Evaluating the impact of wind-assisted propulsion systems on ship energy efficiency

Θαλασσινός, Διονύσιος; Thalassinos, Dionysios

dc.contributor.author	Θαλασσινός, Διονύσιος	el
dc.contributor.author	Thalassinos, Dionysios	en
dc.date.accessioned	2025-02-18T11:13:01Z
dc.date.available	2025-02-18T11:13:01Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61130
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28826
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
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	Wind-Assisted Propulsion	en
dc.subject	Energy Efficiency	en
dc.subject	Flettner Rotor	en
dc.subject	eSAIL System	en
dc.subject	Emissions Reduction	en
dc.subject	Αιολική Πρόωση	el
dc.subject	Ενεργειακή Αποδοτικότητα	el
dc.subject	Ρότορας Flettner	el
dc.subject	Σύστημα eSAIL	el
dc.subject	Μείωση Εκπομπών	el
dc.title	Evaluating the impact of wind-assisted propulsion systems on ship energy efficiency	en
dc.title	Μελέτη βελτίωσης ενεργειακής αποδοτικότητας πλοίου με χρήση συστήματος υποβοήθησης πρόωσης από τον άνεμο	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Naval Architecture	en
heal.classification	Ναυπηγική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-10
heal.abstract	The maritime industry, responsible for approximately 2-3% of global carbon emissions, faces increasing regulatory pressures to adopt sustainable practices to meet the International Maritime Organization's (IMO) greenhouse gas (GHG) reduction goals. Among the various strategies to improve energy efficiency, wind-assisted propulsion (WASP) systems stand out as a promising solution, particularly through technologies such as the Flettner Rotor and eSAIL systems. This thesis aims to evaluate the impact of these WASP technologies on the fuel consumption and emissions reduction of commercial ships, with a specific focus on a bulk carrier case study. The research develops a comprehensive theoretical model that incorporates wind forces, wave resistances, and side forces, alongside the effects of traditional propulsion methods. Using this model, the performance of the retrofitted vessel is assessed under varying environmental conditions. The case study vessel was analysed with both Flettner Rotor and eSAIL systems installed, and the results indicate that significant reductions in fuel consumption can be achieved, particularly when utilizing the eSAIL system. This study also evaluates the ship’s compliance with IMO’s Minimum Propulsion Power requirements, examining the vessel’s manoeuvrability in adverse weather conditions. A series of computational trials are conducted to predict the ship’s speed and power curves, considering factors such as calm water resistance, wind resistance, and the additional propulsion provided by the WASP systems. The results highlight the potential of wind-assisted propulsion systems to reduce fuel consumption by up to 44% (when considering side forces) and 48% (when not considering side forces), depending on the environmental conditions and operational parameters. The study also addresses the challenges of side forces, which can impact the vessel's performance, necessitating the inclusion of drift and rudder-related resistances in the model. In conclusion, this thesis demonstrates that wind-assisted propulsion systems, particularly the eSAIL, offer a viable path for the shipping industry to reduce its environmental impact. By achieving significant reductions in fuel consumption and emissions, these systems contribute to the decarbonization of maritime transport and provide a practical solution for compliance with evolving environmental regulations. The findings suggest that continued development and implementation of WASP technologies could play a crucial role in achieving future maritime sustainability goals.	en
heal.abstract	Η ναυτιλιακή βιομηχανία, η οποία ευθύνεται για περίπου 2-3% των παγκόσμιων εκπομπών άνθρακα, αντιμετωπίζει αυξανόμενες ρυθμιστικές πιέσεις για την υιοθέτηση βιώσιμων πρακτικών, ώστε να ανταποκριθεί στους στόχους μείωσης εκπομπών του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού (IMO). Ανάμεσα στις διάφορες στρατηγικές βελτίωσης της ενεργειακής αποδοτικότητας, τα συστήματα πρόωσης με τη βοήθεια του ανέμου (WASP) ξεχωρίζουν ως μια υποσχόμενη λύση, ειδικά μέσω τεχνολογιών όπως τα συστήματα Flettner Rotor και eSAIL. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στην αξιολόγηση της επίδρασης αυτών των τεχνολογιών WASP στην κατανάλωση καυσίμου και τη μείωση των εκπομπών των εμπορικών πλοίων, με ειδική έμφαση σε μια μελέτη περίπτωσης φορτηγού πλοίου. Η έρευνα αναπτύσσει ένα ολοκληρωμένο θεωρητικό μοντέλο που ενσωματώνει τις δυνάμεις του ανέμου, τις αντιστάσεις των κυμάτων και τις πλευρικές δυνάμεις, σε συνδυασμό με τις παραδοσιακές μεθόδους πρόωσης. Με βάση αυτό το μοντέλο, αξιολογείται η απόδοση του πλοίου με τις εγκατεστημένες τεχνολογίες Flettner Rotor και eSAIL υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μπορούν να επιτευχθούν σημαντικές μειώσεις στην κατανάλωση καυσίμου, ιδιαίτερα με τη χρήση του συστήματος eSAIL. Η μελέτη εξετάζει επίσης τη συμμόρφωση του πλοίου με τις ελάχιστες απαιτήσεις ισχύος πρόωσης του IMO, εξετάζοντας την ευελιξία του σε δυσμενείς καιρικές συνθήκες. Πραγματοποιείται μια σειρά υπολογιστικών δοκιμών για την πρόβλεψη των καμπυλών ταχύτητας/ισχύος του πλοίου, λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως η αντίσταση σε ήρεμο νερό, η αντίσταση στον άνεμο και η πρόσθετη πρόωση που παρέχεται από τα συστήματα WASP. Τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν το δυναμικό των συστημάτων πρόωσης με τη βοήθεια του ανέμου να μειώσουν την κατανάλωση καυσίμου έως και 44% (όταν λαμβάνονται υπόψη οι πλευρικές δυνάμεις) και 48% (όταν δεν λαμβάνονται υπόψη οι πλευρικές δυνάμεις), ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τις παραμέτρους λειτουργίας. Η μελέτη ασχολείται επίσης με τις προκλήσεις των πλευρικών δυνάμεων, οι οποίες μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση του πλοίου, καθιστώντας απαραίτητη την ενσωμάτωση των αντιστάσεων από την πλαγιολίσθηση (drift) και το πηδάλιο στο μοντέλο. Συμπερασματικά, η παρούσα διπλωματική εργασία δείχνει ότι τα συστήματα πρόωσης με τη βοήθεια του ανέμου, ειδικά το eSAIL, προσφέρουν μια βιώσιμη λύση για τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της ναυτιλιακής βιομηχανίας. Με την επίτευξη σημαντικών μειώσεων στην κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές, αυτά τα συστήματα συμβάλλουν στην απανθρακοποίηση των θαλάσσιων μεταφορών και παρέχουν μια πρακτική λύση για τη συμμόρφωση με τους εξελισσόμενους περιβαλλοντικούς κανονισμούς. Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η συνεχής ανάπτυξη και εφαρμογή των τεχνολογιών WASP θα μπορούσε να διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην επίτευξη των μελλοντικών στόχων βιωσιμότητας της ναυτιλίας.	el
heal.advisorName	Θεμελής, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Themelis, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Angelou, Emmanouil	en
heal.committeeMemberName	Αγγέλου, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Ζαραφωνίτης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Zarafonitis, Georgios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μελέτης Πλοίου και Θαλάσσιων Μεταφορών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false