Analysis on the impact of non-participating cargo vessels in a multi-lateral arrival schedule optimization model for decarbonization

Thumbnail Image

Files

master_Torpo_Noora_2023.pdf (10.46 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2023-05-16

Department

Major/Subject

Applied Mathematics

Mcode

SCI3053

Degree programme

Master’s Programme in Mathematics and Operations Research

Language

en

Pages

78+7

Series

Abstract

An essential part of the decarbonization of the maritime industry is to increase operational energy efficiency. The Blue Visby Solution (BVS) aims to reduce emissions produced from international shipping by optimizing the arrival times of cargo vessels, which will allow sailing ships to reduce their speed. Speed reduction is recognized as the easiest and the most affordable way of reducing fuel consumption of the existing fleet. The analysis of a partially participating fleet is performed to evaluate the feasibility of the solution in a more realistic scenario. A simulation model used in the earlier studies, which utilizes data from the year 2019 regarding dry and wet bulk carriers, is extended in three ways: the fleet is randomly partitioned into participating and non-participating vessels, the BVS process is developed further regarding the triggers of the algorithm, and a ship-specific port transit modeling is implemented. A variety of metrics is defined to measure the benefits of being a participant, the most relevant being the waiting time change in the anchorage and the number of overtakes during a voyage. Three benefit areas are defined using these two metrics, and it is concluded that at least 80\% of the fleet should participate in the BVS so that participation would generally be beneficial. However, the results differ between ports significantly. In addition, it is observed that the usage of the BVS generally reduces queues and that there exists a large group of vessels that are not affected by the BVS or the decrease in the number of participants.

Tärkeä osa rahtilaivateollisuuden ympäristövaikutusten pienentämistä on operatiivisen energiatehokkuuden parantaminen. Blue Visby Solution tähtää päästövähennyksiin laivaliikenteessä optimoimalla rahtilaivojen saapumisaikatauluja, jotta matkat voitaisiin taittaa matalammilla vauhdeilla. Hitaampien nopeuksien käyttö on todettu helpoimmaksi ja kustannustehokkaimmaksi keinoksi vähentää nykyisen kauppalaivaston polttoaineen kulutusta. Jotta tämän ratkaisun käytettävyyttä voidaan arvioida realistisemmassa skenaariossa, tässä työssä analysoidaan systeemin käyttäytymistä, kun vain osa laivoista osallistuu BVS:n toimintaan. Aiemmissa tutkimuksissa kehitettyä simulaatiomallia, joka hyödyntää dataa vuodelta 2019, laajennetaan kolmella tavalla: laivasto jaetaan satunnaisesti osallistujiin ja muihin, BVS prosessia kehitetään algoritmin käynnistämisen suhteen ja laivojen siirtyminen ankkurista satamaan mallinnetaan yksityiskohtaisemmin. Osallistumisen hyötyjä mitataan määrittämällä joukko metriikoita, joista tärkeimmät ovat jonotusaika ankkurissa sekä matkan aikana tapahtuvien ohitusten määrä. Näiden kahden mittarin avulla muodostetaan kolme hyötyaluetta, joista voidaan vetää johtopäätös, että vähintään 80\% laivastosta tulisi osallistua BVS:ään, jotta osallistuminen olisi yleisesti ottaen hyödyllistä. On kuitenkin hyvä panna merkille, että tulokset vaihtelevat merkittävästi satamien välillä. Lisäksi on huomion arvoista, että BVS:n käyttö tavallisesti aina lyhentää jonoja, ja että osaan laivoista BVS tai osallistujien määrä ei juuri vaikuta.

Description

Supervisor

Oliveira, Fabricio

Thesis advisor

Laaksonen, Kimmo

Keywords

blue visby solution, simulation model, multi-lateral voyage optimization, vessel arrival scheduling, speed optimization, decarbonization

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202305213263

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI