A method for evaluating the potential for retrofitting Wind Assisted Ship Propulsion from a ship owner perspective

Abstract

Skipsfart står for nesten 3% av de totale menneskeskapte utslippene av karbondioksid, og aktører innenfor den maritime næringen er under press for å finne løsninger for å redusere disse utslippene. Et lovende konsept for å imøtekomme dette problemet er Wind Assistert Skips propulsjon (WASP).

I første delen av oppgaven utføres det en litteraturstudie av fem ulike WASP løsninger. Det ble kommet frem til at Flettner rotoren er den foretrukne løsningen pga. tre grunner. Systemene er enkle å bruke, siden den kun behøver justering av omdreiningshastighet. Høy løft koeffisient bidrar til at den opptar mindre plass og dermed medfører få konsekvenser for omkringliggende systemer og logistikk. I tillegg så er det en godt utprøvd teknologi, med godt dokumentert effekt og etablerte leverandører.

Basert på bakgrunns studiet ble det utviklet en metode for å evaluere gjennomførbarheten av å etter montere Flettner rotorer på et skip i en tidlig fase av et prosjekt. Metoden bruker skipets hoveddimensjoner sammen med konfigurasjon av Flettner rotorer som input og regner ut ytelsen fra skipet. Ved hjelp av AIS (automatisk identifikasjonssystem) data fra tidligere ruter og tilhørende værdata, så kan ytelser som drivstoffbesparelse regnes ut for den faktiske ruten seilet av fartøyet. I tillegg så regner metoden ut potensiell drivstoffbesparelse dersom operasjonsprofilen tilpasses WASP fartøy.

Metoden ble brukt på en case-studie av et 83 600 DWT LNG tankskip montert med fem Flettner rotorer av størrelse 4x24m. Ved bruk av den opprinnelige operasjons profilen ble det estimert at skipet kan spare 4.5%, som tilsvarer 127 kg/h av det opprinnelige drivstoff forbruket av MGO. I tillegg ble tilbakebetalingsperioden for investeringen funnet til å være 7.2 år, med en drivstoffpris tilsvarende gjennomsnittet over de to siste årene. Med dagens drivstoff priser er tilbakebetalingsperioden redusert til 3 år.

The shipping industry accounts for nearly 3% of the anthropogenic carbon dioxide emissions, and stakeholders within the shipping industry are currently under pressure to find solutions to reduce these emission. A concept presenting itself as a promising measure for reducing fuel consumption is Wind Assisted Ship Propulsion (WASP).

In the first part of this thesis, a literature study of 5 different WASP technologies was conducted. It was found that the Flettner rotor is the most favorable concept for three reasons. The system is relatively easy to operate as it only requires RPM adjustment. Secondly, it has a low effect on surrounding systems and the logistics due to its high lift coefficient. Finally, the technology has been tested for many years, resulting in well-documented effects and established suppliers.

Based on the background study, a method for evaluating the feasibility of installing Flettner rotors on a vessel as a preliminary effort was developed. The method uses vessel main particulars and the configuration of Flettner rotors as input to calculate the vessel's performance. With AIS data of previous routes and corresponding weather data, potential fuel savings are estimated for the route that has been sailed by the ship. This method calculates these savings based on the original operational profile and concepts of operations that are adapted to vessels fitted with WASP technology.

The method is applied to a case study of an 83 600 DWT LNG tanker fitted with five Flettner rotors with a height and diameter of 24m and 4m. Using the original operational profile of one year, the vessel can save 4.5%, corresponding to 127 kg/h MGO compared to the fuel consumption without WASP. Furthermore, the payback period is 7.2 years by using the average fuel price over the last two years. With current fuel prices, the payback period is reduced to 3 years.