Polttoaineen syöttökoneikon energiatehokkuuden parantaminen : taajuusmuuttajakäyttö

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin toimeksiantona Auramarine Oy:lle, ja sen tarkoituksena oli selvittää taajuusmuuttajakäytön soveltuvuutta pyrkimyksessä kehittää laivan polttoaineen syöttökoneikon energiatehokkuutta.

Työssä tutustutaan laivan polttoainejärjestelmään ja käytettävään polttoaineeseen sekä eri tahojen näille esittämiin vaatimuksiin. Tätä syvällisemmin tutustutaan polttoainekoneikon toimintaan ja siinä erityisesti pumppujen ja niiden käsittelemän polttoainemäärän mitoitukseen.

Nykyisellään polttoainetta kierrätetään ilman säätömahdollisuuksia kaikissa moottorin kuormitustilanteissa täydellä pumpputeholla. Kuormituksen ollessa alhaisempi esimerkiksi alhaisemman nopeuden, slow steamingin, johdosta, pumppausteho saattaa olla moninkertaisesti ylimitoitettu. Taajuusmuuttajaohjatuilla pumpuilla pyritään optimoimaan niin pumpattava polttoaineen määrä kuin siihen kulutettava energiakin kuhunkin kuormitustilanteeseen sopivaksi.

Työn case-osiossa käsitellään aluksia ja niiden todellisia ajoprofiileja(nopeus- ja propulsiotehotietoja) perustuen niistä kerättyihin tietoihin. Näitä aluksilta saatuja tietoja suhteutetaan aluksiin, joissa koneikot ovat Auramarinen omia toimituksia ja tarkat mitoitustiedot siten tiedossa. Polttoaineella tuotettavan energian hinta määritellään laskennallisesti ja saatujen tulosten perusteella arvioidaan esimerkkialuksille taajuusmuuttajakäytöillä saavutettavat energia- ja kustannussäästöt.

Tutkielman tuloksina todetaan ohjaustekniikan kehittämisellä saavutettavan merkittäviä prosentuaalisia säästöjä. Kustannussäästö laivan operoijalle jää pienimmillä alle 10 MW tehoisilla aluksilla raskaan polttoöljyn (HFO) nykyhinnoilla vuositasolla melko vaatimattomaksi. Pidemmän ajanjakson aikana kuitenkin erityisesti suuremmalla moottoriteholla operoivat alukset saavuttavat jo huomattavia säästöjä polttoainekustannuksissa.

Saavutettujen tulosten johdosta on perusteltua jatkaa kehitystyötä ja pyrkiä tuotteistamaan taajuusmuuttajakäyttö polttoaineen syöttökoneikossa.

This Bachelor’s thesis was commissioned by Aura Marine Ltd. The purpose of this thesis was to examine the suitability of the use of the frequency converter in order to develop the energy efficiency of the fuel supply unit of a ship.

This thesis discusses the fuel treatment system of the ship and the fuel used, as well as the requirements made to these by authorities and engine manufacturers.

The thesis focuses on the actions of the fuel supply unit and in particular the ability to control the pumps to optimize the amount of recycled fuel to the engine.

Currently, the fuel is circulated without the possibility of adjustments in all load conditions at full pump power. The pumping power can be several times greater when the engine load is lower for instance as a result of lower speed, so called slow steaming.

Frequency converters are designed to optimize the speed of pumps so that it is sufficient in each rate of the engine load. The case section of the thesis deals with ships and their actual operation profiles (used speed and engine power) based on data collected from them.

This obtained data from other vessels are related to vessels that are equipped with the Auramarine’s fuel supply units and accurate technical details are thus known. Energy prices are specified on the basis of calculations and with the achieved results, the comparative energy and cost savings in vessels with variable speed drives can be estimated. The results of this study show that use of frequency converters makes it possible to develop the energy efficiency of the unit.

The cost level and saving for the ship operator remains rather modest in the smallest vessels, power less than 10 MW, with current prices of fuel oil (HFO). However, over a longer period, especially vessels that operate with a higher power can reach large savings in the fuel costs. Due to the achieved results, it is reasonable to continue the development and strive to products with the use of variable speed drives in the fuel supply unit.