Ship Energy Efficiency Indices Within the Framework of IMO

Abstract

Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, μελετώνται οι Δείκτες Ενεργειακής Απόδοσης, που έχουν προταθεί από τον IMO (International Maritime Organization) και αφορούν στην Σχεδίαση και Λειτουργία των Πλοίων, εστιάζοντας στην απεικόνιση της ενεργειακής απόδοσης των ηλεκτρικών συστημάτων ενέργειας και στα ζητήματα που προκύπτουν γενικότερα κατά την εφαρμογή των δεικτών αυτών. Συγκεκριμένα για τον Δείκτη Ενεργειακής Απόδοσης που αφορά στην Σχεδίαση Νέων Πλοίων (EEDI), τα ζητήματα αφορούν: α) την περιορισμένη δυνατότητα του να εκφράσει την ενεργειακή απόδοση του πλοίου για περισσότερες από μία καταστάσεις λειτουργίας, β) την έλλειψη εξαγωγής συγκρίσιμων αποτελεσμάτων κατά την εφαρμογή του σε ορισμένες κατηγορίες πλοίων (Επιβατηγά), γ) την ακαταλληλότητα του για πλοία με μη συμβατικά συστήματα πρόωσης (Δηζελοηλεκτρική Πρόωση) και δ) την εξαγωγή πλασματικών αποτελεσμάτων που στην πράξη οδηγούν στην σχεδίαση λιγότερο ενεργειακά αποδοτικών νέων πλοίων. Επιπροσθέτως, ε) η έλλειψη σαφούς ορισμού του Δείκτη Ενεργειακής Απόδοσης για την Λειτουργία των Πλοίων (EEOI) και στ) η απουσία ενός Δείκτη που να απεικονίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια τα ενεργειακά οφέλη από την εγκατάσταση νέων τεχνολογιών, ειδικότερα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και από την εφαρμογή βέλτιστων σεναρίων λειτουργίας, είναι μερικά μόνο από τα ζητήματα που επιζητούν λύση. Για τον λόγο αυτό, προτείνεται η εφαρμογή ενός εναλλακτικού δείκτη VENEFI (Vessel Energy Efficiency Index) για την συνολική λειτουργία του πλοίου που προκύπτει από την σύνθεση επιμέρους δεικτών που περιγράφουν την ενεργειακή απόδοση σε κάθε κατάσταση λειτουργίας. Οι επιμέρους δείκτες δύναται να περιγράψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την ενεργειακή απόδοση του πλοίου σε κάθε κατάσταση ξεχωριστά, τόσο κατά την λειτουργία του όσο και κατά την σχεδίαση ενός νέου πλοίου. Επιπλέον, προτείνονται επιμέρους δείκτες που αξιολογούν την ενεργειακή απόδοση του συστήματος πρόωσης και του ηλεκτρικού συστήματος παραγωγής. Όλοι οι δείκτες συνδέονται μεταξύ τους μέσω κατάλληλων σχέσεων ενώ είναι συγκρίσιμοι υπό προϋποθέσεις και με τους υφιστάμενους δείκτες EEDI & EEOI. Για την περεταίρω διερεύνηση, αναπτύχθηκε ένα φύλλο υπολογισμού των δεικτών και χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από υφιστάμενα πλοία για την πραγματοποίηση υπολογισμών και την εξαγωγή αποτελεσμάτων. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται αναλυτικά ο υπολογισμός του δείκτη VENEFI για το πλοίο “BS1” ενώ στο Παράρτημα 3 παρουσιάζονται επιπλέον υπολογισμοί καθώς και η διερεύνηση βέλτιστου σεναρίου συνολικής λειτουργίας με χρήση ή μη αξονικής γεννήτριας. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι μέσω του δείκτη VENEFI είναι εφικτή η διερεύνηση βέλτιστων σεναρίων λειτουργίας αλλά και η διερεύνηση του μέτρου της ενεργειακής απόδοσης με την εφαρμογή μιας νέας τεχνολογίας, ειδικότερα όσον αφορά την ηλεκτρική ενέργεια, ενώ παράλληλα επιλύθηκαν και τα υπόλοιπα προαναφερθέντα ζητήματα εφαρμογής των Δεικτών.

This dissertation analyzes the proposed by the IMO (International Maritime Organization) Energy Efficiency Indices for the Design and Operation of Ships (EEDI & EEOI respectively), focusing on energy efficiency of electric power systems and the arising implementation issues of these indices. More specifically, the issues considering the Energy Efficiency Design Index (EEDI) are: a) its limited ability to express the energy efficiency of the ship for more than one operating condition, b) the failure to produce comparable results when applied to certain ship categories (Passenger Vessels), c) it is not applicable to ships with non-conventional propulsion systems (Diesel-Electric Propulsion) and d) it produces misleading results driving practically to the design of less energy efficient ships. Additionally: e) the definition of Energy Efficiency Operation Index (EEOI) which is not precise and f) the absence of an index that reflects more accurately the benefits of: i) installing new energy efficient technologies onboard vessels, particularly for electrical power generation and ii) the implementation of optimal operating scenarios; are some of the issues seeking a solution. Therefore, it is proposed an alternative index VENEFI (Vessel Energy Efficiency Index) for the complete operation of the vessel, as a resultant of individual indices that describe the energy efficiency in each operation mode of the vessel. Individual indices may describe more accurately the energy efficiency of the ship in every activity mode during operation and at design stage for new vessels. In addition, there are proposed specific indices of energy efficiency for the propulsion and the auxiliary power system, individually. All indices are linked through appropriate formulas, while under conditions are comparable with existing indices EEDI & EEOI. For further investigation on VENEFI, there was developed a spreadsheet for calculating the proposed indices using data from existing ships, performing the calculations and exporting the results. Chapter 4 presents in detail the sample calculation of VENEFI on the ship "BS1", while in Annex 3 are presented additional calculations and an investigation on the effect of the use of shaft generator on VENEFI. The results showed that through the index VENEFI is possible to investigate optimal operating scenarios and account the benefits of energy efficiency by implementing new technologies, particularly for electric power systems, while the rest of the issues considering indices implementation were resolved.