Optimization of container ship's operating economy and energy efficiency
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2010
Department
Major/Subject
Laivanrakennusoppi
Mcode
Kul-24
Degree programme
Language
en
Pages
79 s. + liitt. 10
Series
Abstract
The objective of this Thesis was to study whether it is possible to improve the operating economy of an ultra large container ship by optimizing the design variables operating speed and cargo capacity. The objective was also to find out how possible emission requirements would affect the design in the future, and what kind of design variable combinations would produce the best economic and environmental results. The objectives to be improved were the annual operating economy including total costs and total earnings, and the energy efficiency indexes which measure a ship's C0<sub>2</sub> emissions. The design variables operating speed and block coefficient were optimized in a case study by using the developed calculation model to produce the best economic results taking into account the effect of prospective emission requirements. The optimization was done in several different constant scenarios to demonstrate the different economic situations. The varying constants in the scenarios were freight rates and fuel oil prices. The resulted values indicated the need to slow down the operating speed to meet the emission requirements set according to IMO's energy efficiency index baselines. The resulted optimum operating speed values were less than 20 knots and block coefficient values around 0.6. In better economic scenarios the main speed limiter was the emission requirement. However in the scenarios representing worse economic situations the profit maximization set a bigger reduction need for speed than the emission requirement. The optimization results corresponded with the cost and emission calculation results from the similar studies made by different universities and authorities. The optimization results also indicated that an emission requirement set according to the current average values works well for an ultra large container vessel.Työn tavoite oli tutkia mahdollisuutta parantaa suuren konttilaivan operointitaloutta optimoimalla suunnitteluparametreja. Laskentamallin avulla oli tarkoitus selvittää, miten mahdolliset päästörajoitukset vaikuttavat laivojen suunnitteluun, sekä myös millainen suunnitteluparametriyhdistelmä tuottaisi parhaat taloudelliset ja energiatehokkaat tulokset. Laskentamallin tuottamat tulokset olisivat sekä vuotuinen operointitalous sisältäen kokonaiskulut ja -tuotot että energiatehokkuusindeksit, jotka kuvaavat laivan hiilidioksidipäästöjä. Kun laskentamalli oli kehitetty, suunnitteluparametrit operointinopeus ja uppouman täyteläisyyskerroin optimoitiin esimerkkilaivan avulla tuottamaan parhaimman taloudellisen tuloksen ottaen huomioon oletetut päästörajoitukset. Optimointi toteutettiin useaan kertaan eri taloudellisia olosuhteita kuvaavissa tilanteissa. Käytetyt taloudelliset vakiot olivat sekä eri rahtimaksut että eri polttoaineiden hinnat. Laskentatulokset osoittivat tarpeen vähentää operointinopeutta, kun päästörajoitukset oli asetettu IMO:n energiatehokkuusindeksien keskiarvokäyrien mukaan. Optimitulokset suunnitteluparametreille esimerkkilaivan tapauksessa olivat operointinopeudelle hieman alle 20 solmua ja uppouman täyteläisyyskertoimelle noin 0,6. Paremmissa taloudellisissa tilanteissa nopeuden rajoittamisen aiheuttivat päästörajoitukset. Heikommissa taloudellisissa tilanteissa voiton maksimointi aiheutti suuremmat nopeuden pudotukset kuin päästörajoitukset. Optimointitulokset vastasivat melko hyvin muualla tehdyistä vastaavista operointitalous- ja päästörajoitustutkimuksista saatuja tuloksia. Laskentamalli osoitti myös energiatehokkuusindeksin keskiarvokäyrän käyttämisen päästörajoituksena toimivan suurelle konttilaivalle melko hyvin.Description
Supervisor
Varsta, PetriThesis advisor
Metsä, AnttiRomanoff, Jani
Keywords
operating economy, operointitalous, energy efficiency, energiatehokkuus, emissions, päästöt, optimization, optimointi