The effect of engine power limitation on the energy efficiency existing ship index (EEXI)

Ρήγος, Νικόλαος; Rigos, Nikolaos

dc.contributor.author	Ρήγος, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Rigos, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2022-06-07T11:03:33Z
dc.date.available	2022-06-07T11:03:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55252
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22950
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Δείκτης	el
dc.subject	Μείωση ισχύος μηχανής	el
dc.subject	Ελάχιστη ισχύς πρόωσης	el
dc.subject	Τροποποιήσεις	el
dc.subject	Ενεργειακή αποδοτικότητα	el
dc.subject	Index	en
dc.subject	Engine power limitation	en
dc.subject	Minimum propulsion power	en
dc.subject	Retrofits	en
dc.subject	Energy efficiency	en
dc.title	The effect of engine power limitation on the energy efficiency existing ship index (EEXI)	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Energy efficiency	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-01-31
heal.abstract	Σήμερα, η ναυτιλιακή κοινότητα βρίσκεται σε άμεση ανάγκη εξεύρεσης αποδοτικών λύσεων, ικανών να συνεισφέρουν ενεργά στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από τα πλοία. Λόγω αυτού, ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (IMO) θέσπισε το Δείκτη Ενεργειακής Αποδοτικότητας για τα υπάρχοντα πλοία (EEXI). Ο συγκεκριμένος δείκτης είναι σχεδιαστικός και ακολουθεί τη φιλοσοφία του Δείκτη Ενεργειακής Αποδοτικότητας για τα νεότευκτα πλοία (EEDI). Στόχος του EEXI είναι ο προσδιορισμός αυστηρών απαιτήσεων όμοιες με εκείνες που ισχύουν για τον EEDI σε ότι αφορά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Για τη συμμόρφωση με το κανονιστικό πλαίσιο ο IMO προτείνει ένα πακέτο τεχνικών και λειτουργικών μέτρων. Με βάση τα παραπάνω, η παρούσα Διπλωματική εργασία καταπιάνεται με την επίδραση της μείωσης ισχύος της κύριας μηχανής του πλοίου (EPL), μέτρο το οποίο κρίνεται ως πολλά υποσχόμενο, στον επερχόμενο δείκτη ενεργειακής αποδοτικότητας (EEXI). Προς αυτή την κατεύθυνση, η εργασία εστιάζει στο ζήτημα τόσο από θεωρητικής, όσο και από υπολογιστικής σκοπιάς. Ειδικότερα, το θεωρητικό μέρος προσδιορίζει τις απαιτήσεις του EEXI σχετικά με τα ζητήματα της εφαρμογής του κανονισμού, του αναλυτικού υπολογισμού και της ασφάλειας. Όσον αφορά το ζήτημα της εφαρμογής, ορίζεται με σαφήνεια το χρονοδιάγραμμα του EEXI, τα απαραίτητα περιεχόμενα που οφείλει να καλύπτει η απαιτούμενη τεχνική έκθεση, καθώς και η διαδικασία για τη βεβαίωση συμμόρφωσης με τις απαιτήσεις από τον νηογνώμονα. Σχετικά με τον αναλυτικό υπολογισμό, δίνεται έμφαση στην εξίσωση που προτείνεται από τον IMO για τον προσδιορισμό του EEXI, ενώ ταυτόχρονα ορίζονται οι σχετικοί παράμετροι και περιγράφεται η διαδικασία υπολογισμού τους με βάση τις οδηγίες του IMO. Ιδιαίτερη μνεία γίνεται στον προσδιορισμό της ταχύτητας αναφοράς για τα πλοία τα οποία υπάγονται στον EEXI, καθώς προτείνεται ένα σύνολο διαφορετικών μεθόδων για την προσέγγισή της. Όσον αφορά το ζήτημα της ασφάλειας, δίνεται έμφαση στον προσδιορισμό της ελάχιστης απαιτούμενης ισχύος για ασφαλή ναυσιπλοΐα, σύμφωνα με τις δύο μεθόδους που προτείνονται από τον IMO. Τέλος, στο θεωρητικό μέρος της εργασίας παρουσιάζεται ένα πλήθος προτεινόμενων καινοτόμων τεχνικών λύσεων που δύνανται να εφαρμοστούν τόσο στη γάστρα και την έλικα του πλοίου, όσο και στην κύρια μηχανή του. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη μείωση ισχύος της κύριας μηχανής (EPL), ως ένα οικονομικό, εύκολα εφαρμόσιμο και με μεγάλες προοπτικές συμμόρφωσης με τις απαιτήσεις του EEXI τεχνικό μέσο. Όσον αφορά το υπολογιστικό μέρος, πραγματοποιείται αναλυτική μελέτη για δύο πλοία διαφορετικού τύπου, ενός πλοίου μεταφοράς φορτίου χύδην (Bulk Carrier), χωρητικότητας 180,000 τόνων, και ενός δεξαμενοπλοίου (Product Carrier), χωρητικότητας 75,000 τόνων. Η συγκεκριμένη επιλογή των πλοίων γίνεται λόγω του ότι αποτελούν δύο από τους πιο διαδεδομένους τύπους, στους οποίους πρόκειται κατά κύριο λόγο να εφαρμοστεί η μείωση ισχύος στην κύρια μηχανή ως μέσο συμμόρφωσης με τον EEXI. Αρχικά, η διαδικασία καταπιάνεται με τον προσδιορισμό της ελάχιστης απαιτούμενης ισχύος για ασφαλή ναυσιπλοΐα. Πιο συγκεκριμένα, η απαιτούμενή ισχύς υπολογίζεται με βάση δύο διαφορετικές προσεγγίσεις, τη ‘Level 1’ και τη ‘Level 2’, όπως περιγράφονται από τον IMO. Η πρώτη μέθοδος βασίζεται σε στατιστικά δεδομένα και προσδιορίζει την ελάχιστη απαιτούμενη ισχύ με βάση τον τύπο και τη χωρητικότητα του πλοίου. Όσον αφορά τη δεύτερη μέθοδο, βασίζεται κατά κύριο λόγο τόσο στα χαρακτηριστικά του πλοίου, όσο και στην κατάσταση θάλασσας που περιγράφεται από κατάλληλο φάσμα. Ειδικότερα, η μέθοδος αυτή έχει ως στόχο να προσδιορίσει την απαιτούμενη ισχύ ενός πλοίου, ώστε αυτό να είναι σε θέση να αναπτύξει την αναγκαία ταχύτητα προχώρησης που απαιτείται για λόγους ασφαλείας σε κακές καιρικές συνθήκες. Ο προσδιορισμός την ισχύος προϋποθέτει τον υπολογισμό της αντίστασης που το πλοίο καλείται να υπερνικήσει. Με βάση την αντίσταση και την ώση που απαιτείται γίνεται χρήση των διαγραμμάτων έλικας σε ελεύθερη ροή, προκειμένου να υπολογιστούν οι σχετικοί συντελεστές, και εν τέλει η απαιτούμενή ισχύς της έλικας. Έτσι, λαμβάνοντας υπόψιν τον βαθμό απόδοσης του άξονα της μηχανής, προσδιορίζεται η ζητούμενη ισχύς της. Παράλληλα, η δεύτερη μέθοδος δεν προσδιορίζει μονάχα την απαιτούμενη ισχύ αλλά και τις αντίστοιχες στροφές, θέτοντας έτσι τον περιορισμό ότι το συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας οφείλει να βρίσκεται κάτω από το όριο ροπής/ταχύτητας της κύριας μηχανής για να είναι αποδεκτό. Τα αποτελέσματα των δύο μεθόδων υποδεικνύουν ότι η πρώτη μέθοδος έχει ιδιαίτερα υψηλότερες απαιτήσεις ισχύος συγκριτικά με τη δεύτερη, και για τα δύο πλοία. Παράλληλα, το υπολογιστικό κομμάτι ασχολείται με την εφαρμογή της μείωσης ισχύος (EPL) προκειμένου να εξετασθεί η συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του EEXI. Η μείωση ισχύος εφαρμόζεται για έξι διάφορες περιπτώσεις ανά πλοίο, οι οποίες λαμβάνονται υπόψιν για την πληρέστερη κατανόηση των σχετικών αναγκών. Ειδικότερα, στην πρώτη εξεταζόμενη περίπτωση για το δείκτη EEXI, θεωρείται ότι η μείωση ισχύος είναι μηδενική. Στις επόμενες δύο περιπτώσεις, η ισχύς της μηχανής μειώνεται στα επίπεδα που ορίζονται από την ελάχιστη απαιτούμενη ισχύ με βάση τις δύο σχετικές μεθόδους υπολογισμού, ‘Level 1’ και ‘Level 2’. Οι εν λόγω περιπτώσεις, εξασφαλίζουν ότι το πλοίο θα έχει πάντοτε επαρκή ισχύ σε περίπτωση κακών καιρικών φαινομένων, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του IMO, ενώ ταυτόχρονα διερευνάται και ταυτόχρονη πιθανή συμμόρφωση με τον EEXI. Έπειτα, στις περιπτώσεις τέσσερα και πέντε η μείωση ισχύος έχει ως στόχο τη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του EEXΙ, όπως αυτές διαμορφώνονται ανάλογα με το χρονικό σημείο στο οποίο εφαρμόζονται. Ειδικότερα, γνωρίζοντας τις σχετικές απαιτήσεις, εξετάζεται το ελάχιστο ποσοστό EPL που απαιτείται για τη συμμόρφωση του πλοίου με τις διατάξεις του IMO. Ακόμη, μελετάται μία επιπλέον περίπτωση κατά την οποία η ισχύς μειώνεται σε τέτοιο βαθμό, ώστε η αντίστοιχη ταχύτητα αναφοράς να ισούται με τη μέση πραγματική ταχύτητα του πλοίου. Στο επόμενο στάδιο της υπολογιστικής διαδικασίας, με βάση τα πραγματικά δεδομένα των δύο πλοίων, τα οποία αντλούνται από τις ημερήσιες αναφορές, πραγματοποιείται σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών και των αντίστοιχων πραγματικών αποτελεσμάτων. Η σύγκριση γίνεται με τη βοήθεια ιστογραμμάτων που κατανέμουν τα πραγματικά δεδομένα σε κατάλληλα διαστήματα και βοηθούν στη συσχέτιση με τις θεωρητικές τιμές. Η εν λόγω διαδικασία στοχεύει στη μελέτη των πραγματικών ταχυτήτων των δύο πλοίων, ενώ ταυτόχρονα επιδιώκει να διερευνήσει εκτενώς την επίδραση της μείωσης ισχύος (EPL) και του EEXI στις πραγματικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Τέλος, εξάγονται αναλυτικά συμπεράσματα που αφορούν τόσο τη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του EEXI, όσο και τη συνεισφορά του EPL στη μείωση των αερίων ρύπων. Πιο συγκεκριμένα, και για τα δύο πλοία που μελετώνται προκύπτει ότι η συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του EEXI προϋποθέτει ένα ιδιαίτερα υψηλό EPL. Παράλληλα, αντίστοιχη απαίτηση για υψηλή μείωση ισχύος υπάρχει και σε ότι αφορά τη μείωση των πραγματικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα.	el
heal.abstract	Nowadays, the shipping industry is in urgent need of efficient solutions able to contribute to the reduction of the CO2 emissions from ships. Due to that fact, the International Maritime Organization established the Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) and suggested a package of technical and operational means of complying with the requirements. Based on that, the current thesis aims to examine the effect of Engine Power Limitation, as a promising measure, on the upcoming EEXI. In order to achieve that, the study focuses on the subject from both a theoretical and a practical point of view. More specifically, from the theoretical perspective, the requirements of the EEXI in terms of applicability, calculation and safety are specified. Additionally, a list of proposed technical solutions is presented, with special emphasis given to the Engine Power Limitation. Regarding the calculation process, an extended case study is conducted for two different vessels, a 180,000 DWT Bulk Carrier and a 75,000 DWT Product Carrier. The study focuses on the determination of the required minimum propulsion power for safe navigation and the application of Engine Power Limitation, in order to verify its effect on the EEXI. Finally, based on the operational data provided by the noon reports, a comprehensive comparison between the theoretical and the corresponding real-time results is performed, in order to estimate the effect of EPL and EEXI on the actual CO2 emissions of the examined vessels.	en
heal.advisorName	Θεμελής, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Βεντίκος, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μελέτης Πλοίου και Θαλάσσιων Μεταφορών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	106 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false