Performance analysis of Flettner rotor installations

Abstract

I 2018 annonserte den internasjonale sjøfartsorganisasjonen sitt mål om å redusere utslippene av drivhusgasser med 50\% fra 2008 til 2050. Siden dette har det vært et økende fokus på å implementere utslippsreduserende tiltak innen skipsfart. Et av disse mulige tiltakene er vindassistsert skipspropulsjon, og innenfor dette er flettner rotorer blitt det mest omtalte konseptet. Mesteparten av de publiserte studieneIdag fokuserer på å estimere potensialet for drivstoffbesparelser for generiske skip og operasjoner. Målet I denne oppgaven er å beskrive en metode som kan brukes for å avgjøre hvorvidt det er økonomisk lønnsomt å installere flettner rotorer for et gitt skip.

Den foreslåtte metoden kan hovedsaklig deles innIfire faser som igjen inneholder flere prosesser. Den første av disse fasene består av å samle data om fartøyet og om det foreslåtte opsettet av rotorer.Iden andre fasen gjøres en analyse av potensielle rotorbesparelser, samt innsamling og prosessering av AIS og værdata. Tredje fase fokuserer på å sette sammen AIS og værdatadata, med resultatene fra besparelsesanalysen, for å vise de potensielle besparelsene for fartøyets operasjoner. Til sist bør det gjøres en økonomisk analyse for å estimere den økonomiske tilbakebetalingstiden på rotorene, gitt resultatene fra de tidligere fasene.

Metoden testes i en case med et ekte fartøy. Casen undersøker bulkskipet Ma Lian Hai, og prøver å estimere besparelsene for fartøyet over året 2020.Iden andre fasen av metoden ble det brukt flere eksternt byggede programmer til blandt annet besparelsesanalysen. Da resultatene fra denne analysen skulle prosesseres ble det oppdaget en rekke feil I koden som kan lede til unøkyaktige eller urealistiske resultater. Disse feilene bidro til å oppdage noen av ulempene med den foreslåtte metoden, samt å fortå og foreslå noen av forbedringene som kan gjøres.

Resultatene fra denne oppgaven viser at en metode for å avgjøre hvorvidt flettner rotor installasjoner lønner seg er mulig å implementere, og at den kan brukes til å støtte i en skipseiers avgjørelser. Den viser også at det finnes tilgjengelige verktøy, slik som AIS og værdata, som kan brukes til å forbedre nøyaktigheten til analyser av flettner rotor besparelser. Men, oppgaven viser også at nøyaktige og pålitelige simuleringsmodeller for flettner rotor besparelser er vanskelige å lage, og kan være en flaskehals for den foreslåtte metoden.

After the International Maritime Organisation announced its goal to reduce greenhouse gas emissions by 50\% from 2008 to 2050, an increasing focus has been drawn to implementing emission reduction measures in the shipping industry. Wind-assisted ship propulsion is one of the most commonly referenced measures to reduce emissions, particularly the flettner rotor concept. Most published research into this topic focuses on estimating the potential savings of flettner rotors for generic ships and routes. However, this thesis aims to describe a method that any shipowner can use to determine whether flettner rotor installation is economically viable for their specific case.

The proposed method consists of four main phases that are again divided into several steps. The first of these phases consists mostly of data gathering for the chosen vessel and potential setup. The second phase includes a rotor performance analysis and AIS and weather data gathering and processing. In phase three, the performance simulation and the weather data is combined in order to show the performance for the selected vessel and operational profile. Finally, an economic analysis is performed in order to estimate the economic payback time of the rotors given performance results from previous sections.

The method is tested in a case with a real vessel. The case investigates the bulk carrier Ma Lian Hai and attempts to estimate the savings for this vessel in the year 2020. In the second phase of the method, several external programs are used to perform the rotor savings estimation. While processing the results from this phase, several bugs were discovered in the code, leading to inaccurate simulation results. These bugs lead to the discovery of some of the method disadvantages, as well as some of the improvements that could be made in order to improve it.

The results of this thesis show that a method for performance analysis of flettner rotor installations can be made and that it can work to assist a shipowner in decision making. It also shows that there are tools available, such as AIS and weather data, that can be used to improve the accuracy of flettner rotor performance analysis. However, the thesis also shows that accurate performance simulation models are difficult to create and can be a bottleneck in the proposed method.