Κριτική θεώρηση και προσδιορισμός της γραμμής αναφοράς του EEDI για τα επιβατηγά πλοία με έμφαση στα μεγάλα πλοία αναψυχής

Abstract

Κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο καθορισμός μίας δίκαιης και λειτουργικής γραμμής αναφοράς του Σχεδιαστικού Δείκτη Ενεργειακής Αποδοτικότητας (EEDI) για τα πλοία αναψυχής, ώστε να διευκολυνθεί η ενσωμάτωση αυτών στους κανονισμούς για τη μείωση των αερίων ρύπων. Αυτή η προσπάθεια έγινε μετά από λεπτομερή μελέτη των ιδιαιτεροτήτων των πλοίων αυτών και την ηλεκτρικής πρόωσης, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε αυτά. Η γραμμή αναφοράς πρέπει να αποτελεί μία δίκαιη αντιπροσώπευση της μέσης επίδοσης των υπαρχόντων πλοίων. Κάτι τέτοιο δεν είναι εύκολο για τα πλοία αναψυχής και γενικότερα στα επιβατηγά πλοία. Πιο συγκεκριμένα, για τα πλοία αναψυχής, η δυσκολία έγκειται στις διαφορές που υπάρχουν μεταξύ αυτών, όσον αφορά τις λειτουργικές απαιτήσεις, τους γεωμετρικούς περιορισμούς και το είδος της ενδιαίτησης που προσφέρουν. Αυτό αντανακλάται σε ένα χαμηλό βαθμό συσχέτισης. Για το λόγο αυτό, αναλύεται μία μέθοδος που προτάθηκε στον ΙΜΟ για τον προσδιορισμό του EEDI και της γραμμής αναφοράς (MEPC 64/4/14) για τα Ε/Γ-Ο/Γ πλοία και διερευνάται η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου αυτής στα πλοία αναψυχής. Η μέθοδος αυτή εισάγει έναν αδιάστατο συντελεστή fj ο οποίος εμπεριέχει σχεδιαστικές παραμέτρους του πλοίου, οι οποίες έχει διαπιστωθεί ότι έχουν επίδραση στη σχέση ταχύτητας-ισχύος, fj=1/(Fn^α (L/B)^β (Β/Τ)^γ (L/∇^(1/3) )^δ ) Η μελέτη εκπονήθηκε με τη χρήση στοιχείων 103 πλοίων από την βάση δεδομένων του Lloyd’s Register IHS FAIRPLAY, μετά από επιλογή μόνο των μεγάλων πλοίων αναψυχής (με μήκος από 80m και πάνω) που εμπίπτουν στους κανονισμούς του EEDI και έχουν ντηζελο-ηλεκτρική πρόωση. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η μέθοδος αυτή δεν μπορεί να εφαρμοστεί ως έχει στα πλοία αναψυχής. Για το λόγο αυτό, γίνεται μία σύγκριση των πλοίων αυτών με τα Ε/Γ-Ο/Γ προκειμένου να προσδιοριστούν οι διαφορές τους και να εντοπιστεί ο λόγος που η μέθοδος αυτή δεν μπορεί να εφαρμοστεί με επιτυχία στα πλοία αναψυχής. Οι κύριες διαφορές είναι ότι στα πλοία αναψυχής οι υπόλοιπες λειτουργίες του πλοίου (εκτός της πρόωσης) καταναλώνουν μεγάλο ποσοστό της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος, συνήθως πάνω από το 30%. Επίσης, τα πλοία αναψυχής με υψηλότερους αριθμούς Froude, παρατηρείται να έχουν μειωμένη εγκατεστημένη ισχύ, ενώ στα Ε/Γ-Ο/Γ συμβαίνει το αντίθετο. Με βάση αυτές τις διαπιστώσεις, παρουσιάζονται δύο εναλλακτικές προτάσεις οι οποίες κρίνονται ικανοποιητικές και με τη χρήση τους φαίνεται να επιτυγχάνονται οι στόχοι του EEDI. Και στις δύο αυτές προτάσεις προτείνεται ο διαχωρισμός της ισχύος πρόωσης από την υπόλοιπη ισχύ και η εισαγωγή ενός τροποποιημένου συντελεστή fj για την πρώτη, fj=1/((V/Vmean )^α (L/B)^β (Β/Τ)^γ (L/∇^(1/3) )^δ ) ,και ενός άλλου νέου συντελεστή fc για την δεύτερη.

The main aim of this Diploma Thesis is the development of an Energy Efficiency Design Index (EEDI) reference line for cruise ships, which will facilitate the inclusion of these ship segments into the energy efficiency regulations applicable for ships. This attempt has been made after a detailed examination of cruise ships. The EEDI reference line is intended to provide a fair representation of the average performance of collective fleet data; however till now, this has proven to be problematic for cruise ships and passenger ships in general. In the case of cruise ships in specific, the diversity of operational conditions and accommodation offered as well as geometrical constraints, have made the establishment of a robust EEDI reference line for these ship types very complex; leading to the a relatively poor reference line correlation factor. To address this complexity, the present thesis examines whether the methodology proposed in October 2012, during the 64th session of the International Maritime Organization, Marine Environment Protection Committee (IMO MEPC) regarding the establishment of energy efficiency requirements for Ro-Ro cargo and Ro-Pax vessels (MEPC 64/4/14) can be applied to cruise ships. The MEPC-proposed methodology introduces non-dimensional ship-specific parameters, all of which are acknowledged to have influence on ships speed-power relationship. These parameters are expressed by the following correction factor, fj=1/(Fn^α (L/B)^β (Β/Τ)^γ (L/∇^(1/3) )^δ ) The data for the present thesis have been collected from IHS Fairplay database. 103 ships with diesel-electric propulsion have been chosen for the study. Ships of length 80m and below have not been included because their design does not allow for the methodology to be applied; the rest of the ship categories were not included either, due to lack of sufficient data for the study. To calculate the hydrodynamic relation between the parameters used in this methodology and the power required, systematic power prediction calculations have been used, where 3 of the 4 dimensionless ratios were kept constant, while the fourth varied in order to calculate the actual power exponent for this fourth dimensionless ratio (in accordance with Hans Otto Kristensen’s article (DTU) who has evaluated the methodology ). The power prediction calculations have been made using Holtrop Method. The exponents found during this procedure are almost the same with those proposed in MEPC 64/4/14, apart from the exponent for slenderness ratio. However, it should be noted that the correlation remains low, when using either set of exponents. The main reason for that is the completely different power-Froude number relation among Ro-Pax ships and cruise ships and the fact that for the latter, the propulsion power comprises only 60-65% of the total power installed. To conclude, since the specific correction factor was actually found to be rather ineffective, an alternative is proposed: -Propulsion power to be separated from the rest power and two separate correction factors: fj and fc are used: -fj: In fj factor, Froude number is replaced by the speed, divided by the mean value of the speed of the ships included in the study (21,45 knots), i.e. fj=1/((V/Vmean )^α (L/B)^β (Β/Τ)^γ (L/∇^(1/3) )^δ ) - fc: fc factor is used to penalize ships with high luxury level and high energy consumption per person Using the above alternative, a considerably higher correlation can be achieved. Nonetheless, cruise ships detailed analysis is recommended, in order to include cruise ships into the applicable energy efficiency regulations based on fair and objective criteria.