Due to the accelerating need for decarbonization in the shipping sector, wind-assisted cargo shipsare able to play a key role in achieving the IMO 2050 targets on reducing the total annual GHGemissions from international shipping by at least 50%. The aim of this Master’s Thesis project is todevelop a Performance Prediction Program for wind-assisted cargo ships to contribute knowledgeon the performance of this technology. The three key characteristics of this model are its genericstructure, the small number of input data needed and its ability to predict the performance of threepossible Wind-Assisted Propulsion Systems (WAPS): Rotor Sails, Rigid Wing Sails and DynaRigs.It is a fast and easy tool able to predict, to a good level of accuracy and really low computationaltime, the performance of any commercial ship with these three WAPS options installed with onlythe main particulars and general dimensions as input data.The hull and WAPS models predict the forces and moments, which the program balances in 6degrees of freedom to predict the theoretical sailing performance of the wind-assisted cargo shipwith the specified characteristics for various wind conditions. The model is able to play with differentoptimization objectives. This includes maximizing sailing speed if a VPP is run or maximizingtotal power savings if it is a PPP. The program is based on semi-empirical methods and a WAPSaerodynamic database created from published data on lift and drag coefficients. All WAPS datacan be interpolated with the aim to scale to different sizes and configurations such as number ofunits and different aspect ratios.A model validation is carried out to evaluate its reliability. The model results are compared withthe real sailing data of the Long Range 2 (LR2) class tanker vessel, the Maersk Pelican, whichwas recently fitted with two 30 meter high Rotor Sails; and results from another performanceprediction program. In general, the two performance prediction programs and some of the realsailing measurements show good agreement. However, for some downwind sailing conditions, theperformance predictions are more conservative than the measured values.Results showing and comparing power savings, thrust and side force coefficients for the differentWAPS are also presented and discussed. The results of this Master’s Thesis project show howWind-Assisted Propulsion Systems have high potential in playing a key role in the decarbonizationof the shipping sector. WAPS can prove substantial power, fuel, cost, and emissions savings.Tankers and bulk-carriers are specially suitable for wind propulsion thanks to their available deckspace and relatively low design speeds.The Performance Prediction Program for wind-assisted cargo ships developed in this Master’sThesis shows promising results with a good level of accuracy despite its generic and small numberof input data. It can be a useful tool in early project stages to quickly and accurately assess thepotential and performance of WAPS systems. / På grund av det accelererande behovet av att minska utsläppen från sjöfartssektorn, kan vindassis- terade lastfartyg spela en nyckelroll för att uppnå IMO 2050. Syftet med detta examensarbete är att utveckla ett prestandaprognosprogram för vindassisterade lastfartyg för att bidra med kunskap om denna teknik. De tre viktigaste egenskaperna för denna modell är dess generiska struktur, det lilla antalet inmatningsdata som behövs och dess förmåga att förutsäga prestandan för tre möjliga vindassisterade framdrivningssystem (WAPS): Rotorsegel, styva vingspegel och DynaRigs. Det är ett snabbt och enkelt verktyg som med en hög grad av noggrannhet och med kort beräkningstid kan bedöma prestanda för kommersiella fartyg med dessa tre WAPS-alternativ. Skrov- och WAPS-modellerna beräknar krafter och moment som balanseras i sex frihetsgrader. Modellen kan utgå från olika optimeringsmål. Detta inkluderar maximering av segelfarten eller maximeras totala energibesparingar. Programmet är baserat på semi-empiriska metoder och en WAPS aerodynamisk databas skapad från publicerad data om lyft- och motståndskoefficienter. Alla WAPS-data kan interpoleras med syftet att skala till olika storlekar och konfigurationer, så- som antal enheter och olika aspektförhållanden. En modellvalidering utförs för att utvärdera dess tillförlitlighet. Modellresultaten jämförs med verkliga seglingsdata för tankfartyget Maersk Pelican (klass Long Range 2, LR2), som nyligen utrustades med två 30 meter höga rotorsegel; och resultat från en andra data. Resultaten visar i allmänhet bra överensstämmelse. För vissa speglingsförhållanden är emellertid bedömningarna mer konservativa än de uppmätta värdena. Resultat som visar och jämför energibesparingar, tryckkraft och sidokraftkoefficienter för de olika WAPS presenteras och diskuteras också. Resultaten av detta examensarbete visar hur vindassisterade framdrivningssystem har stor potential att spela en nyckelroll i utvecklingen för sjöfartssektorn. WAPS kan leda till betydande energi-, bränsle-, kostnads- och utsläppsbesparingar. Tankfartyg och bulkfartyg är speciellt lämpliga för vindframdrivning tack vare deras tillgängliga däckutrymme och relativt låga hastigheter. Prestandaprognosprogrammet för vindassisterade lastfartyg utvecklat här visar därmed lovande resultat trots dess generiska upplägg och lilla antal inmatningsdata. Det kan vara ett användbart verktyg i tidiga projektsteg för att snabbt utvärdera potential och prestanda för WAPS-system.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-290172 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Reche Vilanova, Martina |
| Publisher | KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-SCI-GRU ; 2020:288 |
Page generated in 0.0039 seconds