Færge på lavenergi

Det er lykkedes det danske Green Ship of the Future-initiativ og 15 industripartnere fra Det Blå Danmark at udvikle et ro/pax-design, der reducerer bunkeromkostningerne med mere end 23 pct., og som samtidigt nedbringer emissionerne for CO2, NOx og SOx med henholdsvis 39 pct., 93 pct. og 98 pct.



Resultaterne er opnået i Green Ship of the Futures tredje såkaldte low emission-projekt, der denne gang tager udgangspunkt i en moderne eksisterende ro/pax-færge og dens nøje identificerede operationsmønster. Ro/pax-færgen fra 2003, der typisk for skibstypen er meget rutespecifikt designet, er i projektet blevet genfortolket i et nyt design anno 2013 med nye teknologier og et målrettet fokus på energioptimering, men stadigt med blikket fast rettet på rutens specifikke operationskrav.



Resultaterne fra projektet blev i sidste uge præsenteret på Skibsteknisk Selskabs konference om energioptimering af nye og eksisterende skibe, der blev afholdt hos Ingeniørforeningen i København. Ro/pax-projektet følger i kølvandet på to tidligere Green Ship of the Future-low emission-projekter, der tog udgangspunkt i energioptimering af en eksisterende 35.000 t.dv. bulkcarrier og et 8.000 TEU containerskib.



Gotland



Udgangspunktet for ro/pax-projektet er Gotlandsbolagets knapt 30.000 bt. store færge Visby, tegnet af Knud E. Hansen A/S og leveret fra Guangzhou Shipyard International i Kina i 2003 til trekantruten mellem Nynæshamn ved Stockholm, Visby på Gotland og Oskarshamn længere mod syd på den svenske østkyst. Ruten er samfundsbegrundet og er på vej ud i et nyt udbud til den næste koncessionsperiode, som går fra 2017 til 2027.



88 pct. af Visbys bunkerforbrug sker, når færgen er i transit. Derfor har hovedfokusområdet været på fremdriften og en nedbringelse af det krævede antal kilowatt uden samtidigt at kompromittere servicefartresursen på godt 28 knob, som rutens fartplan kræver. Det er nemlig en nedbringelse af outputtet, der har den største direkte effekt på bunkerforbruget og dermed også på emissionerne. Men med en bibeholdelse af den nuværende høje servicefart skulle en reducering af maskineriets output ske sideløbende med optimeringer på de andre grundlæggende fremdriftsfaktorer som skrog, propellere og vægt.



Visby er udrustet med et kraftigt konventionelt HFO-baseret diesel-mekanisk maskineri bestående af fire 12-cylindrede hovedmotorer på i alt 50.400 kW samt tre 9-cylindrede hjælpemotorer på tilsammen 4.560 kW. Det samlede maskineris output er i det nye design nedbragt til i alt kun 49.600 kW fordelt på fire dual-fuel 12-cylindrede gensets. Altså et diesel/LNG-elektrisk maskineri, der nedbringer det samlede antal motorer, eksklusiv en havnegenerator, fra syv til fire og reducerer det samlede output med 5.360 kW.



Imidlertid sikrer mere end et årtis udvikling inden for bl.a. CFD (Computational Fluid Dynamics simulations), i forhold til skrogdesign, samt anvendelse af én 15 MW stor Azipod-propeller op imod én 20 MW kontraroterende propeller i et enkelt-propeller-optimeret agterskib, at kravet om den høje servicefart kan opfyldes på trods af det reducerede output. Det optimerede skrog og den kontraroterende propellerkonfiguration bidager med en potentiel bunkerforbrugsbesparelse på 12,7 pct.



Vægt



Det er også lykkedes ro/pax-projektet at reducere det nye designs letvægt i forhold til Visby. Noget, der ikke alene spiller ind i forhold til den vægt, maskineriet skal flytte - eller i forhold til den potentielle dødvægtskapacitet. Men i det aktuelle tilfælde har vægtreduceringen også betydet, at det nye design, på trods af nye stabilitetskrav siden referencefærgen blev bygget, har kunnet bibeholde Visbys nuværende bredde på 25 meter.



Der er i alt sparet 214 tons i det nye design i forhold til Visby. Det er sket på trods af, at det nye design har en lidt større længde overalt samt en øget passagerkapacitet i forhold til referencefærgen. Letvægtsreduceringen er bl.a. sket ved at anvende aluminium i stedet for stål i apteringskonstruktionen på de øverste dæk. Det har, sammen med en reduceret højde på skibet, muliggjort bl.a. af nye måder at konstruere hydrauliske hængedæk på, nedbragt letvægten fra 11.746 til 11.532 tons. En reduktion, som sammen med den nye vertikale vægtfordeling har sænket skibets tyngdepunkt med 36 cm. Dermed undgås en øgning af den krævede bredde i forhold til de nye Safe Return To Port-stabilitetskrav, som ellers ville have påbudt, at skrogbredden skulle øges med 60 cm. Et krav, der ville have virket kontraproduktivt i optimeringen af skrogets hydrodynamiske egenskaber.



LNG og metanol



De store reduceringer på emissionsområdet sker primært ved at basere fremdriften på gas i form af LNG (Liquefied Natural Gas) som erstatning for den nuværende brug af heavy fuel på ruten. Det (diesel)/LNG-elektriske maskineri udgøres derfor i det nuværende designoplæg af fire 12-cylindrede Wärtsilä dual-fuelmotorer. Infrastrukturelt er anvendelsen af LNG uproblematisk på ruten, da Nynæshamn i forvejen rummer en stor LNG-terminal, som via tankbiler og LNG-bunkerbåd hver morgen bl.a. allerede leverer LNG til Viking Lines store gasdrevne cruisefærge Viking Grace i Stockholm.



Projektet lader dog i høj grad også en dør stå på klem for, at kommende tonnage til Gotlandsruten meget vel kan komme til at sejle på metanol. Selv om erfaringerne med metanol som bunker stadig er begrænsede sammenlignet med LNG, er der stort politisk fokus på netop metanol som brændstof i Sverige. Landets anseelige papirindustri producerer nemlig store mængder såkaldt sort alkohol som et restprodukt, der kan destilleres til sprit/metanol. Netop derfor er metanol også allerede relativt udbredt som bilbrændstof i Sverige. Landets store internationale færgerederi Stena Line har da også en erklæret strategi om at se på metanol som bunkeralternativ efter ikrafttrædelsen af de nye ECA-regler primo 2015.



HVAC



Mens de store resultater kan hentes på fremdriften, har projektet også udpeget andre potentielle områder, hvor der kan spares energi. Ro/pax-færger har en meget varieret forekomst af passageraptering. I tilfældet Visby er der dog tale om en stor, primær dagfærge med kapacitet på 1.500 passagerer. Den kapacitet har Gotlandsbolaget imidlertid ønsket at få øget med 430 i projektet, så det nye design har altså en forholdsmæssig stor passageraptering sammenlignet med mange andre skibe i segmentet.



Dermed er også både HVAC (opvarming, ventilation og luftafkøling) og belysning meget relevante områder at forholde sig til i en energioptimeringsproces. På HVAC-området er det lykkedes at mindske strømforbruget i passagerområderne med 42 pct. svarende til 1 pct. af færgens bunkerforbrug. I kroner og øre udgør det 220.000 euro om året inklusive vedligehold. Køling af de tekniske områder ville kunne effektiviseres med 30 pct. Besparelserne er hentet ved, simpelt fortalt, at decentralisere og automatisere HVAC-anlægget langt mere, end det er på Visby. Dermed kan der via et stort antal sensorer ventileres, varmes eller køles efter det øjeblikkelige og helt lokale behov i de enkelte områder af passagerapteringen.



Andre områder



Også på belysningssiden vil Visbys nuværende 4.873 lyskilder i passagerapteringen kunne reduceres til 3.321, hvoraf mange ville kunne udskiftes med de meget strømbesparende LED-pærer. Tilsammen vil dette kunne spare 307.208 KWh om året. Det er et 67 pct. lavere forbrug end på referencefærgen, svarende til 130.000 euro om året.



Endelig er der også blevet set på f.eks. anvendelse af kuldeenergien fra LNG’en som kølemedie. Samt anvendelse af landstrøm under havneanløbene, som faktisk udgør hele 54 pct. af Visbys driftstid i dag. Men også et område, som allerede har vundet en vis udbredelse som retrofit, og som er standard på mange nybygninger allerede, nemlig frekvensstyring af elmotorer, der bl.a. driver pumper, indgår i det nye design.



En anden ellers velafprøvet teknologi, waste heat recovery, indgår imidlertid ikke i designet. For mens de fleste andre energibesparende features repræsenterer ekstrainvesteringer med tilbagebetalingstider på mellem et og tre år i forhold til de deres besparelsespotentiale, viser projektets udregninger, at tilbagebetalingstiden for et waste heat recovery-anlæg ville være hele 11 år. Så da et af projektmålene har været, at tilbagebetalingstiden for teknologierne i designet skal være på maksimalt fem år, indgår denne mulighed ikke i designet.