Bachelorprojekt 2012 Optimering af kølevandssystem Januar 2013 Aarhus Maskinmesterskole Lars Pedersen
Titelblad Forfatter: Lars Pedersen Rapportens Titel: Bachelor projekt 2012 - Optimering af kølevandssystem Placering i uddannelsesforløb: Bachelor projekt efterår 2012 Fagområde: Termiske maskiner, maritime valgfag Uddannelsesinstitutionens navn: Vejleder: Aarhus Maskinmesterskole (AAMS) Borggade 6 8200 Aarhus Hayati Balo Dato for aflevering: 1.2.2013 Antal normalsider: 27 sider a 2400 tegn inkl. mellemrum
Forord Baggrunden for denne rapport er maskinmester uddannelsens 6. og sidste semester, hvor man som studerende skal gennemgå et praktikforløb og efterfølgende udarbejde en projektrapport på baggrund af praktikken. Rapporten er den sidste der skrives i forbindelse med maskinmester uddannelsen og ender ud i en afsluttende mundtlig eksamen. Min baggrund som maskinmester aspirant hos A.P. Møller Mærsk A/S gjorde at jeg fandt det naturligt at søge at finde et relevant emne ombord på et af A.P. Møller Mærsks skibe, da jeg skulle udmønstre ombord på et af firmaets skibe som led i min optjening af sejltid. Jeg sejlede således som aspirant ombord på M/V Maersk Forwarder i perioden 18.7.2012 til 19.10.2012. Projektet omhandler optimering af kølevandssystemet ombord på M/V Maersk Forwarder og henvender sig til personer med en grundlæggende teknisk indsigt. Bilag til rapporten er samlet i en separat bilagsrapport og henvisninger dertil er skrevet i teksten eller fremgår af fodnoter. Tak Der skal lyde en stor tak til de personer som har hjulpet mig i forbindelse med dette projekt: o Besætningen ombord på Maersk Forwarder o Bachelor vejleder Hayati Balo, AAMS o Bachelor koordinator Karsten Jepsen, AAMS o Adjunkt Karsten Tügel, AAMS o Carsten Jensen, DESMI A/S o Kim Strate Kiegstad, Siemens A/S o Jan Bennetsen, Danfoss A/S o Kim Porsborg, Rolls Royce Marine Danmark A/S o Gert Andersen, CS Electric ApS
Abstract The subject of this report is optimization of the cooling water system onboard the PSV (Platform Supply Vessel) Maersk Forwarder. On basis of working onboard this vessel for a period of three months, a list of possible points of optimization are created, from which some are selected to undergo a deeper analysis. Through the analysis of the current cooling pumps, their energy comsumption and the backpressure in the system, this report will show how well the current pumps are matched to the system it serves, and what the economic outlook is for installing new and more efficient pumps. This report also deals with the consequences of installing frequency regulated seawater pumps instead of the current system governed by a by-pass valve. With optimization of the cooling water system comes the need for investments. Net Present Value and Pay-back period are tools used to determine the financial impacts of these investments. On basis of the analysis, and the documented financial gains of these investments, finally a recommendation is given to Maersk Supply Service.
Indholdsfortegnelse Introduktion til bachelorprojektet... 1 1.1 Formål med rapporten:... 1 1.2 Beskrivelse af projektemne:... 1 1.3 Problemformulering:... 1 1.4 Afgrænsning:... 1 Virksomhedsprofil og information om skibet... 2 2.1 Om rederiet... 2 2.2 Om skibet... 2 Metode... 4 3.1 Fremgangsmåde i projektet... 4 3.2 Kildekritik og usikkerhed... 5 Kølevandssystemets opbygning... 6 4.1 Introduktion til kapitlet... 6 4.2 Generelt om kølevandssystemer... 6 4.3 Anlægsbeskrivelse af kølevandssystemet... 6 Saltvandssystemet... 6 Ferskvandssystemet... 8 Analyse af nuværende system... 11 5.1 Analyse... 11 5.2 Forslag til drifts og energioptimeringer... 13 5.3 Valg af optimeringsforslag... 14 5.4 Beregning af omkostninger ved energiproduktion... 16 Udskiftning af kølevandspumper... 17 6.1 Nuværende søvandspumpers drift... 17 6.2 Nuværende ferskvandspumpers drift... 18 6.3 Nye pumper fra DESMI A/S... 20 6.4 Besparelse ved udskiftning af pumper... 21 Ferskvandspumperne... 21 Søvandspumperne... 22 Frekvensregulering af søvandspumper... 23
7.1 Funktionsbeskrivelse... 23 7.2 Fastlægning af driftssituationer... 24 7.3 Fremgangsmåde og dataindsamling... 24 7.4 Besparelse ved frekvensregulering... 27 Økonomien omkring optimeringerne... 29 8.1 Teori og fremgangsmåde... 29 Pay-back metoden:... 29 Kapitalværdimetoden:... 29 8.2 Økonomiberegninger på udskiftning af kølevandspumper... 30 Udskiftning af søvandspumper... 30 Udskiftning af ferskvandspumper... 31 8.3 Økonomiberegninger på frekvensregulering af eksisterende pumper... 33 8.4 Økonomiberegninger på frekvensregulering af DESMI pumper... 35 8.5 Samlet økonomi for nye DESMI søvandspumper + regulering... 37 Diskussions afsnit... 39 9.1 Analyse af økonomien i investeringerne... 39 9.2 Driftsmæssige forhold vedrørende investeringerne... 41 9.3 Anbefaling til Maersk Supply Service... 41 Konklusion... 42 Efterskrift... 43 Kildehenvisning... 44 Oversigt over figurer og tabeller... 45
Introduktion til bachelorprojektet 1.1 Formål med rapporten: Rapportens overordnede formål er at gøre forfatteren i stand til at bestå den afsluttende eksamen på maskinmesteruddannelsen, ved at opfylde de krav der er beskrevet i UV plan modul 31 i Aarhus Maskinmesterskoles kvalitetssystem. Blandt andet er der nævnt at den studerende skal opnå følgende færdigheder: - Den studerende skal lære at arbejde udviklingsorienteret med planlægning og gennemførelse af et projekt. - Den studerende skal ved at drage sammenhænge mellem erfaring, praktiske færdigheder og teoretisk viden kunne identificere og analysere problemstillinger, der er centrale i forhold til Professionen som maskinmester. - Den studerende skal tilegne sig en særlig indsigt i et emne, område eller problem og skal gennem projektarbejdet lære systematisk problemformulering og problembehandling samt indsamling og analyse af datamateriale, herunder relevante resultater fra forskning og udvikling. Denne rapport skulle gerne ende med at være en synlig dokumentation på at kravene i undervisningsplanen er overholdt/udfyldte. 1.2 Beskrivelse af projektemne: Projektemnet i denne rapport er en analyse af kølevandssystemet ombord på M/V Maersk Forwarder med hensyn til driftsoptimering og energibesparelser. Tanken bag projektet er at ved hjælp af en grundig analyse og undersøgelse af det nuværende system, og de driftsforhold som det opererer under, at blive i stand til at belyse mulige energibesparelser og give en anbefaling til Maersk Supply Service. 1.3 Problemformulering: Hvilke muligheder er der for optimeringer af kølevandssystemet? Ud fra dette spørgsmål udspringer disse underspørgsmål: Hvordan er økonomien i disse optimeringer? Hvordan påvirker en realisering af disse optimeringer skibets drift? 1.4 Afgrænsning: Denne rapport beskæftiger sig ikke med følgende: - Programmering af PLC - Konsekvenser ved omlægning til heavy fuel oil - Konsekvenser ved en ny og anden charter i varmere farvande 1
Virksomhedsprofil og information om skibet 2.1 Om rederiet Maersk Supply Service er en førende udbyder af globale offshore marine tjenester. Flåden af over 60 specialiserede skibe arbejder med mange forskellige opgaver såsom ankerhåndtering, Subsea Construction, og bugsering og forsyning af borerigge. Virksomheden er grundlagt i 1967 som det første skandinaviske offshore rederi. Der udføres opgaver over hele verdenen og for tiden især i Brasilien, Nordsøen, Canada, Australien og Vest Afrika. Organisationen består af mere end 2000 besætningsmedlemmer og mere end 200 onshore medarbejdere. Rederiets hovedkvarter ligger i Lyngby, dog med nogle funktioner på Esplanaden i København. Virksomheden har stor erfaring i at udføre såkaldt deep water ankerhåndtering og generelt i operationer under ekstreme vejrforhold. Maersk Supply Service er en virksomhed i A.P. Møller Mærsk gruppen. 2.2 Om skibet Maersk Forwarder er et forsyningsskib af typen Platform Supply Vessel (PSV) og sejler fra sin base i Aberdeen i Skotland ud til fem platforme i den nordlige del af Nordsøen. Skibet er med sit dæksareal på 900 m2 i stand til at håndtere i omegnen af 100-110 offshore containere, alt efter deres størrelse. Containerne indeholder alt der skal til for at drive en rig lige fra boreudstyr til madvarer. Backload tages med tilbage til Aberdeen og kan f.eks. være affald, skrot eller tomme containere. Skibet er også udstyret til at kunne fragte rør, cement, metanol og andet flydende last såsom Marine Diesel Oil (MDO). Skibet transporterer ikke længere cement til riggene da riggene ikke længere foretager nye boringer. Skibet har tidligere sejlet på heavy fuel oil, men anvender i dag udelukkende marine diesel oil, da selskaberne der har chartret skibet også leverer brændstoffet og brændstoffet overføres fra skibets lasttanke hvor MDO til riggene opbevares. 2
Hoveddata: 1 Skibets navn: Hjemmehørende i havn: Skibstype: Kaldenavn: Maersk Forwarder Hirtshals Platform Supply Vessel OVQB5 Længde 82,5 m Bredde: 18,8m Dybdegang max: 7,6m Dybdegang sommer: 6,23m Netto ton: 888 ton Brutto ton: 2961 ton Dødvægt: 2163 ton Vægt, let skib: 1878 tons Kapacitet ferskvand: 502 ton Laste evne: 678 ton Kapacitet ballast 774 ton Antal cargo tanke: 19 stk Antal ballast tanke: 12 stk Skibets hovedmotorer: 2 stk Bergen BRM-6 4 taks medium speed Ydelse: (MCR) 2650 kw pr stk Omdrejninger ved MCR: 750 Omdr/min Dagligt forbrug: Max 14000 liter Service fart: 10-11 knob Hjælpemaskineri: 2 stk Cummins NTA855 300 kw genset Styremaskine: Motorfabrikken DAN (Svendborg) Twin skrue CP fremdriftssystem: 2 x 2650 kw To sternthrusters Ulstein Bergen En bowthruster Ulstein Bergen En Compass Thruster Ulstein Bergen 883 kw 1 Kilde: Ulstein Bergen manualer ombord og http://www.ulstein.com/kunder/ulstein/cms66.nsf/pages/reflistb.htm?open&disp_key=b506fa676ddfe0f5c12571 BC003AAC91 Sidst tilgået 14.12.2012 3
Metode 3.1 Fremgangsmåde i projektet En rapport som denne kræver mange overvejelser og det er vigtigt at man sætter tid af til at tænke over hvordan man griber opgaven an, således at man opnår en god analyse og validitet i rapporten. Nedenfor ses den proces som projektet gennemgik. Emnet skulle være skibsrelateret da det på forhånd var klart at praktiktiden skulle foregå på et skib. Drifts og energioptimering blev valgt ud fra interesse og det at skibet er 20 år gammelt. En lang række systemer ombord blev undersøgt ud fra muligheden for at optimere. Kølevandssystemet blev vurderet til at have gode muligheder. Der viste sig at være flere muligheder for optimering, og nogle områder blev valgt ud fra bl.a. optimeringspotentiale. Mange spørgsmål rejste sig og der skulle tages stilling til en lang række forskellige områder såsom hvor, hvilke og hvordan jeg finder de nødvendige data. Kvaliteten skulle sikres undervejs således at dataindsamlingerne, beregningerne og resultaterne fremstår præcise og velbegrundede. 4
3.2 Kildekritik og usikkerhed Kilder er en betegnelse for en række af forskellige typer af informationer som bruges som grundlag for validiteten af en rapport. Kilder kan være lige fra de anvendte fagbøger, til data målt ombord, hjemmesider, til udtalelser fra fagfolk. Det er vigtigt at man forholder sig kritisk til sine kilder således at der skabes en troværdig rapport og et så akkurat et resultat som muligt. Rapporten bygger på Positivisme, hvor man i videnskaben er særdeles bevidst om problemerne ved at opnå en sand viden, men hvor man dog stræber imod et absolut, gyldigt resultat. Ved hjælp af logik (herunder matematikken) og det man kan iagttage (empiri), støtter man sig til kendsgerninger som man med al rimelig sandsynlighed kan anse som sikre. Fagbøger og udtalelser fra fagfolk bliver i rapporten anset som værende valide kilder hvor formler, metoder og andet bliver anset som værende præcist, under de forhold der stilles, naturligvis. Fagbøger og hjemmesider skal dog udvælges med hensyn til troværdighed og kvalifikationer. Data fra producenter og fra værftet som skibet blev bygget på er også et eksempel på kilder som anses for at være akkurate, selvom disse også har en udefineret grad af usikkerhed idet at de baserer sig på nyt udstyr, hvor skibet og dets udstyr ikke længere er nyt. Anderledes er det med andre data såsom virkningsgrader, målinger af værdier såsom temperaturer og effekt. Her er en indbygget usikkerhed som gør at resultatet ikke kan anses som en sand værdi men som værende gyldige data under de forhold som de operer under. Det skal tilstræbes at værdier måles under ensartede forhold og fremgangsmåde. 5
Kølevandssystemets opbygning 4.1 Introduktion til kapitlet Denne kapitel har til formål at give læseren en forståelse for kølevandssystemets opbygning, og derved give en grundlæggende forståelse for de problemstillinger der omhandles senere i rapporten. 4.2 Generelt om kølevandssystemer Alle former for drift af skibet vil medføre at en række systemer ombord såsom motorer, turbo, gear, og hydrauliksystemer vil producere overskudsvarme. Det er nødvendigt at denne overskudsvarme kontinuerligt bortledes for at opretholde en konstant og passende driftstemperatur. Derfor er skibe forsynede med kølevandssystemer som har til opgave at lede denne overskudsvarme fra systemerne og ud til havet. 4.3 Anlægsbeskrivelse af kølevandssystemet Kølevandssystemet ombord på Maersk Forwarder er et såkaldt centralkølesystem hvor alle de varmeproducerende systemer bliver kølet af de samme hovedvekslere. Der er således ikke flere parallelle kølesystemer ombord som hver køler deres respektive systemer, f.eks. et system for hovedmotorerne og et for resten af systemerne. Det centrale kølesystem ombord består overordnet set af et ferskvandssystem, et søvandssystem, pumper og adskillige varmevekslere. Saltvandssystemet Nedenunder ses et diagram over saltvandssystemet. Figur 1, Diagram over saltvandssystemet 6
Saltvandssystemet er opbygget ved at søvand suges ind igennem to ansugnings steder også kaldet søkisterne. Maritime systemer har altid indbygget en stor grad af driftssikkerhed og i dette tilfælde opnås driftssikkerheden blandt andet ved at systemet mange steder er dubleret. Dette ses i forbindelse med søkisterne ved at der er installeret to søkister, en lavt beliggende og den anden noget højere beliggende. Derved er der altid en backup hvis den ene f.eks. stopper til. Low sea suction benyttes typisk under normal sejlads på dybere vand, og high sea suction benyttes oftest under havneanløb, da man ellers kan risikere at stoppe filtret pga. den relativt lave vanddybde i havne. Benyttes high sea suction ved sejlads i større bølger er der risiko for at luft suges ind i systemet pga. den højere beliggenhed. Søvandssystemet er udstyret med to søvandspumper som fungerer som backup for hinanden, hvis problemer skulle opstå i den ene. Disse to identiske pumper er af typen centrifugalpumper og har en kapacitet på 160 [ 2 ] ved et differenstryk på 2 bar. Hver pumpe er udstyret med et manometer før og et efter pumpen. Det gør det muligt at aflæse pumpens øjeblikkelige driftspunkt via pumpekurven for pumperne. Dette er nyttigt i forbindelse med dataopsamling til dette projekt og som indikation for om Figur 2, Søvandspumperne ombord på Maersk Forwarder varmeveksleren er ved at trænge til en rensning. Ventilen monteret på rørstrengen imellem pumperne står under normale driftsforhold altid åbent og gør det muligt at køre hvilken af pumperne med hvilken af vekslerne. Normalt er kun en pumpe og en veksler i drift ad gangen. Kontraventilerne efter pumperne gør at søvandet ikke presses tilbage igennem den stillestående pumpe. På denne måde kan søvandspumperne fjernbetjenes fra kontrolrummet uden at det er nødvendigt at dreje på ventiler lokalt i maskinrummet. Hovedvarmevekslerne har til formål at overføre varme fra ferskvandssystemet over til søvandssystemet. De tjener som en adskillelse af de to systemer som muliggør brugen af ferskvand i størstedelen af systemet. Søvand i et kølesystem skaber problemer med saltaflejringer og biologiske belægninger, da disse skaber problemer med nedsat varmetransmission og flow i systemet. Derfor er det ønskværdigt at så lidt som muligt af kølesystemet gennemstrømmes af saltvand. Efter vekslerne trykkes det nu opvarmede søvand overbord. Da disse rørføringer er i direkte forbindelse med søen er de udstyrede (af sikkerhedsgrunde) med hver en lukkeventil og en kontraventil. 2 Bilag 1 Datablad S.W. pump 7
Ferskvandssystemet Nedenunder ses et diagram over ferskvandssystemet. Figur 3, Diagram over ferskvandssystemet De systemer ombord som har brug for at bortlede varme har hver en varmeveksler koblet til ferskvandssiden af kølesystemet. Derfor er ferskvandssystemet stort og relativt komplekst set i forhold til søvandssystemet men dette er også fordelagtigt da en så lille del af systemet bør gennemstrømmes af saltvand med de problemer det kan medføre. Systemerne der køles af ferskvandssiden er: 2 x diesel generatorer 2 x kondensatorer for provianteringskøleanlæg 1 x kondenser for køleanlæg til maskinkontrolrum 1 x kondenser for køleanlæg til aptering 2 x køler for gear 2 x køler for akselgenerator 2 x køler for stævnrør 1 x køler for hydraulisk powerpack 1 x køler for Compass thruster (Azimuth) 2 x two stage ladeluftkøler for ME 8
2 x smøreoliekøler for ME Lav og høj temperatur systemerne i de to hovedmotorer Hvert af disse systemer har som nævnt en varmeveksler. Foran hver varmeveksler sidder en mekanisk ventil som er indstillet til at fordele flowet til veksleren således at systemerne får de krævede kølevandsmængder. Dette er gjort fra værftet 3. Det opvarmede kølevand forlader vekslerne og møder trevejs ventilen. Trevejs ventilen fordeler flowet igennem eller udenom hovedkølerne og dermed bestemmer ventilen temperaturen på hele kølevandssystemet. Styringen foregår ved at en motordrevet aktuator søger at holde en forud indstillet temperatur på afgangssiden af hovedkølerne via en tre vejs ventil. Data får den fra en enkelt temperatursensor på afgangssiden af hovedkølerne. Værdien på temperaturen der skal opretholdes kan justeres via et kontrolpanel i Figur 4, Trevejs ventil og aktuator maskinkontrol rummet. Ferskvandssystemet er udstyret med i alt tre pumper, heraf to hovedpumper og en havnepumpe (Harbour pump). Hovedpumperne benyttes under alle former for sejlads og kører således samtidig med hovedmotorerne. Havnepumpen har en væsentlig mindre kapacitet end hovedpumperne og benyttes oftest langs kaj hvor hovedmotorerne er stoppede og skibet i stedet dækker sit strømbehov ved hjælp af dieselgeneratorerne. I denne driftssituation er det tilstrækkeligt med havnepumpens reducerede flow da kølebehovet er væsentligt reduceret med de to hovedmotorer stoppet af. Normalt er kun en af pumperne i drift af gangen men forhold såsom tilgroede varmevekslere eller højere vandtemperatur kan gøre det nødvendigt at benytte to pumper. Ligesom i saltvandssystemet er pumperne udstyrede med manometre til aflæsning af differenstrykket over pumpen. Dette kan bruges til at finde pumpens nuværende driftspunkt via pumpekurven til den pågældende pumpe. Systemet er opbygget således at det ikke kræver meget tid af 3 Maskinchef Lars Meulengracht Figur 5, Hovedkølerne 9
maskinbesætningen. Betjening af pumper og justering af temperatur er ført op til maskinkontrolrummet og derved lettes dette arbejde betydeligt. Da skibet arbejder i den nordlige del af Nordsøen, er kun den ene hovedkøler i brug ad gangen da en hovedkøler kan levere tilstrækkelig køleeffekt under de fleste forhold. Hvis køleren er ved at være belagt indvendigt eller hvis at skibet foretager en af sine månedlige speed tests, kan det dog være nødvendigt at køre de to kølere i parallel 4. Oftest er den ene køler i brug imens den anden er renset og klar til drift, skulle der opstå behov for dette. Hvornår rensningen af køleren foretages, er ikke sat i system. Det gøres oftest når den køler der er i drift ikke længere kan holde temperaturen nede under normale driftsforhold. Systemets driftstemperatur justeres på et panel i maskinkontrolrummet og er typisk sat til 32 grader. Det betyder at tre vejs ventilen vil holde 32 grader på udgangssiden af kølerne, og dermed får systemerne ombord tildelt 32 grader varmt vand. 4 Maskinchef Mads Frahm Rasmussen 10
Analyse af nuværende system 5.1 Analyse Skibe er oftest designet til at kunne sejle overalt på kloden, under alle tænkelige forhold og de er indbygget en stor grad af driftsikkerhed igennem designet af deres systemer. Et skib skal kunne holde til at sejle under tropiske forhold såvel som arktiske, og der er ofte krav fra klassifikations selskaberne om at skibe skal være designet til at kunne sejle i op til 32 grader varmt havvand. Temperaturen på havvandet er afgørende for kølesystemets evne til at bortlede den producerede overskudsvarme. For at holde en konstant temperatur må der være balance i varmestrømmene til og fra veksleren. Figur 6, Princip skitse af varmeveksler, konstrueret af forfatteren Eksempel: Formel for varmestrømning lyder 5 : t Hvis det samme masseflow opretholdes vil en højere søvandstemperatur medføre et højere driftspunkt for skibets systemer. Det afkølede vand fra varmeveksleren (3) vil altså være varmere hvis havtemperaturen stiger (1). Systemet på Maersk Forwarder reguleres som nævnt tidligere ved at pumpens konstante flow ledes mere eller mindre igennem hovedkøleren. På denne måde reguleres flowet igennem varmeveksleren og derved er det muligt at justere køleeffekten jævnfør ovenstående formel. Systemet tilpasser sig derved den varierende belastning på hovedmotorerne (varierende P) og det at havtemperaturen kan variere meget alt efter sted (varierende t). Systemet vil med en mindre varmebelastning og en lav havtemperatur kun kræve et lille flow for at opretholde balancen. Ud fra et energimæssigt synspunkt er det ikke optimalt at have en relativt stor pumpe som leverer et konstant flow til tre vejs ventilen, blot for at ventilen så leder en stor del udenom køleren hvor det ikke tjener et formål. I stedet for at lede udenom køleren er der et muligt potentiale for energioptimering ved at gøre søvandspumpernes flow variabelt samtidigt med at hele flowet nu gennemstrømmer køleren på ferskvandssiden. Da havvandet strømmer ind og bliver opvarmet i varmeveksleren har biologiske partikler gode forhold til at vokse sig størrere og med tiden vil dette danne et lag overalt på kølerens søvandsside. Denne belægning forringer varmeoverførings evnen og nedsætter flowet i veksleren efterhånden som belægningen bliver tykkere. I det nuværende system er dette først et problem når tre vejs ventilen sender hele flowet igennem veksleren og temperaturen alligevel ikke kan holdes nede. Men med et system der vil kunne variere i kølevands flowet vil der være energimæssige fordele i at overvåge kølerens tilstand og derved sørge for at køleren rengøres tidligere i processen. Da en 5 Mekanisk fysik og varmelære s. 182. Af Arly Nielsen 11
belagt køler nødvendiggør et højere flow, er der økonomi i at holde systemet rent med denne type anlæg. 12
5.2 Forslag til drifts og energioptimeringer Installering af frekvensomformere på søvandspumperne, og lade alt kølevand på ferskvandssiden passere igennem hovedkølerne. På baggrund af analysen i forrige afsnit fremgår det at der vil være mulighed for energioptimering af kølevandssystemet ved at kunne tilpasse pumpens flow til det aktuelle kølebehov. Installering af frekvensomformere på ferskvandspumperne og lade alt kølevand passere igennem hovedkølerne. Da ferskvandspumperne er størrere end søvandspumperne, vil der umiddelbart være et potentiale i at lade disse frekvensregulere i stedet for søvandspumperne. Udskiftning af sø og ferskvandspumper De nuværende pumper ombord er fremstillede i starten af 90 erne med den teknologi man dengang havde til rådighed. Da de har en relativt lav virkningsgrad set i forhold til nye pumper og da de efter maskinchefens erfaring er slidte i pumpehuset vil der være en mulig optimering i at udskifte disse. Installation af automatisk fouling 6 overvågning i forbindelse med frekvensregulerede søvandspumper I forbindelse med installering af et system med variabel kølevandsmængde via frekvensomformere vil en belagt hovedkøler betyde et kunstigt højt driftspunkt for pumpen og derved vil pumpens elmotor optage unødigt meget energi. Et system med fouling overvågning via differenstrykket over søvandspumperne kan derfor lede til potentielle energibesparelser og medvirke til at optimere driften, da maskinbesætningen har nemt ved at vurdere hvornår en rensning er påkrævet. Besparelse ved at hæve ferskvandssystemets temperatur I forbindelse med installering af et system med variabel kølevandsmængde via en frekvensomformer vil pumperne skulle levere et højere flow jo koldere systemerne ønskes. For nuværende er temperaturen sat til 32 grader. Hvis denne temperatur hæves ville flowet blive lavere og dermed også pumpernes energiforbrug. 6 Begroning/belægning 13
5.3 Valg af optimeringsforslag Ud fra de i 5.2 beskrevne optimeringsforslag vil jeg i det følgende uddybe forslagene og vælge hvilke af disse forslag jeg ønsker at analysere videre på. Installering af frekvensomformere på søvandspumperne og lade alt kølevand på ferskvandssiden passere igennem hovedkølerne. Installering af frekvensomformere på ferskvandspumperne og lade alt kølevand passere igennem hovedkølerne. Disse to forslag bør ikke gennemføres samtidigt da potentialet for energibesparelse så skal opvejes imod en investering på to gange to frekvensomformere + styringer og det vil derfor let blive omkostningstungt. Det er mere hensigtsmæssigt at skabe energibesparelsen ved kun at regulere den ene side af veksleren, ligesom det er mere enkelt at styre reguleringen hvis der kun er et system der kan regulere køleeffekten. Potentialet er umiddelbart størst på ferskvandssiden da elmotoren her er på 52kW 7 mod saltvandssidens 19 kw 8. Grunden til at ferskvandspumpens effekt er størrere, er at ferskvandssystemet er designet til et dobbelt så stort flow (320 mod 160 ) men også at det kræver et differenstryk på 4 bar 9 at presse denne massestrøm igennem. Men fordi at ferskvandssystemet er stort og komplekst set i forhold til søvandssystemet, er der nogle udfordringer ved at regulere på dette system som ikke er gældende for det simplere opbyggede søvandssystem. Hvis f.eks. hovedmotorerne får lav last i forbindelse med at skibet overgår til at operere på DP 10 ved en rig, vil kølebehovet falde da hovedmotorerne er langt de største varmeudviklere. Så skruer pumperne ned for flowet, men dette nedsatte flow rammer ikke kun hovedmotorerne, men også andre systemer som kan have stort behov for kølevandsflow uafhængigt at hovedmotorerne. Disse andre systemer vil på denne måde stige utilsigtet i temperatur da deres flow reduceres utilsigtet. Dette problem kunne løses med et ventilsystem som via temperaturfølere kan bestemme flowets størrelse ved de enkelte kølesteder. Denne løsning vurderes dog til at blive relativt komplekst set i forhold til at på søvandssiden, og derfor også mere omkostningstungt end at regulere på søvandssiden. Det fravælges derfor at analysere mere på ferskvandspumpe reguleringen, og der tilvælges at arbejde videre med frekvensregulering af søvandspumperne. 7 Bilag 1 Datablad F.W. pump 8 Bilag 2 Datablad S.W. pump 9 Bilag 3 Pumpekurve F.W. pump 10 DP = Dynamisk Positionering 14
Udskiftning af sø og ferskvandspumper Der er indtil flere ting som taler for at denne rapport skal omhandle en analyse af konsekvenserne ved en udskiftning. Maskinchefen 11 ombord har erfaring for at pumperne er ved at være udtjente efter 20 års drift. Nyere teknologi og de højere virkningsgrader man dertil kan forvente, både på pumpen og på elmotoren, kan også gøre en forskel økonomisk. Til sidst er der det at kølevandspumper ikke altid passer ordentligt til det system som det skal betjene. Der har været en tendens fra værfternes side at placere en pumpe som man regner med har lidt rigelig kapacitet og så derefter at opbygge systemet omkring den. Det hænger muligvis sammen med at det kan være vanskeligt at beregne hvor meget modstand der vil være i et kølesystem inden at det er bygget. Det er også et aspekt som vil blive undersøgt i rapporten. Installation af automatisk fouling overvågning i forbindelse med frekvensregulerede søvandspumper Kølesystemer med frekvensregulerede pumper som det påtænkte anlæg, skal arbejde med renholdte vekslere for at holde energiforbruget tæt på det optimale. Det er derfor at en automatisk fouling overvågning vil kunne være med til at sikre at kølerne bliver renset inden at pumperne kommer til at optage mere effekt end påkrævet. Ved at lade en PLC overvåge differenstrykket over søvandspumperne og omdrejningerne på pumpen, skal PLCen være i stand til at sammenholde disse to data. Det gør at PLCen kan give en indikation hvis f.eks. trykket er 10 % højere end det burde være ved dette omdrejningstal og derved også dette flow. Det vil dog være svært at beregne besparelsen ved et sådan anlæg, men omvendt kan det siges at hvis det kan være med til at maskinbesætningen holder kølerne i god driftsstand, har systemet også sin berettigelse. Der vil i denne rapport ikke blive analyseret yderligere på dette optimeringsforslag, men i stedet nævne at skibets program for programmeret vedligehold (AMOS) kan indstilles til at indikere hvornår vekslerne bør renses, med et givent tidsinterval. Maskinbesætningen kunne ligeledes undervises i hvordan at man manuelt sammenholder differenstrykket med omdrejningerne på pumpen. Til dette kunne man med fordel lave en tabel/skema der viser grænserne for hvornår man bør rense sin veksler. Besparelse ved at hæve ferskvandssystemets temperatur Kølevandssystemet ombord på Maersk Forwarder bliver som tidligere nævnt reguleret til at holde en given temperatur på afgangssiden af hovedkøleren. Denne temperatur skal være indenfor et hensigtsmæssigt interval for de systemer som køles og maksimalt 37 grader varmt 12. Temperaturen reguleres på et display i maskinkontrolrummet og er sat til 32 grader. Grunden til at det er netop 32 grader kunne der ikke findes belæg for, men med et system som det nuværende hvor flowet blot 11 Maskinchef Mads Frahm Rasmussen 12 Bilag 5 Uddrag af operating manual 15
lukkes udenom kølerne, har det heller ikke en økonomisk betydning hvilken temperatur systemet er sat til. Men med det påtænkte system, hvor der reguleres på kølevandsflowet, er det muligt at hente en energibesparelse ved at have en højere driftstemperatur. Da jo koldere systemet skal holdes, jo mere flow skal der være igennem køleren. Denne rapport vil ikke analysere konsekvenserne af en hævet ferskvandstemperatur. 5.4 Beregning af omkostninger ved energiproduktion For at kunne omregne eventuelle energibesparelser til økonomiske besparelser er det nødvendigt at beregne omkostningerne til energiproduktion ombord på Maersk Forwarder. Under sejlads sker produktionen af energi ombord på de to akselgeneratorer som hver er tilkoblet en af hovedmotorerne. Det specifikke brændstofs forbrug er opgivet af fabrikanten til 187 g/kwh 13 ved 100 % last, men da lasten i virkeligheden varierer en del er der her en usikkerhed omkring hvad det gennemsnitlige specifikke brændstofs forbrug er. Men ved at benytte 187 g/kwh i stedet for at prøve at antage en højere værdi, vil de senere udregnede besparelser komme til at være lidt mindre og derved indbygges en sikkerhed for at de beregnede besparelser også kan opnås i virkeligheden. Skibet sejler hovedsageligt under service fart med 85 % last og i mindre tid ved en rig på DP hvor motorerne også er relativt belastede. Under havneophold produceres energien på to mindre hjælpegeneratorer og kølingen på ferskvandssiden varetages her af en mindre havnekølepumpe som ikke er inddraget i denne rapport. Idet det specifikke brændstofs forbrug er kendt er det nu muligt at beregne hvor mange kroner det koster at producere én kwh. Prisen på MDO (Marine Diesel Oil) er d. 4.1.2012 sat til dagspris på 954,15 $/Ton 14, samt kursen for dollar til 572,1 kroner 15. Pris pr. kwh: Dette er prisen på en kwh udtaget direkte på motorens krumtapaksel. Da generatoren har en virkningsgrad i sig selv og desuden er trukket via en gearkasse, er det nødvendigt at tillægge en virkningsgrad for både gearkasse og generator for at få prisen på elektrisk energi fra generatoren. Virkningsgrad gearkasse: 0,965 16 Virkningsgrad generator: 0,96 17 Pris pr. kwh fra generator: 13 Bilag 6 General Data 14 http://www.bunkerindex.com/prices/bixfree.php?priceindex_id=4, sidst tilgået 4.01.2013 15 www.valutakurser.dk, sidst tilgået 7.01.2013 16 Bilag 11 Samtale Rolls Royce 17 Bilag 18 Samtale Kim Strate Kiegstad, Siemens A/S 16
Udskiftning af kølevandspumper 6.1 Nuværende søvandspumpers drift Mængden af kølevand igennem søvandssystemet bestemmes ud fra søvandspumpernes pumpekurve 18 og ved at måle differenstrykket hen over pumpen. Differenstrykket indsættes i pumpekurven og det nuværende driftspunkt kan aflæses. Trykket hen over pumpen er 2,05 bar ved en søvandspumpe i drift, og er målt via manometre monterede til formålet af pumpeproducenten. Det ses ud fra kurven at differenstrykket på 2,05 bar svarer til en volumenstrøm af søvand på 160 Figur 7, Manometre påmonteret søvandspumpe ved en virkningsgrad på pumpen på 67 %. Det kan nu Figur 8, Pumpekurve for søvandspumpe med indikation af driftspunkt 18 Bilag 4 Pumpekurve S.W. pump 17
konstateres at søvandspumperne drives i deres påtænkte driftspunkt på 2 bar og 160 m3, også angivet ved den sorte trekant på tegningen. Effektoptag: Søvandspumpernes elmotorer er målt til henholdsvis 24,7 og 24, 3 A pr fase under drift enkeltvis. Målingerne er foretaget med en Fluke 337 19 amperetang. Søvandspumpernes optagne effekt: Den optagne effekt er lidt mindre end de 19 kw 20 angivet i pumpens datablad. 6.2 Nuværende ferskvandspumpers drift Ferskvandspumperne er designet til at køre i et driftspunkt på 320 ved et differenstryk på 4 bar 21. Differenstrykket over pumperne er dog kun målt til 3,5 bar via de påmonterede manometre, hvilket betyder at modstanden i systemet er mindre end man havde beregnet fra værftets side da skibet blev 19 http://www.fluke.com/fluke/usen/electrical-testers/clamp-meters/fluke-337.htm?pid=70328 Data Fluke 337, sidst tilgået 10.1.2013 20 Bilag 2 Datablad S.W. pump 21 Bilag 1 Datablad F.W. pump Figur 9, pumpekurve for ferskvandspumpe, med indikation af driftspunkt 18
bygget. Det er altså væsentlig lettere for pumpen at trykke vandet igennem systemet end beregnet. Det ses på pumpekurven at driftspunktet i realiteten er ved et væsentligt højere flow end beregnet, da modstanden som nævnt er mindre. I stedet for de påtænkte 320 er flowet på 438, og pumpen skal derfor have tilført en større effekt, som ses ud fra den øverste linje i diagrammet. Den sorte trekant markerer stedet for det påtænkte driftspunkt. Effektoptag: Ferskvandspumpernes elmotorer er målt til henholdsvis 82,2 og 83,1 A pr fase under drift enkeltvis. Målingerne er foretaget med en Fluke 337 22 amperetang. Ferskvandspumpernes optagne effekt: Det kan konstateres at pumperne ikke er optimale for systemet da modtrykket er væsentligt lavere end man havde beregnet fra værftets side da skibet var i projekteringsfasen. Det medfører at flowet bliver højere end nødvendigt, og gør driften af systemet bliver mere energikrævende end beregnet. Elmotoren der driver ferskvandspumperne er opgivet 52 kw 23 og det kan derfor konstateres at der bruges op til 11 kw mere end nødvendigt. 22 http://www.fluke.com/fluke/usen/electrical-testers/clamp-meters/fluke-337.htm?pid=70328 Data Fluke 337, sidst tilgået 10.1.2013 23 Bilag 1 Datablad F.W. pump 19
6.3 Nye pumper fra DESMI A/S DESMI A/S er en af de store danske leverandører af pumper og elmotorer til den maritime industri. Derfor var det naturligt at tage kontakt til DESMI med henblik på et tilbud på fire nye pumper samt elmotorer. I den forbindelse skulle driftspunktet som de nye ferskvandspumper skal arbejde i beregnes. Dette blev gjort ud fra det kendte driftspunkt på 3,5 bar og 438, som er udgangspunktet for beregningen af anlægskarakteristikken. Først beregnes K-værdien ud fra følgende ligning: (Ligningen er fra Centrifugalpumpen af Grundfos) Da den ønskede volumenstrøm er kendt sættes den ind i ligningen og differenstrykket beregnes På samme måde kan en række punkter på anlægskarakteristikken beregnes og således kan karakteristikken indtegnes i et (H; ) diagram. Den nye pumpe behøver kun at overvinde et tryk på 1,87 bar for at levere det ønskede flow på 320. Tilbud fra DESMI: Data ny F.W. pumpe 24 Data ny S.W. pumpe 25-320 ved 18,65 mvs (1,83 bar) - 160 ved 20,1 mvs (1,93 bar) - Eta = 80,2 % - Eta =77,2 % - Elmotoren optager 26,2 kw - Elmotoren optager 13,2 kw - Pris 8344 Euro ekskl. montering - Pris 7663 Euro ekskl. montering 24 Bilag 7 Tilbud DESMI F.W. pump 25 Bilag 8 Tilbud DESMI S.W. pump Figur 10, Nyt og gammelt driftspunkt. Konstrueret af forfatteren 20
6.4 Besparelse ved udskiftning af pumper I dette afsnit beregnes besparelsen ved at udskifte sø og ferskvandspumperne ombord. Ferskvands havne pumpen medtages ikke beregningerne da den kun er i drift under havneophold. Ferskvandspumperne Besparelse i kw pr pumpe Nuværende effektoptag Effektoptag med ny pumpe 63 kw 26,2 kw Sparet effektoptag pr pumpe 36,8 kw Det ses at der er mulighed for en større reduktion i energien til at drive ferskvandspumperne. Denne reduktion er et resultat af ny og effektiv pumpeteknolog, men især det at de nuværende ferskvandspumper er overdimensionerede. En reduktion i energiforbruget på 58 % er således muligt ved at anvende pumpen fra DESMI. Årlig besparelse i kwh pr pumpe En af ferskvandspumperne er i drift næsten hele året rundt. Kun når skibet er i havn er ferskvandspumpen stoppet af og hvor der i stedet køres på ferskvands havne pumpen. Skibet er i havn i 10 % 26 af tiden. Besparelse i kwh pr pumpe om året Antal årlige driftstimer Sparet effekt i kw Resultat 24*365*0,9 = 7884 timer 36,8 kw 290131 kwh Årlig besparelse i kr. Den årlige besparelse beregnes ved brug af prisen for en produceret kwh udregnet i afsnit 5.4. Årlig besparelse i kr. Pris for en produceret kwh Antal årlige kwh Resultat 1,10 kr. 290131 kwh 319144 kr. 26 Se afsnit 7.2 Fastlægning af driftssituationer 21
Søvandspumperne Besparelse i kw pr pumpe Nuværende effektoptag Effektoptag med ny pumpe 18,6 kw 13,2 kw Sparet effektoptag pr pumpe 5,4 kw Det ses at der er mulighed for at få en reduktion i energien til at drive søvandspumperne. Reduktionen er udelukkende et resultat af ny og mere effektiv pumpeteknologi, da de eksisterende søvandspumper er dimensioneret korrekt til systemet. En reduktion på 29 % er mulig ved at anvende søvandspumpen fra DESMI. Årlig besparelse i kwh pr pumpe En af søvandspumperne er altid i drift, hele året rundt. Selvom skibet er i havn og der køres på den mindre ferskvands havne pumpe, skal en af søvandspumperne være i drift for at bortlede varmen fra ferskvandssystemet. Der er således to pumper på søvandssiden og tre på ferskvandssiden, bestående af to ferskvandskølepumper og en havne ferskvandspumpe. Besparelse i kwh pr pumpe om året Antal årlige driftstimer Sparet effekt i kw Resultat 24*365 = 8760 timer 5,4 kw 47304 kwh Årlig besparelse i kr. Den årlige besparelse beregnes ved brug af prisen for en produceret kwh udregnet i afsnit 5.4. Da denne pris er udregnet på basis af at skibets produktion af el sker på akselgeneratorerne, vil der være en mindre afvigelse fordi at skibet producerer strøm til en højere kostpris når det er i havn. Da skibet er i havn i omtrent 10 % af tiden er det ikke en faktor der påvirker resultatet væsentligt. Hvis skibet i fremtiden kommer til at få længere havneophold vil besparelsen også blive størrere. Årlig besparelse i kr. Pris for en produceret kwh Antal årlige kwh Resultat 1,10 kr. 47304 kwh 52034 kr. 22
Frekvensregulering af søvandspumper 7.1 Funktionsbeskrivelse Dette afsnit omhandler en ombygning af kølevandssystemet fra den nuværende løsning med en trevejsventil 27 (bypass), til en løsning med variabel kølevandsmængde via frekvensomformere påmonteret søvandspumperne. Frekvensomformere bruges til at ændre på vekselstrømsfrekvensen til især asynkrone elmotorer. Da elmotorens hastighed er bestemt af dens tilførte frekvens er dette en måde at opnå en trinløs regulering af motorens omdrejningstal. Det grundlæggende princip er at omformeren tilføres en vekselspænding ved typisk 50 eller 60 Hz som derefter ensrettes og laves til en jævnstrøm. Til sidst laves denne jævnstrøm via effektelektronik om til en spænding med den ønskede frekvens. Frekvensregulering af pumper har dog en begrænsning ved at virkningsgraden falder når hastigheden nedsættes. Kølingen forringes også ved faldende omdrejningstal og derfor reguleres der her ikke længere ned end 25 Hz 28. Ved at nedregulere en pumpes omdrejningstal falder den optagne effekt i tredje potens ifølge pumpeteoriens affinitetsligninger 29 : 30 Nedenunder ses en skitse af systemet før og efter den påtænkte ombygning. Figur 11, Før og efter ombygning, konstrueret af forfatteren Den nuværende regulering sker som nævnt tidligere ved at en trevejs eller bypass ventil leder mere eller mindre af kølemiddel flowet igennem veksleren. Systemet sørger for at opretholde en konstant indstillet temperatur på kølemidlet ud til de forskellige kølesteder. 27 Bilag 9 - Data trevejs ventil 28 Bilag 16 Samtale Gert Andersen, CS Electric 29 Centrifugalpumpen af Grundfos, 1. udgave 2006 30 Centrifugalpumpen af Grundfos, 1. udgave 2006 23
Det nye system fungerer ved at søvandspumperne bliver styret af en frekvensregulering som muliggør en trinløs regulering af pumpens omdrejningstal og derved også pumpens leverede kølemiddel flow. Bypass ventilen er nu helt fjernet og systemet sørger som før for at opretholde en konstant temperatur ud til de forskellige kølesteder. 7.2 Fastlægning af driftssituationer Da kølebehovet varierer alt efter belastningen af skibets maskineri og havtemperaturen er det nødvendigt at fastlægge nogle driftssituationer som skibet opererer i. Efter samtale med besætningen på Maersk Forwarder og egen erfaring efter tre måneders ophold ombord erfares det at skibets fart er opdelt på følgende måde: Under servicefart i 65 % af tiden Servicerer rigge under DP i 25 % af tiden I havn 10 % af tiden. Der er altid en usikkerhed indbygget i en sådan vurdering, men fordi at skibet i kraft af sin faste charter som et forsyningsskib for fem olieplatforme har skibet et fast sejladsmønster. Det kan dog komme ud for at skulle vente ved en platform eller ligge underdrejet 31 på grund af dårligt vejr. 7.3 Fremgangsmåde og dataindsamling Dette afsnit omhandler hvordan der findes frem til den volumenstrøm som søvandspumpen kunne reguleres ned til, hvis systemet var reguleret på den påtænkte måde med frekvensregulering. Både den praktiske side med måling og betjening af ventil samt teorien bag bliver belyst. Selve beregningerne findes i bilagsrapporten under bilag 15. Under praktikdelen ombord blev der målt en række data 32 under servicefart og under DP, som bruges som grundlag for de senere beregninger. Tre komplette målinger ved hver driftssituation blev foretaget for at højne validiteten. Det skal understreges at målingerne blev foretaget med nyligt rensede varmevekslere. Kølevandssystemet kan ses som et to delt system, delt af en varmeveksler, hvor det kølebehov der er til stede på ferskvandssiden bliver bortledt på søvandssiden. Den effekt der bliver tilført kølevandet på den ene side, må nødvendigvis blive bortledt på den anden side, for at opnå balance. Det antages at der ikke forekommer tab til omgivelserne i varmevekslerne. Ud fra formlen for varmestrømning blev kølebehovet beregnet ved servicefart og under DP. Temperaturdifferensen til og fra kølestederne (3-4 på figur 11) bliver målt via et infrarødt termometer 33 og da volumenstrømmen er kendt via differenstrykket over pumperne, som indsættes i pumpernes pumpekurver, kunne kølebehovet ved hver driftssituation beregnes. 31 Underdrejet = at ride stormen af 32 Bilag 10 Data indsamling 33 http://support.fluke.com/find-sales/download/asset/2150511_b_w.pdf, Fluke 63, sidst tilgået 15.1.2013 24
Figur 12, nuværende kølevandssystem, konstrueret af forfatteren Figur 11 viser målestederne hvor temperaturen blev målt. En kort beskrivelse af temperaturmålingerne i punkt 1 til 5 følger, for at gøre det nemmere at forstå den senere beskrivelse: Punkt 4 er den temperatur som systemet regulerer til en fast temperaturværdi Punkt 3 er fast da køleeffekten og flowet i dette punkt er uændret Punkt 2 varierer alt efter flow på søvandssiden Punkt 1 er fast da søvandstemperaturen er konstant. Punkt 5 er temperaturen lige efter veksleren og inden flowene sammenblandes Ved at kende temperaturdifferensen over veksleren (3-5) samt kølebehovet i kw kan strømmen af kølevand igennem veksleren beregnes via den nævnte formel for varmestrømning. På den måde kan både flowet udenom og igennem veksleren beregnes. I praktiktiden ombord på skibet blev der foretaget en række simuleringer af hvordan kølevandssystemet ville opføre sig hvis det var ombygget til det påtænkte system med frekvensregulering. Ved at åbne trevejs ventilen helt således at det fulde flow på 438 bliver lukket igennem veksleren faldt temperaturen i punkt 4 da der nu er en forøget køling. Ved at lukke den manuelle ventil på søvandssiden (Se figur 12) langsomt indtil at temperaturen i punkt 4 igen er stabil på samme værdi som før i punkt 4, simuleres det flow som søvandspumpen kan gå ned til i den pågældende driftssituation. Flowet falder således på søvandssiden. Ved hjælp af en såkaldt Trend 34 på skærmen i maskinkontrolrummet kunne det overvåges hvornår temperaturen lå stabilt nede ved samme værdi som før. Når så temperaturen i punkt 4 er stabil måles temperaturen i de andre målepunkter igen. Da det stadig er den samme køleeffekt som før der skal bortledes, kan det nedsatte flow på søvandssiden beregnes, da den nye temperatur differens kendes. Det er dette nedsatte flow som er det flow som der kan reguleres ned til hvis systemet var ombygget. 34 En logning af data over tid (her en temperatur) som bliver vist som en graf på skærmen. Er nem at justere ud fra. 25
Det nedsatte flow indsættes på pumpekurven for den pågældende pumpe og driftspunktet findes da som punktet hvor flowet møder anlægskarakteristikken, se figur 12. Figur 13, Nyt driftspunkt, konstrueret af forfatteren Ved hjælp af affinitetsligningerne 35 kan omdrejningstal og effektoptag beregnes ved at indsætte det nominelle omdrejningstal, volumenstrøm og den tidligere effektoptag i følgende to ligninger: Først isoleres i den første ligning og det nye reducerede omdrejningstal beregnes. Det indsættes så i den anden ligning og som er det nye effektoptag beregnes. På denne måde kan effektoptaget ved en frekvensregulering beregnes og en besparelse i kw kan beregnes. 35 Side 53 i bogen Centrifugalpumpen af Grundfos 26
7.4 Besparelse ved frekvensregulering Bilag 15 viser det reducerede effektoptag som søvandspumperne vil optage under en frekvensregulering og er udregnet for både de eksisterende og for de nye DESMI pumper. De tre sæt målinger i hver driftssituation gør det praktisk at udregne et gennemsnit for hver af driftssituationerne: Da det nuværende effektoptag er kendt kan en effektbesparelse findes for regulering med både de nye og de gamle pumper: Det ses at der er mulighed for at få en stor reduktion i energien til at drive søvandspumperne. Dette skyldes til dels at ferskvandspumperne er overdimensionerede som tidligere påvist. Var flowet på ferskvandssiden 320 som opgivet i stedet for 438 ville besparelsen blive mindre. Desuden har en mindre nedregulering af omdrejningstallet en stor virkning da effekten afhænger af omdrejningerne i tredje potens 36. Da det tidligt stod klart at søvandspumpen vil køre med maksimalt reduceret flow på grund af det ringe kølebehov under havneophold, vil effektoptaget ved mindste omdrejningstal blive beregnet. Det ringe kølebehov er en konsekvens af de stoppede hovedmotorer som er de største varmeudviklere ombord. I praktikperioden kom dette blandt andet til udtryk ved at tre vejs ventilen var næsten helt lukket i under havneophold, således at kun en meget lille del af flowet ledtes igennem veksleren. Den nedre grænse for motorens omdrejningstal er i denne rapport sat til 25Hz ifølge samtale med Gert Andersen fra CS Electric 37. I Bilag 16 er udregnet besparelsen i kw under havneophold. Sparet effektoptag under havneophold Eks. Pumper DESMI pumper Effektoptag u. regulering 18,5 kw 13,2 kw Effektoptag ved min. frekv. reg. 1,4 kw 1,0 kw Sparet effektoptag pr pumpe 17,1 kw 12,2 kw 36 Se afsnit 7.1 37 Bilag 17 Samtale Gert Andersen, CS Electric 27