udnyttelse af udstødsgas - aarhus maskinmesterskole · the ferry is a part of the public...

Udnyttelse af udstødsgas Bachelorprojekt Eirikur Olsen Aarhus Maskinmesterskole 16-12-2013

Eirikur Olsen V09872

Side 2

Forfatter: Eirikur Olsen

Titel: Udnyttelse af udstødsgas

Rapporttype: Bachelor rapport

Fagområder: Termiske maskiner

Uddannelse: Maskinmester

Udannelses institution: Aarhus Maskinmesterskole

Vejleder: Niels Bruun Clausen

Praktiksted: M/F Smyril, Strandfaraskip Landsins

Afleveringsdato: 16-12-2013

Underskrift:

___________________

Eirikur Olsen


Side 3

Abstract The following rapport is a bachelor project conducted as the final part of the education at Aarhus School of

Marine and Technical Engineering. It is written in the fall of 2013, onboard the ferry called Smyril.

The ferry is a part of the public transportation on the Faroe Islands, connecting the island of Suðuroy with

the capital Tórshavn.

The rapport examines the ferry’s onboard heat production. The ferry requires a relatively large amount of

heat, for all of its components to function properly. Currently all of the heat required, is produced by two

oil fired boilers. This type of heat production comes at a great cost, both financially and environmentally.

The rapport examines if it is possible to use the excess heat from the ferry’s engines to operate its

components. The problem with using excess heat, is that the ferry only operates for anywhere between

eight and twelve hours a day. Still the heat required is relatively the same, all hours of day. Therefore the

question is, one; whether it is possible to eliminate the oil fired boiler, while the ferry is in service, and two;

what are the possibilities regarding heat recovery from the auxiliary engines.

Ultimately the question is whether it is economically feasible to recover heat from the engines exhaust gas.

The rapport shows that it is possible to save the oil fired boiler when the main engines are running. And do

to the high cost of oil, it would be possible to save a fair amount of money, utilizing the auxiliary engines

exhaust gas. Although it is not possible to eliminate the oil fired boiler all together.


Side 4

Indhold Abstract ............................................................................................................................................................. 3

1. Forord ............................................................................................................................................................ 6

1.1. Læsevejledning ....................................................................................................................................... 6

2. Indledning ...................................................................................................................................................... 7

2.1. Virksomhedsprofil .................................................................................................................................. 7

2.2. M/F Smyril .............................................................................................................................................. 7

3. Problemanalyse ............................................................................................................................................. 8

3.1. Problemformulering ............................................................................................................................... 8

3.2. Problemafgrænsning .............................................................................................................................. 8

4. Emperi, metode og litteratur ......................................................................................................................... 8

5. Teorien ........................................................................................................................................................... 9

6. Formål .......................................................................................................................................................... 10

7. Anlægsbeskrivelse ....................................................................................................................................... 11

7.1. Kedler .................................................................................................................................................... 11

7.1.1. Driftstid for kedler ......................................................................................................................... 12

7.1.2 Varmebehov ................................................................................................................................... 12

7.2. Motorer ................................................................................................................................................ 13

7.2.1. Hovedmotorer ............................................................................................................................... 13

7.2.2. Hjælpemotorer .............................................................................................................................. 13

7.2.3. Driftstid for motorer ...................................................................................................................... 13

8. Dataopsamling ............................................................................................................................................. 14

8.1. Usikkerheder ........................................................................................................................................ 14

9. Beregninger ................................................................................................................................................. 16

9.1. Olieforbrug ........................................................................................................................................... 16

9.2. Energi tilgængelig fra hovedmotor ....................................................................................................... 18

9.3. Energi tilgængelig fra hjælpemotor ...................................................................................................... 21

9.4. Energi tilført fra kedlen......................................................................................................................... 22

9.4.1. Heavy fuelolie ................................................................................................................................ 22

9.4.2. Marine diesel olie .......................................................................................................................... 23

9.5. kommentarer til beregninger ............................................................................................................... 23

10. Økonomi .................................................................................................................................................... 25

11. Delkonklusion ............................................................................................................................................ 27


Side 5

12. løsninger .................................................................................................................................................... 28

12.1. Hovedmotor ....................................................................................................................................... 28

12.2. Hjælpemotor ...................................................................................................................................... 29

12.3. Økonomi ............................................................................................................................................. 30

12.4. Andre muligheder ............................................................................................................................... 30

12.5. Kommentarer til løsninger ................................................................................................................. 30

13. Konklusion ................................................................................................................................................. 32

14. Refleksion .................................................................................................................................................. 33

15. Kildeliste .................................................................................................................................................... 34

16. Bilagliste ..................................................................................................................................................... 36


Side 6

1. Forord Som en led i uddannelsen som maskinmester, bliver der udarbejdes et bachelorprojekt. Projektet er det

sidste led i udannelsen, og finder sted i 6. semester, som udover rapporten også består af et ti uger langt

praktikophold. Rapporten udarbejdes med en relevans i maskinmesterfaget, gennem førnævnte

praktiksted.

Den følgende rapport er lavet i forbindelse med forfatterens praktikophold ombord på færgen M/F Smyril,

fra den 7. juli til den 9. september i 2013.

1.1. Læsevejledning Der medfølger en bilagsmappe, hvori alle de bilag som der bliver refereret til i opgaven er placerede.

Bilagene kan med fordel benyttes ved gennemlæsning af rapporten. Dog er det ikke nødvendigt at benytte

bilagene, for at kunne læse og forstå rapporten.


Side 7

2. Indledning

2.1. Virksomhedsprofil M/F Smyril tilhører strandfaraskip landsins, som har sin

tilstedeværelse på Færøerne. Strandfaraskip landsins er det

offentlige transportselskab på Færøerne. Historisk set forbindes

selskabet, som navnet antyder, til skibsfart. Før i tiden har

selskabet håndteret al passagerrejse samt fragttransport mellem

de 18 øer på Færøerne. Før det nationale flyselskab Atlantic

Airways overtog helikopterruten i 1994, varetog strandfaraskip

landsins sig også af den. I 2006 blev størstedelen af

fragttransporten overladt til private selskaber, dog varetager de

sig endnu af fragt mellem øer, som ikke er rentabelt for private.

Udover søfartsruter, varetages de offentlige busruter på øerne

også af Strandfaraskip landsins.

Som før nævnt forbindes selskabet med søfartsruter, men i

forbindelse med de seneste års mange tunneller, undersøiske

tunneller og broer, er en større del af passagerflytningen overført

til land. Dette medfører at selskabet i disse dage kun har syv faste

søfartsruter, samt en sæsonbetinget rute

2.2. M/F Smyril Den første Smyril blev bygget i 1895 og indsat i rute på Færøerne i januar 1896. Skibet blev bygget efter at

frihandel blev indført på Færøerne. Som følge af

frihandelen dukkede løbende flere handler op på

Færøerne. Dog var forbindelsen mellem øerne så

uregelmæssig at det krævet et nyt skib, til at tilfredsstille

handelsruterne. Skibet blev bygget af et privat

handelskompagni på Suðuroy nævnt A/SJ. Mortensen. De

første mange år sejlede skibet så at kalde til alle bygder på

Færøerne. Senere blev ”Smyril” indsat i fast rute mellem

Suðuroy og Tórshavn. I 1917 overtog det offentlige Smyril

og dermed ruten mellem bygderne. Gennem årene er

skibet mellem Suðuroy og Tórshavn udskiftet flere gange,

men navnet Smyril er bibeholdt.

Den nuværende Smyril er den femte i rækken. Den blev sat

i rute i 2005. Smyril er 135 meter lang, og har kapacitet til 1000 passagerer, samt 200 biler eller 60 lastbiler.

I forhold til den første Smyril som havde 160 hestekræfter, har den nye 18.260 hestekræfter fordelt over

fire motorer og sejler en maksimal hastighed på 21 knob .

Figur 1.SSL’s søruter. (http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Strandfaraskip_route_map.svg)

Figur 2. M/F Smyril. (http://kships.blogspot.com/2011/07/smyril-in-torshavn-26-may-2011.html)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Strandfaraskip_route_map.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Strandfaraskip_route_map.svg

http://kships.blogspot.com/2011/07/smyril-in-torshavn-26-may-2011.html

http://kships.blogspot.com/2011/07/smyril-in-torshavn-26-may-2011.html


Side 8

3. Problemanalyse Ombord på færgen findes et stort varmebehov, størstedelen kræves til at behandle heavy fuelolien, som

frembringer færgens 18.260 hestekræfter. Ved nuværende situation tilfredsstilles dette behov ved at

benytte to oliefyrede kedler. Til at producere denne varmemængde, formodes at der kræves et stort

brændstofforbrug.

Samtidig som der afbrændes olie i kedlen, udledes en varmemængde, fra færgens sammenlagt fire

hovedmotorer og fire hjælpemotorer, til atmosfæren.

Færgen sejler kun fra en tredjedele til halvdelen af døgnet. Færgens hovedmotorer er kun i gang i to timer

ad gangen, hvorefter de er slukkede fra en til og op til flere timer i træk.

3.1. Problemformulering I rapporten ønskes kendskab til:

Hvor stor en energimængde som kræves til at tilfredsstille færgens behov.

Hvorvidt der er muligt at udnytte den energi som går tabt i form af udstødsgas, dette i betragtning

af motorernes varierende driftstid.

Udfra et økonomisk synspunkt, om det kan betale sig at udnytte den tabte energi, igen i

betragtning af den varierende driftstid

3.2. Problemafgrænsning Rapporten vil kun i en lille omfang omhandle økonomiske betragtninger ved anskaffelse af komponenter i

forbindelse med en eventuel løsning. Rapporten vil desuden ikke omhandle de miljømæssige konsekvenser

af en eventuel løsning.

4. Emperi, metode og litteratur Projektet er udarbejdet ud fra en virkelig problemstilling ombord på Smyril. Derfor kræves måleresultater

til videre bearbejdning af løsninger. Grundlaget for beregninger er ikke fra egne måleresultater, derimod

bliver de fleste målinger og data logget ombord dagligt. Det har hurtigt vist sig at det ikke er muligt at

foretage de ønskede målinger, vegne manglende tilgængeligt måleudstyr. Det manglende måleudstyr viste

sig hurtig at have en stor indflydelse på omfanget af opgaven og hvordan den skulle gribes an. Dette

omtales nærmere senere i rapporten.

Viden til videre bearbejdning af resultaterne stammer fra undervisningen i Aarhus maskinmesterskole,

hovedsagligt faget termiske maskiner.

En del af grundlaget for videre bearbejdning af rapporten stammer fra diverse fagbøgerne. Størstedelen af

informationen stammer fra fagtekniske artikler hentet gennem internettet.


Side 9

5. Teorien Teorien bag varmegenindvinding stammer fra selve processen som forekommer, når motoren er i gang. En

forbrændingsmotor fungerer ved at, tilføreenergi i form af brændstof, ilt og varme ind i cylinderen. Dette

medfører en reaktion inde i cylinderen, hvor den tilførte energi omdannes til andre typer af energi.

Reaktionen medfører to typer energi. Den første energitype, er et stort tryk inde i cylinderen. Trykket

trykker stemplet nedad, sammen med de andre cylindere medfører det at krumtappen roterer. Dette

benævnes også motorens arbejde. Den anden energitype er termisk. Formålet med motoren er selvfølgelig

at omdanne den tilførte energi til arbejde. Men i teorien benyttes allerhøjest 50 procent af energien til

arbejde. I virkeligheden vil dette tal ligge nærmer 30 til 40 procent.

Den resterende tilførte energi omdannes som sagt til termisk energi i form af varme. Varmen forlader

typisk motoren på forskellige måder. Langt den største del af varmen, optil 50 procent forsvinder i

atmosfæren i form af udstødsgas. Som mange andre motorer benyttes turboladere ombord på Smyril. En

turbolader kan udnytte omkring 25 procent af energien fra udstødsgassen, til at drive turboladeren.

Dermed forefindes der allerede en varmegenindvinding. En mindre del af varmen forlader motoren i form

af stråle tab til omgivelserne. Den resterende varmemængde fjernes fra motoren, således at denne ikke

overhedes. En del fjernes gennem smøreoliesystem, og resten via kølevandssystemet .

Figur 3. Sankey diagram. (Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines)


Side 10

6. Formål Ideen ved at genindvinde spildvarmen fra en proces, er ikke noget nyt begreb. Et af de allerførste kendte

eksempler af varmegenindvinding er Thomas Edisons kraftvarmeværk fra 1882 . Værket udnyttede

spildvarmen til at opvarme de omkringliggende huse med. Hovedgrunden til man benytter diverse

genindvindingsanlæg er økonomiske. I søfarten er det i de senere år blevet mere aktuelt al effektivisere

driften ved at genindvinde af spildenergi. Grundet de seneste mange års stigende oliepriser, samt til dels

faldende økonomiske gevinster, viser det sig at det muligt at genindtjene investeringen som kræves til at

anskaffe et dyrt genindvindingsanlæg.

Selvom hovedgrunden til at genindvinde er økonomiske gevinster, findes også andre fordele ved at

genindvinde energi.

En indirekte fordel med at udnytte spildenergi fra motorerne, er en reducering af luftforurening til

atmosfæren. Luftforurening varetages af IMO. MARPOL VI blev taget i brug i 2005, den omhandler

luftforureningen fra skibe. Kravene vedrørende luftforurening vil kun blive strengere. En reducering af

udstødsgas ombord på Smyril, ville i praksis have en rimelig indflydelse på miljøet. Dette skyldes at færgen

ikke har nogen for røggasrensnings udstyr ombord.

Ideen bag projektet var dog hverken økonomisk eller miljømæssig, i stedet var den hovedsagligt praktisk.

Smyril er som før nævnt den eneste forbindelse mellem suðuroy og resten af landet. Hovedindustrien i

suðuroy består af fiskevirksomheder. Råvarerne stammer i stor del fra andre øer, ligeledes sendes

størstedelen af deres produkter til udlandet gennem andre øer.

I en stor del af 2013 var heavy fuelolie brænderen ude af drift. Marine dieselolie brænderen stoppede

samtidigt, dermed var begge kedler ude af drift i et kort tidspunkt. Dette skete medens færgen lå ved

havnen. Hvis det skulle ske medens færgen sejlede mellem øerne, ville det ikke være muligt at bruge

booster modulet. Dette ville have katastrofale følger med sig. Hovedmotorerne er i teorien i stand til at

køre med dieselolie, dog er det på nuværende tidspunkt ikke klargjort til dieseldrift.


Side 11

7. Anlægsbeskrivelse

7.1. Kedler inde i et separat kedelrum, er to Garioni Naval

kedler placerede. Disse to leverer alt varmebehovet

ombord. I modsætning til mange andre skibe er

Smyril udstyret med et termooliesystem, i stedet

for damp, til opvarmning. Termoolien løber rundt

inde i spiralrør placeret inde i kedelvæggen. Olien

varmes op af brænderen, som er placeret oppe på

toppen af kedelen. Denne olie cirkuleres siden

rundt i systemet. Primærkedelen forbrænder

normalt heavy fuelolie, medens sekundærkedelen

brænder marine dieselolie. Kedlernes styring er for

nyligt forandret. Før var primærkedlen i gang

døgnet rundt. Den blev reguleret til at opvarme

termoolien til en bestemt temperatur, således blev

dens leverede effekt i et givet tidspunkt reguleret efter det

aktuelle behov. Effekten reguleredes ved at regulere

brændstofpumpens flow. Nuværende styring er en on off styring,

dermed kan kedelen i teorien tænde og slukke flere gange om

døgnet. Kedelens effekt reguleres ikke som med den gamle

styring. Derimod er den leverede effekten konstant, og dermed

pumpens flow også konstant. Derimod vil driftstiden variere.

Primærkedelen er indstillet til at starte når temperaturen på

termoolien falder under 145 grader. Hvis temperaturen stiger

over 195 grader vil kedelen slukke, indtil olien igen falder til 145

grader. Sekundærkedelen fungerer til dels som backup, hvis

primærkedelen ikke er i drift. Desuden fungerer den som sikring

hvis primærkedelen ikke er i stand til at levere den krævede

varmeeffekt. Hvis temperaturen på termoolien falder under 140

grader, så starter sekundærkedelen. Dermed er begge kedler i

gang samtidig. Efter at oliens temperatur når 170 grader slukkes

sekundærkedelen igen.

Fra producentens side oplyses at hver kedel i teorien er i stand til

at levere imellem 570 til 2280 kilowatt, alt efter hvor stor

brændstofs fødepumpen er .

Termoolie

Termoolie benyttes normalt når mediets temperatur overstiger 300 grader. Dette skyldes at trykket vil stige

til op imod 80 bar, hvis der benyttes damp. Termoolien beholder atmosfæretrykket selv over 300 grader.

Figur 4. Garioni Naval kedler. (Eget arkiv)

Figur 5. Oliefyret kedel. (www.gekakonus.net/bilder/diagramm_thz3g.jpg)


Side 12

Termoolien har mange andre fordele, for eksempel kræves ingen forbehandling og den er et nemmere

system at arbejde med .

7.1.1. Driftstid for kedler

Det er uvist hvor mange timer om døgnet kedlerne er i gang. Dette skyldes at timerne ikke logges ombord.

Under praktikforløbet er det dog ikke observeret, at kedelen nogensinde har været slukket i længere tid.

Ud fra erfaring vides at primærkedelen er tilstrækkeligt stor, til at levere den nødvendige effekt, dermed vil

sekundærkedelen normalt ikke være i brug.

En stor del af effekten regnes med at gå til at opretholde en korrekt temperatur i de forskellige olietanke.

Dermed vil driftstimerne helst være højest lige efter bunkring. Ved nuværende drift varer olien i cirka seks

uger, før der bunkres igen. I løbet af disse uger vil driftstiden falde.

7.1.2 Varmebehov

Når et skib sejler med heavy fuelolie, kræves en stor effekt

til at forberede olien fra bunkertanken til indsprøjtning i

motorerne.

Efter at termoolien forlader kedelen, fordeles den til

forskellige sektioner af skiber, gennem fem rør. Herefter

forgrenes rørene videre til de forskellige komponenter som

kræver varmeeffekt.

Skibet har som nævnt en del tanke ombord som kræves

opvarmet . Den største effekt heraf

kræver de sammenlagt otte heavy fuelolie tanke. Skibet har fire bunkertanke, to på 176,3 m3 og to på 106,4

m3. Bunkertanke holdes konstant på en temperatur på 60 grader. Skibet har to 47,8 m3 settlingstanke, og to

35,9 m3 forbrugstanke. Disse tanke holdes på en temperatur på 90 grader. Skibet har desuden en del andre

mindre tanke som opvarmes, så som smøreolie-, slam-, spildolie- og andre tanke. Skibet har fire

smøreoliecentrifuger, to heavy fueloliecentrifuger og en marine dieseloliecentrifuge, hvoraf en af heavy

fueloliecentrifugerne er i gang døgnet rundt. Skibet har to booster moduler hvor heavy fuelolien opvarmes

til 130 grader, således at den rette viskositet opnås før indsprøjtning. Desuden har den booster moduler til

marine dieselolien.

Udover varme til behandling af olien, benyttes termooliesystemet også til opvarmning af andre funktioner.

Et af de fem rør fra kedelen føres til en varmeveksler, hvor teknisk vand opvarmes. Det tekniske vand

benyttes til at opvarme brugsvandet, forvarme motorerne og til ventilationsanlægget.

Varmebehovet vil selvfølgeligt variere. Til dels vil behovet variere lidt efter årstiderne. Den vil variere efter

hvorvidt færgen sejler eller ligger ved havnen. Men den største variation finder sted fra når skibet bunkrer

olie, og til skibet har brugt olien. Normalt er der seks uger imellem bunkringerne.

Figur 6. Theroolie fordeling. (Eget arkiv)


Side 13

7.2. Motorer

7.2.1. Hovedmotorer

Skibet er forsynet med fire hovedmotorer, som opererer

samlet to og to, til at drive de to hovedpropeller samt to

akselgeneratorer.

Skibets hovedmotorer er af typen MAN B&W 7L32/40. Hver

motor leverer en maksimal akseleffekt på 3.360 kW.

Motorerne leverer aldrig maksimal effekt. Ruten er timelagt

til at tage to timer, dog er det muligt at sejle ruten på en og

en halv time. Til at spare olie er fuel-indexet sat til cirka 75

procent. Hovedmotorerne er alle udstyrede med

turboladere.

7.2.2. Hjælpemotorer

Skibet er også forsynet med fire hjælpemotorer til at

tilfredsstille strømbehov ombord på skibet. Motorerne er af

typen Man B&W 6L 16/24. det vil sige at det er en seks

cylindret trunk motor. Hver generator er i stand til at levere

515 kW, dog er de normalt lavt lastet. Turboladeren er af

typen TCR, som leverer et konstant tryk .

7.2.3. Driftstid for motorer

Så længe som færgen sejler, er kun hovedmotorerne i gang.

Alt det elektriske behov under sejlads leveres gennem

hovedmotorernes to akselgeneratorer. Omkring ti minutter

før færgen ankommer til havnen startes de fire

hjælpemotorer op. Hjælpemotorerne overtager den generelle elektriske forsyning. Busforbindelse fra

akselgeneratorerne til den generelle forsyning afbrydes. Under ankomsten til havnen, benyttes

akselgeneratorerne til at forsyne to store elektromotorer, som driver to bovskruer. Når færgen forlader

havnen igen foregår proceduren lige omvendt.

Imellem ture, mens færgen ligger ved havnen, er det elektriske behov rimeligt stort. Derfor er alle fire

hjælpemotorer i gang. Dog kører de normalt med en lav belastning. Imellem den sidste tur, og den første

tur dagen efter, er det elektriske behov lille. Dermed er normalt kun en hjælpemotor i gang.

Hovedmotorernes driftstid varierer alt efter hvilken dag i ugen det er. Tirsdag, onsdag, torsdag og søndag,

sejler færgen fire ture. Fredag og lørdag sejles fem ture og mandag sejles seks ture. Hver turs varighed er

cirka to timer, dermed er hovedmotorerne i gang imellem otte og tolv timer per døgn.

Færgen sejler ikke om natten dermed er hovedmotorerne slukkede i syv til ti timer om natten. Imellem ture

ligger Færgen stille i cirka en time, dog ligger den i tre til fire timer en gange om dagen. Om natten er kun

en hjælpemotor i gang, i modsætning til alle fire om dagen, mellem ture.

Figur 7. Hovedmotor. (Eget arkiv)

Figur 8. Hjælpemotor. (Eget arkiv)


Side 14

8. Dataopsamling

For at få indsigt i energi forholdene vedrørende motorerne samt kedlerne, kræves en del målinger. På

grund af manglende måleudstyr, benyttes de måleresultater som logges ombord på færgen.

Motorer

Motorerne er hverken udstyrede med individuelle flowmålere eller en samlet flowmåler. Det har desuden

ikke været muligt at anskaffe en bærbar flowmåler til at bestemme hver enkelt motors brændstofforbrug.

Mandskabet har før i tiden forsøgt at fastlægge motorernes forbrug, gennem et firma som besidder

passende udstyr. Ifølge mandskabet gav forsøget ikke brugbare målinger. I stedet for flowmålinger,

benyttes kendskaben til færgens daglige brændstofforbrug.

Brændstoffet er fordelt over otte heavy fuelolie tanke og tre diesel olie tanke. En gang om dagen aflæses

niveauet i hver af de sammenlagt elleve tanke. Sammenlignet med niveauet dagen før, kendes dermed det

daglige forbrug.

Motorerne er udstyret med temperaturmålere, som måler udstødstemperaturen i hver motors enkelte

cylindre, før turboladeren. I det at motorernes individuelle brændstofforbrug ikke logges regelmæssigt i

løbet af dagen, giver det ikke mening at logge udstødsgassens temperatur, med regelmæssige

tidsintervaller. I stedet benyttes en gennemsnitlig daglig udstødstemperatur, som modsvarer det daglige

brændstofforbrug.

Kedler

På grund af førnævnte manglende flowmåler, er det ikke muligt at måle flowet af termoolie gennem

kedlen. Dermed er det heller ikke muligt at beregne den energi som olien optager fra kedlen. I stedet

benyttes førnævnte brændstofaflæsninger, til at beregne den effekt som kedlen producerer.

8.1. Usikkerheder Ved anskaffelse af data om brændstofforbrug, ville det være ideelt at måle hver enkelt motors specifikke

brændstofforbrug over et længere tidsrum, samtidigt som at temperaturforskellen mellem den indsugede

luft og udstødsgassen logges. Dermed ville man kunne specificere resultatet til et bestemt tidspunkt om

dagen.

Ved at benytte et dagligt brændstofforbrug, er det ikke muligt at sammenligne forbruget med den aktuelle

situation ombord. Det er ikke muligt at fastlægge hvor meget varmeeffekt motorerne leverer på forskellige

tidspunkter. Herved tænkes på at effekten muligvis er større eller mindre, alt efter om færgen sejler ude på

åbent hav eller inde ved fjorden.

Reliabile målinger sikres ved at lave samme målinger, som giver samme resultat, over et længere tidsrum.

Brændstofmålingerne viser at det daglige forbrug varierer i en stor grad. Hvis man anskuer det

gennemsnitlige daglige forbrug hver måned eller uge, ses at resultaterne er mere stabile. Ved tanke på at

det er den gennemsnitlige værdi som benyttes til videre beregning, menes at målingerne er reliabile.

Grunden til det daglige forbrug varierer, kan være flerfoldige. En af usikkerhederne er at tankene aflæses

normalt sidst på dagen, men som oftest før færgen ligger stille ved havnen. Dermed vil det resultat som


Side 15

niveaumåleren angiver, alt efter skibet position på vandet, muligvis ikke være 100 procent korrekt, i forhold

til dagen før. I tillæg til skibets varierede stilling i vandet, vil brændstoffets temperatur i tankene svinge fra

dag til dag. Selvom tankene er indstillede til en bestemt temperatur, viser erfaring at den kan variere

plus/minus fem grader fra dag til dag. Disse to faktorer bevirker til at et gennemsnitligt dagligt forbrug over

længere tid, for eksempel en måned, benyttes.

Ved at benytte et gennemsnitligt forbrug, ses ikke brændstofforbruget variation fra dag til dag. Herved

tænkes, for eksempel, på varmoliekedelen sandsynligvis benytter mere brændstof, når bunkertankene er

fulde. Dermed burde forbruget falde indtil færgen bunkrer igen.


Side 16

9. Beregninger

9.1. Olieforbrug Det er som tidligere benævnt, ikke muligt at måle de enkelte motorer/kedlers olieforbrug. Men under drift

er alle, henholdsvis hovedmotorer og hjælpemotorer, belastet nogenlunde lige. Derfor antages at hver

motor benytter nogenlunde samme mængde brændstof. I det at motorernes driftstid kendes, kan de

oliemålinger, som logges ombord på færgen dagligt benyttes. Færgens oliemålinger kan aflæses direkte fra

. Heri angives forbruget som en reduceret mængde i forhold til dagen før, i de otte heay fuel olie

tanke og de tre diesel olie tanke, angivet som kubikmeter. For at kunne beregne videre på disse måledata,

kræves at forbruget først omregnes fra en volumen til en masse, angivet i kilogram. Oliens volumen ganges

således med dens densitet, for at finde massen.

I det at de forskellige tankes indehold er opvarmet til forskellige temperaturer, beregnes de enkelte tankers

masse hver for sig, før de lægges sammen til en sammenlagt masse.

Vedrørende heavy fuelolien, er de fire bunkertanke er indstillede til at opretholde en temperatur på 60

grader, medens de to settlingstanke og to forbrugstanke er indstillet til cirka 90 grader. Alt efter hvilken

forbrugs- og settlingstanke er i brug, og hvor meget olie er i dem, vil temperaturen variere i de forskellige

tanke med op til fem grader, fra en dag til anden. Tankernes temperatur noteres ikke, når det daglige

olieforbrug aflæses. Derfor vælges at benytte en konstant temperatur på henholdsvis 60 og 90 grader, til

videre beregning. Den forkerte densitet, som benyttes ved at holde konstant temperatur, ventes at virke

nogenlunde lige meget i begge retninger. Derfor menes dette ikke at have nogen større indflydelse på det

endelige resultat.

Fra leverandøren af heavy fuelolien oplyses, at oliens densitet ved bunkring er 991 kg/m3, ved femten

grader . Derfra kan densiteten ved 60 grader findes til at være cirka 970 kg/m3, og ved 90 grader er

densiteten cirka 957 kg/m3 .

Dieselolien har ved en temperatur af 15 grader, en densitet som ligger omkring 863 kg/m3 . Olien

bliver ikke opvarmet ombord, derfor menes temperatur at ligge omkring 20 grader. Dette svarer til en

densitet på 860 kg/m3 .

Motorerne og kedlerne benytter brændstof fra samme forbrugstanke. Det er nødvendigt at skelne imellem

hvor meget motorerne benytter, og hvor meget kedlerne benytter. Dertil kræves at der er data for dage

hvor kun heavy fuelolie motorer har været i gang, og dage hvor både motorer og kedelen har været i gang.

Dette kræves ligeledes for diesel olie.

Under normal drift er heavy fuelolie kedelen i brug hver dag, men i løbet af 2013 var den ude af drift i nogle

måneder. I disse måneder var marine diesel olie kedelen i gang hver dag. Derfor er det muligt at benytte de

data, som er loggede ombord.

Det er selvfølgeligt også muligt at diesel olie kedelen har været i brug som sikring, medens heavy fuelolie

kedelen også var i gang. I sådan et tilfælde ville det medføre en fejl med beregningerne. Dog kender

personalet ombord ikke til at dette nogensinde er sket, da heavy fuelolie kedelen under alle

omstændigheder vil kunne levere den krævede effekt.


Side 17

I løbet af 2013 var både en hjælpemotor og en af hovedmotorerne ude af drift over en længere periode,

dette skal der også tages hensyn til når hver motors forbrug beregnes.

Ved at aflæse maskinrummets logbog fra 2013 kendes at, fra den 1. januar til 8. april 2013 sejlede færgen,

som den er beregnet til, med fire hovedmotorer, fire hjælpemotorer samt heavy fuelolie kedelen. Den 8.

april fik personalet problemer med heavy fuelolie brænderen. Den blev derfor taget ud af brug, og erstattet

af diesel olie brænderen. Derfor sejlede færgen fra den 9. april til 19. maj med fire hovedmotorer, fire

hjælpemotorer samt marine diesel olie kedelen i gang.

Vegne dette nedbrud af brænderen, er det muligt at aflæse heavy fuelolien og diesel olien, med og uden

kedlernes brændstofforbrug.

Den 19. maj blev en hjælpemotor sat ud af drift. Derfor sejlede færgen fra den 20. maj til 9. august med fire

hovedmotorer, tre hjælpemotorer samt dieselolie kedelen. 9. august gik det endvidere galt da en

hovedmotor gik i stykker, dermed sejlede færgen fra 10. august til sidste loggedato den 19. september,

med tre hovedmotorer, tre hjælpemotorer samt dieselolie kedelen.

For at kunne sammenligne dato med kedler i brug, med data uden kedler i brug, benyttes kun aflæst data i

tidspunktet hvor alle fire hoved- eller hjælpemotorer var i brug. Det vil sige at data fra 1. januar til 19. maj,

benyttes til at beregne diesel olie. Fra 1. januar til 9. august benyttes til at beregne heavy fuelolien.

Først findes den olie som de fire hjælpemotorer forbrænder i gennemsnit om døgnet, i de måneder data, er

til det. Dertil benyttes data før diesel olie kedelen blev taget i brug, det vil sige fra 1. januar til og med den

8. april. Vegne ufuldkommet måledata, sorteres nogle dages gennemsnitsforbrug fra beregningen

.

(Hjælpemotorer) 1. – 31. januar (kg) 1. – 16. februar (kg) 10 – 26. marts (kg) 1. – 8. april (kg)

Gennemsnitlig 3.483,642 2.182,275 2.148,918 3.160,13

Efterfølgende findes det samlede gennemsnitlige døgnforbrug:

.

Til at finde diesel olie kedelens forbrug, findes først det månedlige gennemsnitlige forbrug fra både

hjælpemotorerne og kedelen. Der benyttes data fra det tidspunkt hvor begge dele var i brug samtidig. Det

vil sige fra den 9. april til 19. maj.

(MDO kedel + hjælpemotorer) 9. – 30. april (kg) 1 – 19. maj (kg)

Gennemsnitlig 2.805,63 3.635,24

Dernæst findes det gennemsnitlige forbrug disse dage:

.


Side 18

Diesel olie kedelens gennemsnitlige dagforbrug findes derved, ved at trække forbruget når kun motorerne

var i gang fra forbruget hvor både motorer og kedelen var i brug;

.

Hovedmotorens forbrug findes på samme måde som ved hjælpemotorerne. Det vil sige at det

gennemsnitlige daglige forbrug hver måned, fra 9. april til 9. august benyttes. I det tidsrum kørte

motorerne uden kedelen.

(Hovedmotorer) 9. – 30. april (kg)

1. – 31. maj (kg)

1. – 30. juni (kg)

1. – 31. juli (kg)

1. – 9. august (kg)

gennemsnitlig 17.567,5 17.043,9 16.277,1 14.752,4 19.770,7

Siden findes det gennemsnitlige daglige forbrug i tidsrummet;

Heavy fueloliekedelens forbrugs findes ligeledes som dieselolie kedelens, i det her tilfælde fra 1. januar til

8. april hvor kedelen var i brug sammen med motorerne.

(HFO kedel + hovedmotorer) 1 – 31. januar (kg)

3 – 16. februar (kg)

10 – 27. marts (kg)

1 – 8. april (kg)

Gennemsnitlig 20.168,59 16.533,81 20.414,59 17.797,9

.

9.2. Energi tilgængelig fra hovedmotor Til at beregne den energi som er tilgængelig som varme fra hovedmotorerne, behøves tre faktor. Den

første faktor som spiller ind er den mængde udstødsgas som motoren udleder til atmosfæren. Den næste

faktor er udstødsgassen specifikke varmekapacitet. Den sidste faktor er forskellen i temperatur, mellem

udstødsgassen efter den forlader motoren og den indsugede lufts temperatur umiddelbart før den entrerer

motoren.

Røggasmængden

Den masse som forlader udstødet er en kombination af massen af den indsugede luft og massen af det

afbrændte brændstof.

Når brændstoffet afbrændes, er det fordi at der sker en reaktion i cylinderen, mellem brændstoffet og den

komprimerede indsugede luft. For at få en fuldkommen afbrænding af brændstoffet, kræves en vis

minimum mængde luft. Hver bestanddel af brændstoffet kræver en given mængde luft for at afbrænde.

Derfor kan man beregne den minimum luftmængde som kræves, hvis man kender brændstoffets

opbygning.


Side 19

I tabel 1. er færgens heavy fuelolies bestanddele angivet (IF 380) .

Tabel 1.

Indhold Andel Kulstof c 89,3 %

Hydrogen h 9,11 %

Oxygen o 0,41 %

Svovl s 1,02 %

Vand f 0,5 %

Luftforbrug:

Når brændstoffet reagerer med luften, ønskes at der dannes CO2, H2O og SO2. For at reaktionen skal forløbe

som planlagt, kræves en vis mængde luft per mængde brændstof. Følgende formel viser at der for

eksempel kræves otte kg ilt for hvert kg brint som skal omdannes til H2o.

Ud fra erfaring vides at luftforbruget normalt ligger omkring de 14.

Luftoverskud:

Overstående luftmasse kræver at alle atomer og molekyler forenes i løbet af et splitsekund. En kombination

af brændstoffets modvilje til at reagere og motorens hastighed, er det i de fleste tilfælde umuligt at opnå

fuldstændig forbrænding med det absolutte minimums luftforbrug. Ved ufuldstændig forbrænding er

energiudnyttelsen ringere, i tillæg til at der dannes sod og andre produkter . For at opnå fuldstændig

forbrænding benyttes derfor et luftoverskud, angivet som luftoverskudskoefficient. Til beregning af denne

koefficient kræves at der laves en røggasanalyse. Ud fra gassen rest produkter kan der analyseres hvor stort

overskuddet er. Ved den fuldstændige forbrænding omdannes alt kulstoffet til kuldioxid. Hvis der

forefindes kulilte i røggassen, betyder det at der er et luftunderskud, hvis der måles ilt, er der et

luftoverskud. Desværre er det ikke muligt at lave sådan en analyse ombord på Smyril, men ud fra erfaring

vides at overskuddet normalt ligger mellem 1 til 3,5 gange minimumforbruget .

Til videre beregning vælges der en overskudskoefficient på 2. der vælges en rimelig konservativ koefficient,

da det er mere interessant at finde en minimum effekt som er tilgængelig, i stedet for at finde en større

effekt som måske ikke er til stede.

.


Side 20

Brændstofforbrug:

Mandag tirsdag onsdag torsdag fredag lørdag Søndag Per uge

4 motorer Samtidig

12 Timer

8 Timer

8 Timer

8 timer

10 timer

10 timer

8 Timer

72 Timer

Samlet 48 Timer

32 Timer

32 Timer

32 timer

40 timer

40 timer

32 Timer

288 Timer

Brændstofforbruget per døgn er regnet til at være 17.083 kilogram i gennemsnit. For at finde

røggasmængden, beregnes forbruget per time, for en enkelt motor. Dette gøres ved at omregne

døgnforbruget til et ugentligt forbrug. Det ugentlige forbrug deles så med de timer de fire motorer kører

sammenlagt om ugen, i dette tilfælde 288 timer.

Brændstofforbruget per uge;

En hovedmotors brændstofforbrug per time;

Røggasmængden:

Røggasmængden er som benævnt brændstofmængden og luftmængden. Luftmængden er en faktor,

angivet som kilogram luft per kilogram olien, dermed findes luftmængden ved at gange denne faktor med

brændstofforbruget. Samtidig lægges brændstofforbruget til.

Temperatur

Udetemperaturen i praktikperioden har ligget mellem 10 og 15 grader. Herefter er luften kølet ned i

vandudskilleren, og derefter opvarmet af turboladeren. Således er temperaturen aflæst til omkring de 35

grader ved indsugning.

Røggassens temperatur har varieret lidt, men ligger normalt mellem 380 til 420 grader. Derfor vælges at

benytte en konstant gennemsnitlig temperatur på 400 grader .

Specifik Varmekapacitet

Den specifikke varmekapacitet angiver hvor stor en varmemængde som skal til for at hæve et kg af et givet

stof en grad.

Røggassens varmekapacitet ved de 400 grader ligger på omkring 1,07 .


Side 21

Energimængden fra røggassen

Energien findes så ved at benytte de tre førnævnte faktor.

Den beregnede effekt angives lige efter den forlader cylinderen. Ved at benytte turboladere antages at op

til 25 % af energien går til at drive turboladeren, dermed vil den effekt som er tilgængelig efter

turboladeren være omkring; .

Alle fire motorer er normalt i gang samtidig, dermed er den sammenlagde genererede varmeeffekt;

.

9.3. Energi tilgængelig fra hjælpemotor Energien udregnes på samme måde som ved hovedmotoren .

Tabel 2

Indhold Andel Kulstof c 86 %

Hydrogen h 12,8 %

Oxygen o 0,5 %

Svovl s 0,4 %

Vand f 0,3 %

Røggasmængden

Luftforbrug:

Luftoverskud:

.

Brændstofforbrug:

Mandag Tirsdag onsdag torsdag fredag lørdag Søndag Per uge

4 motorer Samtidigt (dagtimerne)

7,5 Timer

8 Timer

8 timer

8 Timer

8,5 timer

8,5 timer

7 Timer

55,5 timer

1 motor (nattetimerne)

5,5 Timer

9 Timer

9 timer

9 Timer

6,5 timer

6,5 timer

9 Timer

54,5 timer

Samlet 35,5 Timer

41 Timer

41 timer

41 Timer

40,5 timer

40,5 timer

37 Timer

276,5 timer


Side 22

Brændstofforbruget per uge;

En motors brændstofforbrug per time;

Røggasmængden:

Temperatur

Luften temperatur ved indgang til cylinderen er 35 grader. Temperaturen efter cylinderen er i gennemsnit

330 grader .

Specifik varmekapacitet

Ved 330 grader ligger den specifikke varmekapacitet omkring 1,05 .

Energimængden fra røggassen

Hvis der igen antages at 25 procent af effekten bliver brugt til at drive turboladeren, vil den effekt som en

motor leverer være omkring;

Sammenlagt når alle fire motorer kører samtidigt, leveres en effekt på;

9.4. Energi tilført fra kedlen

9.4.1. Heavy fuelolie

For at beregne den tilførte energimængde fra kedlen beregnes oliens brændværdi. Brændværdien er den

energimængde som frigives når en bestemt mængde brændstof afbrændes. Hver bestanddel af

brændstoffet frigiver en bestemt mængde energi. Dermed kan brændværdien findes hvis brændstoffets

procentvise opbygning kendes. Sammen med brændstofmængden som afbrændes, giver det

energimængden.

Til beregning af brændværdien benyttes oliens bestanddele, som angivet i tabel 1.

Nedre brændværdi


Side 23

Brændstofmængde

Den daglige brændstofmængde er før fundet til at være 1.646 kilogram. Forbruget omregnes til kilogram

per sekund;

Tilført energi

9.4.2. Marine diesel olie

Effekten beregnes på samme måde som med heavy fuelolie.

Nedre brændværdi

Brændstofmængde

Tilført energi

9.5. kommentarer til beregninger Ved beregningerne af motorernes luftforbrug, nævnes at der benyttes en forholdsvis lille

luftoverskudskoefficient. Dette medfører at effekten også er relativt lav. Da formålet med

energiberegningerne er at se om der er nok effekt tilgængelig, er vigtigere at kende en minimum effekt

som kan sammenlignes med kedlens effekt. I virkeligheden vil hovedmotorens akseleffekt ligge over 2.000

kW. Som før nævnt, vil varmeeffekten ligge tæt på akseleffekten. Derfor vil det være mere sandsynligt med

en højere luftoverskudkoefficient.

Der er beregnet at effekten som en hjælpemotor leverer, når den er alene i drift, er den samme effekt som

hver enkelt motor leverer når alle fire er i drift. Dette er ikke nødvendigvis et faktum.

Ud fra beregningerne at dømme findes der en stor forskel mellem den effekt som heavy fuelolie kedelen

leverer og hvad diesel olie kedelen leverer. Der findes sandsynligvis en forskel mellem de to. Dog er den

næppe så stor som beregningerne antyder. Umiddelbart findes der to hovedgrunde til forskellen. Den ene

er brændstofforbruget. Når forbruget er beregnet, er det beregnet ud fra at alt det brændstof som ikke

afbrændes hos hovedmotorerne, vil blive afbrændt i kedelen. I virkeligheden bliver heavy fuelolien


Side 24

konstant renset. Der er altid en centrifuge som renser fra settlinstanken og leverer olien til forbrugstanken,

eller retur til settlingstanken. I centrifugen går en del af volumen som fjernes fra tankene tabt. Dermed vil

den mængde olie som kedelen forbrænder, ligge et stykke under de beregnede 1.646 kilogram om dagen.

Det er uvist hvor stor en del af olien bliver fjernet. Slamtanken bliver normalt ikke aflæst dagligt, selvom det

er muligt. I dette tilfælde giver det heller ikke mening at aflæse slamtanken, da den også indeholder andre

urenheder, fra andre kilder. Vedrørende olieforbruget er målingerne ikke 100 procent nøjagtige. Specielt

målingerne til beregning af dieselolie kedelens forbrug, spænder kun over lidt over en måned.

Den næste grund til forskellen er deres indstillinger. Heavy fuelolie kedelen er indstillet til at opretholde en

temperatur imellem 145 til 190 grader. Diesel olie kedelen er indstillet til kun at opretholde en temperatur

fra 140 til 175 grader. Dette vil sandsynligvis medvirke at diesel olie kedelen vil levere en mindre effekt end

heavy fuelolie kedelen.

I tillæg kan det tænkes at, idet at marine dieselolie kedelen er i brug, vil forbruget af heavy fuelolie være en

del mindre. Derfor vil den effekt som benyttes til at varme olien op være tilsvarende mindre.

Ud over det, har marine diesel oliekedelen været i brug om sommeren. Vinteren på Færøerne vil uden tvivl

medføre et højere varmeforbrug, end sommeren.

Den virkelige gennemsnitlige effekt fra heavy fuelolie kedelen, vil ligge højere end 266 kW og lavere end

780 kW.

Kedlernes effekt er som nævnt beregnede som gennemsnitlig. I virkeligheden vil den variere en del. Ting

som har indflydelse på varmebehovet over et længere tidspunkt, er hovedsageligt mængden af olie som er

ombord. i løbet af dagen, har mængden af olie ingen indflydelse på behovet. Den største forskel er at

booster modulet hos hovedmotorerne spares væk. Booster modulet skal opvarme 415 kg om timen af

heavy fuelolie, fra cirka 100 grader til 130 grader. Dette kræver en effekt på omkring;

.


Side 25

10. Økonomi Strandfaraskip landsins er et offentligt selskab, som dermed er finansieret direkte fra landskassen.

Passagerflytning på Færøerne er ikke en lukrativ forretning. Faktisk så medfører driften af selskabet et stort

underskud hvert eneste år. Størstedelen af selskabets underskud stammer netop fra ruten mellem Suðuroy

og Tórshavn, som Smyril sejler. I 2012 lå indtægterne fra Smyril på cirka 28 millioner, mens færgens udgifter

lå på omkring 88 millioner, dermed var underskuddet på omkring 60 millioner kroner. Det er ikke direkte

muligt at sammenligne udgifterne fra år til år, da der er mange faktorer som spiller ind, når det kommer til

udgifterne. Det er dog en kendsgerning at olieprisernes stigning, så at sige hvert år, har en stor indflydelse

på budgettet. I årsregnskabet fra 2012, nævnes at underskuddet fra 2011 til 2012 er steget fra 58 til 60

millioner . Heri nævnes at den største faktor er den stigende oliepris.

Prisen for at varme færgen op afhænger selvfølgelig af den aktuelle olie pris. Smyril bunkrer sin heavy

fuelolie fra el producenten SEV’s afdeling i bygden Vágur. SEV er den eneste landsdækkende el producent

på Færøerne . Fra 2000 til 2012 mere end fordoblede SEV’s indkøbspris fra 1.456 kroner per tons til

3.737 kroner per tons, og der er ikke umiddelbart noget som tyder på at prisen vil stabilisere sig eller falde

markant i fremtiden. I 2013 forventer SEV at betale en indkøbspris på 3.601 kroner per tons . Ved

videresalg kræver SEV et mindre ikke specificeret beløb, som ikke har større indflydelse på beregningerne.

I de første otte måneder af 2013 har Smyril brugt 18.729 kg heavy fuelolie om dagen.

Beregning:

For at finde ud af hvor meget Smyril regner med at kommer til at bruge på heavy fuel olie i 2013, omregnes

det daglige olieforbrug først om til et årligt forbrug.

Herefter findes det forventede samlede pengeforbrug i 2013.

Til at finde hvor mange penge Smyril bruger til varmebehovet ombord, omregnes kedelens daglige forbrug

om til et årligt. Som før nævnt er det beregnede forbrug 1.646 kilogram per dag. Til videre beregning

vælges at fjerne en vilkårlig del af forbruget, som repræsenterer den oliemængde som bliver fjernet i

centrifugen. I det her tilfælde fjernes ti procent af forbruget. Dermed fås det nye kedelforbrug til at være;

Derefter beregnes det årlige forbrug.

Beregningerne viser at udgifterne til opvarmning af termoolien i 2013 vil være cirka to millioner kroner.


Side 26

Smyril blev projekteret i 2002, og færdig bygget i 2005. Tilbage hvor den blev dimensioneret var SEVs

indkøbspris 1.385 kroner per tons.

Hvis der antages at kedelen har samme brændstofforbrug, så ville udgifterne til opvarmning af termoolien

være betydeligt laver dengang.

Hovedmotorerne er i gang i 72 ud af de 168 timer som ugen indeholder. Hvis hovedmotorerne leverer

effekten som kræves til opvarmning i de timer de kan, så findes en besparelse på;

Alle fire hjælpemotorer er i gang i 48,5 timer om ugen. Hvorvidt de leverer nok effekt til opvarmningen af

termoolien er tvivlsomt. Men hvis det er muligt at udnytte denne energi giver det en besparing på.

Sammenlagt vil det give en årlig besparelse på;

Dette svarer til en procentvis besparelse på.

Hvis det sammenlignes med en oliepris på 1.385 kroner per tons;

Hovedmotorer;

Hvilket giver en besparelse på;


Side 27

11. Delkonklusion Udregningerne viser at heavy fuelolie kedelen leverer en effekt optil 780 kW. Dette resultat er baseret på at

kedelen er i gang døgnet rundt, med det samme varmebehov. I virkeligheden vil varmebehovet variere i

løbet af dagen. Desuden vil det variere fra dag til dag. Der kan være perioder hvor kedelen er slukket, og

dermed ikke leverer nogen effekt. Dermed er den effekt som kedelen leverer, når den leverer mest, en del

større end de 780 kW. Effekten som leveres er sandsynligvis en del mindre, da beregningen er lavet ved at

benytte alt det olieforbrug som ikke er afbrændt i motorerne.

Marine diesel olie kedelen leverer en effekt, som er en del mindre end effekten som heavy fuelolie kedelen.

Gennemsnitseffekten som den leverer, er 266 kW. Grunden til forskellen i effekt består af flere faktorer. En

grund kan være upålidelige måleresultater. Forbruget af heavy fuelolie måles som en reducering, målt i

kubikmeter. En del af en del af ”brændstoffet” bliver fjernet i centrifugerne. Dermed vil effekten fra heavy

fuelolie kedelen ligge nærmere marine diesel olie kedelen, end hvad beregningerne giver udtryk for. En

anden faktor er, at marine diesel olie kedel er indstillet til at varme termoolien, til en lavere temperatur end

heavy fuelolie kedelen.

En hovedmotor leverer 946 kW når den kører, sammenlagt generer de fire motorer 3784 kW. Dermed

genereres større effekt fra en hovedmotor end fra kedelen.

De fire hjælpemotorer leverer en sammenlagt effekt på 540 kW. Dette ligger en del under de 780 kW, men

er dobbelt så stor som den effekt som marine dieselolie kedelen leverer.

Ud fra et økonomisk synspunkt vil der være betydelige penge at spare, kun ved at udnytte energien fra

hovedmotoren. Taget i betragtning, hvad olieprisen var dengang færgen blev bygget, er det let at se

hvorfor der ikke blev overvejet på at udnytte spildenergien dengang.


Side 28

12. løsninger

12.1. Hovedmotor Den oplagde metode til at udnytte energi fra udstødsgassen, er at installere en udstødskedel.

Udstødskedler opererer normalt med at relativt store mængder gas, ved en temperatur som er lavere end

den oliefyrede kedel, stømmer gennem en kedel også benævnt economiser . Dermed erstattes den

oliefyrede kedel. Der findes flere typer kedler, men princippet er det sammen ved dem alle.

Ved normal drift leverer de fire hovedmotorer en gennemsnitlig effekt på 3.784 kW. Heavy fuelolie kedelen

leverer en effekt på 780 kW, men det er før anslået at cirka ti procent af olieforbruget forsvinder i

centrifugen. Dermed er den leverede effekt nærmere; . Umiddelbart synes det at der

er rigeligt af effekt til stede, men de leverede effekter modsvarer ikke den effekt som termoolien optager.

En oliefyret kedel angives oftest til at have en rimelig høj virkningsgrad, gerne omkring 80 til 85

procent . Dermed antages at den effekt som optages i termoolien er; .

Udstødskedelens virkningsgrad afhænger af flere faktorer, så som udstødsgassens temperatur og flow,

samt mediets temperatur. Virkningsgraden bliver gerne angivet til at være alt fra 30 til 50 procent. I dette

tilfælde er udstødsgassens temperatur forholdsvis høj. Temperaturen før turboblæserne var omkring 400

grader, effekten var 1261 per motor. Efter turboblæseren er effekten 946 kW. Ud fra den benyttede formel

, er det kun temperaturen som er ændret. Derfor er temperaturen

efter turboblæseren;

.

Termooliens temperatur ligger mellem 145 til 195 grader. Dermed ligger

udstødsgassens temperatur et godt stykke over den maksimale

termoolietemperatur.

For en konservativ skyld benyttes en virkningsgrad på 30 procent ,

dette medfører en optagen effekt af; .

Det vil være muligt at anvende 1.135 kW fra udstødsgassen, i forhold til 597

kW fra den oliefyrede kedel.

Eftersom at der næster er dobbelt så stor effekt tilgængeligt, som der er

brug for, anbefales at der benyttes en udstødskedel med bypass. Alt efter

det aktuelle varmebehov, vil en del af udstødsgassen gå udenom

varmefladen .

Det tænkes at mindst den ene oliefyrede kedel beholdes. Ved det

nuværende system løber termoolien gennem begge de oliefyrede kedler,

selv om kun den ene er i gang. Udstødskedlen sættes ind på samme måde,

nogenlunde som på fig 10. Hovedmotorernes udstød er placeret omkring ti meter fra

kedelrummet . Dermed er det ikke nogen længere omvej at installere et termoolierør, mellem den

oliefyrede kedel og udstødskedelen.

Figur 9. Alfa Laval. Economiser med intern bypass (http://www.alfalaval.com/campaigns/Europort2013/Documents/AalborgThermal%20fluid%20heating%20-%20Europort2013.pdf)

http://www.alfalaval.com/campaigns/Europort2013/Documents/AalborgThermal%20fluid%20heating%20-%20Europort2013.pdf






Side 29

Problemet ligger i det faktum at skibet kun sejler i 72 af de

168 af ugens timer. I den resterende del af tiden kræves at

tilførsel af effekt fra andre kilder.

Hvis det antages at udstødskedlen er i gang i den tid som

færgen sejler, vil det medføre en oliebesparelse på;

kg ud af de daglige 1.481 kg som heavy

fuelolie kedelen benytter. Dette giver som før nævnt en

besparelse på 833.374 kroner om året.

12.2. Hjælpemotor Det har før i tiden ikke været normalt at benytte

udstødskedler efter hjælpemotorer, men eftersom at

miljøkravene bliver strengere og olien dyrere, er det også blevet mere aktuelt.

Når det vedrører hjælpemotorerne er der flere grunde til at det er vanskeligt at udnytte energien fra dem.

Det ene problem er at effekten fra motorerne er relativt lav, i forhold til hovedmotorerne. Et andet

problem er at hjælpemotorerne ligger omkring 30 meter fra hovedmotorerne og 40 meter fra kedelrummet

.

Den oplagde metode ville være at gøre ligesom med hovedmotorerne, det vil sige at indsætte en

udstødskedel efter motorernes turboladere. Røggaseffekten efter turboladeren 135 kW per motor, samlet

er effekten 540 kW. Temperaturen før turboladeren var 330 grader, efter turboladeren vil den være;

. Dermed

er temperaturen stadigvæk en del større end de 195 grader, som termoolien

maksimalt opnår.

Problemet er den lave effekt, som her afhænger af den masse røggas som

hjælpemotorerne leverer. Hvis der ligesom ved hjælpemotorerne antages at

virkningsgraden på udstødskedlen er 30 procent, vil den effekt som

udstødskedlen leverer til termoolien være; . Dette svarer

til

procent af de krævede 597 kW.

Om natten er kun en hjælpemotor i gang, den leverer som bekendt 135 kW. Ved

en effektivitet af 30 procent optages; . Dette svarer til

Procent af den krævede effekt.

Der vil aldrig være tilstrækkelig energi til at dække alt behovet. Derfor kan en

udstødskedel uden bypass benyttes. Resten af effekten vil blive genereret af en

olie fyret kedel. Dette kræver at termoolie systemet sammenbygges med

udstødskedelen, lige som hovedmotorernes udstødskedel. Da der som før nævnt

er 40 meter mellem kedelrummet og hjælpemotorerne, vil det ikke være

hensynsmæssigt at lægge termoolierør hele vejen til udstødskedelen. På ses at flere tanke, som

kræver varme, ligger bag ved hjælpemotorerne. Den ene af de fem strenge som forlader kedelrummet

Figur 10. Alfa Laval. Termooliesystem med economiser med intern bypass (http://www.alfalaval.com/campaigns/Europort2013/Documents/AalborgThermal%20fluid%20heating%20-%20Europort2013.pdf)

Figur 11. Alfa Laval. Economiser (http://www.alfalaval.com/campaigns/Europort2013/Documents/AalborgThermal%20fluid%20heating%20-%20Europort2013.pdf ()










Side 30

løber baglæns mod hjælpemotorerne. Derfor kan det tænkes at, denne streng på vej retur til kedelrummet,

cirkulerer i udstødskedelen, hvorefter den løber direkte til samlingsstedet i kedelrummet, og videre til den

olie fyrede kedel, hvor termoolien bliver videre opvarmet. Den oliefyrede kedels effekt vil kunne reguleres,

således at den ikke stopper og starter ofte.

Hvis det antages at det er muligt at afsætte de henholdsvis 162 og 40 kW til termoolien, vil der være en

besparelse i driften af den olie fyrede kedel. De fire motorer er i gang i 48,5 timer om ugen, hvis der ses

bort fra de timer hvor både hjælpemotorerne og hovedmotorerne er i gang. Dette har med sig en

oliebesparelse på;

tons om dagen. Det har videre en besparelse på;

kroner om året.

Om natten er den ene motor i gang i 54,5 timer om ugen, dette giver en brændstofbesparelse på;

ton per dag.

Dette giver en årlig besparelse på; kroner

Sammenlagt giver det en besparelse på; , ud af de årlige

1.994.540 kroner

12.3. Økonomi Det har ikke været muligt at finde ud af hvor meget en udstødskedel vil koste. Men det viser sig at det

koster nogenlunde det samme at installere en termoolie udstødskedel, som det koster at anskaffe en

udstødskedel som benytter damp som varmemedie.

Ifølge Alfa Laval er det muligt at retrofitte en udstødskedel til damp efter hjælpemotorerne for omkring

900.000 kroner.

12.4. Andre muligheder Der er en del overskuds udstødsgas fra hovedmotorerne. Det ville være muligt at udnytte den del videre,

blandt andet er det muligt at generere elektricitet. Med hovedmotorerne er udstyret med to

akselgeneratorer. Derfor er elektriciteten allerede ”gratis” når hovedmotorerne er i gang. Hvis det skulle

være interessant at udnytte den ekstra energi som er til stede, ville det være nødt til at være et system som

gemmer energi til senere brug.

Der vil dog ikke kommes nærmere ind på lignende systemer i denne rapport.

12.5. Kommentarer til løsninger Beregningerne er meget forenklede. Udstødskedlernes effektivitet er beregnede efter den laveste

virkningsgrad. På grund af udstødsgassen relativt høje temperatur, i forhold til termooliens temperatur, er

det muligt at virkningsgraden ligger nærmere de 50 procent. Hvis det er muligt kan hjælpemotorernes

udstødskedelen dække over 45 procent af den leverede effekt, og ved en motor vil den ligge nærmere 11

procent. De 85 procents virkningsgrad som den olie fyrede kedel er beregnet til at have, er noget nær den

højeste virkningsgrad den kan have. I virkeligheden ligger den muligvis nærmere de høje halvfjerds. Dette

vil også medføre at den effekt som termolien kræver, er en del lavere.


Side 31

Som før nævnt er effekten gennemsnitlig. På nogle tidspunkter om året kan hjælpemotorernes

udstødskedel være i stand til at levere en mindre del af sen samlede varme effekt, og på andre vil den

levere en større del.

Temperaturen efter turboladeren kan med al sandsynlighed være både højere eller lavere da det er uvist

hvor stor en del af effekten som turboladeren benytter. Dette medfører selvfølgelig at effekten efter

turboladeren kan både være større og mindre. Til sidst er det vigtigt at tænke på at, som før nævnt er den

effekt som udstødsgassen indeholder, beregnet lavere end den sandsynligvis er. Dette har ikke nogen

indflydelse på hovedmotorernes udstødskedel. Men for hjælpemotorerne er der muligvis mere energi at

hente.

Effekten som hjælpemotorernes udstødskedel skal tilfredsstille er mindre end den effekt som

hovedmotoren skal opfylde. Dette skyldes som før nævnt at, for eksempel booster modulet ikke har brug

for den samme energitilførsel, når hovedmotorerne ikke er i brug.

Hvis udstødskedler implementeres, vil det medføre at over en givet tidsrum, vil der blive benyttet mindre

heavy fuelolie. Det vil sige at mindre olie skal gennem systemet. Dette vil med al sandsynlighed medføre at

der skal bruges en energi til at behandle olie.


Side 32

13. Konklusion I rapporten er der forsøg at finde ud af hvorvidt det er muligt at benytte udstødsgassen til

varmeproduktion.

Ud fra de beregninger som er lavet viser det sig at der er rigeligt af energi til stede, når hovedmotorerne er i

gang. Beregningerne viser dog at hjælpemotorerne ikke er i stand til at tilfredsstille behovet.

Udgifterne til varmeproduktion er steget kraftigt de senere år. Fra 2000 til 2013 er Smyril’s indkøbspris af

heavy fuelolie steget fra 1.456 til 3.601 kroner per ton. Hvis det antages at heavy fuelolie kedelen benyttes

hele året, medfører dette en udgift på 1.944.540 kroner i 2013. Færgen blev dimensioneret i 2002, dengang

var olieprisen 1.385 kroner per ton. Hvis det antages at kedelens olieforbrug det å var det samme som i

2013, ville det medføre en udgift på 747.900 kroner om året.

Før i tiden har det kun været aktuelt at udnyttes udstødsgassen fra hovedmotoren. Ved olieprisen dengang

færgen blev dimensioneret ville det kun medføre en besparelse af 320.528 kroner om året. Dette sammen

med hovedmotorernes korte driftstider, er muligvis grunden til at det ikke var aktuelt at indsætte en

udstødskedel når færgen blev bygget.

Rapportens konklusion er at indsætte en udstødskedel efter hovedmotorerne, samt en efter

hjælpemotorerne. Den oliefyrede heavy fuelolie kedel leverer en effekt af 597 kW til termooliesystemet. En

udstødskedel efter hovedmotorerne er i teorien i stand til at tilføre termoolien 1.135 kW. Derfor benyttes

en udstødskedel som kan føre en del af udstødsgassen uden om varmelegemet til termoolien.

Hjælpemotorerne kan levere en effekt på 162 kW når alle fire er i gang samtidig, men om natten når kun en

motor er i gang leverer den kun 40 kW til termooliesystemet. Derfor er det nødvendigt at den oliefyrede

kedel leverer den resterende effekt.

Ved denne installation er det muligt at spare 1.020.014 kroner om året. Dette svarer til lidt over halvdelen

af det nuværende samlede forbrug.


Side 33

14. Refleksion Der findes flere forskellige mindre mulige energibesparelser ombord på Smyril.

Færgen ligger som flere gange før nævnt stille i hovedparten af dagen. I disse timer benyttes kun en

forholdsvis lille mængde heavy fuelolie til netop varmebehovet. Selvom behovet for brændstof er lille i

disse timer, er en heavy fuelolie centrifuge i gang så at sige døgnet rundt. Olien som renses leveres til

forbrugstankene, eller tilbage til settlingstanken. Som det ses i er forbrugstankene (8 og 9) så

godt som altid fulde. De to forbrugstanke har en volumen på 35,9 m3, som medfører at de indeholder 68

tons brændstof tilsammen. Færgens hovedmotorer benytter gennemsnitligt 17.083 kg om dagen, medens

kedelen og centrifugen forbruger 1.646 kg om dagen. Hvis der ville blive installeret udstødskedeler, ville det

være hensynsmæssigt at benytte centrifugerne i større grad når hovedmotorerne er i gang. Dermed vil

energiforbruget være mindre når hjælpemotorerne leverer effekt.

Et spørgsmål er hvorfor marine dieselolie kedelen leverer en så lille effekt i forhold til heavy fuelolie

kedelen. Kedelen opvarmer som før nævnt kun mellem intervaller 140 til 170 grader

Marine diesel olie har i flere måneder fungeret med en tilsyneladende lavere effekttilførsel end heavy

fuelolie kedelen. Vedrørende den forskel kunne det være interessant at undersøge om det har nogen som

helst indflydelse på driften. Med de beregninger som er lavede til denne opgave er det svært at konkludere

om effektforskellen er så stor som beregnet. Men det ville være en oplagt måde at spare energi på.


Side 34

15. Kildeliste 1. Wikipedia. Strandfaraskip landsins. http://fo.wikipedia.org/wiki/Strandfaraskip_Landsins (tilgået den

15/12-2013)

2. Wikipedia. M/F Smyril. http://fo.wikipedia.org/wiki/M/F_Smyril (tilgået den 15/12-2013)

3. Kuiken, K. Diesel Engines 1.

4. Wikipedia. Energy recycling. http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_recycling (tilgået den 13/12-2013)

5. AB&CO TT boilers. Thermal oil. http://www.ttboilers.com/DampVTOvalg.htm (tilgået den 15/12-2013)

6. AB&CO TT boilers. Thermal oil boilers. http://processheating.biz/thermaloilboilers.htm (tilgået den

14/12-2013)

7. Man B&W 6l 16/24http://www.mandieselturbo.ca/files/news/filesof7203/L16-24_GenSet.pdf (tilgået

den 14/12-2013)

8. Intertek. HFO. http://intertek.ch/schwerol/ (tilgået den 15/12-2013)

9. Calculating density. http://www.jiskoot.com/NetsiteCMS/pageid/357/index.html (tilgået den 10/12-

2013)

10. Wikipedia. Fuel Oil. http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_oil (tilgået den 15/12-2013)

11. Woodyard, E. 2009. Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines. 9. Udgave. Butterworth-

Heinemann

12. Omnimpex. MDO.

http://www.omnimpex.ro/texte/petroliere/engleza_07/MARINE%20%20DIESEL%20OIL%20(MDO).pdf

(tilgået den 13/12-2013)

13. Bunkerworld. IF 380.

http://www.bunkerworld.com/forum/Technical-Discussion/thread_2052/Still-with-IFO-380 (tilgået den

15/12-2013)

14. Banke Andersen, T. 2010. Noget om dieselmotorer. 4. udgave, Aarhus Maskinmesterskole.

15. Den store danske. Forbrændingsmotor.

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Energi,_varme_og_k%C3%B8leteknik/Forbr

%C3%A6ndingsmotorer,_damp-_og_vandkraft/forbr%C3%A6ndingsmotor (tilgået den 15/12-2013)

16. Formel. Materialedata for tør luft. http://www.formel.dk/materialedata/luft.htm (tilgået den 10/12-

2013)

17. Lauritsen, A. Gundtoft, S. Eriksen, A. 2007. Termodynamik. 2. Udgave. Nyt teknisk forlag.

18. Strandfaraskip Landsins. Regnskab. http://ssl.fo/Default.asp?sida=3153 (tilgået den 7/12-2013)

http://fo.wikipedia.org/wiki/Strandfaraskip_Landsins

http://fo.wikipedia.org/wiki/M/F_Smyril

http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_recycling

http://www.ttboilers.com/DampVTOvalg.htm

http://processheating.biz/thermaloilboilers.htm

http://www.mandieselturbo.ca/files/news/filesof7203/L16-24_GenSet.pdf

http://intertek.ch/schwerol/

http://www.jiskoot.com/NetsiteCMS/pageid/357/index.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_oil

http://www.omnimpex.ro/texte/petroliere/engleza_07/MARINE%20%20DIESEL%20OIL%20(MDO).pdf

http://www.bunkerworld.com/forum/Technical-Discussion/thread_2052/Still-with-IFO-380

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Energi,_varme_og_k%C3%B8leteknik/Forbr%C3%A6ndingsmotorer,_damp-_og_vandkraft/forbr%C3%A6ndingsmotor

http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Energi,_varme_og_k%C3%B8leteknik/Forbr%C3%A6ndingsmotorer,_damp-_og_vandkraft/forbr%C3%A6ndingsmotor

http://www.formel.dk/materialedata/luft.htm

http://ssl.fo/Default.asp?sida=3153


Side 35

19. Wikipedia. SEV. Company. http://en.wikipedia.org/wiki/SEV_(company) (tilgået den 7/12-2013)

20. SEV. Regnskab. http://www.sev.fo/Default.aspx?ID=118 (tilgået den 7/12-2013)

21. Exhaust gas boilers. http://www.steamesteem.com/?boilers/exhaust-gas-boilers (tilgået den 15/12-

2013)

22. Miura. Marine thermal oil heater. http://www.miuraz.co.jp/en/marine/htb.html (tilgået den 15/12-

2013)

23. Marine Engineering. http://www.marineengineeringonline.com/composite_boilers.htm (tilgået den

15/12-2013)

24. Alfa Laval. Thermal fluid systems.

http://www.alfalaval.com/campaigns/Europort2013/Documents/AalborgThermal%20fluid%20heating%20-

%20Europort2013.pdf (tilgået den 15/12-2013)

25. Thermal fluid vs. Steam.

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCYQFjAA&url=ht

tp%3A%2F%2Fwww.fulton.com%2Fdownloader.php%3Fdoc_id%3D556&ei=pKaOUqLNJ6Sa0AXnsYCQAQ&

usg=AFQjCNGp4yLSy1mXddokXy41kH1SW-

804A&sig2=JYLCLndH5Iz_u_zww_pDYQ&bvm=bv.56988011,d.d2k (tilgået den 15/12-2013)

26. Alfa Laval. Waste heat recovery after auxiliary engines. http://local.alfalaval.com/de-de/ueber-

uns/messen/Documents/D-AL%20Aalborg%20WHR%20Abgas%20Hilfsdiesel.pdf (tilgået den 15/12-2013)

http://en.wikipedia.org/wiki/SEV_(company)

http://www.sev.fo/Default.aspx?ID=118

http://www.steamesteem.com/?boilers/exhaust-gas-boilers

http://www.miuraz.co.jp/en/marine/htb.html

http://www.marineengineeringonline.com/composite_boilers.htm



https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCYQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.fulton.com%2Fdownloader.php%3Fdoc_id%3D556&ei=pKaOUqLNJ6Sa0AXnsYCQAQ&usg=AFQjCNGp4yLSy1mXddokXy41kH1SW-804A&sig2=JYLCLndH5Iz_u_zww_pDYQ&bvm=bv.56988011,d.d2k




http://local.alfalaval.com/de-de/ueber-uns/messen/Documents/D-AL%20Aalborg%20WHR%20Abgas%20Hilfsdiesel.pdf

http://local.alfalaval.com/de-de/ueber-uns/messen/Documents/D-AL%20Aalborg%20WHR%20Abgas%20Hilfsdiesel.pdf


Side 36

16. Bilagliste Bilag 1. Brænder.

Bilag 2. Thermal oil system.

Bilag 3. Central heating system.

Bilag 4. Dagligt forbrug.

Bilag 5. Olieberegninger

Bilag 6. Maskinrapport

Bilag 7. General arrangement