Energioptimering af søvandspumpen til chiller-anlægget

2015 Energioptimering af søvandspumpen til chiller-anlægget BACHELORPROJEKT OMBORD PÅ IVER HUITFELDT NIKOLAJ KRISTENSEN JONAS NIELSEN

Titelblad Titel: Energioptimering af søvandspumpen til chiller-anlægget Problemformulering: Vil omdrejningsregulering af søvandspumpen til chiller-anlæggene, kunne medføre en energibesparelse og dermed en økonomisk besparelse? Institution: Fredericia Maskinmesterskole Fag: Bachelorprojekt Forfatter: Studienummer: Forfatter: Studienummer: Fagvejleder: Mail: Metodevejleder: Mail: Nikolaj Kristensen: E20122027 Jonas Nielsen: E20131003 Henrik Pedersen: hsp@fms.dk Rikke Andreassen: rian@fms.dk Praktikvejleder: Mail: Praktikvejleder: Mail: Antal anslag: Antal NS: Thomas Kasper Kristensen: d21-k3-vlo@mil.dk Dennis Singh Magallanes: d21-k3-elo@mil.dk 60.646 25,3 Afleverings dato: 1

I forbindelse med udarbejdelsen af projektet skal der lyde en særlig tak til besætningen ombord på Iver Huitfeldt, samt nedstående personer: Tak Tilknyttede vejledere: Henrik Pedersen, Fag vejleder Rikke Andreassen, Metode vejleder Iver Huitfeldt: 1. mester, Thomas Kasper Kristensen 2. mester, Dennis Singh Magallanes 3. mester, Anne Elvira Enkelund Eegholm A/S: Gunnar Johansen, Produktleder Desmi A/S: Birgit Dreyer, Intern Salgsingeniør DMI: Christian, Kundeservice medarbejder Forsvarets økonomiafdeling Martin Peter Kaae Hansen, Økonomichef CS Electric ApS Jørn Egholm Jensen, Automation Manager 2

Abstract The Danish Navy would like to reduce the operating costs on the chiller-plant on the frigate, Iver Huitfeldt. This project will examine whether speed regulation of the seawater pump on the chiller-plant could make it possible to reduce the operating costs. The question is whether it is possible to save energy by speed regulation, compared to the current by-pass regulation. The project has collected and analyzed data for the operation of the current regulation in order to calculate the present operating costs and compare them to the operating costs of the new regulation. The project will calculate the costs of implementing the speed regulation and the energy savings that result from this to confirm or refute the two hypotheses made in the project. The first hypothesis says that an energy saving of at least 20% is obtainable and the second that a payback time of less than three years is possible. The project concludes that implementing the speed regulation will result in an energy saving on the operating costs of 76,3% and a payback time for the implementation of two months. This means that both of the hypotheses made in the project are confirmed. 3

Indholdsfortegnelse Forord... 6 Indledning... 7 Læsevejledning... 7 Emnevalg... 7 Problemstilling... 7 Problemformulering... 7 Hypoteser... 7 Formål med projektet... 7 Teori... 8 Metode... 8 Metodekritik... 9 Afgrænsning... 10 Anlægsbeskrivelse... 11 Regulering... 11 Søvandssystemet... 12 Ferskvandssystemet... 13 Operatørovervågning... 13 Driftssituationer... 14 Drift i vinterhalvåret... 14 Drift i sommerhalvåret... 15 Flowmåling... 16 Måling af det samlede flow... 16 Flowmåling i vinterhalvåret... 18 Havnedrift... 18 Sejlads... 18 Diskussion... 19 Delkonklusion... 19 Pumpekurver... 20 By-pass regulering af søvandspumpen... 21 Analyse af nuværende drift... 21 Delkonklusion... 24 Affinitetsparabel... 25 4

Regulering ved by-pass... 27 Omkostninger ved el-produktion... 29 El omkostninger ved havnedrift... 29 El omkostninger ved sejlads... 29 Delkonklusion... 31 Driftsomkostninger ved by-pass regulering... 32 Måleusikkerhed... 33 Beregning af tilført effekt... 33 Delkonklusion... 34 Omdrejningsregulering af søvandspumpen... 34 Frekvensomformer... 35 Driftspunkter... 36 Driftspunkt vinterhalvåret... 36 Driftspunkt sommerhalvåret... 38 Virkningsgrader... 39 Effektberegninger... 39 Tilført effekt i vinterhalvåret... 40 Tilført effekt i sommerhalvåret... 40 Årlige driftsomkostninger... 40 Årlig energibesparelse... 41 Regulering ved omdrejningsregulering... 41 Delkonklusion... 42 Økonomi... 42 Investeringer... 42 Økonomisk besparelse... 42 Beregning af tilbagebetalingstid... 43 Delkonklusion... 43 Kildekritik... 43 Konklusion... 44 Perspektivering... 44 Litteraturliste... 45 Bøger... 45 Internetsider... 45 5

Forord Dette bachelorprojekt er udarbejdet som afslutning på maskinmesteruddannelsen, hvor 6. semester består af et ti ugers praktikforløb samt projektskrivning. Praktikperioden er gennemført ombord på et af søværnets fregatter, Iver Huitfeldt. Projektet er udarbejdet på baggrund af en problemstilling som omhandler energioptimering af søvandspumpen til chiller-anlægget. 6

Indledning Iver Huitfeldt er ét af tre skibe i søværnets nye klasse af fregatter, Iver Huitfeldt klassen og har hjemhavn i Korsør. Skibet er bygget på Odense Stålskibsværft og blev indsat i tjeneste i år 2011. Sidenhen har skibet været brugt i både nationale og internationale missioner, men befinder sig det meste af tiden i Danmark, hvor der udføres vedligeholdelsesarbejde samt afholdes øvelser. Læsevejledning Projektet er opbygget med et tilhørende bilagssystem. Der er i projektet, lavet henvisninger med fodnoter med navn og bilagsnummer, således at det gøres hurtigt og let at lave opslag i bilagsmappen. Formler der er brugt i projektet, er tydelig vist og der er neden under hver formel en forklaring af hvad der menes med de udtryk der er brugt i formlen. Der er under alle billeder, tabeller samt kurver, en forklarende tekst til dets indhold. Derudover er der lavet henvisninger til dem i teksten. Emnevalg Emnet til projektet blev valgt i ugerne ombord på Iver Huitfeldt. Beslutningen blev taget dels på baggrund af samtaler med 1. mesteren, Thomas, og vores egen interesse for anlægget. 1. mesteren, Thomas mente at der kunne opnås en energioptimering af søvandspumpen, hvilket hurtigt vakte vores interesse, idet det kunne medføre en økonomisk besparelse for forsvaret. Vi mente at en energioptimering var muligt, ved at implementere omdrejningsregulering. Problemstilling Forsvaret vil gerne have nedbragt energiforbruget på chiller-anlæggene, for at opnå en økonomisk besparelse. Problemformulering Vil omdrejningsregulering af søvandspumpen til chiller-anlæggene, kunne medføre en energibesparelse og dermed en økonomisk besparelse? Hypoteser De opsatte hypoteser som projektet mener at ville kunne opnås ved at implementere omdrejningsregulering: 1. Ved at anvende omdrejningsregulering frem for by-pass regulering, kan der opnås en energibesparelse på mindst 20% og derved en økonomisk besparelse. 2. Implementeringen af omdrejningsregulering, vil have en tilbagebetalingstid på under tre år. Formål med projektet Formålet med dette projekt, er at undersøge om der kan opnås en energibesparelse på mindst 20% og derved også en økonomisk besparelse, ved at ændre reguleringen af søvandspumpen fra by-pass regulering til omdrejningsregulering. Derudover er formålet at undersøge om implementeringen af omdrejningsregulering, vil have en tilbagebetalingstid på under tre år. 7

Teori For at kunne udarbejde pumpekurver, affinitetsparabel og udregne de nye hydrauliske effekter for pumpen, er teori om pumper nødvendigt at bruge. Til at forklare opbygningen af den nuværende regulerings virkemåde, samt til at udarbejde forslag til virkemåde af den nye regulering, anvendes teori om reguleringsteknik. For at kunne udregne den tilførte effekt til elmotoren, bruges teori om el. For at kunne udregne tilbagebetalingstiden, bruges teori om tilbagebetalingsmetoder. Metode I dette afsnit vil det blive beskrevet hvilke metoder der er blevet brugt til at besvare projektets problemstilling, samt at be- eller afkræfte projektets hypoteser. For at opnå kendskab til anlæggets opbygning og virkemåde, undersøges anlægget visuelt og manualer samt datablade gennemgås. For at finde frem til om det er muligt at opnå en energibesparelse og derved en økonomisk besparelse, må driftsmønstrene af chiller-anlægget kortlægges. Da anlæggets driftsmønstre er meget varierende, tages der udgangspunkt i driftssituationer hvor der skelnes mellem havnedrift og sejlads i hhv. sommer- og vinterhalvåret. For at indsamle data over belastninger ved disse fire driftssituationer, foretages der et interview med 2. mesteren, Dennis, hvor der i en udarbejdet spørgeguide, stilles spørgsmål til anlæggets drift. Derudover foretages der flowmålinger af behovet for søvandskøling ved hhv. havnedrift og sejlads, for at bestemme behovet, ved den givne driftssituation. Da der ikke er installeret flowmålere i systemet, benyttes der en clamp-on flowmåler 1 til at måle behovet af søvand. Der tages kontakt til Desmi 2 for, i sammenråd med dem, at finde ud af hvor langt det maksimalt anbefales at regulere elmotoren ned i omdrejninger, således at der sikres tilstrækkelig køling af denne. Programmet WinPSP 3, udgivet af Desmi, bruges til at udarbejde pumpekarakteristikker, samt til at aflæse virkningsgrader ved omdrejningsregulering af pumpen. Virkningsgrader for elmotoren, er fundet vha. en korrespondance med Weier. Der tages kontakt til DMI 4, for at indsamle data over gennemsnitslufttemperaturer i de forskellige måneder, samt gennemsnitssøvandstemperaturer for henholdsvis sommer- og vinterhalvåret, i de danske farvande. De indsamlede data over gennemsnitslufttemperaturer, bruges til at klarlægge hvordan udviklingen af temperaturen kan forventes i vinterhalvåret, og dermed påvise at flowmålingen er brugbar for hele vinterhalvåret, samt påvise hvordan udviklingen kan forventes i sommerhalvåret. De indsamlede gennemsnitssøvandstemperaturer bruges til at påvise at søvandstemperaturen på tidspunktet hvor målingen blev foretaget, stemmer overens med gennemsnittet og dermed kan bruges for vinterhalvåret. 1 Flexus F601 2 Producent af pumpe 3 http://www.desmi.com/selection-programs.aspx (Version 3.91 DB:403) 4 Danmarks Meteorologiske Institut 8

Da der ikke har været mulighed for at foretage målinger i sommerhalvåret, har behovet for søvandskøling i denne periode måttet antages. For at kunne lave denne antagelse benyttes der specifikationer af anlæggets kølebehov, indhentet fra datablade samt besvarelsen fra interviewet. Efter at have fastlagt behovet for søvandskøling i de fire driftssituationer, bestemmes de nye driftspunkter ved hjælp af pumpekurver og derudfra fortages der effektberegninger ved de forskellige kølebehov. Den tilførte effekt ved den nuværende by-pass regulering, beregnes ved at aflæse ampereforbruget for elmotoren. Der indhentes data om skibets sejlmønster for året 2015, for at klarlægge forholdet mellem havnedrift og sejlads. Derefter udregnes omkostningerne pr. kwh, ved hhv. havedrift og sejlads, ved at indhente priser på landstrøm og marinediesel. Der fastsættes en driftssituation for skibets el-produktion og der tages udgangspunkt i denne driftssituation, for at kunne fastlægge generatorernes virkningsgrader. Dette gøres vha. indhentede datablade. Efterfølgende beregnes omkostningerne for drift af søvandspumpen for et driftssår med hhv. by-pass regulering og omdrejningsregulering. Derefter udregnes den årlige driftsbesparelse ved implementering af omdrejningsregulering frem for bypass regulering, for at kunne be- eller afkræfte hypotesen om en energibesparelse på mindst 20%. Der indhentes tilbud på en frekvensomformer fra Eegholm, samt en pris på montering fra CS Electric. Til sidste udregnes tilbagebetalingstiden, ved hjælp af den simple tilbagebetalingsmodel, for at be- eller afkræfte hypotesen om en tilbagebetalingstid på under tre år. Metodekritik Det er i det nuværende SRO system, ikke muligt at foretage logning af data og det har derfor ikke været muligt at finde aktuelle driftstal for et helt driftssår. Projektet har derfor været nødsaget til at antage driftssituationen i sommerhalvåret og der er med denne antagelse forbundet en del usikkerhed. Antagelsen er lavet dels på baggrund af et interviewet, samt datablade over anlægget. Den eneste måde hvorpå denne antagelse kunne have været undgået, var hvis det var muligt at foretage målinger fordelt på hele året, således at de forskellige flow kunne fastslås. Ved den udregnede besparelse er der taget udgangspunkt driftspunkter for en ny pumpe. Dette betyder at der ved omdrejningsregulering af den eksisterende slidte pumpe, må kunne forventes en mindre besparelse end den der fremgår af udregningerne, idet en ny pumpe vil have en bedre virkningsgrad. 9

Afgrænsning Projektet tager udgangspunkt i driftsåret 2015, da antallet af sejldage er svingende fra år til år og en tilbagebetalingstid derfor også vil variere grundet mulige prisændringer på landstrøm og marinediesel. Der ses bort fra spændingsfald i ledninger og der tages derfor udgangspunkt i at spændingen i klemkassen ved elmotoren er 440V. Beregninger af effektforbruget er foretaget ud fra denne forudsætning. Det har ikke været muligt at foretage flowmålinger af behovet for søvand imens våbensystemerne har været i drift, hvorfor projektet valgt at se bort fra det øgede kølebehov dette måtte kunne forårsage. Det specifikke brændstofforbrug samt virkningsgrader for hhv. motorer og generatorer er konstant varierende, grundet de varierende belastninger. Derfor tages der udgangspunkt i den driftssituation, der var på det tidspunkt hvor aflæsningen blev foretaget og det antages dermed at det specifikke brændstofforbrug samt virkningsgrader er konstante. Der tages ikke hensyn til vedligeholdelsesomkostninger i forbindelse med el-produktionen på skibets generatorer. Anlægskarakteristikken antages for værende konstant, på trods af variationer i flowet igennem hhv. by-pass ledningen og kondensatoren. De skiftende belastninger og dermed reguleringen af 3-vejsventilen, vil give anledning til en ændring af anlægskarakteristikken, grundet det øgede differenstryk i kondensatoren kontra by-pass ledningen. 10

Anlægsbeskrivelse Ombord på Iver Huitfeldt er der tre chiller-anlæg som bruges til at afkøle ferskt kølevand til en temperatur på 7. Hvert chiller-anlæg består af fire kompressorer, en kondensator, en fordamper og en oliebeholder. Kompressorerne er skruekompressorer, som kan yde 240 kw hvilket giver hvert anlæg en samlet køleeffekt på 960 kw 5. Kompressorerne kører individuelt og kan reguleres i step, med kapacitet på 50%, 75% og 100%. Det afkølede ferskvand benyttes til nedkøling af systemer som kræver meget køling, såsom aircondition, fan-coils 6, køling af cpu-rack og radarsystemer. Grundet vigtigheden af kølingen ombord, er der tre selvstændige anlæg som kan køre individuelt af hinanden. Hvert anlæg er dimensioneret således, at det ved fuldlast kan klare nedkøling af alle systemer. På den måde fungerer de to øvrige anlæg som redundante systemer, som kan sættes i drift inden for kort tid, hvis der skulle opstå fejl på det kørende anlæg. Billede 1 Chiller-anlæg Regulering Hvert chiller-anlæg er tilkoblet en PLC 7, som varetager reguleringen af anlægget og der er samtidig et businterface mellem PLC erne, som bevirker at anlæggene kan kommunikere og dermed foretage lastfordeling. Reguleringen af kompressorerne foretages ud fra temperaturen på det ferske kølevand, og hvis denne bliver for høj vil kompressoren blive reguleret op i kapacitet indtil den når 100%. Derefter vil yderligere en kompressor starte op på 50% og denne vil herefter også reguleres op i kapacitet indtil den når 100%. Sådan vil reguleringen fortsætte indtil alle fire kompressorer har nået 100% og anlægget er herved fuldt belastet. Hvis dette ikke skulle være tilstrækkelig kølekapacitet, startes et af de øvrige anlæg op og lastfordelingen reguleres over bus-interfacet. 5 Datablad for chiller-anlæg - Bilag 15 6 Køleflade med påmonteret blæser. 7 Programmable Logic Controller 11

Søvandssystemet På billede 2, ses den søvandspumpe der skal foretages omdrejningsregulering af. Pumpen er en centrifugalpumpe som er opgivet til en maksimal kapacitet på 253 m 3 /h ved et differenstryk på 30mVS 8. Chiller-anlægget kræver 253 m 3 /h når anlægget er fuldt belastet, altså når alle fire skruekompressorer er 100% belastet og ved en søvands temperatur på 33 9. Der er på hhv. pumpens suge- og trykside monteret to manometre, hvorved differenstrykket henover pumpen kan aflæses. Differenstrykket kan bruges til at aflæse det flow som pumpen leverer, ud fra en pumpekurve for den specifikke pumpe. Formålet med søvandspumpen er at pumpe søvand igennem kondensatoren for at kondensere kølemidlet i chiller-anlægget. Kondensatoren er dimensioneret til at kunne kondensere kølemiddel ved fuld belastning af anlægget. Søvandspumpen drives af en 33 kw elmotor 10. Pumpen starter automatik når chiller-anlægget er i drift og kører med et fast omdrejningstal på 1750 omdr./min. ved 60 Hz. For at regulere mængden af søvand igennem kondensatoren, er der installeret en 3- vejsventil som kan lede søvandet uden om kondensatoren, igennem en by-pass ledning. Denne ventil reguleres af kondensatortrykket, og på den måde sikres det at trykket i kondensatoren hele tiden holdes konstant, trods svingende belastninger af anlægget. Billede 2 Søvandspumpe 8 Datablad for pumpe - Bilag 5 9 Datablad for chiller anlæg - Bilag 15 10 Datablad for elmotor - Bilag 13 12

Ferskvandssystemet Dette system er opbygget med en frem- og returledning i begge sider af skibet. Desuden kan anlægget opdeles i to separate systemer, ét for og ét agter. Dette gøres ved at lukke for nogle manuelle ventiler der adskiller systemet, hvorved der i tilfælde af havari stadig er mulighed for at forsyne hele skibet med kølet ferskvand. Ferskvandet pumpes rundt i systemet af centrifugalpumper, én tilknyttet hvert anlæg. Disse kører også med fast omdrejningshastighed og kører når det chiller-anlæg de er tilknyttet, er i drift. For at sikre at der opretholdes et konstant tryk i ferskvandsledningen, er der i systemet installeret to pumpeekspansionsunits, som sørger for at holde trykket konstant, ved hhv. at aftappe og fylde vand på systemet. Ferskvandssystemet indeholder i alt 6000 liter vand og er produceret på skibets eget osmoseanlæg. Systemet er udrustet med en række filtre, for at frafiltrere urenheder under drift og derudover tilsættes der desinficerende stoffer for at sikre at vandkvaliteten opretholdes. Operatørovervågning På operatørpanelet er der mulighed for at vælge mellem følgende tre forskellige driftsmuligheder. - Manuel - Auto - Remote I manuel mode, er det muligt at vælge antallet af kompressorer der skal være i drift, samt om kompressorerne skal køre med en kapacitet på 50%, 75% eller 100%. I auto mode, vil PLC en selv regulere kapaciteten på kompressorerne og antallet af hvor mange kompressorer der skal være i drift. Her vil alle kompressorer indgå i reguleringen. I remote mode, er der mulighed for, via IPMS 11, at udvælge hvilke kompressorer der skal indgå i reguleringen. Der er fx mulighed for at udtage én kompressor fra reguleringssekvensen, hvorved PLC en vil fortsætte reguleringen med de tre øvrige kompressorer. I remote mode, vil IPMS også automatisk lave power management kontrol, som sikrer at der er tilstrækkelig effekt til at starte en kompressor, grundet det store forbrug kompressorerne har. Billede 3 Operatørpanel 11 IPMS Integrated Platform Management System (Skibets SRO system) 13

Driftssituationer I dette afsnit vil de forskelige driftssituationer blive uddybet, og de beslutninger der ligger til baggrund for de antagelser der er blevet gjort, vil blive beskrevet. Der vil desuden blive analyseret på det de indsamlede data og til sidst vil der komme en delkonklusion på baggrund af de beslutninger der er blevet taget. Chiller-anlæggets formål under sejlads er det samme som ved havnedrift. Under sejlads er kølebehovet dog normalt noget større end det er ved havnedrift, da der under sejlads er flere systemer i drift. Desuden har forskellen på lufttemperatur i hhv. sommer- og vinterhalvåret indvirkning på belastningen af anlægget, da det også bruges til at køle airconditionanlæggene ombord på skibet. Drift i vinterhalvåret Der er blevet foretaget målinger af behovet for søvand ved både havnedrift og sejlads, hvor flowet af søvand igennem kondensatoren er blevet målt. Da målingerne blev foretaget var søvandstemperaturen 12. Ifølge data indhentet fra DMI 12 er middelsøvandstemperaturen for vinterhalvåret, i de danske farvande, omkring 11. Temperaturen er basseret på målinger i Korsør havn, og DMI anslår at temperaturen er 1-2 grader varmere ude i Storebælt, hvor meget af sejladsen foregår. Derfor anses flowmålingerne, foretaget ved de 12, for værende retvisende og dermed gældende for vinterhalvåret, hvad angår søvandstemperaturen. Da lufttemperaturen også har stor indvirkning på belastningen af chiller-anlægget, er der ligeledes blevet indhentet data fra DMI over gennemsnitslufttemperaturen i Danmark i de forskellige måneder, for at kunne se udviklingen af denne. På billede 4, kan det ses hvordan gennemsnitstemperaturen har været i de sidste ti år, fordelt på de forskellige måneder. Billede 4 Klimadata 2001-2010 12 Korrespondance med DMI - Bilag 10 14

Vinterhalvåret defineres ifølge DMI 13 som perioden fra den 20. marts til den 22. september. Flowmålingerne blev foretaget den 9. oktober, og som billedet viser er temperaturtendensen faldende fra oktober og frem til december, hvorefter den er stigende igen fra februar. Det ses også at temperaturen først er oppe på samme niveau i omkring slutningen af april. Ud fra disse data, vurderes det at lufttemperaturen ikke vil medrøre et øget søvandsbehov i vinterhalvåret sammenlignet med tidspunktet hvor målingen blev foretaget. Drift i sommerhalvåret Da det har ikke været muligt at foretage målinger for sommerhalvåret, har det været nødvendigt at antage nogle driftssituationer. Der er antaget følgende fire driftssituationer. Driftssituation Havnedrift i vinterhalvåret Sejlads i vinterhalvåret Havnedrift i sommerhalvåret Sejlads i sommerhalvåret Tabel 1 Oversigt over driftssituationer For at kunne verificere de foretagne målinger, samt antage behovet for søvandskøling i sommerhalvåret, er der lavet et interview 14 med 2. mesteren, Dennis, hvori han er blevet adspurgt om hvordan driftssituationen typisk ser ud for det agterste chiller-anlæg under disse fire driftssituationer. Det fremgår af interviewet at driftssituationen er meget svingende. De forskelige årstider har stor indvirkning på hvor meget chiller-anlægget er belastet. I sommerhalvåret er den højere lufttemperatur medvirkende til at skibets airconditionanlæg er mere belastet. Dette medfører en øget belastning af chilleranlægget og dermed også et øget behov for søvand til at køle kondensatoren. Derudover er søvandstemperaturen også højere om sommeren, hvilket betyder at der skal pumpes mere søvand igennem kondensatoren for at fjerne den samme effekt. I vinterhalvåret er lufttemperaturen lavere, hvilket betyder at skibets airconditionanlæg ikke er så belastet og derved behøves der ikke nær så meget søvand til at køle kondensatoren. Samtidig er søvandstemperaturen også lavere. Ud fra 2. mesterens besvarelse af interviewet, ser driften af chiller-anlægget typisk således ud: Driftssituation Antal kompressorer Belastning Havnedrift i vinterhalvåret 1 50% - 75% Sejlads i vinterhalvåret 1-2 100% Sejlads i sommerhalvåret 3-4 100% Havnedrift i sommerhalvåret 2 100% Tabel 2 Belastning af kompressorer 13 Korrespondance med DMI - Bilag 10 14 Interview med 2. mesteren, Dennis Singh - Bilag 9 15

Flowmåling I dette afsnit vil fremgangsmåden for flowmålingerne blive forklaret og resultaterne af målingerne samt interviewet vil blive diskuteret. Det har været nødvendigt at udføre flowmålinger på anlægget, da der ikke er nogle fastmonteret flowmålere til at måle flowet. Ved hjælp af clamp-on flowmåleren, er det muligt at måle de akutelle flow, ved de forskellige driftssituationer. Da udstyret bruger ultralyd til at måle flowet, er det vigtigt at transducerne er monteret med tilstrækkelig afstand fra bøjninger, reduktioner og t-stykker, da disse kan give anledninger til forstyrrelser. Afstanden mellem transducerne afhænger af rørdimensionerne på det rør målingen skal udføres. Der vil i forbindelse med målingen være en hvis måleusikkerhed, som er ifølge databladet for flowmåleren er angivet til ±1,6% af aflæsningen, når måleren ikke er kaliberet 15. Måling af det samlede flow Målingerne blev fortaget på returrøret som leder vandet overbord, da dette var det eneste rør som opfyldte kriterierne til at udføre målingerne. Billede 5 Anbefalet måleafstand fra bøjning bilag 17 På billede 5, ses det at den anbefalede afstand fra en bøjning til transducerne, bør være større end fem gange diameteren for at opnå en præcis måling. Rørdiameteren på det rør hvor målingerne blev udført, er 420mm hvorved der behøves en afstand på minimum 2,1 meter hen til en bøjning. Ved udførelsen af målingen var der en afstand på 2,5 meter til bøjningen. 15 http://www.flexim.com/en/fluxus-f601 Technical Facts 16

Billede 6 Placering af transducer På billede 6, ses det hvordan transducerne er monteret på røret. Transducerne er markeret med pile som skal pege i samme retning som flowretningen. Efter at have indtastet rørdiameter, rørtykkelse, temperatur samt hvilken type medie der måles på, er målingen blevet udført. Billede 7 Måling af samlet flow På billede 7, ses flowmålingen af det samlede flow. Målingen viste at pumpen leverer en total søvandsmængde på 253 m 3 /h. Dette stemmer overens med den kapacitet som pumpen er opgivet til ifølge databladet 16. 16 Datablad for pumpe - Bilag 5 17

Flowmåling i vinterhalvåret Havnedrift For at måle det aktuelle flow igennem kondensatoren ved havnedrift, blev der drøvlet på tilgangsventilen indtil 3-vejsventilen lukkede alt søvandet igennem kondensatoren. Målingen blev udført på denne måde, da det ikke var muligt at måle flowet i tilgangsrøret til kondensatoren, grundet pladsmangel. Billede 8 Måling af flow igennem kondensator ved havnedrift Flowet blev målt til 10 m 3 /h, som det fremgår af billede 8. Dette betyder at der kun bliver ledt 10 m 3 /h igennem kondensatoren, og dermed at der bliver ledt 243 m 3 /h direkte overbord i denne driftssituation. Sejlads På samme måde som ved havnedrift, blev flowet målt igennem kondensatoren under sejlads og som det ses på billede 9, ligger det målte flow meget tæt på flowet målt ved havnedrift. Billede 9 Måling af flow igennem kondensator ved sejlads 18

Diskussion Målingerne viste at behovet for søvand er omkring 10 m 3 /h ved havnedrift. Dette stemmer overens med 2. mesterens besvarelse af interviewet, hvor han forklarer at belastningen typisk vil ligge på én kompressor på omkring 100% belastning. Da målingen blev foretaget var belastningen dog kun på 50%. For sejlads i vinterhalvåret er behovet for søvandskøling også blevet målt til 10 m 3 /h, hvorfor det også er blevet valgt at bruge dette resultat, til trods for at 2. mesteren i interviewet forklarer at der er tendens til en øget belastning og dermed også et øget kølebehov ved sejlads kontra havnedrift. Systemet er udlagt til et kølebehov på 253 m 3 /h søvand ved fuld belastning af alle fire kompressorer og med en søvandstemperatur på 33 17. Det vurderes derfor at behovet for søvand under sejlads i de danske farvande i sommerhalvåret er noget mindre, grundet den lavere søvandstemperatur. For havnedrift i sommerhalvåret, kører der normalt to kompressorer med 100% belastning og under sejlads kører der tre eller fire kompressorer med 100% belastning, alt afhængig af søvandstemperaturen. Da to kompressorer ved 100% belastning må antages at være omkring 50% af anlæggets makskapacitet, antages behovet for søvandskøling til halvdelen af hvad den er ved makskapacitet. Med forbehold for fejlvurderinger, antages behovet for søvandskøling derfor til 200 m 3 /h både ved havnedrift og under sejlads i sommerhalvåret. Som det fremgår i interviewet, ligger belastningen ved sejlads i sommerhalvåret typisk på tre til fire kompressorer med 100% belastning, hvilket er tæt på maksimal belastning af anlægget. Her ville behovet for søvandskøling være omkring 253 m 3 /h med en søvandstemperatur på 33. Men da middelsøvandstemperaturen ifølge DMI i sommerhalvåret er 14,3, vurderes det at behovet derfor ligger noget lavere. Grunden til at behovet for søvandskøling er antaget til at være ens i sommerhalvåret ved hhv. havnedrift og sejlads, er at der ved målingen af søvandsbehovet i vinterhalvåret ikke var nogen forskel på havnedrift og sejlads. Dette fremgår også af de målinger der er blevet foretaget. Delkonklusion Ud fra de foretagne målinger, kan det konkluderes at der pumpes alt for meget søvand igennem systemet, ift. til den mængde der er nødvendig for at køle kondensatoren. Dette betyder at pumpen og elmotoren udfører et stort stykke overflødigt arbejde. Dog er de foretagne målinger udført ved drift i vinterhalvåret hvor behovet for køling ikke er så stort, som det må forventes at være i sommerhalvåret. Det kan ud fra målingerne konkluderes at der kan opnås en energibesparelse i vinterperioden ved hjælp af omdrejningsregulering. For sommerhalvåret antages behovet for søvandskøling til 200 m 3 /h, ved både havnedrift og sejlads, hvilket betyder at der også her, kan opnås en energibesparelse dog må denne forventes at være mindre end for vinterhalvåret. Det er derfor blevet valgt at bruge resultaterne fra målingerne i vinterhalvåret, samt de antaget flow for sommerhalvåret. De 200 m 3 /h menes at være en høj antagelse hvori der er taget højde for fejlvurderinger, og det forventes derfor at det aktuelle flow er noget lavere. Skulle det efter implementeringen vise sig at behovet for søvandskøling i sommerhalvåret er lavere, vil besparelsen blot være større og dermed vil tilbagebetalingstiden være kortere. 17 Datablad chiller-anlæg - Bilag 15 19

Pumpekurver Pumpekurver kan bruges til at finde et givent flow, ved et aflæst differenstryk henover pumpen. Pumpekurven afhænger af omdrejningshastigheden og der findes derfor en pumpekurve for hvert omdrejningstal. Ved hjælp af anlægskarakterstikken samt pumpekurver, kan pumpens nuværende og nye driftspunkter findes. Programmet WinPSP, kan bruges til at finde pumpekurver samt virkningsgrader. I dette projekt, er programmet hovedsagligt blevet brugt til at indhente pumpekurver, som efterfølgende er blevet ført over i et Excel-dokument 18, for at have alle kurver samlet. Programmet kan ud fra et kendt driftspunkt, bruges til at finde frem til en given pumpe. Det har dog ikke været muligt at finde den aktuelle pumpe som bruges i søvandssystemet, idet den størrelse løbehjul som pumpen har, ikke er opgivet i programmet. Der findes dog en anden funktion kaldet pumpe kurver hvor programmet kan lave kurver ud fra indtastede oplysninger om pumpetype, omdrejningshastighed samt løbehjulsdiameter. Billede 10 Udarbejdelse af pumpekurve Billede 11 Pumpekurver mm. På billede 10, ses de forskellige parametre der kan indtastes. De data der er indtastet i felterne, svarer til de oplysninger der haves om pumpen i anlægget, og ud fra disse parametre kan pumpekurven samt kurven for virkningsgrader, tegnes. På billede 11, ses de kurver som svarer til de indtastede oplysninger. Det er muligt at trykke sig ind på et punkt på kurven, hvorved det er muligt at aflæse præcise tal for driftspunktet. Alle pumpekurver som er brugt i projektet er ført ind i Excel, ved at aflæse driftspunkter. 18 Excel-dokument - Bilag 18 20

By-pass regulering af søvandspumpen I dette afsnit vil der blive analyseret på den nuværende regulering, samt lavet beregninger af effektforbrug for pumpen, ved den nuværende driftssituation. Yderligere vil omkostningerne for den nuværende drift af pumpen blive beregnet. Billede 12 Forsimplet diagram På billede 12, er der vist en forsimplet tegning af opbygningen af søvandssystemet. 3-vejsventilens opgave er at tilpasse den rette mængde søvand til kondensatoren, således at kondensatortrykket holdes konstant, ud fra det indtastede set punkt. Grunden til at det ønskes at holde kondensatortrykket konstant, er for ikke at opnå for stor underkøling af kølemidlet, og dermed risikere at trykket bliver for lavt til at drive kølemidlet rundt i anlægget. Analyse af nuværende drift På databladet 19 og pumpekurve 20 for pumpen fremgår det at pumpen har en opgivet kapacitet på 253 m 3 /h ved en løftehøjde på 30mVS og et omdrejningstal på 1775 omdr./min. Elmotoren er dog opgivet til at køre med en hastighed på 1750 omdr./min 21. 19 Datablad for pumpe - Bilag 5 20 Pumpekurve for pumpe - Bilag 6 21 Datablad for elmotor - Bilag 13 21

Løftehøjde [mvs] BA Projekt 6. semester 2015 På billede 13 er pumpekurven indtegnet ved et omdrejningstal på 1750 omdr./min. for at finde driftspunktet ved denne omdrejningshastighed. Det ses at ændringen i omdrejningshastigheden, medfører en lille afvigelse i løftehøjden. Denne aflæses nu til en løftehøjde på 29mVS ved et flow på 253 m 3 /h. 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Flow [m3/h] Pumpekurve for ny pumpe (1750) Billede 13 Pumpekurve ved 1750 omdr./min. Dette stemmer ikke overens med det driftspunkt som blev målt ude på anlægget. Her blev differenstrykket henover pumpen, aflæst til 2,3 bar svarende til 23,46mVS 22 ved et flow på 253 m 3 /h. 22 10,2mVS=1 bar 22

Løftehøjde [mvs] BA Projekt 6. semester 2015 Ifølge pumpekurven, burde pumpen levere 290 m 3 /h ved det målte differenstryk på 23,46mVS, hvilket fremgår af billede 14, nedenfor. 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Flow [m3/h] Pumpekurve for ny pumpe (1750) Billede 14 Pumpekurve driftspunkt ved 23,46mVS Nedenfor er der tre bud på hvad grunden til denne afvigelse kan skyldtes. 1: Måleusikkerhed i forbindelse med flowmålingen: Der er i forbindelse med udførsel af målinger, altid forbundet en måleusikkerhed. Som nævnt i afsnittet om flowmåling, er måleusikkerheden ±1,6% af det målte flow, hvilket svarer til en usikkerhed på ±4 m 3 /h. 2: Måleusikkerhed på manometrene: Der er i forbindelse med aflæsning af differenstrykket også forbundet en måleusikkerhed. Manometrene i anlægget er opgivet til at være klasse 1,0, hvilket betyder at de har en måleusikkerhed på 1% af fuldt udslag. Da manometrene har en visning på op til 6 bar, er måleusikkerheden dermed 0,06 bar. 3: Slidt pumpe: Mellem pumpehuset og pumpens løber, er der et spillerum, også kaldet spalten, som skal sikre fuld bevægelighed af løberen ved alle belastningsforhold. For at tætne dette spillerum er der monteret en såkaldt slidring. I takt med at denne ring slides mere og mere, bliver spalten større og større og dermed vil der være mere tilbageløb til pumpehuset. Dette medfører at pumpen ikke længere kan levere samme flow ved en given løftehøjde og har dermed en ringere hydraulisk virkningsgrad. Dette bekræftes af Desmi 23 og da pumpen har omkring 10.000 driftstimer, antages dette for at være årsagen til afvigelsen. 23 Korrespondance med Desmi Bilag 12 23

Løftehøjde [mvs] BA Projekt 6. semester 2015 Delkonklusion Det kan konkluderes at de angivne måleusikkerheder, ikke giver anledning til at driftspunktet skulle afvige så meget som der er. Derimod kan det konkluderes at en slidt pumpe ikke længere kan levere samme flow ved en given løftehøjde, og da pumpen har omkring 10.000 driftstimer, antages dette for at være årsagen til afvigelsen. På billedet nedenfor er de to pumpekurver tegnet ind for at vise hvor det nuværende driftspunkt ligger ift. driftspunktet for en ny pumpe. Der er yderligere fortaget et forsøg hvor der blev drøvlet på pumpens trykside til differenstrykket henover pumpen var på de 29mVS. Her burde flowet være 253 m 3 /h, men blev kun målt til 210 m 3 /h. Det har ud fra disse målinger, været muligt at udarbejde en kurve for den slidte pumpe slidt pumpekurve. Punkterne kan ses på billede 15, hvor pumpekurven for den slidte pumpe kan sammenlignes med pumpekurven for en ny pumpe pumpekurve for ny pumpe. 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Flow [m3/h] Pumpekurve for ny pumpe (1750) Slidt pumpekurve (1750) Billede 15 Slidt pumpekurve og Pumpekurve for ny pumpe Kurven for den slidte pumpe er et forslag på hvordan denne kunne se ud, ud fra de to målte driftspunkter. Pumpekurven er blevet udarbejdet ved at ændre omdrejningstallet, indtil kurven skærer de to punkter som er blevet målt. 24

Affinitetsparabel For at kunne finde de nye driftspunkter når der foretages omdrejningsregulering, er det nødvendigt at kende anlægskarakterstikken, også kaldet affinitetsparabelen. Denne kurve fortæller noget om modstanden i anlægget og ved omdrejningsregulering vil driftspunkterne følge denne kurve. På billede 16, er det forsøgt rent illustrativt at vise opbygningen af rørsystemet. Billede 16 Røropbygning Ud fra denne betragtning, kan anlægget ses som et lukket system og der er dermed ingen geometrisk løftehøjde. Anlægskarakteristikken starter derfor i punktet med en løftehøjde på 0mVS. Karakteristikken udarbejdes vha. nedstående formel. Ud fra det målte driftspunkt, kan den konstante k- værdi for anlægget beregnes. K anlæg = H pumpe 23,46 mvs Q2 = pumpe (253 m3 2 = 0,00037 h ) Med den udregnede k-værdi, kan kurven skitseres ved at gange k-værdien med flowet i anden potens. k-anlæg = Anlægskarakteristikkens k værdi H-pumpe = Pumpens differenstryk Q-pumpe = Pumpen leverede flow 2 H pumpe = K anlæg Q pumpe 25

Løftehøjde [mvs] BA Projekt 6. semester 2015 På billede 17, ses anlægskarakteristikken samt den nuværende pumpekurve er indtegnet. 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Flow [m3/h] Anlægskarakstik Slidt pumpekurve (1750) Billede 17 Nuværende driftspunkt med anlægskarakstik 26

Regulering ved by-pass For at få en forståelse af hvordan regulatoren bliver reguleret er der på billede 18, vist et forsimplet blokdiagram over processen. Billede 18 Blokdiagram for reguleringssløjfen Regulatoren får et set punkt som sammenlignes med den aktuelle procesvariabel. Disse to værdier subtraheres og sammenlignes i sammenligningsleddet, og ud af dette kommer afvigelsen eller fejlen, kaldet e. Det er så regulatorens opgave at regulere denne fejl væk, ved at sende et udgangssignal, kaldet U, til styreelementet som i dette tilfælde er en 3-vejsventil. En ændring i belastningen vil medføre en ændring i den regulerede størrelse, kaldet y, hvilket er det der rent fysik kan måles. På billede 18, ses opbygningen af den aktuelle regulator. Trykket bliver målt ved hjælp af en tryktransmitter som sender det målte tryk til en analog/digital konverter, som omdanner det analoge målte tryk til et digitalt signal til PID-regulatoren 24. Når trykket stiger medfører det også en højere temperatur på kølemidlet da tryk og temperatur hænger sammen og der skal derfor mere søvand i gennem kondensatoren. Det modsatte sker når trykket falder og på den måde er der behov for en mindre mængde søvand. Der er altså her tale om en direkte regulering. e = PV SP Idet at PV stiger vil e blive større og dermed vil regulatoren sende et signal, u, til ventilen at den skal åbnes mere. 24 Proportional-, Integral- og Differential regulering 27

Billede 19 Regulerings sløjfen til 3 vejs ventilen På billede 19, ses det hvordan regulerings sløjfen er opbygget. Det er altså en PID regulator der sidder og styre positionen på 3-vejsventilen. Der kan på det operatørpanel, ses hvilken position 3-vejsventilen har, i den givne driftssituation. 100% svare til at alt søvandet køres igennem kondensatoren. Det er derudover også muligt at aflæse kondensatortrykket, temperatur på kølemidlet, belastning af kompressorer samt andre vigtige værdier for anlægget. Billede 20 Oversigtsbillede operatørpanelet 28

Omkostninger ved el-produktion Ombord på Iver Huitfeldt er der i alt fire generatorsæt som forsyner hele skibet med strøm under sejlads. Generatorerne drives af fire Caterpillar motorer, hhv. to af typen 3508B som yder 968 kw og to af typen 3512B som yder 1424 kw. Disse driver i alt fire generatorer af mærket Leroy Somer, to på 927 ekw og to på 1360 ekw. Dette betyder at skibet kan producere en samlet el-effekt på 4574 ekw. Skibet forsynes under normale omstændigheder med landstrøm når det ligger i havn, og med strøm fra egen generatordrift under sejlads. De omkostninger der er forbundet driften af søvandspumpen, afhænger derfor af driftssituationen. Der er derfor blevet taget kontakt til forsvarets økonomiafdeling for at indhente oplysninger om priser på henholdsvis landstrøm og brændstof. Disse skal benyttes til at beregne el-omkostningerne for henholdsvis havnedrift og sejlads. Som det fremgår af bilaget 25 er priserne som følger: Produkt Enhed Pris Landstrøm kwh 1,40 kr. Marinediesel Liter 4,40 kr. Tabel 3 Priser på el og diesel El omkostninger ved havnedrift De omkostninger der er forbundet med elforbruget når skibet ligger i havn er den pris forsvaret skal betale for at modtage landstrøm i den periode skibet ligger i havn. El omkostningerne ved havnedrift er ifølge forsvarets økonomiafdeling 1,40 kr. pr. kwh. El omkostninger ved sejlads Både generatorernes og motorernes virkningsgrad er svingende alt efter hvor meget de er belastet, hvorfor det har været nødvendigt at finde et stationært driftspunkt. Der er blevet foretaget en aflæsning af den effekt som skibet bruger under normale omstændigheder, hvilket der er blevet taget udgangspunkt i. Da aflæsningen blev foretaget, var den totale belastning på 544 ekw og med drift på en af 3508B erne svarede det til en belastning på 60% aflæst i IPMS. Efterfølgende blev driften ført over på en af 3512B erne hvor det svarede til en belastning på 40%, aflæst i IPMS. 25 Korrespondance med forsvarets økonomiafdeling - Bilag 2 29

Ifølge databladet for generatorerne 26, fremgår det at 3508B erne ved en belastning på 60% har et specifikt brændstofforbrug på 214,4 g/kwh og at 3512B erne ved en belastning på 40% har et specifikt brændstofforbrug på 229,1 g/kwh. Da generatorernes drift styres i IPMS, som overvåger at alle generatorer har lige mange driftstimer, er udregningerne basseret på et gennemsnitligt specifikt brændstofforbrug af de to motortyper, samt en gennemsnitlig virkningsgrad på de to generatortyper, idet det dermed forventes at de har lige mange driftstimer. Cb bkwh = Cb 3508B + Cb 3512B Antal = 214,4 + 229,1 2 = 221,8 g kwh Som det fremgår af ovenstående udregning, er det gennemsnitlige specifikke brændstofforbrug udregnet til 221,8 g/kwh for motorerne. Dette vil sige at motorerne i gennemsnit bruger 221,8 gram brændstof pr. produceret kwh akseleffekt de leverer. For at finde ud af hvad brændstofforbruget er pr. produceret ekwh på generatorerne, er det nødvendigt at medtage generatorenes virkningsgrad og dividere disse med det udregnede gennemsnitlige specifikke brændstofforbrug. Generatorenes virkningsgrad udregnes ved henholdsvis 40% og 60% belastning, ved at dividere den producerede el-effekt (ekw) med motorernes akseleffekt (bkw) som aflæses i databladet 27. η LS927 = η LS1360 = Generatoreffekt ekw Akseleffekt bkw = 546,0 571,9 = 0,95 Generatoreffekt ekw Akseleffekt bkw = 544,0 570,4 = 0,95 Som det fremgår af udregningerne er virkningsgraden på begge generatorer 0,95, hvilket betyder at dette dermed også er den gennemsnitlige virkningsgrad. Ved 60% belastning af Leroy Somer 927 kw, er generatoreffekten opgivet til 546 ekw og ved 40% belastning af Leroy Somer 1360 kw, er den opgivet til 544 ekw. For at virkningsgraden på de to generatorer skulle kunne benyttes ved den aflæste totale belastning på 544 ekw, skulle generatoreffekterne reelt begge to have været præcis 544 ekwh, men da afvigelsen er så lille vil ændringen være ubetydelig. Desuden er elforbruget hele tiden svingende grundet belastningen, og derfor vil virkningsgraden på generatorerne også hele tiden svinge. Cb ekwh = Gennemsnitlig Cb Gennemsnitlig virkningsgrad = 221,8 0,95 = 233 g ekwh Denne udregning viser hvor meget brændstof motorerne bruger for at producere én ekwh på generatorerne. 26 Datablad for gensets - Bilag 4 27 Datablad for gensets - Bilag 4 30

Forsvarets økonomiafdeling, har oplyst at prisen på én liter marinediesel er 4,40 kr., men da priserne opgives i liter og specifikt brændstofforbrug opgives i gram, er det nødvendigt at omregne fra liter til kg. Der er derfor blevet indsamlet oplysninger om densiteten 28 på brændstoffet, som er opgivet til 0,86 tons pr. kubikmeter, eller 0,86 kg pr. liter. Pris pr. kg = Pris pr. liter kg pr. liter = 4,40 kr = 5,1 0,86 kg Ifølge ovenstående udregning er prisen på ét kg brændstof derfor 5,1 kr. pr. kg. Den endelige omkostning for produktion af én kwh på skibets generatorer, kan nu udregnes ved at gange prisen pr. kg med det udregnede gennemsnitlige specifikke brændstofforbrug pr. ekwh. Pris pr ekwh = Pris pr. kg Cb ekwh = 5,1 0,233 = 1,20 kr. Som det kan ses i ovenstående udregning er prisen for at producere én ekwh på skibets generatorer 1,20 kr. Delkonklusion Efter at have foretaget beregninger basseret på et gennemsnit mellem de to forskellige motor- og generatortyper, er prisen for strømproduktion på skibets generatorer blevet udregnet. Derudover er prisen for landstrøm blev indhentet fra forsvarets økonomiafdeling. Prisen på landstrøm er ifølge forsvarets økonomiafdeling, 1,40 kr. Som det fremgår af ovenstående udregninger er prisen for én ekwh produceret på skibets generatorer 1,20 kr. 28 Korrespondance med 3. mesteren, Anne Enkelund - Bilag 3 31

Driftsomkostninger ved by-pass regulering I dette afsnit vil de nuværende driftsomkostninger for drift af pumpen blive beregnet. Ampereforbruget til elmotoren aflæses, således at den tilførte effekt til motoren kan beregnes ved hjælp af effektformelen. Ampereforbruget blev aflæst fra amperemeteret, som udelukkende viser strømforbruget for elmotoren til søvandspumpen. Billede 21 Ampereforbruget til elmotoren På billede 22, ses amperemeteret monteret i tavlen med de øvrige komponenter til elmotoren. Billede 22 Felt for søvandspump i tavle 32

Måleusikkerhed Der er i forbindelse med aflæsningen af ampereforbruget på amperemeteret, forbundet en hvis måleusikkerhed. Da amperemeteret er et analogvisende instrument, må der foretages et skøn over viserens stilling, mellem de to delstreger på skalaen. Alle instrumenter er opdelt i klasser, alt efter hvilken måleusikkerhed de har. Dette amperemeter er et klasse 1,5 instrument. Ved analogvisende instrumenter angives klassen for måleusikkerheden af fuldt udslag. Måleusikkerheden på dette instrument svarer derfor til 1,5% af 80A, som er ± 1,2A. Grunden til at 80A betegnes som fuldt udslag, skyldes de to prikker som ses på hhv. den første og sidste delstreg. Dette område betegnes som det effektive måleområde. På baggrund af dette kan det aflæste ampereforbrug svinge mellem 44,8A og 47,2A. Beregning af tilført effekt I beregningerne benyttes den laveste effekt, hvor der er taget højde for måleusikkerheden for at denne ikke at skal få indflydelse på besparelsen. Effektfaktoren for elmotoren er opgivet til 0,88 i databladet 29. Ud fra disse oplysninger er det nu muligt at beregne den tilførte effekt til elmotoren P tilført = U net I 3 cosφ = 440V 44,8A 3 0,88 = 30,05kW P tilført = Elmotorens optagne effekt fra el nettet U net = Nettets nominelle spænding I = Det aflæste ampereforbrug for elmotoren cosφ = Faseforskydningsvinklen mellem spænding og strøm Med den beregnede tilførte el-effekt, kan der på baggrund af den udregnede kwh pris for hhv. havnedrift og sejlads, beregnes en årlig driftsomkostning. Pris = P tilført El pris Driftstimer Pris = Prisen for drift af pumpen P tilført = Elmotorens optagne effekt fra el nettet El pris = Den udregnede pris pr. kwh ved hhv. havnedrift og sejlads Driftstimer = Antal driftstimer i det aktuelle scenarie I tabellen nedenfor, ses udregninger af omkostninger for et driftsår med by-pass regulering. Driftstimerne er basseret på de antal dage Iver Huitfeldt har været på sejlads og lagt i havn i året 2015 30. Scenarie Havnedrift Sejlads Total Tilført el effekt 30,05kW 30,05kW Driftstimer 215 dage x 24 timer 5160 timer 150 dage x 24 timer 3600 timer 365 dage 8760 timer Samlet kwh 155.058 kwh 108.180 kwh 263.238 kwh Kr. pr kwh 1,40 kr. 1,20 kr. Pris 217.081 kr. 129.816 kr. 346.897 kr. Tabel 4 Omkostninger for et driftsår by-pass regulering 29 Datablad for elmotor - Bilag 13 30 Sejlkalender - Bilag 16 33

Delkonklusion I tabel 4, ses det at den nuværende årlige driftsomkostning for drift af pumpen ved havnedrift udgør 217.081 kr. og ved sejlads udgør den 129.816 kr. Dette betyder at den nuværende årlige driftsomkostning for at køre med pumpen uden omdrejningsregulering er 346.897 kr. Denne omkostning forventes at blive betydeligt reduceret ved at implementere omdrejningsregulering. Omdrejningsregulering af søvandspumpen Der vil på baggrund af de målte og anslåede flow, blive fundet nye driftspunkter ved de forskellige driftssituationer. Derudover vil den nye regulering af pumpen blive beskrevet og til sidst vil omkostningerne for drift med omdrejningsregulering blive udregnet. Det vil i dette afsnit blive taget udgangspunkt i pumpekurver som svarer til hvad en ny pumpe vil kunne levere, da det ikke er muligt at vide hvordan pumpekurverne for den slidte pumpe ser ud når der omdrejningsreguleres. I tabellen nedenfor ses de flowmængder der bruges videre i projektet. Flowet for vinterhalvåret er målt ved de to driftssituationer, hvorimod der i sommerhalvåret er anslået en mængde, som er beskrevet i kapitlet om driftssituationer. Scenarie Vinterhalvåret Sommerhalvåret Havnedrift 10 m 3 /h 200 m 3 /h Sejlads 10 m 3 /h 200 m 3 /h Tabel 5 Oversigt over flowmængder Disse flowmængder er altså dem der regnes med videre i projektet, for at kunne vide hvor driftspunktet vil befinde sig under drift med omdrejningsregulering. 34

Frekvensomformer Til omdrejningsregulering af pumpen skal der anvendes en frekvensomformer. Søværnet har valgt at bruge frekvensomformere af mærket Vacon, hvorfor der er blevet taget kontakt til Eegholm, som er forhandler af disse. Eegholm har anbefalet at bruge en frekvensomformer fra 100 serien. Billede 23 Vacon 100 Modellen 0100-3L-0087-5 31 som ses på billedet ovenfor, er derfor blevet valgt. Vacon 100 er en alt i et drev beregnet til procesoptimering og energibesparelser, hvor der er indbygget to PID regulatorer beregnet til regulering af pumper. Desuden kan den kommunikere sammen med de fleste bus systemer således at overvågning af processen gøres lettere. Prisen for denne frekvensomformer er ifølge Eegholm 20.600 kr. 32 31 Datablad for frekvensomformer - Bilag 14 32 Korrespondance med Eegholm - Bilag 11 35