Decision support for renewal and retrofitting of the fleet of offshore supply vessels to guide the transition towards zero-emission logistics

Abstract

Denne masteroppgaven introduserer en matematisk model som løser det maritime flåte fornyelse problemet med et fokus på utslippskutt av CO_2 for forsyningsskip. Modellens primære mål er å veilede skipsredere om optimal timing og valg av hvilke drivstoffsteknologier som skal blir brukt av skipene i flåten for å oppfylle nye reguleringer med hensyn på CO_2 utslipp.

Litteraturstudie består av en introduksjon av forsyningsskip og deres operasjoner. Ulike drivstoffteknologier som forsyningsskip kan benyttes seg av er presentert. Tilslutt så er lignende problemer og modeller presentert og brukt til å lage en model.

For å demonstrer modellens anvendelighet, utføres en case-studie hvor en flåte på tre konvensjonelle forskyningsskip operer i Nordsjøen. Studien ser på ulike utslippreduksjons strategier, en av strategiene er IMO's 2030 og 2050 mål på å redusere utslippet CO_2 med henholdsvis 40 og 70 prosent. Med IMO's mål, blir resultatet at flåten fornyes i 2030 til å innholde tre LNG-drevene skip og et skip med karbonfangst og lagringssystemer ombord. I 2050 blir to av de LNG-drevene skipene erstattet med hydrogen-drevene skip, noe som resultere i en mer bærekraftig flåte som oppnår IMO's mål.

En annen viktig del av case-studien innebærer å utforske ulike parametere for å fortså deres påvirkning og finne den optimale måten å modellere det maritime flåte fornyelse problemet med et fokus på utslippskutt av CO_2.

Case-studien bekrefter effektiviteten til den foreslåtte modellen for å generere strategiske beslutninger om fornyelse av flåten basert på gitt inndata. Men det er en stor usikkerhet med tanke på nøyaktigheten til inndaten angående skipsdesignene.

This master's thesis introduces a mathematical model to address the maritime fleet renewal problem (MFRP) with a focus on emission control for platform supply vessels (PSVs). The model's primary objective is to guide ship owners on the optimal timing and selection of fuel technologies to incorporate into their fleet to comply with new regulations and achieve reductions in CO_2 emissions.

The literature review consists of an introduction to the PSV and its operations. Possible fuel options for the PSV fleet are showcased. Relevant literature regarding similar problems, modeling, and optimization is presented and used to construct a model.

To demonstrate the model's applicability, a computational study is conducted involving a fleet of three conventional-fuelled platform supply vessels operating in the North Sea. The study looks at potential different emission reduction strategies. One of them being IMO's 2030 and 2050 goals. The study results indicate that by 2030, the fleet would consist of three LNG-fuelled vessels and one retrofitted vessel utilizing MDO along with a carbon capture and storage system. Furthermore, by 2050, two of the LNG-fuelled vessels will be replaced with hydrogen-fuelled vessels, leading to a more sustainable fleet configuration and complying with IMO's goal.

Another key aspect of the computational study involves exploring various parameters to understand their impact and identify the optimal approach for modeling the MFRP with emission control.

The case study validates the effectiveness of the proposed model in generating strategic fleet renewal decisions based on the provided input. However, a notable concern arises regarding the accuracy of the input data concerning vessel design.