MODELO GLOBAL APLICADO A DIFERENTES TIPOS DE BUQUES

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1 MODELO GLOBAL APLICADO A DIFERENTES TIPOS DE BUQUES VICUS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS S.L. VIGO TEFLES is funded by the European Union within FP7-THEME 7 - Transport (including aeronautics) Grant Agreement Number:

2 INTRODUCCIÓN - Buques a analizar - Aproximación tradicional vs optimizada - Puntos de vista: armador, suministrador, astillero - Ejemplos - Tipo de buque y misión: CTV, RORO, Offshore - Perfil operacional - Escenario. - Aproximación optimizada - Metodología: resistencia, seakeeping, propulsion, maquinaria - Cómo se conecta? - Configuraciones - Resultados - Que más podemos hacer? INTRODUCCIÓN DEFINE METODOLOGÍA RESULTADOS 2

3 BUQUES ANALIZADOS: Ro-Ro ROLL ON ROLL OFF 3

4 BUQUES ANALIZADOS: Offshore 4

5 BUQUES ANALIZADOS: CTV CREW TRANSFER VESSEL 5

6 INTRODUCCIÓN Locura: hacer lo mismo una y otra vez esperando resultados diferentes. Albert Einstein RETOS DIFERENTES DEBEN SER RESUELTOS DE MANERA DIFERENTE -Nuevas tecnologías cambiando muy rapidamente -Huella de carbono -Cambio de escenarios operacionales -Nuevas demandas de mercado -Nueva reglamentación -Precio de la energía -COMPETENCIA 6

7 ASTILLERO - DISEÑADOR El astillero busca la forma más económica de construir el buque. Los principales objetivos son precio y plazo -Rápido -Dentro del presupuesto -Sin problemas que puedan afectar a costes o plazos -Solo importa lo que está en la especificación y firmado -No lo van a operar ni pagar las facturas PREGUNTAS - Se investiga como han desempeñado sus funciones los diseños anteriores? - Conoce el astillero cómo responde un diseño determinado en ciertos escenarios? - Cómo está el astillero posicionado en un mercado cambiante y altamente competitivo? - Puede el astillero ofrecer algo nuevo en términos de rendimiento/desempeño en servicio? - Buque hecho a medida? - BIG PLAYERS & NEW PLAYERS 7

8 ARMADOR Quiere un buque eficiente para un propósito específico. Durante la fase de diseño solo especifica determinadas condiciones. -Lo quiere rápido -Lo quiere dentro del presupuesto -Influenciado por proyectos similares de sus competidores -La especificación del buque es un documento contractual con muchos detalles pero en el que no se contemplan aspectos importantes. - La configuración técnica está muy afectada por lo que es conocido y lo que los proveedores suministran. PREGUNTAS - Investiga el armador cómo desempeña realmente su buque? - Conoce el armador cómo responde un diseño determinado en ciertos escenarios? - Es buena idea pedir al astillero un análisis de rendimiento y garantías? - Pero puede el armador predecir los escenarios futuros? - Debo tener en cuenta alternativas tecnológicas actuales y futuras? Cuántas? 8

9 FLETADOR Quiere una buena eficiencia de transporte y buena disponibilidad. Esto implica alcanzar las prestaciones y capacidad al mínimo coste. - Pide múltiples detalles antes de fletar, Quiere conocer - Interesado en más de un escenario. - La relación armador-fletador bloquea ciertas inversiones - Podría querer un buque más verde o eficiente si se lo demandasen sus clientes. EL ARMADOR NECESITA INFORMACIÓN PARA PODER VENDER SUS SERVICIOS EN UN MERCADO COMPETITIVO 9

10 INTERESES COMUNES Astillero Coste de construcción razonable Adecuado para el servicio Fletador / armador Optimizado en términos de consumo y emisiones 10

11 APROXIMACIÓN Tradicionalmente los buques se diseñan para una condición y una velocidad. En la fase de diseño los sistemas de propulsión se dimensionan para esa condición. Torque limit Peor rendimiento en las otras condic. (peor BSFC, más mantenimiento, etc) Power [kw] Surge limit BSFC reduction BSFC [g/kwh] La hidrodinámica del buque está también influenciada por esta condición de operación independientemente de las verdaderas condiciones operativas y de carga del buque en su vida operativa. La propulsión se ve afectada por la misma problemática. Engine speed [rpm] Engine speed limit La demanda de potencia se incrementa en las demás condiciones 11

12 APPROACH TECNOLOGÍAS ESCENARIOS COSTES: -Combustible, tripulación, mantenimiento -Inversión Toma la decisión correcta RENDIMIENTO: -Que esperar -Puntos operación maquinaria -Márgenes -Uso de capacidades disponibles 12

13 BUQUE 1: RO -RO RoRo Características principales Lpp: B: Calado de diseño: Velocidad de diseño: Potencia instalada: Propulsor: Auxiliares: 128 m m 7.07 m 20.4 kn rpm CPP con generador de cola 2 x rpm 13

14 Ruta 14

15 Packs CPP 1. Medidas operacionales Reducción de velocidad Ajuste de la inyección Optimización de trimado Mando combinado 2. Reducción de emisiones a través de mejoras hidrodinámicas y propulsivas Timón adaptado a la estela Bulbo de proa Pinturas 3. Alto impacto pero alto coste (I) After treatment Cold ironing 4. Mayor impacto y mayor coste (II) Mando combinado Baterías para hibridación Cold ironing After treatment Sistema de refrigeración 5. LNG (Planta principal y auxiliares) 15

16 Marcha libre y Maniobra Fuel Consumption [t] CO2 total [t] SOx total [t] PM total [Kg] NOx total [Kg] Caso Base Operac Hidro Alto imp Max. imp LNG

17 Consumo en marcha libre y maniobra Fuel Consumption Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 195,2 196,3 176,2 176,8 173,7 139,2 Fuel Consumption (T) 17

18 Emisiones en marcha libre y maniobra CO2 Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case , , , , , ,9 PM Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 251,6 232,6 227,3 26,89 23,0 0,0 CO2 total (Kg) PM total (Kg) NOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 SOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case , , , , ,5 8837,7 NOx total (Kg) 1.585, , ,1 SOx total (Kg) 362,0 260,6 0,0 18

19 Puerto Fuel Consumption [T] CO2 total [Kg] SOx total [Kg] PM total [Kg] NOx total [Kg] Caso Base Operac Hidro Alto imp Max. imp LNG

20 Consumo en puerto 3,8 3,8 3,8 Fuel consumption Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 2,85 Fuel Consumption (T) 20

21 Emisiones en puerto CO2 Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case , , ,9 9069,70 CO2 total (Kg) 3.382,6 2798,2 7,7 7,7 7,7 SOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 NOx Base Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 4,1 3,4 191,0 191,0 191,0 0,00 SOx total (Kg) 5,8 4,8 19,10 NOx total (Kg) 21

22 BUQUE 2: Offshore Lpp= 55m B= 13.7m D= 4.9 m Comparativa CPP vs DE en varios escenarios 22

23 Escenarios simplificados Campaña: 1 mes A B C D 20% 12 35% 13 30% 12 25% 13 40% 8 40% 4 50% 5 25% 12 40% 5 20% 3 20% 4 25% 11 20% 0 5% 0 0% 0 25%

24 Resultados A B C D , , , , , , Fuel Consumption (T) Fuel Consumption (T) Fuel Consumption (T) Fuel Consumption (T) CPP Diesel Electric CPP Diesel Electric CPP Diesel Electric CPP Diesel Electric 24

25 BUQUE 3: CREW TRANSFER VESSEL Tipo de buque y misión: Buque de apoyo a parques eólicos offshore. Caract. Principales: Loa= 21m B=7.5 m D=2.8m Propulsion 2x rpm 2x FP propeller 2x Aux. Gensets 11kW 25

26 PERFIL OPERACIONAL Perfil: time % Average speed [kn] amidships draught [m] Power [kw] Energy [kwh] Leaving the port 0.67% Trip to windfarm 7.35% Arrival to windfarm 3.74% Sailing in the windfarm 3.21% Positioning 1.07% Transfer to windmill 13.77% Stopped 40.11% Engine start 2.01% Positioning 1.07% Transfer to ship 14.71% Sailing in the windfarm 4.28% Return trip 7.35% Entering the port 0.67% Time Gap [min] v [kn] % time 7:00 Leaving the port % Trip to windfarm % 8:00 Arrival at the windfarm % Positioning windmill % 8:30 Transfering to windmill % Sailing from windmill 1 to windmill % 9:00 Positioning windmill % Transfering to windmill % Sailing from windmill 2 to windmill % 9:30 Positioning windmill % Transfering to windmill % Sailing from windmill 3 to windmill % 10:00 Positioning windmill % Transfering to windmill % 10:45 Stopped % 15:45 Engine Start % 16:00 Positioning windmill % Transfering from windmill % Sailing from windmill 4 to windmill % 17:00 Positioning windmill % Transfering from windmill % Sailing from windmill 3 to windmill % 17:30 Positioning windmill % Transfering from windmill % Sailing from windmill 2 to windmill % 18:00 Positioning windmill % Transfering from windmill % Sailing in the windfarm % 18:30 Return trip % Entering the port % 100.0% total [min] total [h]

27 PERFIL OPERACIONAL Perfil de velocidad: Speed (kn) (kn) Total Power (kw) Perfil de potencia: Time (min) Time (min) Time (min) 27

28 PERFIL OPERACIONAL Condiciones de alta energía Power [kw] Energy [kwh] 28

29 METODOLOGÍA Modelo 3D Resistencia del buque Códigos CFD potencial y viscoso 29

30 METODOLOGÍA Comportamiento en la mar FEM y CFD Propulsion Diseño y análisis de la hélice con CFD Maquinaria Propulsion y generacion Integración en el simulador para analizar los diferentes perfiles operacionales 30

31 COMO SE CONECTA? Modelo Simulink Salidas adicionales -Emisiones -Energía -Reparto de carga -Etc 31

32 CONFIGURACIONES ESTUDIADAS CONVENCIONAL Motores diesel acoplados con reductora Original FPP DIESEL-ELECTRICA Grupos DG pequeños 2 motores eléctricos de propulsion FPP diseñado para 20 kn HÍBRIDA Planta convencional con diesel desembragable y motor eléctrico PTI CPP 32

33 CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Propulsion Estudiadas dos configuraciones de hélices de paso fijo Hélices originales EAR=1.06 D=1.028m P=1.05m Z=5 Hélice modificada para velocidad inferior (Mayor diámetro Menos EAR Mejor rendimiento) Ambos CPP y FPP 33

34 CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Convencional FPP Auxiliares Aux. Eng G R.G Main engine Main SWBD Aux. Eng G R.G Main engine 34

35 CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Diesel-Eléctrica FPP Consumidores auxiliares E.M. G Aux. eng Main SWBD G G Aux. eng Aux. eng E.M. G Aux. eng 35

36 CONFIGURACIONES ESTUDIADAS Híbrida FPP w/ clutch BATTERIES E.M R.G Main engine Estrategia híbrida: -Propulsión eléctrica cuando navega dentro del parque (baterías 800Ah). -Opción: Propulsión eléctrica con potencia suministrada por los grupos 36

37 RESULTADOS Comparativa consumo total: 1500 CONSUMO DIARIO 10% 8% Kg Total Consumption (Kg) Original FPP FPP for 20 kn CPP Diesel-Electric Hybrid 6% 4% 2% 0% -2% Savings (%) 37

38 QUÉ MAS PODEMOS HACER? -Auditoría energética de buques existentes -Aumenta el número de escenarios analizados -Incluye el estado de la mar (Montecarlo) -Aumenta el número de tecnologías -Diseño para retrofitting -Investiga más conceptos de casco (SWATH, trimaran, híbridos, etc.) -Compara cifras de ahorros ofrecidas por los suministradores -Correcciones por el efecto de las prácticas de los patrones y personal de máquinas. 38

39 GRACIAS! Vicus Desarrollos Tecnológicos S.L. Av. Beiramar VIGO SPAIN T: Adrián Sarasquete a.sarasquete@vicusdt.com TEFLES is funded by the European Union within FP7-THEME 7 - Transport (including aeronautics) Grant Agreement Number: