| dc.description.abstract | Denne master oppgaven undersøker hvordan marin prosjektering kan bli brukt for å skape verdi-robusthet gjennom endring i fremtidig usikkerhet for en bøyelaster. I tillegg har denne masteren et fokus på hvordan prosjektering av skip er påvirket av nye miljøvennlige krav og hvordan man kan håndtere endringer forårsaket av det, men samtidig fremme verdiskaping. Disse null-utslippsregelverk har som hovedformål å redusere klimagasser, både globale (drivhusgasser, GHG) og lokale utslipp (som NOx , SOx ). En bøyelaster som skal forsyne Johan Castberg feltet i Barentshavet er brukt som case for å evaluere verdi-robusthet over en usikker fremtid. Strukturen på denne maseteren er tredelt, hendholdvis i, teknologi, infrastruktur og Responsive systems comparison method (RSC).
Det teknologiske aspektet i skipsdesign er selve kjernen for å redusere utslipp i fremtiden på norsk sokkel. Man kan dele teknologiene inn i to kategorier, 2030 kompatibel og 2050 kompatibel. Innen 2030 er IMO-ambisjonene å redusere GHG med 40 % sammenlignet med 2008 nivå og det er mange muligheter for å nå disse målene. Her presiseres at LNG med en ekstra utstyrs reduksjon på 10 % er den beste muligheten. LNG har en redusering på ca 20 % og grunnen til at bare en ekstra reduksjon med 10 % er nødvendig har med at alle bøyelastere har et VOC reduserende system allerede, som reduserer utslippene med allerede minimum 10 %. ULSFO er en annen mulighet som representativ for dieselbaserte drivstoff, men her trengs det ekstra utstyr som kan substituere den reduksjonen LNG har. I 2050 er 70 % reduksjon målet og dette betyr at allerede innen 2030 må nybygg tenke på å ha tilstrekkelig reduksjon på plass. I denne masteren er den mest gjennomførbare nullutslipps muligheten ammoniakk(NH3 ) for langdistanse shipping og flytende hydrogen for kortdistanse shipping.
Ved å introdusere hydrogenbaserte drivstoff en spesiell barriere dukker opp, nemlig infrastruktur. Det er et ganske omfattende infrastruktur som vil trenges for å forsyne bøyelastere samt andre maritime segmenter. Dette er utfordrende aspekter, men denne masteren forslår noen metoder for å optimalisere strekningen langs den norske kysten. Videre så er relasjonen mellom skipets størrelse og fart illustrert for å fremstille den svært viktige relasjonen mellom hvor mye drivstoff man trenger for en gitt distanse. Disse analysene viser forskjellen på ammoniakk og hydrogen, hvor dette med rekkevidde gjør at sistnevnte blir mindre attraktiv for bøyelastere.
Hoveddelen av denne masteren går på metoden som er brukt for å utvikle verdi-robuste skipsdesign for forsyning av Johan Castberg. RSC metoden heter den og består hovedsakelig av syv steg, men i denne teksten så er disse stegene simplifisert til tre faser. Fase 1 handler om case-beskrivelse og markeds analyse. Fase 2 benytter Epoch-Era metode, og til slutt fase 3 handler om resultater og post-evaluering. De tre fasene er ment til å skulle representere RSC metoden i en mer typisk oppgavestruktur med teori, metode og resultater.
Fase 1 bruker teori som bakgrunnsinformasjon til å forstå hva maritime interessenter verdsetter og dynamikken i bøyelastmarkedet. Ut i fra dypdykket i teorien er det en del essensiell kunnskap som kommer frem. Først og fremst vises hvordan man kan forså usikkerhet og at "usikkerhet leder til risiko/muligheter som er enten minsket/utnyttet som igjen resulter til ønsket utfall.". Videre viser teorien at shippingmarkeder er sykliske og at verdiskapning må skje selv om miljøforandringer i markedet er unngåelig. I tillegg legger teoridelen vekt på hva verdi og verdiskapning er og hvilke design metoder som kan bli brukt for å tilfredsstille interessenters behov. RSC er brukt som et eksempel på Set-Based design metode, som betyr at et større "tradespace" er evaluert.
Et tradespace består av et større nummer med skipsdesign hvor hovedmålet er å finne ett eller noen få spesielt høyt-presterende design. Evalueringen i tradespace er gjort gjennom det som heter Epoch-Era metode. En epoch(epoke) er en kontekst der variabler er konstante over en tidsperiode, mens en era(æra) består av flere epoker slått sammen som dermed skaper et skiftende miljø over en lengre tidsperiode. En tradespace-evaluering blir gjort med å kombinere et design-space (endogene variabler) og epoke-space (eksogene variabler).
Resultatene er gitt i fase 3. Multi-attributt nytte (MAU) er brukt til å beskrive oppfattet nytteverdi for interessenter over forskjellige æra. Samtidig så er break even fraktrater og kostnader relatert til investeringer og operasjoner et viktig mål for utfall. For å slå sammen MAU og kostnader, er resultatene presentert i det som kalles en paretofront. Design som ligger på paretofronten vil gi best nytte per investert penge og slike analyser er gjort for hver epoke i denne masteren . Derfor vil ønsket design forhåpentligvis ligge innenfor paretofronten for flere skiftende kontekster (epoker).
Resultatene som er funnet i fase 3 indikerer at ett mindre fartøy med ca 625 000 bbl gir høyest nytteverdi i case-studiet for å forsyne Johan Castberg fra 2022. Ammoniakk og LNG maskinerisystemer er mest verdsatt, men differansen mellom dem er marginal. LNG blir foretrukket hvis mer konservative beslutningskriterier er brukt, mens ammoniakk er foretrukket hvis beslutningstakeren er sett på som opportunistisk eller er villig til å ta noe høyere risiko. Videre så gir resultatene også indikasjoner på at ett større skip kan bli valgt, men da er det bare LNG som presterer med gode nok resultater. Men et større skip vil minske nytteverdien noe. Separat fra case-studiet om Johan Castberg, er et 2050 scenario gjennomført. I dette tilfellet er det høyere konstant produksjonsnivå som gjelder for Barentshavet som region. Resultatene forslår en noe større båt på 800 000 bbl, hvor ammoniakk blir det klart beste alternativet.
Denne masteren konkluderer med at ammoniakk allerede fra 2030 kan være en foretrukket løsning for maritim propulsjon. Nullutslippsløsninger er ønsket raskest mulig og det at ammoniakk både er gjennomførbart med tanke på miljø og økonomiske aspekter er viktig informasjon for redere og andre interessenter hvis de ønsker å ta del i utviklingen mot et nullutslipp-samfunn. For mer risikoavers beslutningstakere er LNG det mest verdi-robuste valget i den nærmeste fremtiden, selv om LNG ikke vil bli tilstrekkelig i et 2050 reglement-scenario. | |
| dc.description.abstract | This master thesis investigates how marine system design can be used to create value robustness across changing context and future uncertainties for a shuttle tanker. Additionally, this thesis focus on how new environmental regulations affect ship design and how such methods can create value as new rules are implemented. These zero-emission regulations have the objective to reduce greenhouse gases (GHG) and local emissions (NO x , SOx ). A shuttle tanker supplying the Johan Castberg oil field in the Barents sea is used as a case for evaluating value robustness across uncertain environments. The structure of this thesis is divided into three parts, technology, infrastructure and the responsive system comparison method (RSC).
The technological aspect of providing emission-reducing solutions is the foundation for any future designs operating in the Norwegian Continental Shelf. The technologies that will be sufficient in the future can be summed into two categories, 2030 compliant and 2050 compliant. Within 2030 the global GHG reduction is supposed to be at least 40 %, compared with 2008 levels. This goal can be achieved through any measures that provide a reduction. Nevertheless, shifting to LNG as fuel with one additional 10 % reducing equipment (Flettner rotor, battery pack or engine optimisations) is seen as the best option. LNG reduces approximately 20 % GHG from reference levels. Thus, the reason for LNG only needs one extra equipment due to volatile organic compounds (VOC) reducing systems providing an approximate 10 % reduction already. ULSFO or similar diesel fuels can also provide feasible 2030 designs, but extensive usage of extra emission-reducing equipment is expected. In 2050 70 % reduction is visioned meaning that a zero-emission fuel has to be developed already within the next 10-15 years. The options concluded in this thesis as the most feasible are ammonia (NH3 ) for deep-sea shipping and liquefied hydrogen (H2) for short sea shipping.
Introducing hydrogen-based fuels results in one main barrier that has to be solved; infrastructure. The extensive infrastructure needed to supply shuttle tankers and other segments in the maritime sector is challenging. This paper purposes a methodology to optimise the path for vessels travelling along the Norwegian coastline, with a primary focus on locations that could benefit the shuttle tanker market. Furthermore, the relations between ship size and speed is essential for understanding the amount of hydrogen-based fuel that is needed for sailing any distance. This analysis indicates the difference between ammonia and hydrogen, where range challenges with the latter are pointed out.
The central part of this thesis is the methodology used for developing a value robust design for supplying Johan Castberg. The RSC method is originally consisting of seven steps, but is in this paper simplified into three phases; Phase 1 - Case Description & Market Analysis, Phase 2 - Epoch - Era and Phase 3 - Results & Post Processing. The phases are meant to adapt the RSC to a typical structure of theory, method, results.
Phase 1 uses the background theory to understand stakeholders preferences and dynamics in the shuttle tanker market. The theory research establishes some essential knowledge. Firstly it shows how to understand uncertainty and that "uncertainty causes risk/opportunities handled by mitigation/exploitation resulting in outcomes". Furthermore, shipping markets is seen as cyclical, and that value has to be created across a shifting environment. Additionally, what value is and how different design methods can be used to satisfy stakeholders needs are examined. RSC is used as an example of a set-based design methodology, which means that a large tradespace is evaluated.
A tradespace consists of a large number of designs where the goal is to find one or a few exceptionally high performing designs. The evaluated tradespace is created through the Epoch-Era methodology (phase 2). An epoch is a specific context where variables are constant over some time, while an era consists of several epochs creating a shifting environment. The tradespace is evaluated by combining a design space (endogenous variables) and an epoch space (exogenous variables).
Phase 3 is providing the results and the post-processing of the findings. Multi-Attribute Utility (MAU) is used to capture what is perceived as value for stakeholders across eras. At the same time, the break-even freight rates and cost of investment is the primary measure of outcome. For bringing together MAU and cost, results are presented through the Pareto front. Designs that are aligned to the Pareto front provides the best value for the lowest cost, and such analysis can be given for each epoch. Thus, the preferred designs will hopefully be found in Pareto fronts across changing contexts (epochs).
The results found in phase 3 indicates that small vessel designs of approximately 625 000 bbl are the most valued in the case of supplying Johan Castberg from 2022. Ammonia or LNG machinery systems is favourable, but the difference between them is marginal. LNG is preferred when more conservative decision criteria analysis is conducted. At the same time, ammonia is seen as more opportunistic and providing a higher risk profile. Furthermore, the results also reveal the possibilities of having a larger vessel (980 000 bbl). In that case, LNG performs significantly better than the other options, mainly due to the risk of increasing fuel prices. Nevertheless, a larger vessel, in that case, will reduce total utility compared to the smaller vessels.
Separately from the case study of Johan Castberg, a single era analysis is also conducted for a perspective of 2050. It was resulting in ammonia becoming the best alternative. However, in this scenario, the vessel size was suggested to be around 800 000 bbl, due to higher constant production levels in the Barents Sea.
This thesis concludes that ammonia already from 2030 can become the preferred machinery system. The sooner zero-emission solutions, the better it is for the global community. Likewise, finding ammonia as both financial and environmental feasible solution is essential information for shipowners desiring to be at the forefront of reducing emissions and establishing corporate responsibility. For more risk-averse decision-makers LNG is the option that can provide the most value robustness in the nearest future. Nonetheless, LNG will not be sufficient in a 2050 regulation perspective. | |
