Creation of a Prototype Savings & CO2 Reduction Calculation Tool with Node-RED

Abstract

Emissions from the shipping industry make up roughly 3 % of the world’s greenhouse gas emissions, and industry leaders are seeking ways to reduce this. One way of reducing these is by installing a shaft generator system. Assessing the financial viability of implementing these systems requires calculation tools. These tools are often very complicated and require highly technical information, which might not be available at an early sales stage. A simpler method of calculating a reference value was needed.

The thesis introduced marine power systems, their parts, and how they work, and then focused on the process of creating a prototype for calculating emissions and fuel cost savings. This tool was constructed using Node-RED, which was selected for its beginner-friendly approach to creating functions and user interfaces.

As a result, a prototype was built, capable of calculating fuel consumption, CO2 emissions, CII, and savings. As of now, the prototype is fully functional but lacks a fuel matrix for 4-stroke engines. This means the fuel consumption calculations will not be fully accurate for the auxiliary generators. However, this is mitigated by the fact that auxiliary generators usually run at low load, resulting in suboptimal fuel consumption, to be able to cope with sudden load changes. The prototype will be further developed in the future, and the tool can act as a reference for programming a new tool in a more sophisticated language.

Utsläpp från sjöfartsindustrin utgör ungefär 3 % av världens växthusgasutsläpp, och branschledarna letar ständigt efter ekonomiskt genomförbara sätt att minska dessa. Ett sätt att minska utsläppen är installationen av ett axelgeneratorssystem. Att bedöma den inbesparningarna och utsläppningsminskningarna man får av ett axelgeneratorsystem kräver beräkningsverktyg. Dessa verktyg är ofta mycket komplicerade och kräver omfattande teknisk information som kanske inte är tillgänglig i ett tidigt försäljningsstadium. En enklare metod för att beräkna ett referensvärde behövdes.

Examensarbetet introducerade marina kraftsystem, deras komponenter och hur de fungerar, och fokuserar sedan på processen hur prototypen för att beräkna utsläpp och bränslekostnadsbesparingar byggdes. Detta verktyg programmerades i Node-RED, som valdes för dess nybörjarvänliga metoder att skapa funktioner och användargränssnitt.

Resultatet är en prototyp som kan beräkna bränsleförbrukning, koldioxidutsläpp, CII och förbrukningsbesparingar. För närvarande är prototypen fullt fungerande, men saknar en bränslematris för hjälpgeneratorn. Detta innebär att resultaten inte är helt korrekta för hjälpgeneratorerna. Dock balanseras detta av det faktum att hjälpgeneratorer vanligtvis körs på låg belastning, vilket resulterar i suboptimal bränsleförbrukning för att kunna hantera plötsliga belastningsförändringar. I framtiden kommer prototypen vidareutvecklas och kan användas som referens vid programmering av ett verktyg i ett mer sofistikerat språk.

Merenkulkualan päästöt muodostavat noin 3 % maailman kasvihuonekaasupäästöistä, ja alan johtavat yritykset etsivät jatkuvasti keinoja niiden vähentämiseksi. Yksi tapa vähentää päästöjä on akseligeneraattorijärjestelmän asentaminen. Näiden järjestelmien taloudellisen kannattavuuden arvioimiseksi tarvitaan laskentatyökaluja. Nämä työkalut ovat usein erittäin monimutkaisia ja vaativat paljon teknistä tietoa, joka ei ehkä ole saatavilla varhaisessa myyntivaiheessa. Yksinkertaisempi menetelmä referenssiarvon laskemiseksi tarvitaan.

Opinnäytetyössä esitellään merivoimatekniikan järjestelmät, niiden osat ja toiminta, ja keskityttiin sitten prototyypin luomisprosessiin päästöjen ja polttoainekustannusten säästöjen laskemiseksi. Tämä työkalu rakennettiin käyttäen Node-RED-ohjelmaa, joka valittiin sen aloittelijaystävällisten menetelmien vuoksi toimintojen ja käyttöliittymän luomiseen.

Tuloksena syntyi prototyyppi, joka pystyy laskemaan polttoaineenkulutuksen, CO2-päästöt, CII arvon ja säästöt. Tällä hetkellä prototyyppi on täysin toimiva, mutta siitä puuttuu polttoainematriisi 4-tahtimoottoria varten. Tämä tarkoittaa, että tulokset eivät ole täysin tarkkoja apugeneraattoreiden osalta. Tätä tasapainottaa kuitenkin se, että apugeneraattorit toimivat yleensä pienellä kuormituksella, mikä johtaa epäoptimaaliseen polttoaineen kulutukseen, jotta ne selviytyisivät äkillisistä kuormituksen muutoksista. Prototyyppiä kehitetään edelleen tulevaisuudessa, ja työkalua voidaan käyttää viitteenä ohjelmoitaessa uutta työkalua kehittyneemmällä kielellä.