aalto1 untyped-item.component.html
Development of an icebreaker machinery configuration concept utilizing batteries
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
71+2
Series
Abstract
The utilization of batteries as energy storages in ships has gained popularity in recent years due to green values, operational benefits, and the enabled potential for energy saving. Dimensioning of the energy storages is typically carried out based on the operational profile. As a result, dimensioning such system for an icebreaker without a clearly definable operational profile is challenging. At the time of writing this thesis, no icebreakers utilizing batteries exist, meaning that there is no reference data available, either.
This thesis provides a broad review of icebreaking at the Baltic Sea, typical characteristics of icebreaker design, ship machineries, and applying energy storages in ship machinery systems. In addition, different energy storage alternatives are compared in terms of applicability to a ship and, specifically, to an icebreaker. Based on this information, a calculation method is developed as a part of the thesis, to evaluate the potential benefits from an energy storage in icebreaking operations and to create a conception of the best suitable parameters for an icebreaker energy storage system, utilizing operational data.
Dimensioning an energy storage is always a compromise between different factors including costs, performance, capacity, and lifetime. Therefore, to achieve as functional a solution as possible, analysing the results requires a comprehensive understanding of the goals of the energy storage utilization, the requirements set for the system, ship systems, and icebreaker operations. Aiming for as effective a combination of these factors as possible, the thesis provides a proposal for the parameters of a lithium-ion battery system based on operational data of the icebreaker Polaris.
Akkujen hyödyntämisen suosio energiavarastoina laivoissa on kasvanut viime vuosina vihreiden arvojen, operatiivisten hyötyjen ja niiden mahdollistaman energiansäästön vuoksi. Energiavarastojen mitoitus tapahtuu ensisijaisesti laivan operointiprofiilin perusteella. Tämän vuoksi järjestelmän mitoitus jäänmurtajalle, jolle ei tyypillisesti ole määriteltävissä selkeää operointiprofiilia, on haastavaa. Akuilla varustettuja jäänmurtajia ei myöskään ole olemassa tämän työn kirjoitushetkellä, joten referenssidataakaan ei ole mahdollista hyödyntää.
Tässä työssä luodaan kattava katsaus jäänmurtoon Itämerellä, jäänmurtajien suunnittelun tyypillisiin piirteisiin, laivakoneistoihin sekä energiavarastojen soveltamiseen laivojen koneistojärjestelmissä. Lisäksi vertaillaan erilaisia energiavarastoja laivaan ja erityisesti jäänmurtajaan soveltuvuuden osalta. Työn osana kehitetään myös laskentamenetelmä, jonka avulla jäänmurtajan operointidataa hyödyntäen voidaan arvioida energiavaraston potentiaalisia operatiivisia hyötyjä ja luoda käsitys jäänmurtajaan parhaiten soveltuvan energiavaraston parametreistä.
Energiavaraston mitoitus on aina kompromissi muun muassa kustannusten, suorituskyvyn, kapasiteetin ja eliniän välillä. Mahdollisimman toimivaan ratkaisuun pääsemiseksi, tulosten analysointi vaatii laajaa ymmärrystä energiavaraston käytön tavoitteista, sille asetettavista vaatimuksista, laivan järjestelmistä sekä jäänmurtajan operoinnista. Työ esittää lopuksi jäänmurtaja Polariksen operointidataan perustuvan ehdotuksen litium-ioniakuston parametreistä, pyrkien mahdollisimman tehokkaaseen yhdistelmään edellä mainittuja vaatimuksia.