A Holistic Methodology for the Optimization of Tanker Design and Operation and it's Applications

Abstract

Η παρούσα εργασία αποτελεί την Διπλωματική Εργασία του γράφοντος, Λάμπρου Γ. Νικολόπουλου, στα πλαίσια ολοκλήρωσης των προπτυχιακών σπουδών του στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο για την απόκτηση του Διπλώματος Ναυπηγού Μηχανολόγου Μηχανικού. Ο τίτλος της εργασίας στα ελληνικά μπορεί να μεταφραστεί ως «Ανάπτυξη μιας Ολιστικής Μεθόδου Βελτιστοποίησης Σχεδίασης και Λειτουργίας Δεξαμενοπλοίων και Εφαρμογές της», έχοντας ως επιβλέποντα τον Καθηγητή Απόστολο Παπανικολάου, Διευθυντή του Εργαστηρίου Μελέτης Πλοίου, της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ. Το αντικείμενο της Διπλωματικής είναι η ανάπτυξη μιας ολιστικής μεθόδου, με αρχές προσομοίωσης, πάνω στην οποία γίνεται συστηματική διερεύνηση και κατόπιν βελτιστοποίηση της σχεδίασης και λειτουργίας δεξαμενοπλοίων. Τα κριτήρια της βελτιστοποίησης μπορούν να συνοψισθούν στην ελαχιστοποίηση του ρίσκου και την μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας και οικονομικής επίδοσης του πλοίου, έχοντας ως παραμέτρους τόσο τις κύριες διαστάσεις όσο και παραμέτρους των δεξαμενών φορτίου αλλά και τοπικές γεωμετρικές παραμέτρους. Η μεθοδολογία αναπτύχθηκε στο πρόγραμμα παραμετρικής σχεδίασης και προσομοίωσης πλοίων Friendship Framework στα πλαίσια της συνεργασίας της εταιρίας με το Εργαστήριο Μελέτης Πλοίου και τον Γερμανικό Νηογνώμονα για το ερευνητικό πρόγραμμα BEST++ (Better Economics with a Safer Tanker). Οι εφαρμογές της Μεθοδολογίας εντάσσονται στην προκαταρκτική μελέτη εφικτότητας και έως ένα βαθμό στον πιο λεπτομερή σχεδιασμό και είναι για δύο τύπου δεξαμενοπλοίων. ¨Ένα διπλέλικο δεξαμενόπλοιο τύπου AFRAMAX, με διάταξη δεξαμενών 5Χ3 και καινοτόμο γάστρα καθώς και ένα συμβατικό μονέλικο δεξαμενόπλοιο πολύ μεγάλου μεγέθους (VLCC).

Over the last decade the regulatory framework in shipping has put big pressure on ship designers, owners and operators for an improvement of the safety onboard and a drastic reduction of the environmental footprint of shipping. This new status of the regulatory constraints in combination with harsh economic conditions, charter rates volatility, high uncertainty and rising fuel and insurance costs challenge the future ship designs to change. This Thesis presents a holistic methodology that was developed for the systematic variation and subsequent optimization of innovative tanker designs using principles of Risk Based Design realized by simulation driven design in the Friendship Framework. In the primary case study, the design concept is by definition a safer tanker in the AFRAMAX class, having two longitudinal bulkheads and twin screw/engine/skeg arrangement. A systematic and multi-staged optimization took place producing up to 6000 variants (with a total of 20000 working variants) having as an objective the reduction of the Required Freight Rate (indicative of transportation costs and including building, operational and crewing costs), the Accidental Oil Outflow Index (as defined by MARPOL Reg.23) and the Energy Efficiency Design Index (as adopted by IMO MEPC 62). The results show a significant improvement in both three objectives, with the dominant variants being more competitive and efficient than existing conventional designs. A post analysis is made examining the use of LNG as a fuel and new and innovative propulsion systems. In addition to the AFRAMAX case study, an applicability study has been made for the VLCC segment were the current results show a great potential for additional optimization. The sensitivities of both cases have been recorded and assessed.