed vil energiforbruget være mindre når hjælpemotorerne leverer effekt. Et spørgsmål er hvorfor marine dieselolie kedelen leverer en så lille effekt i forhold til heavy fuelolie kedelen. Kedelen opvarmer som før nævnt kun mellem intervaller 140 til 170 grader Marine diesel olie har i flere måneder fungeret med en tilsyneladende lavere effekttilførsel end heavy fuelolie kedelen. Vedrørende den forskel kunne det være interessant at undersøge om det har nogen som helst indflydelse på driften. Med de beregninger som er lavede til denne opgave er det svært at konkludere om effektforskellen er så stor som beregnet. Men det ville være en oplagt måde at spare energi på. Side 33

34 15. Kildeliste 1. Wikipedia. Strandfaraskip landsins. (tilgået den 15/ ) 2. Wikipedia. M/F Smyril. (tilgået den 15/ ) 3. Kuiken, K. Diesel Engines Wikipedia. Energy recycling. (tilgået den 13/ ) 5. AB&CO TT boilers. Thermal oil. (tilgået den 15/ ) 6. AB&CO TT boilers. Thermal oil boilers. (tilgået den 14/ ) 7. Man B&W 6l 16/24http:// (tilgået den 14/ ) 8. Intertek. HFO. (tilgået den 15/ ) 9. Calculating density. (tilgået den 10/ ) 10. Wikipedia. Fuel Oil. (tilgået den 15/ ) 11. Woodyard, E Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines. 9. Udgave. Butterworth- Heinemann 12. Omnimpex. MDO. (tilgået den 13/ ) 13. Bunkerworld. IF (tilgået den 15/ ) 14. Banke Andersen, T Noget om dieselmotorer. 4. udgave, Aarhus Maskinmesterskole. 15. Den store danske. Forbrændingsmotor. %C3%A6ndingsmotorer,_damp-_og_vandkraft/forbr%C3%A6ndingsmotor (tilgået den 15/ ) 16. Formel. Materialedata for tør luft. (tilgået den 10/ ) 17. Lauritsen, A. Gundtoft, S. Eriksen, A Termodynamik. 2. Udgave. Nyt teknisk forlag. 18. Strandfaraskip Landsins. Regnskab. (tilgået den 7/ ) Side 34

35 19. Wikipedia. SEV. Company. (tilgået den 7/ ) 20. SEV. Regnskab. (tilgået den 7/ ) 21. Exhaust gas boilers. (tilgået den 15/ ) 22. Miura. Marine thermal oil heater. (tilgået den 15/ ) 23. Marine Engineering. (tilgået den 15/ ) 24. Alfa Laval. Thermal fluid systems. %20Europort2013.pdf (tilgået den 15/ ) 25. Thermal fluid vs. Steam. tp%3a%2f%2fwww.fulton.com%2fdownloader.php%3fdoc_id%3d556&ei=pkaouqlnj6sa0axnsycqaq& usg=afqjcngp4ylsy1mxddokxy41kh1sw- 804A&sig2=JYLCLndH5Iz_u_zww_pDYQ&bvm=bv ,d.d2k (tilgået den 15/ ) 26. Alfa Laval. Waste heat recovery after auxiliary engines. (tilgået den 15/ ) Side 35

36 16. Bilagliste Bilag 1. Brænder. Bilag 2. Thermal oil system. Bilag 3. Central heating system. Bilag 4. Dagligt forbrug. Bilag 5. Olieberegninger Bilag 6. Maskinrapport Bilag 7. General arrangement Side 36