Energioptimering af Lav temperatur kølevandsystemerne M/F Prins Richard 1
Indholdsfortegnelse Titelblad... 3 1. Indledning... 5 1.1 Problembaggrund... 5 1.2 Problemformulering... 5 1.3 Afgrænsning... 6 2. Metode... 7 3. Teori... 8 3.1 Varmelæreteori... 8 3.2 Pumpeteori... 9 4. Hypotese... 9 5. Hovedtekst... 9 5.1 Systemanalyse... 9 5.1.1 Lavtemperaturkølevand systembeskrivelse.... 10 5.1.2 Skibet driftscyklus... 15 5.1.3 Målinger af flow og lavtemperatur på LT kølevandet... 17 5.2 Valg af forbrugere... 21 5.2.1 Delkonklusion... 23 5.3 Energibesparelse på LT kølevandssystemerne... 23 5.3.1 Ny beregnet massestrøm... 23 5.3.2 Resultater... 24 5.3.3 Beregning af besparelse.... 25 5.3.4 Regulering af LT kølevands systemet... 31 5.4 Beregning af årlig økonomisk besparelse... 37 5.4.1 Besparelse pr. år ved omdrejningsregulering.... 37 6. Konklusion... 40 6.1 Resume... 40 6.2 Vurdering... 41 6.3 Perspektivering... 41 7. Kildeliste... 43 2
Titelblad Titel Problemformulering Forfattere Antal normalsider Energioptimering af Lav temperatur kølevandsystemerne Hovedspørgsmål Hvorledes kan ledelsen på skibet Prins Richard udføre en energioptimering på lavtemperatur kølevandssystemet, og dermed opnå en besparelse, og samtidig sikre optimal køling af forbrugerne? Underspørgsmål Hvordan er skibets LT kølevandssystemet opbygget? Hvilke LT kølevandsforbrugere skal udvælges til regulering for at opnå en energibesparelse? Hvordan kan energibesparelsen opnås på de udvalgte LT kølevandsforbrugere? Hvor stor er den årlige opnåelige energibesparelse oplyst i kroner per år? Kevin Bossen (G20122031) 24,9 sider (59.756 anslag med mellemrum). Dato for aflevering 09/12-20116 kl. 12.00 Institutionens navn Fag/modul Fredericia Maskinmesterskole Bachelorprojekt Forord Som afslutning på Maskinmester uddannelsen, er dette projekt udarbejdet. Projektet er lavet på baggrund af mine 60 dages praktikperiode ved Scandlines. Projektet omhandler energioptimering af lav temperatur kølevandssystemerne ombord på passagerfærgen Prins Richard. 3
Abstract Scandlines would like to have a green attitude towards the environment and furthermore they would like to save money. Therefore, I have been asked to make an energy optimization of the low temperature cooling water system onboard the ship Prins Richard. I have been on the ship Prins Richard for 60 days during a internship where I had the opportunity to research the systems onboard and how to make a possible change to the systems to make it more energy efficient. Based on an analysis of the low temperature cooling water system, this thesis have found a solution which make the low temperature cooling water system more energy efficient. The analysis on the system contains measurements of the systems flow and temperature and physical reflections. The solution will state how to make this system more energy efficient by a rotation control by frequency converters. This will result in a yearly savings on DKK228.373. This thesis will recommend Scandlines further investigate how to install this rotation control by frequency converters to make this energy saving possible. 4
1. Indledning 1.1 Problembaggrund Skibet M/F Prins Richard er en passagerfærge med en længde på 142 meter. Skibet er bygget i 1997 på Ørskov stålskibsværft i Danmark. Skibet har en maksimal fremdrivningseffekt på 17440 kw, og det kan sejle 18,5 knob. Skibet kan bære 364 biler og 1140 passagerer. Skibet er født med 5 styk Mak 8M32 hovedmotorer i 1997. I 2003 blev skibet ombygget til en hybridfærge, fordi Scandlines ønsker at være så grønne som muligt. Denne ombygning indebar, at skibet fik installeret en batteripakke, i stedet for 1 af de 5 hovedmotorer. Skibet sejler 24 timer i døgnet, 365 dage om året, mellem Rødby i Danmark og Puttgarden i Tyskland. Overfarten tager cirka 45 minutter, og skibet er i havn 15 minutter efter hver overfart (Scandlines, 2016). Så skibet er altid i drift og det bliver, under normale omstændigheder, ikke taget ud af drift. Skibet er konstrueret således, at det er delt op på midten. Det vil sige, at der ikke er en bagende eller en forende, så skibet er ens i begge ender og kan sejle begge veje. Derfor har skibet også to af alle systemer, det vil sige, at skibet normalvis kun bruger halvdelen af dets systemer ad gangen. Grunden til dette er, at skibet skal være redundant, så det er driftssikkert, men også fordi, det gør det nemmere for skibet at sejle begge veje (Bilag 2 og 3). Ligeledes er skibets lavtemperatur LT i det følgende - kølevandssystem delt op i to. I alt er der 4 centrifugalpumper, som sidder på LT kølevandsystemet og 26 forskellige lavtemperatur kølevandsforbrugere. Da disse centrifugalpumper er uregulerede og det er meget forskelligt, hvilke kølevandsforbrugere der er i brug, er det maskinchefen Peder Knudsen og Scandlines ønske at få energioptimeret dette system. Denne opgave vil derfor omhandle energioptimering af skibets lavtemperatur kølevandsystem. Scandlines og Peder Knudsen ønsker at få denne energioptimering oplyst i kroner per år. 1.2 Problemformulering På baggrund af ovenstående problembaggrund har jeg fundet frem til følgende problemformulering: Hovedspørgsmål Hvorledes kan ledelsen på skibet Prins Richard udføre en energioptimering på lavtemperatur kølevandssystemet, og dermed opnå en besparelse, og samtidig sikre optimal køling af forbrugerne? Underspørgsmål - Hvordan er skibets LT kølevandssystemet opbygget? - Hvilke LT kølevandsforbrugere skal udvælges til regulering for at opnå en energibesparelse? 5
- Hvordan kan energibesparelsen opnås på de udvalgte LT kølevandsforbrugere? - Hvor stor er den årlige opnåelige energibesparelse oplyst i kroner per år? 1.3 Afgrænsning 6
2. Metode I denne opgave analyseres LT kølevandssystemerne om bord på skibet Prins Richard for at klargøre hvor i systemet der kan være en mulighed for en energibesparelse. Analysen i opgaven baseres på dataindsamling som er foretaget i forbindelse med en 60 dages praktikperiode hos Scandlines hvor der har været adgang til systemerne. For at sikre indsigt i hvilke elementer som er at finde i LT kølevandssystem, har det været nødvendigt først at opnå forståelse af systemets delelementer i form af forbrugere, pumper og kølere. Der er opnået forståelse af systemet via proces- og instrumentationsdiagram, skibets overvågningssystem og fysiske betragtninger som er udført under praktikperioden. Dette gøres for at kunne udarbejde de videre analyser i opgaven. Det har herefter været nødvendigt at opnå forståelse for skibets driftscyklus, hvilket er opnået via timetællerdata fra skibets overvågningssystem og analyse heraf. Timetællerdataene analyseres for at finde ud af hvor stor en del af dagen at hver enkelt forbruger er i drift. Dette anvendes til at finde ud af hvilke forbrugere, som har brug for at blive reguleret for at opnå en energibesparelse. Efter forståelse af skibets driftscyklus, har det været klart, at rigtig mange forbrugere var i kontinuerlig drift. For at kunne se om der kunne laves reguleringer for de forbrugere der var i kontinuerlig drift, skulle der laves flow- og temperaturmålinger. Flowog temperaturmålingerne er udført på samme tid for at give et øjebliksbillede af den enkelte forbrugers drift. Ud over det, så er flow- og temperaturmålingerne ikke udarbejdet for et normalt driftsscenarie, men de er udarbejdet hvor hver enkelt forbruger er i drift. Dette er gjort fordi det ville give et bedre billede af hvilke forbrugere, som kunne klare en regulering, for at opnå en energibesparelse. Flowmålinger er udført med en ultralydsflowmåler og temperaturmålingerne er udført med en infrarød termometer, hvorefter der er foretaget en vurdering af måleusikkerheden. Analysen af temperaturmålingerne indeholder 2 diagrammer hvor det er muligt at se temperaturdifference og afgangstemperatur. Ud fra dette er det vurderet om denne afgangstemperatur er tilstrækkelig. Vurderingen er lavet ud fra en analyse af skibets temperaturovervågning. På baggrund af de foregående analyser var det muligt at udvælge de forbrugere, der kunne opnå en besparelse igennem en regulering af forbrugerens flow og temperatur. Forbrugerne er valgt på baggrund af størrelse af den mulige tilstrækkelige energibesparelse, afgangstemperatur fra forbrugeren og skibets driftscyklus. Derudover er alle generatorer, el motorer, PWM og thrustere nævnt en enkelt gang, selvom der er 4 af hver. Dette er gjort fordi samme betragtning gælder for alle. Energibesparelsen er beregnet med afsæt i varmelæreteorien hvormed der først er beregnet en ny massestrøm, under den forudsætning at køleeffekten af hver enkelt forbruger skal være den samme som i ureguleret tilstand. Den nye massestrøm anvendes til at kunne finde en ny effekt for pumperne, hvilket er baseret på pumpelæreteorien beskrevet i afsnit 3.2. Herefter findes den passende instrumentering og 7
regulering for at kunne omdrejningsregulere pumpen på en sikkerhedsmæssig forsvarlig måde hvilket er udført ud fra teorien i bogen Praktisk regulering og instrumentering. Ud fra den nye effekt er det blevet beregnet hvor meget el-effekten er blevet reduceret. Der er taget højde for diverse virkningsgrader under disse udregninger. Til sidst er der blevet beregnet en årlig besparelse for Scandlines i kroner. Denne udregning er baseret på en kwh pris som er blevet udleveret af Scandlines. 3. Teori I opgaven vil der forekomme beregninger af effekter og massestrøm. For at dette kan udarbejdes skal den teoretiske ramme for udregningerne først på plads. Varmelæreteorien anvendes blandt andet i 5.3.1 og pumpeteorien anvendes blandt andet i afsnit 5.3.3. Derfor opstilles først i dette afsnit den teoretiske ramme som skal bruges længere nede i opgaven for at kunne belyse problemstilling på bedst mulig måde. 3.1 Varmelæreteori For at kunne beregne en køleeffekt ud fra målingerne anvendes varmelæreteori. Med denne teori er det muligt at beregne en ny massestrøm hvis t2 ændres. Det kan ses ud fra formlen nedenfor at der stadig kan opnås samme effekt ved en reducering af massestrømmen, der skal blot være en stigning af temperaturen. c = varmefylde ( J kg grad) m = massestrøm kg s t1 = start temperatur (grader celcius) t2 = slut temperature P = c m (t2 t1) (Nielsen, 2007, s. 185) Alle senere vurderinger i opgaven skal være lavet under forudsætningen af at alle kølevandsforbrugere skal afgive samme effekt til kølevandet, selvom der bliver lavet ændringer på nogle af parametrene i formlen. Så alle vurderinger i opgaven skal være under disse ligningsforudsætning. Pureg = Preg Cureg mureg (t2ureg t1ureg) = Creg mreg (t2reg t1reg) 8
Pureg er den uregulerede effekt som forbrugeren tilfører kølevandet, når der ikke er lavet reguleringsændringer. Qreg er den regulerede effekt som forbrugerne tilfører kølevandet, når der er lavet reguleringsændringer. 3.2 Pumpeteori I foregående afsnit blev det fastlagt, at en støre afgangstemperatur, t2, kunne resultere i en mindre massestrøm. I dette afsnit redegøres for, hvordan denne mindre massestrøm kan opnås, og hvordan det kan resultere i en energibesparelse. Derfor benyttes her pumpeteori. Hvis en pumpes omdrejningstal reduceres, vil massestrømmen også blive reduceret. Det kan ses på affinitetsformlen nedenfor. Hvor n er omdrejningstallet og Q er masse strømmen. Qx Qn = nx nn Det ses her, at hvis massestrømmen Q kan blive mindre, kan omdrejningstallet også blive mindre. Px 3 Pn = (nx nn ) Her ses det at effekten er proportional med omdrejningerne i 3. potens og det vil sige, at hvis omdrejninger reduceres, vil effekten også reduceres (Heilmann, 2011, s. 19). Ud fra denne pumpeteori kan det konkluderes, at hvis massestrømmen skal reduceres, skal omdrejningerne også reduceres. Hvis dette gøres, vil en reduktion af massestrømmen resultere i en energibesparelse. 4. Hypotese Ved at installere frekvensomformere på LT systemets centrifugalpumper og samtidig installere flowreguleringsventiler på de største kølvandsforbrugere kan der spares DKK100.000. Dette projekt vil forsøge at bekræfte eller afkræfte denne hypotese ved anvendelse af passende metoder og analyser af LT kølvandssystemet. 5. Hovedtekst 5.1 Systemanalyse I dette afsnit vil lavtemperatur kølevandssystemerne blive analyseret og beskrevet. Dette gøres for at få en forståelse af systemet, således at det senere i opgaven vil være muligt at se på, om der er mulighed for en energibesparelse, og hvordan sådan en optimering skal konstrueres. 9
5.1.1 Lavtemperaturkølevand systembeskrivelse. 5.1.1.1 Beskrivelse af LT kølevandssystemerne. Virkemåden Skibet Prins Richard har to lavtemperatur kølekredse. Én kreds i forenden af skibet og én kreds i agterenden af skibet. Disse to kredse bruges til at køle diverse effektforbrugere på skibet, såsom hovedmotorer, generatorer og dieselolie. På de to LT systemer er der i alt 4 centrifugale pumper med dertilhørende elmotorer. Der er to pumper i forenden og to i agterenden. Disse to pumper sidder parallelt i hver ende og er redundante, det vil sige, at der normalvis kun kører én pumpe i hver ende ad gangen. I agterenden sidder der to 45 kw motorer til at trække pumperne, og i forenden to 55 kw motorer (Figur 1 og Bilag 1). Der sidder i alt 26 LT kølevandsforbrugere i skibet, hvoraf de fleste af disse forbrugere er uregulerede, hvilket vil sige, at der altid gennemløber den samme mængde kølevand igennem kølefladen på forbrugeren (Bilag 2 og 3). Nogle af forbrugerne er regulerede, for eksempel er skrubberen reguleret med en drøvle ventil (Bilag 4). Som det kan ses på Figur 1 og Figur 2, deler kølevandssystemet sig efter pumpen. Systemet deler sig ud til diverse forbrugere. Når kølevandet har modtaget effekt fra forbrugerne bliver vandet igen samlet. Når vandet igen er samlet bliver det enten ført tilbage til pumpen, eller igennem LT køleren, hvor LT vandet bliver kølet med søvand. Blandeventilen blander vandet således, at LT vandet er 30 grader celsius. Pumperne cirkulerer vandet rundt så trykket er mellem 2 og 4 bar (Bilag 6). I de efterfølgende afsnit forklares virkemåder af hver enkelt kølevandsforbruger, samt om de er reguleret, eller ej. Det er vigtigt at finde ud af hvilke kølevandsforbrugere, der er uregulerede, således at det er muligt at se hvor der kan være en massestrømsregulering. Som det ses i metodeafsnittet er den viden som er tilegnet om hver enkelt kølevandsforbruger taget ud fra fysiske betragtninger af systemet. 10
Figur 1 - LT kølevandssystem, agterende 11
Figur 2 - LT - kølevandssystem, forenden Hovedmotorerne Der sidder to hovedmotorer i hver ende af skibet. Hver ende kan ses på henholdsvis Figur 1 og Figur 2. Begge hovedmotorer sidder på samme kølevandsledning, som derefter deler sig ud i to strenge således at begge motorer får kølet ladeluften. På kølevandssystemet til ladeluften sidder en regulering, som er reguleret ud fra ladeluftens temperatur. Hvis motoren ikke er i drift, vil der ikke gennemstrømme lavtemperatur kølevand gennem ladeluftkøleren. Derefter bliver LT vandet igen samlet og ført ind i en højtemperaturkøler. Denne køler er en pladekøler, hvor LT vandet skal køle højtemperaturvandet. Udover dette, vil der altid være den samme flow på LT vandet, ud til de to hovedmotorer. Flowet til højtemperaturkøleren er kritisk for temperaturen af højtemperaturvandet, da dette er reguleret på højtemperatursiden. Steam dumper cooling Steamdumper køleren er en pladekøler, hvor der er LT kølevand på den ene side af køleren og kedelvand på den anden side af køleren. Denne kølers funktion er at køle kedelvandet inden det kommer ind i kedlen. Grunden til dette er, at kedlen ikke overopheder. LT kølevandet er ureguleret 12
på denne kreds. Dog sidder der en 3-vejs blandeventil på kedelvandssiden af køleren. Der er kun brug for køleeffekt her, når forbruget på kedeldampen er tilstrækkeligt stort. Dg1 bearing cooling. Denne kølevandsforbruger er til kølingen af et leje på dieselgenerator 1. LT- kølevandsmængden er ikke reguleret, det vil sige, at der altid er fuldt flow. Generator cooling. Her løber kølevandet igennem en rørkøler. LT kølevandet køler luften, som derefter køler generatorvindingerne. Denne forbruger er også helt ureguleret. Det vil sige, at der altid er nominelt flow. Denne enhed er ikke i konstant brug, men kun når det er den tilhørende motor, der er tændt. Air condition cooling engine control room Her løber kølevandet igennem kondensatoren på køleanlægget, som benyttes til at køle kontrolrummet ned med. Her er kølevandet ikke reguleret, så der er altid nominelt flow. Denne enhed er kun i brug når aircondition er tændt. PWM PWM er skibets megastar. Det er en frekvensomformer, som styrer frekvensen på fremdrivnings elmotorerne. Disse er kølet med LT kølevand, og de er ikke reguleret, så der er altid nominelt flow. Som det kan ses på Figur 1 og 2, er der 4 PWM ere i skibet. Én til hver fremdrivnings elmotor. Electric motor Som det ses i figur 1 og 2 er der 4 elektriske motorer på skibet. Disse bliver brugt til fremdrivning, altså til at få skrueakslen til at rotere. Alle 4 elmotorer er kølet med LT kølevand. LT kølevandet køler indblæsningsluften til motoren, og derefter køler luften motorens vindinger. På LT kølevandet til elmotorerne sidder der ingen regulering, så der er nominelt flow. Elmotoren er i brug så længe skibet sejler, så der er et konstant forbrug på denne. Thruster lube oil. Thruster lube oil er smøreolien som thrusterne smøres med. Denne olie bliver varm og bliver derfor kølet med LT kølevand. Kølevandet løber igennem en pladekøler, og den er ikke reguleret, så der er altid nominelt flow. 13
Thruster steering. Thruster styre-enheden bliver også kølet af LT kølevand. Her går kølevandet direkte ind i styreenheden og køler. Her er kølevandet ureguleret, så der gennemgår altid nominelt flow. Denne enhed er kun i brug når skibet skal ændre kurs. MDO cooler Marine dieselolie-køleren bruges til at køle diesel gennem en pladekøler. Olien cirkulerer rundt til hovedmotorerne, når de kører på diesel. Skibet sejler primært på heavy fuel olie, og kun på diesel når der er problemer med heavy fuel olie-systemet. Så denne LT kølevandsforbruger har kun brug for at blive kølet når der bruges diesel. På denne forbruger er kølevandet ureguleret, så der er altid nominelt flow. Ess switch board cooler Ess switch board cooler bruges til at køle skibets batteripakke i vinterperioden. Her bliver LT kølevandet brugt til at kondensere kølemidlet i Ess køleanlæggets kondensator. Denne Forbruger er kun i drift om vinteren, når skibet normale køleanlæg er lukket ned. På denne forbruger er LT kølevandet ureguleret, så der er altid nominelt flow. Scrubber system cooling Scrubber system cooling er en pladekøler hvor skrubbervandet køles med LT kølevand. Skrubberen er altid i drift, så her skal altid bruges LT kølevand. LT kølevandet på denne forbruger er reguleret, så skrubbervandet altid har samme temperatur. Kølevandet er reguleret med en flow reguleringsventil. Aircondition switchboard room Denne kølevandsforbruger anvendes til at holde tavlerummet koldt. LT kølevandet bruges til at kondensere kølemidlet. Aircondition er i kontinuerlig drift og bliver brugt det meste er året. LT kølevandet er ikke reguleret til denne LT kølevandsforbruger. Start air compressor Startluftkompressorerne er også kølet med LT kølevand, og der sidder 2 i skibet. En i forenden og en i agterenden. Startluftkompressorernes funktion er, at levere startluft til hovedmotorerne. Denne forbruger er kun i drift når der mangler startluft. Kompressorerne er reguleret, så der kun er flow på LT kølevandet når selve kompressoren er i drift. 14
5.1.1.2 Delkonklusion. I dette afsnit blev det fastlagt at nogle af kølevandsforbrugerne er reguleret og nogle er ikke. Der blev også givet et bud på hvor meget de forskellige forbrugere er i drift, men det blev ikke helt fastlagt. Derfor skal der kigges på hvor meget hver enkelt forbruger er i drift, hvilket de efterfølgende afsnit vil gå i dybden med. 5.1.2 Skibet driftscyklus I dette afsnit skal det fastlægges hvor meget hver enkelt kølevandsforbruger er i drift. Dette gøres for at kunne komme med et nærmere bud på hvilke forbrugere der skal kigges på for at lave en energibesparelse. Måden dette gøres på er ved at logge skibets timetællerdata i 33 dage. Skibet har en database hvor det er muligt at følge driftstimer på de fleste af skibets komponenter. Timetællerdataene fortæller hvor mange timer hver enkelt forbrugere har været i drift. Når timetællerdataene er logget, udregnes hvor mange timer om dagen hver enkelt forbruger er i drift, og dette skal omsættes til hvor mange af døgnets timer forbrugeren er i drift i procent. Dette gøres for at se hvor meget forbrugeren er i drift. Når alt dette er gjort skal dataene analyseres nærmere, for at se om der er nogle af forbrugerne der får unødvendigt tilført LT kølevand, når disse ikke er i drift. Dermed kan man se om der her er noget der kan gøres, for at lave en energibesparelse. 5.1.2.2 Timetællerdata. I tabel 1 nedenfor, kan det ses hvor mange timer hver enkelt LT kølevandsforbruger har været i brug per dag. Der er blevet kigget på en periode på 33 dage. Tabellen og udregningerne kan fines i bilag 12. Drifttid i % er udregnet som: Antal timer i drift / Timer i alt (33 dage) * 100 15
Tabel 1 - Timetællerdata I tabellen ses de forskellige lavtemperatur kølevandsforbrugere. Der er timetællerdata for næsten alle forbrugere. Det har ikke været muligt at få timetællerdata for MDO cooler, Ess switch board cooler og ECR aircon. Generator og elmotor figurerer heller ikke på listen over timetællerdata. Dette gør de ikke, fordi dieselmotorerne ikke kan køre uden at generatorerne er i drift. Derfor har disse to forbrugere samme timetællere. Det samme gælder for PMW og elmotorerne. 5.1.2.3 Timetællerdataanalyse. Det ses i tabel 1, at der er nogle af LT kølevandsforbrugerne der ikke er særlig meget i drift ud fra timetællerdataene. Det ses for eksempel ved at motorerne er i drift mellem 25-67 % af tiden. Ud fra disse undersøgelser vil opgaven senere konkludere om der kan laves nogle energibesparende tiltag på motorerne, 16
hvilket kan findes i afsnit 5.2. Alle andre forbrugere er næsten i drift 100% af tiden, så for at se om der kan laves energibesparende tiltag på disse, skal der laves yderligere undersøgelser hvilket kan ses i de umiddelbare efterfølgende afsnit. 5.1.3 Målinger af flow og lavtemperatur på LT kølevandet I dette afsnit undersøges om der er mere end det nødvendige flow til alle LT forbrugerne når de kører. Dette gøres ved at lave flow- og temperaturmålinger på alle LT kølevandsforbrugere. Temperaturmålingerne anvendes til at se om der er en væsentlig temperaturstigning af LT kølevandet. Om en temperaturstigning er væsentlig vurderes i afsnit 5.1.3.2. Derudover anvendes disse målinger til at kunne udarbejde effekt- og flowberegninger i afsnit 5.3.1. Flowmålingerne skal være med til at kunne fastsætte hvilke forbrugere der skal reguleres, men samtidig også til at kunne lave effektberegninger der muliggør en beregning af et mindre flow. Forklaring på de ovenfornævnte målinger præsenteres i de efterfølgende 2 afsnit. 5.1.3.1 Flowmålinger Alle flowmålinger kan ses i bilag 8. Alle flowmålinger er taget med en ultralydsflowmåler, som kan ses på bilag 10. Dette ultralydsmåleudstyr fungerer således, at der skal indtastes nogle værdier i henhold til mediet og røret. Ultralydsmåleren sender derefter ultralyd gennem et medie, og derved kan den måle flowet på refleksionen af ultralyden. Fremgangsmåde. For at få nogle videnskabelige korrekte målinger, er der blevet brugt samme fremgangsmetode for alle målinger i hele skibet. Første trin er at måle diameteren. Dette er blevet gjort med en snor og derefter er værdien blevet noteret i et skema. Andet trin er, at der skal indtastes værdier på måleudstyret. Her skal indtastes hvilket medie der måles på, godstykkelsen og rørdiameter, og derefter fortæller udstyret hvor stor afstanden på de 2 ultralydssonder skal være. Godstykkelsen kan findes på bilag 2 og 3. Tredje trin er, at ultralydssonden skal indstilles på den rigtige afstand og så skal der påføres kontaktfedt på sonderne hver gang der bliver taget en måling. Fjerde trin er, at sonden skal sættes på røret, og derefter kan flowmålingen ses. På bilag 11 kan alle de forskellige målepunkter ses som et billede af målingen. Måleusikkerhed Alt måleudstyr har en usikkerhed, så målingerne ikke kan blive helt præcise. Dog er der også andre usikkerheder, som for eksempel malingen der sidder på røret, hvilket der ikke er taget højde for på måleudstyret. Der kan også være belægninger inde i røret, så målingerne ikke er helt præcise. Der kan også 17
spille en menneskelig faktor ind, når der er blevet taget diametermålinger, da disse også kan være forkerte. På tabel 2 er de muligt at se at målingerne ikke er helt præcise på grund af usikkerhederne. Tabel 2 Resultat af usikkerheder I tabellen ovenfor ses det samlet målte flow, det samlet beregnede flow og pumpens nominelle flow. Samlet målte flow viser en måling af LT kølevandet efter alle forbrugerne er samlet i ét rør. Denne måling er udført lige før pumpen. Samlet beregnede flow i forskibet er alle LT forbrugernes enkelte flow lagt sammen i den pågældende ende og det samme gælder for samlet beregnede flow agterskib. Det fremstår i begge tilfælde at det samlet beregnede flow og det samlet målte flow ikke helt stemmer overens selvom de burde være ens. Grunden til dette, er de usikkerheder, som blev nævnt ovenfor. På baggrund af denne afvigelse antages det, at det ikke har nogen betydning for troværdigheden af de resulter og konklusioner, der drages senere i projektet. Disse flowmålinger vil blive benyttet i afsnit 5.2 og 5.3.1. 5.1.3.2 Temperaturmålinger Som nævnt tidligere i afsnit 5.1.3 skal der fortages temperaturmålinger på til og afgangen af LT kølevandet til forbrugerne, for at kunne se om der er en væsentlig temperaturstigning over forbrugerne. Dette afsnit omhandler derfor temperaturmålingerne. Målingerne er fortaget med et infrarød termometer og kan findes på bilag 10. I dette afsnit redegøres for udførelsen af temperaturmålingerne, og her redegøres for eventuelle måleusikkerheder, udførelsen og troværdigheden af målingerne. Det anvendte infrarøde termometer er et, elma 615, og den har en måleusikkerhed på +- 2 % det vil sige, at ved en måling på 30 grader celcuis, kan der være en fejl på 0,015 30 = 0,45 grader celcius (Lemvigh-Müller, 2016). 18
Udførelsen af målingerne er fortaget samtidig med flowmålingerne, så en beregning af køleeffekten, giver et øjebliksbillede af situationen. Målingerne er ikke udført helt på samme klokkeslæt, men de er udført så tæt på hinanden, som muligt. Måleinstrumentet virker således at der lyses med instrumentet på det kølevandsrør som temperaturen ønskes fundet på. Det er muligt at afstanden mellem måleudstyret og røret kan have indflydelse. Det er også muligt at urenheder kan have betydning for præcisionen af målingen. Selvom der forekommer disse usikkerheder, vurderes det at målingerne er troværdige nok til at kunne anvendes til videre analyse af problemstillingen. Derfor vil der i det næste afsnit blive analyseret på disse temperaturmålinger. Analyse af temperaturmålinger På bilag 8 ses LT kølevandets flow, vandets tilgangs- og afgangstemperatur, rørtykkelse og rørets omkreds. Det kan ses på figur 3 og 4 nedenfor, at temperaturstigningen over næsten alle LT forbrugerne ikke er væsentlige og mange steder er stigningen ikke mere end et par grader. Som et resultat af dette er kølevandets afgangstemperatur heller ikke væsentlig. Dette gælder både for forskibet og agterskibet. Figur 3 - LT kølevandstemperatur agterskib 19
Figur 4 - LT kølevandstemperatur, forskib Det konkluderedes at temperaturstigningen og afgangstemperaturen fra forbrugeren ikke er særlig stor. For at give definitionen væsentlig mening, skal det undersøges hvor varmt LT kølevandet må være. På skibets overvågningssystem kan alarmgrænsen for LT kølevandet findes hvilket kan ses i figur 5 nedenfor. Figur 5 - LT kølevand, temperaturovervågning 20
På billedet ses det, at LT kølevandet maksimalt må være 36 grader celsius før der kommer en alarm der fortæller at kølevandet er for varmt. Ud Fra dette kan det konkluderes at nogle af forbrugerne sagtens kan have en højere afgangstemperatur. Grunden til dette er, at de fleste forbrugere er langt fra 36 grader celcius. Det fremgår af figur 1 og 2, at alarmgrænsen på de 36 grader celcius er efter at blandeventilen har blandet vandet fra LT køleren og det kølevand der har været ude ved forbrugerne. Så hvis den maksimale temperatur efter forbrugerne sættes til 36 grader celcius, vil der altid være under 36 grader celcius, når kølevandet er blevet blandet ved blandeventilen. Desuden vil en afgangstemperatur på 36 grader celcius fra forbrugerne gøre, at temperaturen der er på indgangssiden af LT køleren er varmere end før. Det er muligt at det kan forårsage, at køleren er mere effektiv på grund af den større temperaturdifferens. Dette vil der ikke blive arbejdet videre med jævnfør afgrænsningen. På kølevandet end det ses i figur 3 og 4 og maksimalt 36 grader. 5.2 Valg af forbrugere I afsnit 3.1 blev det konkluderet at massestrømmen kunne reduceres, hvis afgangstemperaturen for forbrugerne blev højere, og i afsnit 3.2 blev det konkluderet, at en reduktion af massestrømmen ville forårsage en energibesparelse. I dette afsnit fastsættes hvilke forbrugere der kan blive tilført en mindre massestrøm og få en højere afgangstemperatur, der ikke overstiger de 36 grader, som nævnt tidligere. Denne vurdering om massestrømmen, og om den kan reduceres skal ende ud i en betydelig energibesparelse, ellers vil den ikke skulle reduceres. Alt dette skal fastsættes ud fra de målingerne, der er fortaget på bilag 8, samt figur 3 og 4 tidligere i opgaven. Der tages højde for driftstiden i % af hver enkelt forbruger som kan ses i tabel 1 i afsnit 5.1.2.2. Dette gøres ud fra driftscyklusanalysen, som kan ses i afsnit 5.1.2.3. I tabel 3 nedenunder ses en vurdering af hvilke forbruger, der kan klare en mindre massestrøm. 21
22
Tabel 3 - Vurdering af massestrømsændring 5.2.1 Delkonklusion Under forudsætningen af det tidligere analysearbejde, var det muligt at lokalisere de forbrugere, hvor det var muligt at lave en massestrømsændring. Disse forbrugere er: aircondition, ECR, steam dumper cooling, elekctric motor, thruster, PWM, generator, MDO cooler og batteripakke. 5.3 Energibesparelse på LT kølevandssystemerne I dette afsnit beregnes den mulige besparelse ud fra de forudsætninger for hver enkelt forbruger, som blev fastsat i afsnit 5.2.1. Derudover anvendes den maksimale temperatur for LT vandet, som ses i afsnit 5.1.3.2. For at kunne beregne besparelsen i dette afsnit, skal der først findes en ny samlet massestrøm for LT kølevandet. Dette gøres ved hjælp af varmelæreteorien i afsnit 3.1, massestrømsmålingerne og temperaturmålingerne (bilag 8). Når denne nye massestrøm for både agterenden og forenden af skibet er beregnet, anvendes pumpeteorien fra afsnit 3.2 til at beregne et nyt omdrejningstal for begge pumper ved den nye massestrøm. Ud fra disse omdrejningstal tegnes pumpekurver ved at benytte programmet Win PSP, hvilket gøres for at finde en ny pumpeeffekt ved den nye beregnede massestrøm. Pumpeeffekten vil senere anvendes i afsnit 5.4 til at beregne den årlige økonomiske besparelse for Scandlines. 5.3.1 Ny beregnet massestrøm Den nye massestrøm er, som nævnt tidligere, beregnet med formlen: P = c m (t2 t1) Forudsætningen for at beregne den nye massestrøm er at t2 nu er 36 grader celcius. Den bliver beregnet ud fra at de forbrugere der kan klare en mindre massestrøm, får en afgangstemperatur på 36 grader. For at klargøre den præcise fremgangsmåde vil der blive lavet et beregningseksempel herunder. Der tages udgangspunkt i generator 3, som kan ses i tabel 4 herunder. Tabel 4 målinger for generator 3, (målingerne kan ses i bilag 8) Beregning af generatorens overførte effekt til kølevandet: 23
Mellemregning: Da der regnes i SI enheder skal massestrømmen indsættes i Kg, derfor skal der fortages en mellemregning. Her antages det at massefylden er den samme som for vand, så derfor vejer en 1m 3 kølevand 1000kg m = 24,7 1000 3600 s m = 7,7 kg s P = 4,2 7,7 (27,7 26,1) P =46,1 kw Ny massestrøm: 46,1 = 4,2 mny (36 26,1) mny = 1,1 kg s = 4 m3 h Det vil sige, at massestrømmen til generator 3 kun behøver at være 4 m3, i stedet for de 27,3m3, som ses i tabel 4, for at have samme køleeffekt ved en afgangstemperatur af kølevandet på 36 grader celcius. På baggrund af denne fremgangsmåde er alle de valgte forbrugers massestrøm af kølevand beregnet og sammenlagt. Disse resultater kan ses i bilag 8. 5.3.2 Resultater h h I tabellen ses det, at det var muligt at reducere flowet ved at lade afgangstemperaturen stige til 36 grader celcius. I både forskibet og agterskibet var det muligt at reducere massestrømmen med over 100 m3 h. Beregningerne kan ses i bilag 8. Tabel 5 - Resultater af flowberegninger ved 36 grader celcius 24
5.3.3 Beregning af besparelse. Da det er pumpernes el-effekt der skal beregnes en el-besparelse på, skal pumpernes kurver indhentes. Da pumpekurverne ikke er tilgængelig i skibets manualer, er pumpeproducenten blevet kontaktet, for at få adgang til pumpekurverne. Pumpeproducenten meddelte, at deres pumpekurver skal findes igennem programmet Win PSP. Programmet er hentet fra producentens Desmi s hjemmeside (Desmi, 2016). Programmet fungerer således at man skal indtaste pumpens data som kan findes på pumpens mærkeplade, som kan ses på bilag 1. På bilag 1 fremgår det at begge LT pumper er af modellen SL150-415 /Q-C. For at få en ny pumpekurve beregnes først et nyt omdrejningshastighed n ved det nye flow, som blev beregnet i afsnit 5.3.1. Dette skal gøres ud fra tidligere forklaret formel: 5.3.3.1 Forskib Qx = nuværende flow, 369 m3 h (bilag 1 og 8) nx = nuværende omdrejningstal, 1500 omd (bilag 1) min Qn = nyt flow, 285,7 m3 h (table 5) nn = ny omdrejningshastighed Qx Qn = nx nn Ny omdrejningshastighed nn = nx Qn Qx nn = 1500 285,7 369 nn = 1161 omd min De overstående udregninger viser at centrifugal pumpen kan køre med 1161 omd ved den nye massestrøm min 285,7 m3 h. 25
5.3.3.3 Agterskib Qx= nuværende flow, 298 m3 h (bilag 1) nx= nuværende omdrejningstal, 1500 omd (bilag 1 og 8) min Qn= nyt flow, 191,3 m3 h (tabel 5) nn= ny omdrejningshastighed nn = 1500 191,3 298 nn = 963 omd min De overstående udregninger viser at centrifugal pumpen kan køre med 963 omd min 191,3 m3 h ved den ny massestrøm 5.3.3.4 Pumpekurve Forskib Værdierne som er tastet ind i programmet Win PSP, er de værdier som er udregnet i de foregående afsnit og indtastningen af værdierne i Win PSP, kan findes i bilag 9. 26
Figur 6 - Pumpekurve, forskib I kurven i figur 6 ovenfor ses pumpens akseleffekt P, pumpens virkningsgrad Eff og pumpens afgangstryk H. Ved at aflæse kurven ses det, at ved den nye beregnet massestrøm 285,7 m3 skal pumpen kun bruge 32kW. h og et tryk på cirka 3 bar, Agterskib Værdierne som er tastet ind i programmet Win PSP, er de værdier som er udregnet i de foregående afsnit og indtastningen af værdierne i Win PSP, kan findes i bilag 9. 27
Figur 7 - Pumpekurve, agterskib På kurven i figur 7 ovenfor ses det at ved det nye beregnede massestrøm på 191,3 m3 bar, skal pumpen kun bruge 15kW. h og et tryk på cirka 2,2 Da trykket ved det to omdrejningsreguleringer er henholdsvis 2,2 bar og 3 bar, skal det undersøges i efterfølgende afsnit om LT systemet kan fungere ved disse tryk. LT systemet driftstryk For at kunne finde ud om de nye aflæste tryk kan fungere, skal det undersøges hvilke krav, der er til systemet. I figuren nedenfor ses alarmgrænser på skibets overvågningssystem for trykket i LT systemerne. Figuren viser trykket for agterenden og de samme værdier er gældende for forenden. 28
Figur 8 - Alarmgrænser for trykket i LT systemerne På figur 8 ses det at der kommer en alarm hvis trykket falder under 2 bar, og det kan ses at trykket på tidspunktet, hvor billedet er taget er 3 bar. For at se om dette tryk er tilstrækkeligt, skal trykfaldet i systemet undersøges. Det kan ses på figur 1 og 2 i afsnit 5.1.1, at denne trykmåling er placeret lige efter pumpen. Derfor skal det undersøges hvor stort trykfald der er, ved den sidste forbruger. 29
Figur 9 - Trykmåling yderst i skibet På figur 9 ses en trykmåler der sidder på tilgangen til den allersidste forbruger, og her ses det at trykket er 2,25 bar, hvilket vil sige, at det største trykfald grundet rørmodstand i systemet er cirka 0,7 bar. Da det største trykfald ikke er større end 0,7 bar og der stadig er et tilstrækkeligt tryk længst ude i systemet, vurderes det at de 3 bar der er lige efter pumpen, er nok til at systemet fungerer optimalt. Da trykket efter kølevandspumpen i agterenden af skibet, kun er 2,2 bar ved det udregnede omdrejningstal, og det nødvendige tryk er fastsat til 3 bar, skal der laves en ny beregning af omdrejningstallet ved 3 bar, og derefter skal en ny effekt findes ud fra en ny pumpekurve. Nyt omdrejningstal ved 3 bar agterskib Hx = nyt tryk (30mlc) Hn = tryk uden regulering (60mlc) Nn = ureguleret omdrejningstal 1500 omd min Hx 2 Hn = (nx nn ) 30 60 = ( nx 2 1500 ) nx = 1061 omd min Ny pumpekurve ved 1061 omd min Indtastningerne i programmet WINPSP, til den nye pumpekurve kan findes på bilag 9. 30
Figur 10 - Ny pumpekurve ved 3 bar I figur 10 ses det, at der skal bruges cirka 20 kw ved et tryk på 3 bar ved den nye beregnede massestrøm på 191,3 m3 h. 5.3.4 Regulering af LT kølevands systemet På baggrund af alle de foregående beregninger skal der, i dette afsnit, fastsættes hvordan det er muligt at reducere massestrømmen til forbrugerne igennem en omdrejningsregulering af pumpen. I dette afsnit anvendes teorien omkring pumpeteori i afsnit 3.2 For at kunne finde en passende regulering vil der blive opstillet nogle kriterie, som vist nedenunder, som skal overholdes, for at systemet fungere optimalt: - Systemet skal kunne fungere således at den kan regulere trykket, selvom der kommer driftsændringer på rørsystemet. - Forbrugerne må ikke overophede. - Afgangstemperaturen må ikke blive for høj i forhold til forbrugeren For at kunne lave en driftssikker regulering af forbrugerne skal det undersøges hvilke maksimale temperaturkrav der er fra producenten af forbrugerne. Dette skal gøres ud fra forbrugernes datablade. Udklip fra databladene, samt overvågningssystem, kan ses på bilag 5. 31
Figur 11 - Makstemperaturerne på forbrugerne I figur 11 ses alle forbrugernes maksimale temperatur. Disse temperaturer skal benyttes til at være sikker på, at forbrugerne ikke overopheder. Derfor skal deres maksimale temperaturer indgå i optimeringen af LT systemet. I de efterfølgende afsnit undersøges hvordan man kan beholde temperaturen på 36 grader celcius. 5.3.4.1 Temperaturregulering En temperaturregulering har til formål at holde temperaturen af et medium på en bestemt værdi (Heilmann, 2011, s. 68). Derfor skal der benyttes en temperaturregulering i dette tilfælde da vi gerne vil holde temperaturen på afgangssiden af forbrugeren på en bestemt temperatur, hvilket i dette tilfælde er 36 grader celcius. 32
PI diagram. Figur 12 - PI diagram over temperaturregulering I figur 12 ses et PI diagram som er udarbejdet på baggrund af det nødvendige udstyr til temperaturregulering. På PI diagrammet ses det at temperaturmålingerne sendes ind i en temperaturcontroller, hvorefter controlleren sender et videre signal til aktuatoren (Heilmann, Praktisk regulering og instrumentering, 2014, s. 10). Der skal tages højde for forbrugerens maksimale temperatur for at kunne have en sikker drift. Der skal samtidig tages højde for kølevandets afgangstemperatur, da det er denne som flowet er nedreguleret ud fra. Ventilen skal sidde på afgangssiden af forbrugeren for, at sikre, at der er det nødvendige tryk ude ved forbrugeren. 33
Blok diagram. Figur 13 - Blok diagram over temperaturreguleringssløjfen I figur 13 ses det at reguleringen for temperaturen af kølevandet løber fra forbrugerne. Det er lavet som en PI regulering, fordi setpunktet, som i dette tilfælde skal være 36 grader celcius, gerne skulle rammes. (Heilmann, Praktisk regulering og instrumentering, 2014, s. side 36) Derudover skal der være en temperaturmåler på forbrugeren der overvåger temperaturen af selve forbrugeren. For eksempel på generatoren, skal generatorvindingerne overvåges, som det også kan ses på PI diagrammet. Generatorvindingerne skal overvåges, som en sikkerhed, så den ikke bliver for varm. I figur 11 ses det at generatoren maksimalt må blive 140 grader celcius. Derfor skal regulatoren programmeres således at, aktuatoren får åbnet ventilen fuldt hvis denne temperatur overstiges, og dette skal laves som en styring i plc en. Alle de valgte forbrugerne, som ses i afsnit 5.2.1, skal have samme temperaturregulering. Eksempel. Hvis kølevandet for eksempel er 35 grader på afgangen fra forbrugeren, vil temperaturreguleringen give et signal til regulatoren om, at ventilen skal lukke lidt i således at der ikke kan komme så meget væske igennem. Derved vil opholdstiden kølevandet i forbrugeren blive længere, temperaturstigningen vil blive større og det vil resultere i en større afgangstemperatur. 5.3.4.2 Trykregulering Det skal undersøges hvilken regulering der skal benyttes for at have det konstante tryk på 3 bar. Til at regulere trykket kan der benyttes en frekvensomformer til at omdrejningsregulere motoren der sidder på pumpen (Heilmann, 2014, s. 276) 34
Figur 14 - På PI diagrammet i figur 14 ses en omdrejningsreguleret pumpe med en frekvensomformer. For at trykreguleringen skal fungere, skal der bruges en tryktransmitter PT, en regulator PC, og en frekvensomformer SY. Denne regulering virker således at tryktransmitteren sender et signal til regulatoren. Regulatoren sender derefter et signal til frekvensomformeren (Heilmann, 2011, s. 46). Blokdiagram Figur 15 Blokdiagram over trykregulering På blokdiagrammet ses det at reguleringen skal laves som en P regulering. En P regulering vil aldrig helt nå dens setpunkt på 3 bar. Men det har ikke nogen betydning, da der ikke er nogen specifikke krav til trykket i systemet. Det kan ses på pumpekurverne i afsnit 5.3.3.4, at virkningsgraden for pumpen er faldende hvis den kommer for lang ned i omdrejningstal. Belastningen af en asynkron motor må heller ikke komme under 25 % omdrejninger (Petersen, 2006, s. 217), så derfor skal det sikres at der altid er 25 % belastning på motoren. Dette gøres ved hjælp af reguleringen. For en P regulering gælder at: u = Kp e + u0 (Heilmann, 2014, s. 36). 35
u0 er regulatorens normaloutput. Dette normaloutput skal sættes til 25 % af den maksimale belastning af elmotoren, og det vil sige at P2 for agterskibet minimalt må ramme 11,25 kw og for forskibet er det 13,75 kw. Disse 2 effekter er udregnet ud af P2 effekten fra bilag 1, hvor der er taget 25 % af effekten. For at kunne finde u0 skal disse effekter omregnes til et omdrejningstal for pumperne. Px 3 Pn = (nx nn ) 13,75 55 = ( nx 1500 ) 3 nx = 945 omd min Ovenstående udregning gælder for begge pumper, det vil sige 25 % vil det være minimum omdrejningstal for begge pumper. Det vil sige, at: 945/1500 = 0,63 = 63 % og derfor skal u0 altid være 63 % af det maksimale udgangssignal. Dette skal udføres for at få den mest optimale virkningsgrad på systemet. 5.3.4.3 Sammenfatning af reguleringernes virkemåde Figur 16 Drøvleregulering, (Hansen, s. 51) På figur 16 ses to forskellige anlægskarakteristikker. Én efter drøvling og én før drøvling. Når en flow reguleringsventil drøvler på et rør, vil trykket i systemet stige. Det er det der er sket fra anlægskarakteristik 1 til anlægskarakteristik 2 (Hansen, s. 51). og det vil være det samme som sker i LT systemet når der drøvles på flow reguleringsventilen. Det der så sker er, at trykreguleringen opfanger denne trykstigning og derved regulerer ned i omdrejninger, så der igen er samme tryk som setpunktet. På den måde påvirker 36
trykreguleringen og temperaturreguleringen hinanden. Dermed er det muligt at reducere flowet som pumpen leverer og herved opnå en besparelse. 5.4 Beregning af årlig økonomisk besparelse For at kunne beregne en årlig besparelse grundet den mindre el-effekt der skal tilføres LT kølevandspumperne i begge ender af skibet, skal der bruges en pris per kwh. Denne pris kan kun laves ud fra skibets olieregnskaber, el-forbrug og oliepris. Da Scandlines finder det fortroligt, at opgive den oliepris de får fra de forskellige oli leverandører, har skibsledelsen oplyst en pris per kwh til projektet som der kan regnes med til at finde en besparelse. Denne kwh pris er: 0,55 kr kwh 5.4.1 Besparelse pr. år ved omdrejningsregulering. For at kunne regne en årlig økonomisk besparelse i kroner, skal el-effekten på forskib og agterskib først findes. Dernæst beregnes kwh per år hvor opgaven til sidst vil finde frem til den årlige besparelse i kroner. For at kunne finde en el-effekten skal virkningsgraderne mellem akslen og el-nettet regnes med. 5.4.1.1 El-effekt forskib På mærkepladen i bilag 1 fremgår det, at pumpen har en effekt på 55 kw på akslen. For at regne det om til en el-effekt skal der tages hensyn til motorens virkningsgrad. Virkningsgraden for en elmotor ved 100 % last er cirka 85 % (Petersen, 2006, s. 217). El effekt efter omdrejningsregulering Pel = P2 ɳm Pel = 55 0,85 Pel = 64,7 kw Effekten i forskibet bliver derefter reduceret ved at omdrejningsregulere elmotoren med en frekvensomformer. Det ses på pumpekurveren i figur 6 i afsnit 5.3.3.4, at akseleffekten nu er reducere til 32 kw. For at kunne regne en el-effekt når pumpen er omdrejningsreguleret, skal der tages højde for en frekvensomformer, der skal installeres for at kunne omdrejningsregulere, da denne også har en virkningsgrad. 37
Virkningsgraden for en frekvensomformer er ca. 95 % og det er den helt ned til 40 % omdrejningstal (Heilmann, 2014, s. 233). Det blev fastsat i afsnit 5.3.4.2, at det minimale omdrejningstal er 945 omd min. Derfor kan der regnes med denne virkningsgrad. Virkningsgraden for en asynkronmotor er cirka 0,75 ved 25 % last (Petersen, 2006, s. 217). Da grænsen for elmotoren er 25 % last, skal der regnes med denne virkningsgrad. Det er ikke sikkert at motoren vil køre med denne virkningsgrad hele tiden, men i værste driftstilfælde vil den. Besparelse forskib 5.4.1.2 El effekt agterskib Pelreg = Pelreg = P2 ɳm ɳf 32 0,75 0,95 Pelreg = 44,9 kw Effekt besparelse forskib = Pel Pelreg Effekt besparelse forskib = 19,8 kw På mærkepladen i bilag 1 ses det, at aksel effekten ved 100 % omdrejninger er 45 kw. For pumperne i forskibet gælder de samme forudsætninger, som for pumperne i agterskibet. El effekt efter omdrejningsregulering Pel = P2 ɳm Pel = 45 0,85 Pel = 52,9 kw Den ny akseleffekt ved omdrejningsregulering, kan ses på pumpekurven i figur 10, at være 20 kw i afsnit 5.3.3.4. Pelreg = Pelreg = P2 ɳm ɳf 20 0,75 0,95 38
Pelreg = 25,3 kw Besparelse agterskib Effekt besparelse agterskib = Pel Pelreg Effekt besparelse agterskib = 27,6 kw 5.5.1.3 Kwh pr. år For at kunne finde ud af hvor mange kwh der bliver sparet per år skal en samlet el-effekt besparelse findes og omregnes til kwh. Samlet el effekt. samlet effekt besparelse = Effekt besparelse fore + Effekt besparelse agter samlet effekt besparelse = 47,4 kw elenergi = samlet effekt besparelse timer pr. år elenergi = 47,4 24 365 elenergi = 415224 kwh år 5.5.1.4 Årlig Besparelse i kroner besparelse = elenergi kwhpris besparelse = 415224 0,55 besparelse = 228373 kr Det kan her ses, at den årlige besparelse ved en omdrejningsregulering på pumperne i forskibet og agterskibet, vil være DKK228.373. 39
6. Konklusion 6.1 Resume Denne opgaves hovedtekst forsøgte at finde frem til hvordan ledelsen af skibet Prins Richard kunne opnå en energioptimering af LT kølevandsforbrugerne som resulterede i en besparelse i kroner, samtidig med at det sikres at der er optimal køling af forbrugerne. I de indledende analyser blev det fastlagt hvilke af LT kølevandsforbrugerne som var regulerede på kølevandet og hvilke som ikke var. Derefter fandt opgaven ud af hvor mange timer de enkelte forbrugere var i drift om dagen. Det kunne blandt andet ses at startluft kompressoren kun er i drift 5,7% af tiden og det kan ses at generator 1 er i drift 25 % af dagens timer. En analyse af temperaturmålingerne af temperaturdifferencen over de forskellige kølevandsforbrugere ikke var særlig store og det resulterede i en lav afgangstemperatur på LT forbrugeren. For eksempel havde generator 1 en temperaturdifferens på 1,6 grader celcius og en afgangstemperatur på 27,7. Det gav grundlag for at se på hvor høj en afgangstemperatur som var mulig for systemet. Derfor fandt opgaven frem til, at LT kølevand afgangstemperaturen for hver enkelt forbrugere kunne være 36 grader celcius. Efter den indledende analyse af systemet, fandt opgaven frem til hvilke forbrugere som skulle udvælges til at blive reguleret. Disse forbrugere var MDO cooler, batteripakke, generatorer, aircondition SWBD room, PWM og thrustere, steam dumper cooling og aircondition ECR. Derefter fandt opgaven frem til en mulig energibesparelse på LT kølevandsforbrugerne ved først at beregne en ny massestrøm. Opgaven fandt frem til at flowet i begge ender af skibet kunne reduceres med over 100 m3 h. Derefter fandt opgaven frem til at effekten for pumpen i forskibet kunne reduceres til 32kW og at pumpen i agterskibet kunne reduceres til 20kW. Dernæst skulle det vurderes hvilken regulering og instrumentering der var passende til at opnå denne effektreduktion. Opgaven fandt ud af at, for at kunne reducere effekten, skulle der installeres frekvensomformere på motoren og flowreguleringsventiler ved forbrugerne. Til reguleringen af disse instrumenter skulle der laves en trykregulering til regulering af omdrejningstallet og opgaven fandt frem til, at denne regulering skulle være en P regulering. Til at regulere afgangstemperaturen skulle der bruges en temperaturregulering, og opgaven fandt frem til at denne regulering skulle være en PI regulering. Til sidst kunne udregningen af besparelsen i kroner per år finde sted og resultatet af omdrejningsreguleringen af pumpen med frekvensomformeren, kunne give en besparelse på DKK228.373 årligt, samtidig med at der er sikret optimal køling af forbrugerne. 40