Power Plant Design Optimization at the Ship Preliminary Design Phase: 'Digital Twin to Design'

Abstract

Her presenteres en algoritme for å optimalisere skipskraftverk i startfasen av skipsdesignprossessen. Oppgaven etablerer strukturen for hvordan en skal avgjøre størrelsen på kraftverket om bord og identifiserer hvilke faktorer som gjør at ytterligere data og analyser er nødvendige. Algoritmen er første steg i et større prosjekt, der både strukturen og nøyaktigheten på algoritmen forventes å bli bedre for hvert steg. Gjennom å se på flere systemer vil både designprosessen som tar i bruk algoritmen og algoritmen forbedre seg, slik at integrasjon av algoritmen gir merverdi for alle parter. Det langsiktige målet for algoritmen er å komme fram til en standardisert metode for å designe kraftverk for skip. Algoritmen produserer flere alternativ til oppsett av kraftsystemet til skipet, der alle er optimale løsninger for en gitt operasjonsprofil, i tillegg til hvordan optimalsystemet kommer til å endre seg basert på hvordan andre faktorer i prosjektet endrer seg.

Prosjekteringsevaluering av et OSV i tre forskjellige designmodus.

Dette første steget er basert på kunnskap opparbeidet gjennom en mastergrad i Marin Teknikk. Kunnskapen brukt kommer fra flere ulike akademiske felt, og etablerer hvordan disse samarbeider for å finne løsningen. Dataprosesseringsteknikker er brukt som er verktøy innen optimering, forståelsen for marint maskineri har vært essensielt for å forstå hvordan systemer er satt opp til dags dato, og kontrollteori har blitt brukt til å finne metoder for reduksjon av energitap. Fra forfatterens perspektiv har prosjektet vært et bra steg for å finne ut hvor akademisk kunnskap har vært mangelfullt, og har etablert hvor mer forsking er nødvendig. Prosjektet har vært nyttig for å finne hvor topologien til dagens systemer feil, selv om målet på lang sikt er å lage et generisk verktøy for design av kraftsystemer om bord på skip. Det endelige produktet vil være i stand til å ta inn faktorer fra markedet og hvilke miljøer et skip kommer til å befinne seg i for å finne den optimale løsningen.

An algorithm for ship power plant optimization at the step of the preliminary design of a ship is presented here. The document establishes the bones and identifies the intervening factors for a ship power plant first sizing algorithm to where include further data and detailed analysis. It is presented as a first step of a complete project which structure and accuracy is expected to improve each new case study for analysis ending up with a standard pattern for the design of the power plant considering the project nature, ship design specifications, existing installation components, detailed models feedback, the operational profile of the ship and client wishes. The outcome of the algorithm is a scope of optimum solutions within specific operational behavior bandwidths of the system together with different indexes evaluating how the optimum scenario changes out of those.

The retrofit project evaluation of an Offshore Service Vessel is selected in three different design modes.

This first step integrates part of the knowledge acquired during the M.Sc. in Marine Technology studies from different fields, establishing the links from where they can work together. Going from data processing techniques used for optimization purposes to marine machinery environments understanding and real analysis ending up with clean energy enhancements achieved thanks to new control systems strategies research. Nevertheless, the project ended up from the author perspective as an interesting research gap solution from where to continue new approaches, useful in a short term for new power plant topologies' flaws identification and in a long term as a generic tool to help with the power plant design, considering an updated market perspective and specific ship project environments.