Optimering af strømproduktion i liggeperioder

Optimering af strømproduktion i liggeperioder En undersøgelse af hvilke muligheder der er for at levere strøm med en højere virkningsgrad til fiskeskibet HG 264 Ruth i skibets liggeperioder. Skole: Aarhus Maskinmesterskole Dato: Forfatter: Studienummer: Samal Jakup Jensen V08720 Hold: C10-1

Titelblad Forfattere: Titel: Fagområder: Samal Jakup Jensen Optimering af strømproduktion i liggeperioder El, Motorlære, økonomi Klasse / Årgang: C6 / C10-1 Uddannelses sted: Vejleder: Århus Maskinmesterskole Marc Bæk Nielsen Afleveringsdato: Rapportens omfang: Normale sider - 23,9 Sidetal - 37 med forside og bilag Underskrift: Samal Jakup Jensen Side 2 af 37

Abstract This written project is based upon an internship done onboard the pelagic fishing vessel HG 264 Ruth. The internship is part of the 6 th and final semester in the Marine and Technical Engineer education at Aarhus School of Marine and Technical Engineering. The written project is also the final bachelor project. The internship covered over 2 months of active duty whilst fishing for herring in the North Sea, and offloading in Sassnitz, Germany. The intern has been working with electrical, mechanical and refrigeration systems onboard, and in general been a part of the technical department onboard. The aim of this project is to uncover the possibilities for generating electrical power at a higher efficiency than it is currently being generated, particularly during the ships layover periods. The end product of this project can be used to make a viable economical assessment on whether to invest in some of the solutions or not. At this point, Ruth is already equipped with 2 diesel generators á 903 kva which are used when the ship is lying still, or the main engine is switched between high- and low step. During offloading, one diesel generator is running at around 50 % load. This is due to the refrigeration system, offloading pumps and other various loads. Due to the nature of pelagic fishing, the ship is laid still for up to 4 months a year (112 days in the spring of 2012). During these layover periods, the electrical load is very low, and one of the current diesel generators is running at 10-15 % load. This is where it is expected that some other option would deliver the power in a more efficient manner, thereby decreasing the price per kilowatt-hour. Through correspondence with the ships technical department, it has been established that a new diesel generator should have a peak power output of around 250 kw. This would cover the basic power consumption of the vessel and allow for the running of a single hydraulic pump, so that deck cranes and other hydraulic equipment can be used without the need for starting up one of the large diesel generators. The project also looks at the possibility of installing a smaller generator, only to cover the basic power consumption of around 80 kw at a very high efficiency. An alternative to installing a new diesel generator, is to use shore power from Hirtshals Ports own electrical supply. This has not been used yet, due to the high cost of 1,67 DKK per kilowatt-hour. Side 3 af 37

Indhold Abstract... 3 Indledning... 5 Læsevejledning... 6 Formål... 6 Problemformulering... 7 Projektafgrænsning... 7 Forudsætninger... 7 HG 264 Ruth... 8 Projektgrundlag... 9 Metode... 9 Fastsættelse af belastning i liggeperioder... 11 Analyse af landstrøm... 11 Kortlægning af nuværende forbrug... 12 Målemetode... 13 Forsøgsopstilling... 13 Forsøg... 14 Fremgangsmåde... 14 Resultater... 14 Analyse af data... 16 Validitet... 16 Reliabilitet... 17 Fejlkilder... 17 Ineffektivitet på lavt belastede dieselmotorer... 18 Brændværdi... 21 Specifikt brændstofforbrug ved 80 kw... 22 Sammenligning med nye generatorsæt... 24 112 kw - GAS 6 620 DSRI(M)G... 25 251 kw - Scania DC09 071A... 25 Udvælgelse af alternativer... 26 Installation... 27 Placering... 27 Investering... 28 Konklusion... 29 Perspektivering... 30 Efterskrift... 30 Kildehenvisninger... 31 Side 4 af 37

Indledning Dette projekt tager udgangspunkt i praktikophold ombord på fiskeskibet HG 264 Ruth. Praktikken er den afsluttende bachelorpraktik i uddannelsen til maskinmester på Aarhus Maskinmesterskole, og projektet er det afsluttende bachelorprojekt. Praktikken strakte sig over 2 måneders aktiv sejlads i Nordsøen under fiskeri efter sild, med lodsning i Sassnitz i Tyskland. Praktikanten har under udmønstringen arbejdet med maskin- og køleanlæg samt elektriske anlæg, alt sammen en del af det daglige arbejde som maskinmester ombord. Projektet omhandler en afdækning af hvilke muligheder der er for at levere strøm til skibet på en mere effektiv måde i liggeperioder, med henblik på at kunne lave en antagelig økonomisk vurdering af om det kan svare sig at investere i nogle tiltag. Ruth er i forvejen udstyret med 2 havnegeneratorer på hver 903 kva, disse benyttes når skibet ligger i havn, samt når hovedmotoren skal skiftes imellem high og low step under sejlads. Når skibet er i havn for at losse er der et betydeligt og varierende effektforbrug, dette skyldes at køleanlægget kører og lossepumperne starter og stopper under losning. Under disse forhold kører en enkelt havnegenerator ved omkring halv belastning. Grundet det pelagiske fiskeris natur, ligger skibet stille i op til 4 måneder om året (112 dage i foråret 2012), i disse måneder er der ingen større belastninger, og en af de nuværende generatorer vil køre med omkring 10-15 % belastning. Det er under disse liggeperioder at det ventes at en anden mulighed for elforsyning ville kunne levere strøm med en højere effektivitet, og dermed en lavere pris pr. kilowatttime. Igennem samtale med skibets maskinbesætning er det ønsket at en evt. ny havnegenerator skal have en effekt på ca. 250 kw. Det var vurderet at dette ville kunne dække effektforbruget på skibets elektriske systemer på 80 kw, men også tillade at man starter en hydraulikpumpe, således at besætningen kan bruge dækskraner, fortøjningsspil og lign. Projektet ser også på mulighederne for at installere en mindre havnegenerator, som dækker de 80 kw med så høj virkningsgrad som muligt, og så lade en af de store havnegeneratorer starte op når der skal bruges yderligere effekt til hydraulikpumper og lignende. Dette er muligt eftersom at der som regel altid er maskinbesætningen som er ombord når der skal udføres arbejde imens skibet ligger i havn. Alternativet til at bruge en havnegenerator er at koble skibet til landstrøm, dette er endnu ikke blevet anvendt grundet Hirtshals Havns pris på 1,67 kr. pr. kwh. Dog ønskes økonomien i en ny havnegenerator sammenholdt med økonomien i anvendelse af landstrøm. Side 5 af 37

Læsevejledning Denne rapport henvender sig til folk, som har en betydelig indsigt i de emner som behandles. Emnerne er EL, motorlære og økonomi med de tilhørende beregninger. Dette betyder at visse tekniske udtryk og formler ikke bliver forklaret i nogen dybde. Hvor det er vurderet som værende nødvendigt, er der skrevet en kort indledning til afsnittene, hvor der beskrives hvad afsnittet vil omhandle og formålet med afsnittet. Der vil løbende blive henvist til bilag som findes bagerst i rapporten. Bilagene er ikke angivet individuelt i indholdsfortegnelsen, men er løbende nummereret. Bilagene kan konsulteres hvis der ønskes uddybende detaljer. Formål De havnegeneratorer som er installerede på Ruth i forvejen, er groft overdimensionerede i forhold til den lave belastning de skal dække når skibet ligger stille. Derfor kører de med et unødvendigt højt brændstofforbrug. Formålet med dette projekt er at afdække hvilke muligheder der er for at levere elektricitet til skibet, med en højere effektivitet end den bliver nu, under liggeperioder. Derudover skal rapporten give et økonomisk overblik over den nuværende situation, samt hvilke besparelse, hvis nogen, der er at hente ved implementering af en af de foreslåede løsninger. Side 6 af 37

Problemformulering Hovedspørgsmål: Hvilket tiltag kan man gøre for at nedbringe omkostninger ved levering af strøm til skibet når det ligger stille? Underspørgsmål: Hvor stort er det nuværende brændstofforbrug ved kørsel med en enkelt havnegenerator til dækning af det basale energiforbrug? Hvor stor en besparelse er det muligt opnå? Projektafgrænsning Projektet tager ikke højde for fremtidige brændstofpriser, dvs. at den oplyste pris på hhv. MGO og MDO vil være den faste pris som regnes med. Projektet omhandler kun de økonomiske aspekter omkring emnet. Det er bestemt ikke uden betydning om udledningen af de forskellige miljøskadelige stoffer nedsættes eller ej, men det anses som værende unødvendig at beskrive i detaljer. Det opfattes på den måde at jo mindre brændstof der forbruges, jo mindre er udledningerne også. Projektet ser heller ikke på nogen form for elektrisk dimensionering og installation. Dimensionering af de elektriske installationer vil hurtigt komme til at fylde meget i rapporten, og har i sig selv ikke nogen økonomisk vigtighed. Forudsætninger Til dette projekt er der blevet lavet nogle forudsætninger og antagelser med henblik på at simplificere projektet på visse områder. Hvis ikke nogle detaljer bliver forenklede en smule, så kan overblikket over projektet forsvinde i beregninger og forklaringer omkring forskellige driftstilstande og situationer. Cos sættes i hele projektet til 0,8. Denne værdi stammer fra generatorsættenes mærkeplader. En effektfaktor på 0,8 er ikke usandsynlig for en net som det på Ruth, da de store belastninger hovedsageligt Side 7 af 37

er elektriske motorer som generelt har en cos ϕ på omkring 0,8 ved fuld last. 1 Dette betyder at alle effektberegninger og lign. vil anvende en cos på 0,8. Brændstofprisen for MGO er sat til 4,80 DKK pr. kg. Prisen er oplyst fra Ruth og er prisen ved sidste bunkring foretaget før 20. november 2012 Variationer i brændstofpriserne vil der ikke blive taget hensyn til. Dog skal man ved anvendelse af projektets resultater i fremtiden forvente variationer i de økonomiske konsekvenser som følge af ændringer i brændstofpriserne i forhold til dem der anvendes i projektet. Prisen på dieselolien, MDO, som vil skulle bruges til et mindre generatorsæt, er 4,90 kr. pr. liter. Oplyst på samme tid som prisen på MGO. Den tid som skibet lå stille i år er oplyst til 112 dage. Det er ikke sandsynligt at skibet ligger stille præcist lige længe hvert år, men de 112 dage anvendes til beregninger i projektet. Også her skal der tages forbehold ved anvendelse af resultaterne, da antallet af liggedage kan variere betydeligt fra år til år. Densiteten af brændstoffet er baseret på bilag 1som er en analyse af brændstoffet. Her ses at densiteten er på 0,858 kg/ liter. Prøven er lavet ved 15 grader. Forskelle i densiteten som følge af temperaturen har ikke noget at sige for forsøgenes nøjagtighed, da det her er vægten af olien som er gældende. Mere kan læses om dette under afsnittet: Forsøgsopstilling. Dog vil densiteten spille ind ved de økonomiske beregninger, da prisen på MGO er opgivet i kr. pr. liter, og dermed skal omregnes til kr. pr. kg. som er den mængde der er oplyst fra forsøgene. Densiteten på MDO er sat til 0,900 kg/liter. HG 264 Ruth Ruth er et topmoderne pelagisk fiskefartøj bygget i 2003 på Fitjar Mekaniske Verksted AS i Norge. Skibet blev oprindeligt døbt Ordinat, men blev i 2007 købt af det Hirtshals baserede rederi Rederiet Ruth A/S og omdøbt til Ruth. Skroget er smalt og strømlinet hvilket giver en uovertruffen brændstoføkonomi og mulighed for at skyde op 16 knob igennem vandet, dog med den ulempe at skibet er mindre stabilt end nyere skibe af den type som typisk er op til 18 meter brede. Ruth har en længde overalt på 68,8 m, en bredde på 13,8 m og 2017 bruttotons. Skibet er udstyret til fiskeri med snurpenot og pelagisk trawl og har en lasteevne på 2020 m 3 i 12 RSW tanke. Fiskeri med Ruth foregår efter arterne: sild, makrel, tobis, blåhvilling, brisling og lodde. Tobisfiskeriet er dog svingende og i år har der ikke været noget fiskeri efter tobis. På grund af at de andre arter i sæsonbetingede, resulterede dette i at skibet lå stille i Hirtshals i tæt ved 4 måneder. I disse måneder kører en af de 2 hjælpemotorer for at levere strøm til skibet. 1 Elektroteknik 3 side 214. Side 8 af 37

Ruth er udstyret med en Wärtsilä 9L32 hovedmotor på 4.500 kw til fremdrivning, med en tilhørende akselgenerator. Som hjælpeaggregater har Ruth 2 Mitsubishi S12A2 dieselmotorer med tilhørende generatorer som hver leverer 903 kva. Den ene er placeret i maskinrummet, og den anden er placeret i et rum for sig selv fremme under bakken. Projektgrundlag Ideen til projektet er kommet af praktikantens observation af, at der alene fandtes de store havnegeneratorer ombord til elproduktion når akselgeneratoren ikke var indkoblet. Dette førte til samtale om emnet og det blev afdækket, at rederiet på idéstadie allerede havde omdiskuteret en installation af en ny, mindre havnegenerator til anvendelse når skibet ligger stille. Dette blev dog aldrig taget videre, da det på omtrent samme tid blev spekuleret i at bygge et helt nyt skib. Korrespondensen omkring emnet lød umiddelbart på at den studerende skulle gå direkte i gang med at undersøge mulighederne omkring installation af en ny havnegenerator, men for projektets helhed, ønskes andre muligheder også undersøgt. Altså selvom projektet har taget udgangspunkt i en diskussion om installation af en ny havnegenerator, så skal det ikke udelukke andre muligheder. Projektet vurderes som værende yderst relevant for maskinmesterprofessionen, og især feltet som hedder energioptimering. Både på et økonomisk en miljømæssigt plan er det hensigtsmæssigt at produktionen af elektrisk energi ombord, foregår så effektiv som muligt. Metode Dette afsnit beskriver de overvejelser som er blevet lavet i forbindelse med valg af fremgangsmåde til projektet. Den korrekte måde at gribe et projekt an på, er yderst betydningsfuldt for troværdigheden og anvendeligheden af projektet. Desuden er en grundig dokumentation af fremgangsmåden uundværlig hvis der senere hen skal udføres forsøg som skal be- eller afkræfte de resultater som er fundet i projektet. Også ved gennemgang eller fejlsøgning i et projekt eller resultater vil fremgangsmåder og metoder blive undersøgt. Fremgangsmåden som er valgt til dette projekt er den klassiske hypotetisk-deduktive metode. Den hypotetisk-deduktive metode er en metode, eller model, hvor man fremsætter en påstand, en antagelse eller en forudsigelse, som så skal be - eller afkræftes igennem eksperimenter eller andet videnindsamling. Side 9 af 37

Ifølge Karl Popper skal er en teori først videnskabelig, når der også er formuleret eller defineret en måde hvorpå den kan modbevises. 2 Den grundlæggende antagelse eller teori bag projektet er, at de store generatorsæt leverer strøm med en lav virkningsgrad, da de er overdimensioneret i forhold til belastningen. For at be- eller afkræfte denne teori, skulle et forløb planlægges som kunne afdække de ting som var nødvendige at vide. En bekræftelse af teorien ville vise at generatorsættet kører med en dårlig virkningsgrad, og en afkræftelse af teorien ville vise det modsatte. Dermed er det klart defineret hvordan teorien be- eller afkræftes, og den kan siges at være en videnskabeligt korrekt teori eller påstand. Først skulle den egentlige virkningsgrad fastlægges. Dette gøres på den måde som er beskrevet under afsnittet Kortlægning af nuværende forbrug. Men det er ikke nok til at fastslå om det er en lav eller høj virkningsgrad. Derfor skal virkningsgraden sammenholdes med virkningsgraden på de foreslåede alternativer. For en ny havnegenerator kan virkningsgraden mere eller mindre sammenholdes direkte med den oplyste virkningsgrad fra fabrikantens side, med forbehold for prisforskellen på MGO og MDO. Med landstrøm kan man sammenligne prisen for landstrøm og prisen for det brændstof man bruger i det nuværende generatorsæt. Når det er fastlagt hvor meget brændstof der egentlig bliver brugt, så kan virkningsgraden udregnes da det også vides hvor meget der bliver leveret fra generatoren. Virkningsgraden som man får, er virkningsgraden for hele generatorsættet, altså både dieselmotoren og generatoren. Virkningsgrad forstås her som det specifikke brændstofforbrug, altså sammenlignes mængden af brændstof som forbrændes for at producere en kilowatttime. 2 Hagtveit, B.: Ideologienes århundre forlaget Dreyer ISBN 978-82-8265-004-5 Side 10 af 37

Fastsættelse af belastning i liggeperioder Ud fra samtale med maskinchef Andrew Hansen, skønnes den faste belastning i liggeperioder at være på 50-80 kw, varierende efter aktivitet ombord. Belastningerne er blandt andet: Elvarme diverse steder ombord, luftkompressorer, ventilation, køle- og frysestores, computere og andet elektronisk udstyr og lys omkring på skibet. Skønnet er baseret på observationer af skibets PMS 3 som kan vise øjebliksbelastningen på skibets net. For at sikre at en eventuel løsning ikke underdimensioneres, så anvendes 80 kw som den faste belastning videre i projektet. Det ville være mest økonomisk at kunne ramme den præcise belastning når man dimensionerer, men det ville ikke være hensigtsmæssigt at dimensionere et nyt anlæg således at det ikke kan dække den højeste belastning sikkert. Analyse af landstrøm Dette afsnit beskriver de betragtninger som er blevet lavet i forbindelse med muligheden for at anvende landstrøm fra Hirtshals havn. Priser og information er indhentet fra Hirtshals Havn. Det nemmeste, og mindst investeringskrævende alternativ til de store havnegeneratorer ville være at stilslutte skibet til landstrøm. Skibet er som sådan klart til tilslutningen, så det ville reelt kræve nul kroner i investering. Hirtshals Havn leverer landstrøm med mulighed for tilslutning til 5 styrker med følgende priser: Ved tilslutning til 10 A stik: Ved tilslutning til 16 A stik: Ved tilslutning til 32 A stik: Ved tilslutning til 63 A stik: Ved tilslutning til 125 A stik: 88,19 Dkr. pr. døgn 396,90 Dkr. pr. døgn 721,65 Dkr. pr. døgn 1.523,49 Dkr. pr. døgn 3.046,97 Dkr. pr. døgn Som det ses her, er den maksimale leveringsevne på 125 A. Dette svarer til en effekt på: 76,2 kw er i underkanten af den belastning som der regnes med i projektet, og det forventes ikke at kunne dække belastningen på 80 kw. Hvis det skulle lykkes at bringe belastningen ned på f.eks. 70 kw, så er det stadigvæk meget tæt på sikringens smeltestrøm, og et lille udsving ville kunne medføre at sikringen sprang. Et sådant udsving ville eksempelvis være hvis kølekompressoren på skibets stores startede samtidig med at 3 Power Management System Side 11 af 37

alle varmelegemer ombord var aktive. Ulempen er dermed klar, at der kan komme afbrydelser som skal tilses i tide og utide. Selvom det ikke anses som værende en holdbar løsning at tilslutte skibet til landstrøm, med de anlæg som er til rådighed nu, så ønskes den økonomiske synsvinkel alligevel belyst. Som det kan ses på bilag 2, så kan man købe landstrøm fra Hirtshals Havn med eller uden måler. Køber man uden måler, er prisen fast 3.046,97 kroner pr. døgn. Dette svarer rundtregnet til at man kører med maksimal belastning af sikringen 24 timer i døgnet, afhængig med hvilken cosϕ man anvender. som svarer til den samme pris som man ville få ved køb med måler for køber man med måler, så bliver strømmen afregnet med 1,67 kroner pr. kwh. Det antages at hvis man køber med eller uden måler, så kommer prisen pr. kwh. til at ligge på de 1,67 kr. for belastningen kommer som sagt til at ligger over de 76,2 kw som landstrøm kan levere. Så med henblik på at lave en prissammenligning vil 1,67 kr. pr. kwh blive anvendt. Dermed bliver prisen for anvendelse af landstrøm 3054 kr. pr. døgn. Kortlægning af nuværende forbrug Før der kan laves nogen beregning på en eventuel besparelse er det fundamentalt at man får et indblik i hvor meget brændstof bliver brugt ved en given belastning på nuværende tidspunkt. Når man ved hvor meget brændstof der bliver brugt til at levere en kwh, så kan man sammenligne værdierne med opgivne værdier på evt. nye generatorsæt, eller med prisen strøm fra andre kilder. Ombord på Ruth findes desværre ikke nogen form for flowmåling af brændstoffet til hjælpemotorerne, så der er ikke nogen måde man kan observere eller måle det faktiske forbrug. Til at kortlægge forbruget skulle en målemetode frembringes. Formålet med målingerne er at fastsætte præcist hvor meget brændstof bruges når generatoren kører ved en given belastning. Den ene mulighed var at anskaffe et flowmeter og montere dette på strengen til motoren, for på den måde at se løbende hvor meget brændstof blev brugt. Den anden mulighed var at lave en beholder som motoren kunne suge fra, og på den måde følge med i forbruget over tid. Side 12 af 37

Målemetode Metode 1 blev fravalgt efter som at et flowmeter monteret på brændstofrøret ville give en falsk måling på grund af at motoren sender end del af brændstoffet retur til tanken. At omgå dette ville kræve et større indgreb i rørføringen som alt sammen kunne undgås ved at anvende metode 2. Den ønskede belastning til forsøget skulle ligge på 80 kw. Men da det ikke er mulighed for at belaste generatoren med præcis den ønskede belastning, blev forsøget udført med en belastning som lå omkring 160 kw. Denne belastning fandtes en overgang mod slutningen af losning i Sassnitz hvor køleanlæggene er helt slukkede. Det optimale ville være at kunne lave forsøget ved 80 kw som angivet under afsnittet Fastsættelse af belastning i liggeperioder, men denne belastning ville aldrig blive sandsynlig at komme i nærheden af så længe skibet var i aktiv drift, så de 160 kw blev anvendt i stedet for. Forsøgsopstilling Opstillingen består af en beholder og 3 slanger (se figur 1). En slange suger brændstof til motoren og 2 slanger (en fra hver side af motoren) fungerer som returslanger. Alle 3 slanger går ned i beholderen. Beholderen er en brugt sæbedunk hvor der er skåret huller i toppen til slangerne. På siden af beholderen er markeret en afstand som svarer til 5 liter i dunken. Ved at sætte stregerne på den øvre halvdel af dunken undgås flere ting: det brændstof som løber retur i beholderen føres helt til bunden, og den store mængde af brændstof som er i beholderen gør at overfladen er rolig og nemmere at aflæse. Endvidere undgås problemer med beholderens hældning som følge af skibets trim, fordi overfladen på brændstoffet aldrig kommer udover dunkens lige og parallelle sider. Stregerne som markerer mængden af brændstof som Figur 1 Forsøgsopstilling: Den grønne slange nederst i billedet suger fra beholderen til motoren igennem en kugleventil som ses oppe i venstre hjørne. De 2 andre slanger er returslanger (en fra hver side af motoren). forbruges, er sat efter at 5 liter er blevet hældt i fra en sekundær dunk. Om stregerne præcis viser 5 liter er uvist og irrelevant, da det er vægten af brændstoffet som bruges til videre beregninger. Vægten er fastslået ved at veje mængden af brændstof i den sekundære dunk som var fyldt op til 5 liter mærket. Vægten er 4,14 kg. Der efter er brændstoffet hældt over i målebeholderen hvor stregerne blev sat før og efter. Sugeslangen fra beholderen er koblet til motoren igennem en kugleventil, og derfra løber brændstoffet ind samme vej som det ville gøre hvis det kom fra brændstoftanken. Til opfyldning imellem forsøg kan der Side 13 af 37

åbnes imellem brændstoftanken og beholderen, og grundet forskel i niveau løber brændstof igennem slangen i ned i beholderen og fylder den op. Forsøg Forsøget går i grunden ud på at måle hvor hurtigt motoren forbrænder de 4,14 kilo brændstof. Dette gøres ved at tage tid med et stopur imens der observeres på niveauet i beholderen. Ud fra måleresultaterne kan det beregnes hvor meget brændstof bliver brugt på en time. Fremgangsmåde 1. Motoren startes op og kører i tomgang indtil den opnår driftstemperatur. 2. Motoren kobles over til at suge brændstof fra beholderen og kører i 2 minutter på denne måde så det sikres at alle slanger er fyldte og at flowet igennem dem nu er konstant 3. Generatoren kobles ind på nettet og overtager belastningen. 4. Beholderen fyldes så niveauet er lige over den øverste afmærkning 5. Der lukkes for brændstof fra tanken igen, og motoren kører igen udelukkende på brændstof fra dunken. 6. Der observeres hvornår brændstofniveauet krydser den øverste afmærkning og tidtagning startes 7. Der observeres hvornår brændstofniveauet krydser den nederste afmærkning og tidtagning stoppes og tiden noteres. For at få et godt gennemsnit, og sikre sig reliabiliteten og repeterbarheden i forsøgene, så laves hver måling 15 gange. På den måde er det muligt at se om målingerne ligger indenfor et område som kan skønnes at være acceptabelt. Dermed ment, at hvis en måling stikker meget ud i forhold til resten, så skal den kasseres og det skal afdækkes hvilken ekstra belastning er kommet på eller røget af nettet i mellemtiden. Eller hvis man ser en tendens til at målinger bevæger sig i en retning, så kan det betyde at belastningen på nettet i øjeblikket slet ikke er stabil nok til at foretage målingerne. Resultater I bilag 4 ses måleresultater for forsøget. Målingerne viser at forbruget ligger på 42,14 kg. pr. time. Der er også oplyst at belastningen ud fra PMS er opgivet til 160 kw. Belastningen er fastlagt ud fra en tids observation af øjebliksbelastninger på PMS da belastningen er svingende. Ud fra målingerne kan forbruget pr. kilowatttime udregnes: På en time, vil generatoren have leveret 160 kwh. Dette divideres op i mængden af brændstof for at finde det specifikke brændstofforbrug (c b ) Side 14 af 37

Belastningsgraden af generatorsættet udregnes til at være: Som det ses på Figur 2 i næste afsnit, så stiger det specifikke brændstofforbrug i takt med at belastningsgraden falder. Og motorens belastning passer nogenlunde overens med det specifikke brændstofforbrug på grafen ved ca. 20 %. Prisen pr. kwh. Ved en belastning på 160 kw kan udregnes: Prisen pr. kwh. Ved 160 kw belastning er ikke i sig selv interessant for projektets økonomi, da det er prisen ved 80 kw som er sigende. Men det viser, at selv helt nede ved 22,9 % belastning, så leverer generatorsættet stadigvæk elektrisk effekt til en lavere pris (ca. 12 % lavere) end det ville koste at koble sig på landstrømmen. Foruden det beskrevne belastningsforsøg, blev også et tomgangsforsøg udført på samme måde, bare uden belastning. Se afsnittet Specifikt brændstofforbrug ved 80 kw for nærmere info. Og bilag 3 for måleresultaterne. Side 15 af 37

Analyse af data Dette afsnit belyser de overvejelser som er lavet omkring brugbarheden af de indsamlede data. Eftersom at forsøgsdata typisk er rygraden i de fleste videnskabelige undersøgelser, så er det yderst vigtigt at de, udover at blive indsamlet, også bliver analyseret med henblik op at fastslå om de kan anvendes, og om de viser noget om de forhold som man faktisk har i sinde at undersøge. Validitet Validiteten fortæller noget om hvorvidt man egentlig måler det som man ønsker at måle. Det vil sige, at ønsker man at måle en temperatur, så hjælper det ikke at man anvender et manometer. Eller en mere sandsynlig fejl, at man vil bruge en multimeter til at måle en strøm, men har i stedet for slået det over til at måle spænding. På den måde får man nogle værdier som man ikke kan bruge til noget, eller i værste fald, man får nogle værdier som er helt forkerte, men som anvendes videre da fejlen ikke er blevet opdaget. Validiteten i forsøgene til dette projekt vurderes som værende rigtigt god. Det som er blevet målt er en mængde brændstof som bliver forbrugt hen over en tid(masse over tid). En simpel enhedsanalyse vil vise at det som bliver målt er et masseflow: Der kan ikke som sådan angives nogle fejlkilder mht. validiteten. Vægten hvor brændstoffet blev vejet viste en masse, og stopuret som tiden blev taget med vurderes til at have talt minutter og sekunder med en nøjagtighed som er rigelig til forsøget. Da forsøget blev lavet for allerførste gang var der dog en indikation på at noget var galt. Det viste sig at der ikke var blevet taget højde for at motorens brændstofpumpe tog meget mere brændstof end det som egentlig bliver brugt i motoren. Brændstoftilgangen til motoren sad på bagbord side, og her blev brændstoffet suget ind til pumpen på den side. Derfra blev brændstoffet også sendt over til pumpen på den anden side, samt retur til tanken. Fra pumpen på den anden side blev også en del brændstof sendt retur til tanken. Eftersom at motoren i det første forsøg kun sugede fra beholderen, og sendte returen tilbage i tanken som den gør under normal drift, så tømtes beholderen urimeligt hurtigt. Det blev dog hurtigt opdaget hvad problemet var, og slanger blev sat på som førte returen ned i beholderen, således at det flow som blev målt svarede til det brændstof som motoren bruger. Side 16 af 37

Resultaterne som viste et specifikt brændstofforbrug på 0,263 kg/kwh peger også på at målingerne ligger i et område som bestemt er troværdigt. Derfor kan validiteten for forsøget beskrives som god, og at det som ønskes målt er blevet målt. Reliabilitet Reliabiliteten i målinger fortæller noget om hvor præcise eller korrekte de er. Det kan godt være at det man måler er det rigtige, validiteten er i orden, men hvis målinger er for upræcise og inkonsistente, så går det også ud over brugbarheden og rigtigheden af resultaterne. Der er mange faktorer som kan spille inde på reliabiliteten af målingerne i forsøget. De to største faktorer er: Fejlaflæsning: niveauet af brændstoffet synker så langsomt i beholderen, at det kan være svært at afgøre præcis hvornår der krydser stregerne og tidtagning skal starte og stoppe. Den præcise belastning i øjeblikket: observation af belastningen blev fortaget i et stykke tid inden selve tidtagningen startede. Dog kan belastningen variere under tidtagningen og fra en tidtagning til en anden. På trods af de nævnte faktorer, så vurderes reliabiliteten i målinger til at være god. Resultaterne afspejler minimale udsving. I og med at målinger strækker sig over flere minutter, så antages det at fluktuationerne i belastningen udjævner sig således, at gennemsnitsbelastningen svarer til den er som er udledt ved at observere på PMS i et stykke tid før målinger påbegyndes. Derudover er selve antallet af målinger med til at bekræfte at der ikke er de store udsving. Med det sagt, så vil der altid være en smule variationer i målingerne, grundet de nævnte faktorer, men målingerne anses bestemt som værende troværdige. Se mere under Fejlkilder om hvad er blevet gjort for at omgå problemer med reliabiliteten. Fejlkilder Som beskrevet på forrige side, så var især 2 faktorer med til at påvirke præcisionen, her beskrives hvad der blev gjort for at minimere betydningen af dem. Med hensyn til aflæsning og tidtagning, så blev den foranstaltning taget, at det var samme person der foretog alle aflæsninger, således at tidtagning startede og stoppede så ens som muligt. Med hensyn til variationerne i belastning, så var der begrænsede muligheder for at nedbringe disse. Ud over at forsøgene blev lavet sent om aftenen, hvor aktiviteten og anvendelse af ustyr er mindst mulig, så blev besætningen bedt om ikke at starte noget udstyr op, så som hydraulik og f.eks. ikke at ændre på indstillingen af elvarmen i kahytterne. Ligeledes blev de bedt om ikke at begynde, at lave mad i kabyssen. Side 17 af 37

Det er dog ikke kun i målinger i forsøg, at fejlkilder findes. I forbindelse med udregninger er der blevet laver afrundinger som kan påvirke det endelig resultat, men dette anses ikke som havende større betydning. Derimod har de antagelser, som er lavet til projektet, stor betydning for resultatet. Eksempelvis densiteten, mht. udregning af prisen. Densiteten er taget fra en olianalyse foretaget i april 2011. Dette er ikke den en nyeste olieanalyse som fandtes ombord, men det var den nyeste som indeholdt så mange oplysninger, så oplysningerne er taget fra den, i den lid til at MGO (0,2 %) er en ret standardiseret sammensætning uanset hvor den kommer fra. Dermed ses også bort fra om det bliver taget nogen forholdsregler for at sikre den angivne pris ved bunkring af olien. Jeg har bemærket at olien som bliver pumpet ombord er varm for at den skal løbe nemmere, men dette kan nedbringe densiteten, således at man reelt får en mindre mængde olie for pengene, hvis ikke der er en form for kompensation for dette. Ineffektivitet på lavt belastede dieselmotorer Som det ses i det foregående afsnit, så er det konkluderet at motoren kører med en meget lav belastning (22,9 %) ved 160 kw. Ved de 80 kw (11,3 %) som den ville køre med langt hovedparten af tiden hvor skibet ligger stille er belastningen ekstra lav. Dette afsnit giver en kort forklaring på hvorfor det ikke er hensigtsmæssigt at en dieselmotor kører med lav belastning. Det er ikke noget nyt at en dieselmotor som kører med lav belastning (især under 50 % af MCR) kører med en lav virkningsgrad. Dette skyldes at forbrændingen ved den lave belastning bliver ineffektiv, og at de mekaniske tab (som kan sættes til at være nogenlunde konstante ved faste omdrejninger) optager en overvejende større del af brændstofforbruget i forhold til den effekt som bliver leveret. En forbrændingsmotors effekt kan, som med alle roterende maskiner, udledes fra drejningsmomentet og omdrejningerne. En motor som driver en generator kører med faste omdrejninger (1800 o/min. i dette tilfælde). Når belastningen og dermed den afgivne effekt fra motoren falder, er det da kun momentet som kan være faldet, da omdrejningerne er konstante. Dette kan oversættes direkte til et lavere tryk på motorens stempler, som igen giver en forbrænding som ikke forløber optimalt. Figur 2: Et typisk forløb for en motors specifikke brændstofforbrug som følge af belastningen Side 18 af 37

Den dårlige forbrænding som man får ved den lave belastning medfører tilsodning, samt udledning af mere NOx og SOx. Foruden det miljømæssige aspekt med de øgede udledninger, så har tilsodningen også direkte økonomisk effekt, da den kan medføre hyppigere vedligehold af motoren, samt dårligere drift når den kører tilsoddet. 4 Motorerne som findes ombord på Ruth, har endnu en faktor som medfører dårlig virkningsgrad, og det er motorernes høje antal stempler givet af motorernes V12 konfiguration. Det høje antal stempler medfører store mekaniske tab i motoren, som forringer virkningsgraden yderligere. Hvor en række 6 konfiguration, som man finder på de fleste generatorsæt i størrelsen 100-200 kw, kun har 6 stempler med tilhørende lejer og stempelringe, så har de nuværende motorer dobbelt så mange, som alle bidrager til de mekaniske tab i motoren. Fra et vedligeholdsmæssigt aspekt er kørsel med lav belastning bestemt heller ikke ønskværdig. Indersiden af en cylinderforing er slebet med en proces som kaldes honing hvor små ridser slides ind i siden, både i en cirkuler og langs bevægelse. Disse ridser har til formål at holde på smøreolien på cylindervæggen således at den ikke bare bliver skubbet op og ned af stempelringene. Det lave tryk under forbrænding kan medføre at stempelringene ikke fungerer optimal, da de til dels er afhængige af trykket fra forbrændingen for at slutte helt tæt til cylinderforingerne. Når stempelringene ikke slutter helt tæt, slipper forbrændingsgasser og rester forbi ringene og sætter sig på cylinderforingerne hvor de kan reagere med smøreolien og glasere cylinderforingen med en super hård emalje-lignende belægning. Denne glatte belægning gør at cylinderforingens overflade nu er helt glat, og at smøreolien ikke længere hænger fast som den skal. Dette medfører et stærkt forøget smøreolieforbrug. Derudover risikerer man at smøreolien forurenes og syrnes af de forbrændingsrester som slipper forbi stemplerne og ned i oliesumpen. Den ringe forbrænding kan også lede til en utilsigtet polering af cylinderforingen. Når forbrændingen forløber uhensigtsmæssigt som følge af den lave belastning, så dannes der megen sod som sætter sig omkring i motoren. Foruden tilsodning af ventiler, turboladere og indsprøjtningsdyser, så kan soden sætte sig på cylinderforingen som så bliver poleret af stempelringenes bevægelser op og ned. Dette medfører igen en helt glat overflade med samme konsekvens som ved glaseringen. Tilsodningen kan også medføre at stempelringene kokser fast i ringsporene på stemplet. 5 6 4 http://www05.abb.com/global/scot/scot293.nsf/veritydisplay/c348ae87dd99ce5cc12574e30023fede/$file/maritime %20El%20Installations%20and%20DE%20Propulsion.pdf 5 http://coxengineering.sharepoint.com/pages/boreglazing.aspx 6 Skibsdieselmotorer, Jensen, P.S. s. 3.49-3.50 Side 19 af 37

Speed rpm Load % SFOC g/kwh Power 900 16,7 252 300 900 33,3 214 600 900 50 197 900 900 66,7 191 1200 900 83,3 187 1500 900 100 185 1800 Tabel 1 Belastningsdata modtaget fra Marintek. Her ses det specifikke brændstofforbrug i forhold til belastningen. Som supplerende dokumentation for påstanden om den lavere virkningsgrad, blev der taget kontakt til det norske selskab Marintek som er den maritime del af det norske Stiftelsen for industriell og teknisk forskning, SINTEF 7. Her blev der spurgt om det var muligt at få et eksempel på en motors brændstofforbrug som følge af belastningen. Det blev understreget at det var vigtigt at det var fra en motor med fast omdrejningstal. Tabel 1 viser det specifikke brændstofforbrug for en Bergen C 25:33 dieselmotor. Motoren er betydeligt større en den motor som er findes i generatorsættet ombord på Ruth, men den har konstante omdrejninger, som er vigtigt for de mekaniske tab. Figur 3 viser en grafisk fremstilling af resultaterne fremsendt af Marintek. Det ses at kurven til forveksling følger kurven i figur 2. Det kan med stor sikkerhed antages af havnegeneratoren på Ruth kører i et yderst ineffektivt belastningsområde. Figur 3 Grafisk fremstilling af testbænkresultaterne modtaget fra Marintek. Her ses det at kurven for Cb nogenlunde følger den som er vist i figur 2. 7 http://www.sintef.no/home/marintek/about-marintek/ Side 20 af 37

Brændværdi Dette afsnit redegør for de forskellige brændværdier, øvre og nedre. Afsnittet har til formål at komme frem til den nedre brændværdi på brændstoffet som anvendes ombord, da den ikke er oplyst i de olieanalyser som det har været muligt at rekvirere fra skibet. Brændværdi er generelt meget vigtigt for indkøbere af olie at vide, da det er en største enkeltfaktor som har indvirkning på oliens værdi. Det er klart at olie med en lav brændværdi ikke er lige så værdifuld som olie med en høj brændværdi. Den øvre brændværdi (h s = superior heat of combustion) kan beskrives som: 1. Temperaturen af olien før, og temperaturen af udstødningsgasserne efter forbrændingen er 20 C (eller den samme temperatur) 2. Alt vand, både det som oprindeligt findes i olien, samt det som bliver dannet ved forbrændingen findes i udstødningsgasserne på væskeform. Dvs. at al den energi som er i brændstoffet er omdannet, og den energi som udledes som vanddamp kondenserer igen, således at den kondenseringsvarme også optages. Den nedre brændværdi (h i = inferior heat of combustion) adskiller sig fra den øvre på punkt 2. Ved en forbrænding hvor den nedre brændværdi er den frigjorte, er alt vand, både det som allerede er i brændstoffet og det som dannes ved forbrændingen af brint, på dampform når det forlader udstødningen. Dette medfører at den nedre brændværdi pr. definition er lavere, da man ikke optager kondensastionsvarmen igen. Det er denne nedre brændværdi som anvendes ved beregninger på motorer, da man udleder udstødningsgasser ved ikke mindre end ca. 170 C da man under denne temperatur begynder at få kondensation i udstødningen som kan danne svovlsyreforbindelser og lignende som virker ætsende i udstødningen. På bilag 1 ses en olieanalyse foretaget i forbindelse med en bunkring i Island. Her er oplyst en Heat of Combustion på 10907 kcal/kg, som svarer til 45,64 MJ/kg. Det er også oplyst at brændværdien er Gross Heat of Combustion altså brutto brændværdien, eller øvre brændværdi. Dette kan som sagt ikke anvendes ved beregninger på motorer, da udstødningen forlader motoren langt over kondenseringstemperaturen for udstødningsgasserne. Et brændstofs nedre brændværdi kan udregner med formlen: Side 21 af 37

Hvor indholdet af de forskellige stoffer indsættes i vægt %. Værdierne som ganges på indholdet af de forskellige stoffer svarer til den mængde energi som frigives ved komplet forbrænding af dem. Det vides desværre heller ikke noget om brændstoffets indhold af de forskellige stoffer, så den nedre brændværdi kan ikke udregnes. Den nedre brændværdi for MGO som anvendes i projektet, er derfor sat til 42,65 MJ/kg. Værdien kommer fra en rapport omkring maritime brændstof destillater, se bilag 9. Specifikt brændstofforbrug ved 80 kw Et specifikt brændstofforbrug på 263 g/kwh ved 160 kw viser tydeligt at generatorsættet kører et godt stykke udenfor det optimale driftspunkt. Et tomgangsforsøg med havnegeneratoren viste et forbrug på 19,09 kg/h. Se bilag 3 for forsøgsresultater. Det brændstofforbrug som blev målt under tomgangsforsøget, bliver kun anvendt til at holde motoren kørende dvs. overvinde de mekaniske tab som findes i motoren samt generatoren. Der er derfor brug for en måde til at lave en overslag over det faktiske specifikke brændstofforbrug ved de 80 kw. Det har ikke været muligt at finde præcedenser for beregninger af denne type. Og kontakt til Nordhavn A/S og Marintek har heller ikke kastet noget af sig. Derfor vil beregningerne blive baseret på antagelser og vurderinger. Dette er bestemt ikke den mest videnskabelige måde at gribe problemet an på, men det vurderes at man kan lave en rimelig antagelse ud fra den rekvirerede viden omkring dieselmotoren samt teori fra uddannelsen. Hvis det antages af de mekaniske tab i motoren forbliver de samme, da omdrejningstallet er konstant, så kan man vedtage at det brændstof-forbrug som er målt under tomgangsforsøget kun bliver brugt til at drive motoren rundt, som skrevet tidligere. Derfor må al effekt som skal udtages fra generatoren komme fra brændstof som tilføres yderligere. Til at fastslå hvor meget brændstof der skal tilføres yderligere skal brændstoffets nedre brændværdi vides, Brændværdien er sat til 42,65 MJ/kg. Se afsnittet Brændværdi for nærmere detaljer. 80 kw i form af brændstof som han har en nedre brændværdi på 42,65 MJ/kg svarer til et masseflow på: Side 22 af 37

Som svarer til 6,75 kg/h som skal tilføres yderligere foruden de 19,09 som bruges i forvejen når motoren kører i tomgang. Dette svarer dog til at det brændstof som tilføres bliver omdannet 100 % til elektrisk energi som kan tages ud af generatoren, som ikke er tilfældet. Selv om de 19,09 kg/time er taget fra til at dække de mekaniske tab i motor og generator, så er der stadigvæk tab i forbrændingen som gør at mere brændstof skal tilføres end umiddelbart beregnet. Derudover har generatoren også en virkningsgrad som skal medregnes. Ser man på den yderligere mængde brændstof som er tilsat for at man kan trække 160 kw elektrisk effekt ud fra generatoren, så bliver den mængde: Ganger man brændværdien på får man en tilført effekt fra brændstoffet på: Dermed kan man udregne en virkningsgrad på det ekstra tilførte brændstof: Hvis man så lægger denne virkningsgrad sammen med den effekt som skal udtages fra generatoren, 80 kw, så kan man få et overslag over hvor meget brændstof der skal tilføres. Den effekt kan så omregnes til en yderligere tilført mængde brændstof: Den samlede mængde tilført brændstof ved 80 kw kan så udregnes: Når et samlet forbrug er udregnet ved de 80 kw, kan et specifikt forbrug udregnes på samme måde som det er gjort ved 160 kw. Side 23 af 37

Dette resultat skal tages med det forbehold, at virkningsgraden på selve forbrændingen højst sandsynligvis ikke er lige god ved 80 kw som den er ved 160 kw. Men det viser helt klart at forbruget pr. kilowatttime øges betragteligt af at belastningen kommer så langt ned. Antager man at det udregnede specifikke forbrug er korrekt, så vil man få en pris pr. kilowatttime på: Med en pris på 2,14 kr. pr. kilowatttime, så er de nuværende generatorsæt bestemt ikke konkurrencedygtige med prisen i forhold til landstrøm. Sammenligning med nye generatorsæt Dette afsnit omhandler 2 forskellige generatorsæt som opfattes som værende passende til installationen. Formålet med afsnittet er at fremhæve hovedkarakteristikkerne for generatorsættene, med fokus på sættenes ydelse og forbrug. Afsnittet skal opfattes som teoretiske sammenligninger med andre generatorsæt, med henblik på at give er overblik over hvilket område forbruget ligger på et generatorsæt som er mere tilpasset belastningen. Afsnittet præsenterer 2 forskellige sæt, ét som har en ydelse der ligger på omkring 100 kw, og som derfor kun vil kunne dække den basale belastning, og altså ikke tillade opstart af hydraulikpumper eller lignende. Det andet sæt har en ydelse på 250 kw, og vil dermed muliggøre opstart af en hydraulikpumpe. Sættene og oplysningerne omkring kommer fra Nordhavn A/S, som er leverandør af dieselgenerator sæt i størrelserne 50-1000 kw. Foruden generatorsæt leverer Nordhavn også dieselmotorer til fremdrivning. Det har af gode grunde ikke været muligt at lave forsøg og undersøgelser på disse generatorsæt i lige så stor grundighed som dem der blev lavet på generatorsættet ombord. Derfor har det kun været muligt at anvende oplyste værdier om forbrug. Det er ikke spørgsmålet om oplysningerne er sande eller ej, men det at de er oplyst ved f.eks. 100 % belastning. Det vil sige at man må gisne sig frem til forbruget ved de 80 kw. Side 24 af 37

112 kw - GAS 6 620 DSRI(M)G (Se bilag 7) Dette 112 kw generatorsæt fra SISU Diesel har et brændstofforbrug på 30,8 liter i timen ved 100 % belastning. Da belastningen på 80 kw kommer til at ligge lige omkring 71 % som er tæt på motorens optimeringspunkt, så kan det specifikke brændstofforbrug overføres direkte: Det vil sige at prisen på en kilowatttime fra det lille generatorsæt bliver (se bilag 9 for densitet på MDO): 251 kw - Scania DC09 071A (Se bilag 8) Brændstofforbruget for dette generatorsæt er opgiver som specifikt brændstofforbrug. Sættet har en betydeligt lavere Cb i forhold til SISU sættet ovenover, også helt ned til 50 % load. Men belastningen på 80 kw svarer til: Det kan så med sikkerhed antages at det specifikke brændstofforbrug stiger betydeligt når man kommer ned i den lave belastning. Der er som sagt ikke mulighed for at indsamle data om disse generatorsæt, i lige så stor grad som for dem som er ombord på Ruth, derfor er det nødvendigt at lave et professionelt gæt, og skyde på at generatorsæt som ligger på 31,8 % belastning, IKKE kan have lige så godt specifikt brændstofforbrug som et der ligger lige omkring optimeringspunktet. Et gæt vil lyder på et Cb på 0,310 kg/kwh. Dermed kan en pris udregnes igen: Tilsammen kan der så fremstilles en tabel til nem sammenligning af de 3 alternativer samt den nuværende installation: Side 25 af 37

Nuværende havnegenerator 250 kw havnegenerator 110kW havnegenerator Pris pr. kwh Pris pr. time Pris pr. døgn Besparelse pr. døgn Besparelse i procent 2,14 171,2 4108,8 - - 1,69 135,2 3244,8 864 21,0 1,5 120 2880 1228,8 29,9 Landstrøm 1,67 133,6 3206,4 902,4 22,0 Tabel 2 Sammenligning af alternativer til det nuværende setup hvor det ses at landstrøm faktisk ville være billigere end at installere en havnegenerator på 250 kw. Udvælgelse af alternativer Dette afsnit forklarer kort hvilket alternativ foreslås som værende det rigtige i forhold til prisen for at levere én kilowatttime. Der ses ikke på investeringsomkostninger, men kun på de omkostninger der vil være ved at have systemet kørende. Det anbefales helt klart at en ny havnegenerator installeres frem for at landstrøm anvendes. Dette er fordi at landstrømmen i Hirtshals Havn ikke kan levere den fornødne effekt for at dække skibets basis forbrug. På den måde er landstrøm så sagt automatisk udelukket. Når det så er sagt, så står valget imellem det store eller det lille generatorsæt. Her anbefales det at det lille sæt installeres. Det har en betydeligt bedre brændstoføkonomi, og vil også komme til at ligge og køre i et punkt som er mere gunstigt med hensyn til ren forbrænding. Derudover slipper man for det såkaldte EIAPP certifikat som eller er et krav til generatoranlæg. Ifølge IMO MARPOL 73/78 Annex VI skal alle motorer over 130 kw 8 installeret på skibe som er køllagt fra og med 1. januar 2000 udstyres med et EIAPP certificat. 9 Klassificeringen opnås typisk igennem leverandøren af motoren. 8 Gælder ikke for motorer som anvendes udelukkende til nødkørsel. 9 http://www.dnv.com/binaries/marpol%20brochure_tcm4-383718.pdf og http://www.nordhavn.dk/eiappcertifikater/menu-id-205.html Side 26 af 37

Installation For at gøre installationen så enkel som muligt, ønskes det at generatorsættet leveres med egen køler med blæser. Dvs. at selve motoren er vandkølet, mens kølevandet nedkøles med en radiatorkøler som man ser på biler. Dette betyder at rørføring til køling undgås, og installations-omkostningerne holdes nede. Men det at energien fra kølevandet ikke bliver flyttet ud af rummet vil uundgåeligt medføre en betydelig stigning i rumtemperaturen. Dette kan afhjælpes ved at sørge for rigelig gennemstrømning af frisk luft. Placering Dette afsnit beskriver de overvejelser som er lavet omkring selve placeringen af generatorsættet ombord på skibet. Hver af de omdiskuterede placeringer bliver nævnt med de fordele og ulemper der måtte være ved at placere sættet der. Placering af generatoren er en vigtig faktor som blev diskuteret med skibets besætning. Forslagene var (se bilag 5 og 6 for illustrationer over disse områder på skibet): I maskinrummet: Sammen med DG2: Her er god plads til en installation, og rummet er veludstyret med blæsere til frisk luft. Desuden er el-tavlen i kontrolrummet nem at nå herfra. Dieselgenerator 2 er i forvejen placeret her. Dog ville det være ønskværdigt at placeringen blev et andet sted, således at der er minimalt med støj maskinrummet når der skal arbejdes der. En placering i samme rum som DG2 ville have den fordel at alle systemer er her i forvejen: luftindblæsning samt udtag fra brændstoftank. Dog ville tilføjelsen af endnu et generatorsæt i dette rum skabe stor tranghed omkring både den nuværende generator og den nye, hvis altså generatorsættet overhovedet ville kunne være derinde. Værkstedet under bakken: Værkstedet fremme under bakken har rigelig med plads, hvoraf en del af det er åbent gulvplads som ikke bliver brugt til noget fast. Her ville være rig mulighed for at placere et generatorsæt, og tilslutninger er nogenlunde nemme at tage inde fra rummet hvor DG 1 er placeret. Denne placering er fravalgt på grund at den mængde aktivitet der er ombord i det område. Værkstedet anvendes en hel del til at arbejde i, og der er en betydelig trafik igennem værkstedet fra hoveddækket ned til RSW rummet og mellemgangen. Side 27 af 37

Stores i styrbord: Agten for værkstedet findes et rum med god plads som kun bliver brugt til opbevaring af tovværk og sæbe. Dette rum har ingen aktivitet ej hellere trafik. Ulempen ved dette rum er at tilslutninger til brændstof ikke er så nemt tilgængelige her. I trykspuler rummet: Dette rum indeholder en elektrisk trykspuler som forsyner udtag rundtomkring på skibet. Derudover står en ældre benzindrevet trykspuler som ikke anvendes længere. Denne ville uden problemer kunne fjernes, og efterlade god plads til at placere et generatorsæt. Rummet ligger lige bagved rummet for DG1 og luftkanalen dertil løber igennem rummet. Herfra ville det være nemt at tage frisk luft, og rør til brændstof ville kunne føres igennem skottet. Det antages at generatorsættet vil blive installeret i trykspuler rummet, da dette har haft den med positive respons fra besætningens side. Dette rum bliver i praksis ikke brugt til andet end opbevaring af trykspuler og udstyr her til samt netstumper, der er med andre ord ikke nogen aktivitet eller trafik inde i rummet som kan bliver forstyrret af larmen fra motoren. For at en dieselmotor skal kunne fungere skal den forsynes med frisk luft. Som anført længere oppe, så løber luftkanalen til DG 2 igennem trykspuler rummet, her vil man kunne lave et udtag således at der føres frisk luft ind til rummet. Dette kan laves således at der kan lukkes helt af for luften ind til DG 2 når der åbnes til trykspuler rummet, så man undgår snavs og vind ved DG 2 hvis man evt. skal lave noget arbejde på den. Systemet fungerer nu således at blæseren starter automatisk når DG 2 startes, det anbefales at havnegeneratoren kobles på denne styring således at blæseren også starter automatisk når denne startes. Investering Før en investering laves er det vigtigt at man kender tilbagebetalingstiden. Afsnittet Udvælgelse af alternativer beskriver hvilken mulighed er den økonomisk bedste, når man ser bort fra investeringssummen. Men investeringssummen i en ny havnegenerator er ikke ubetydelig. Dette afsnit skulle oprindeligt redegøre for investeringsomkostninger og derefter præsentere en tilbagebetalingstid. Men med de små besparelser i udsigt, så er det usandsynligt at en investering kommer til at svare sig så der er ikke blevet lavet nogen særlige beregninger på nogen investering. Det er også kommet frem at den lange liggeperiode på 112 dage i år, var en usædvanlig lang periode for skibet, og at Side 28 af 37

den vil nok aldrig blive så lang igen. Selv hvis liggeperioden var lige så lang hvert år, og den lille havnegenerator blev installeret, så ville besparelserne løbe løbe op i: 112 dage x 1228,8 kr. pr. døgn = 137.626 kroner på et år. En investeringssum på 800.000 kroner er ikke usandsynlig, og det ville give en tilbagebetalingsperiode på næsten 6 år, som kan siges at være for lang tid, når det allererede har været på tale at bygge et nyt skib. Konklusion Projektet har kunnet bekræftet den oprindelige hypotese om at de nuværende generatoranlæg kører meget ineffektivt ved den lave belastning. Dette medfører en meget lav virkningsgrad, som ses ved et højt specifikt brændstofforbrug på over 400 gram brændstof pr. kilowatttime. Dette er så med den samlede virkningsgrad for hele generatorsættet. En analyse af de forskellige muligheder har vist at et generatorsæt skal være så godt tilpasset den faste belastning som muligt, for at give gode besparelser. Men selv om den procentvise besparelse set i pris pr. kilowatttime er ret stor, så er forbruget så langt nede, at i kroner og ører, så løber besparelsen ikke op i mere end godt 1.200 kroner i døgnet. Der ses ingen fordele i at vælge et generatorsæt som er stort nok til at dække forbruget med en hydraulikpumpe indkoblet, da det vil være for stort til at køre effektivt ved den faste belastning som skibet kommer til at ligge med langt størstedelen af tiden. Derudover ses det slet ikke som noget problem at en af de større generatorer skal startes op når der er behov for hydraulik. Projektet viser ikke noget omkring nogen præcis investeringssum for det anbefalede alternativ, på den baggrund at besparelserne vurderes som for små, og beregningerne er derfor ikke inkluderet i projektet. De resultater som er fremskaffet med hensyn til driftstilstanden for de nuværende generatorsæt er kommet af beregninger og antagelser, som ikke kan refereres til i nogen litteratur, men er frembragt af viden tilegnet fra undervisningen og udviklet til dette projekt. Dette vil sige at selvom resultaterne vurderes til at ligge godt i nærheden af hvad de ville være hvis man fik dem igennem rigtige målinger, så skal de tages med forbehold. I mangel på fortilfælde på området måtte de resultater bruges. Side 29 af 37

Perspektivering Som beskrevet i projektet, så er der nogle informationer og resultater som er fremkommet ad mindre videnskabelige metoder end hvad man kunne have ønsket. Hvis det en gang blev muligt, så kunne det være særdeles fordelagtigt at kunne foretage målinger som kunne be- eller afkræfte de beregninger som er blevet lavet i projektet. Derudover kunne det være en fordel hvis energibehovet blev klarlagt 100 % således at det muligvis kunne laves energioptimeringer på skibet, så man kunne få basisbehovet vel nedenunder de 76 kw som kan levers igennem landstrøm. På den måde ville landstrøm kunne implementeres og en større investering undgås. Som nok ville være den bedste løsning set i lyset af at det har været diskuteret om en nyt skib skal bygges. Efterskrift Der er ingen tvivl om at det har været en udfordring at arbejde med et sådant projekt. Den undervisning og viden jeg har fået under min uddannelse har bestemt hjulpet mig igennem processen med at skrive det her afsluttende projekt. Derudover har mine tidligere praktikperioder også udstyret mig med en basisviden indenfor de områder som jeg har arbejdet med. Der skal lyde en stor tak til Rederiet Ruth for at have ladet mig afvikle min bachelorpraktik ombord på HG 264 Ruth. Der skal også lyde en stor tak til besætningen på Ruth, særligt maskinbesætningen som har ydet en uundværlig støtte, både under min udmønstring, og under selve skrivearbejdet. Tak for det hele, og jeg håber at projektet lever op til forventningerne. Side 30 af 37

Kildehenvisninger I projektet er der løbende blevet henvist til forskellige kilder. De billeder, grafer er tabeller som ikke har en kildehenvisning, er fremstillede af undertegnede til projektet. Web: http://www05.abb.com/global/scot/scot293.nsf/veritydisplay/c348ae87dd99ce5cc12574e30023fede/$file /Maritime%20El%20Installations%20and%20DE%20Propulsion.pdf http://coxengineering.sharepoint.com/pages/boreglazing.aspx http://www.sintef.no/home/marintek/about-marintek/ http://www.dnv.com/binaries/marpol%20brochure_tcm4-383718.pdf http://www.nordhavn.dk/eiapp-certifikater/menu-id-205.html Alle hyperlinks er kontrollerede seneste den 18. december og er stadigvæk aktive. Forsidebillede: www.marinetraffic.com Litteratur: Petersen P.E.: Elektroteknik 3 4. udgave, Bogfondens Forlag, ISBN: 87-7463-278-7 Hagtveit, B.: Ideologienes århundre forlaget Dreyer, ISBN: 978-82-8265-004-5 Jensen, P.S.: Skibsdieselmotorer 2. udgave, GAD, ISBN: 978-87-12 03115-4 Side 31 af 37

Bilag 1 Brændstofanalyse modtaget fra Ruth Sámal Jakup Jensen C6 BILAG

Bilag 2 Uddrag fra priskatalog for Hirtshals Havn Kilde: www.hirtshalshavn.dk Sámal Jakup Jensen C6 BILAG

Sámal Jakup Jensen C6 BILAG Bilag 3 Måleresultater fra tomgangsforsøg kw oplyst på PMS "tomgang" Måling Min Sek. Tid i sek. 1 13 10 790 2 13 9 789 3 13 8 788 4 12 47 767 5 13 6 786 6 12 56 776 7 12 50 770 8 13 7 787 9 12 55 775 10 13 10 790 11 12 48 768 12 12 54 774 13 13 16 796 14 12 47 767 15 13 5 785 Middel 780,5 Kg pr. time: 19,09 Bilag 4 Måleresultater fra belastningsforsøg 160 kw kw oplyst på PMS 160 kw Måling Min Sek. Tid i sek. 1 5 44 344 2 6 13 373 3 5 39 339 4 5 38 338 5 5 50 350 6 6 10 370 7 5 43 343 8 5 49 349 9 5 55 355 10 5 36 336 11 6 7 367 12 5 54 354 13 6 16 376 14 6 8 368 15 5 43 343 Middel 353,7 Kg pr. time: 42,14

Sámal Jakup Jensen C6 BILAG Bilag 5 Tegning over agterste del af skibet med markering af det områder hvor generatorsættet ville kunne placeres i maskinrummet. Bilag 6 Tegning over den forreste del af skibet, hvor området i trykspuler rummet er markeret med rød skravering. Styrbord stores samt værkstedet er skraveret med gult. Rummet for DG 1 ses lige foran trykspuler rummet.

Sámal Jakup Jensen C6 BILAG Bilag 7 Oversigt over generatorsæt i størrelsen 74 til 180 kw. Det markerede sæt er på 112 kw ved 1800 o/min (60 Hz) Kilde: http://www.nordhavn.dk/en/hoved-og-hjemotoranl/menu-id-393.html SISU Diesel Cylinder / Volumen kw kw Fuel consumption 100% load l/time 1500 rpm / 50 Hz 1800 rpm / 60 Hz 1500 rpm 1800 rpm GASI 8 645 DSBI(M)G 8,4 / 6 189-47,9 GASI 8 645 DSBIG 8,4 / 6 170 180 43,1 GASI 7 634 DSBI(M)G 7,4 / 6 141/160 170 37,2-42,2 41,1 GAS 7 634 DSB(M)G 7,4 / 6 122-32,3 - GAS 6 620 DSRI(M)G 6,6 / 6 102 112 27,5 30,8 GASI 4 420 DSRI(M)G 4,4 / 4 74 84 19,8 22,7 GAS 4 420 DSR(M)G 4,4 / 4 64 74 17,5 20,5 GAS 4 420 DSR(M)G 3,3 / 3 48-13,4 - GAS 4 420 DSR(M)G 4,4 / 4 38-11 - GAS 4 420 DSR(M)G 3,3 / 3 27-8 - Bilag 8 Specifikationer for Scania DC09 071A. Det antages at den oplyste ydelse er fra generatoren, da den også er oplyst i kva. PRP noten i bunden af billedet fortæller at de 251 kw er ved 70 % af peak power. Kilde: http://scania.com/_system/img/doc/engines/g/dc971a_226-251kw.pdf