Back to search

MAROFF-2-Maritim virksomhet og offsh-2

Study of advanced port operations using Port of Trondheim and "Nye Kystruten" vessel as a case

Alternative title: Studie av krevende havneoperasjoner - med Trondheim Havn og Nye Kystrutenfartøy som case

Awarded: NOK 4.9 mill.

Project Manager:

Project Number:

296521

Project Period:

2019 - 2022

The project studied challenges related to harsh weather port operations. Approach of the new Havila Kystruten vessel (Havyard 923 design) to Port of Trondheim was selected as a project specific case. SINTEF Oceans simulation tool VeSim (Vessel simulator) was selected for studies of vessel motions. To obtain the project goals, it was necessary to further develop some parts of VeSim. Models for operations in restricted waters had to be implemented. The representation of external forces on a manoeuvring ship (wind, waves and current) needed to be extended to include influence of port geometry and structures. As part of the kick-off activities, a workshop with participation from Ghent University (Belgium) was arranged on the topic of restricted water manoeuvring. The first part of the project was development of a deep-water manoeuvring model for the case ship (Kystruten's new vessel "Havila Capella"). Different model tests were run in SINTEF Ocean's Towing tank. Captive model tests (Oblique towing and dynamic tests) were performed to measure forces and moments using the Hexapod system. Due to the size of the model, some of the oblique tests were neglected due to tank wall effects (restricted waterflow around the model). After these tests, SINTEF Ocean's standard regression method was used to estimate the hydrodynamic coefficient for the low frequency own ship model in VeSim. Separate propulsion tests were run for the ship's propulsion units (Azipull thrusters AZP12, delivered by Kongsberg Marine). Results were used to adapt the propulsion module of VeSim. Due to the delay of delivery of the case vessel from the Turkish yard (Tersan) the validation of the deep-water VeSim model first took place late 2021. The Dutch research company MARIN participating in the yards delivery test ans prepared a manoeuvring booklet describing test results. Initially there were significant differences between these test and predictions using VeSim. A closer investigation of vessel conditions during sea trials and model tests showed some minor discrepancies. Taking the uncertainty of the yard tests when performing the IMO standard manoeuvres for ships with a length over 100 m into consideration, the VeSim model was tuned using these tests. After the tuning Vesim, most of the IMO tests were well predicted. The only exception was the turning circle with a pod angle of 35 degrees. The next step was to extend the VeSim model to account for position variable external forces and changes in the hydrodynamic forces/moments due to confined (depth and sideways restrictions). Through discussions with master on the case vessel Havila Capella, it was stated that strong west/northwest winds were the most challenging factor when approaching the Port of Trondheim. Based on this statement, development of a position dependent wind model was prioritized. A 3D model of the port was prepared and used in CFD studies to define the incoming wind field on the ship. A strip theory model was used to calculate position dependent wind forces on each strip before integration over the ship length. A similar approach was proposed for current forces when a high-resolution current model is developed. Case ship masters took part in discussions on the need for a decision support tool for call of ports under harsh weather conditions. In the project discussed the possible advantages of such a system when deciding to use the normal or optimal Kystruten quay in Trondheim. Further development of a dedicated port approach decision support tool will be continued after the project period. In the final part of the project a comparison of vessel tracks during approach to Port of Trondheim were compared to tracks generated by an autopilot controlled VeSim model. Due to the delayed delivery of the vessels, no conditions of strong winds from west/northwest were observed when vessels visited the port. A follow-up project may be defined for further investigation. The project started in April 2019 and ended in September 2022. Project budget was 11.2 MNOK, of which 4.9 MNOK was funding from Research Council of Norway. HAVDesign was project owner, Norwegian Electric Systems and Havila Kystruten were industrial partners, SINTEF Ocean was research partner and Port of Trondheim a public administration partner.

HAVDesign: Lisens for bruk av SINTEF Oceans simuleringsverktøy VeSim. Egen VeSim modell for Kytsrutens nye fartøy. Tidsbegrenset eksklusiv tilgang til ny VeSim funksjonalitet. Verktøyet vil bli brukt i tidligfase vurderinger av skips maøveregenskaper.på dypt vann og med muligheter til å studere innflytelse av begrenset farvann og posisjonsavhengige ytre krefter. HAVDesign og Havila Kystruten har gitt tillatelse til utvikling gjort i prosjektet blir tilgjengelig for et prosjekt for studie av dimensjonering av Stad Skipstunell (prosjekt ledet av Multiconsult på oppdrag fra Kystverket) Norwegian Electric Systems: ?? Havila Kystruten: Simuleringsmodell for Kystrutens nye fartøy. Mulighet for å bruke skipsspesifikk VeSim modell som grunnlag for å utvikle treningssimulator for navigatører. Deltakelse i eventuelt videre arbeid med utvikling av et beslutningsstøttesystem for vurdering av restkapabilitet ved havneanløp under krevende værforhold. Trondheim Havn: Tilgang til en CFD basert vindmodell for området nær normal anløpskai. Modellen kan senere bygges inn i et landbasert verktøy for rådgiving i forhold til å bruke normal kai eller reservekai. SINTEF Ocean: Prosjektet har bidratt til fortsatt kunnskapsdeling mellom SINTEF Ocean og de belgiske fagmiljøene på gruntvanns operasjoner (Flanders Hydraulic Research og Ghent Univeristy). Videre har prosjektet bidratt til arbeidet med å validere VeSim ved bruk av fullskalamålinger. Prosjektet har også økt kunnskap om hydrodynamiske effekter av farvannsbegrensninger. I tillegg er det utarbeidet en ny metodikk for å ta hensyn til posisjonsavhengige ytre krefter fra vind. Etter avtale med prosjekteier og andre industrielle deltakere har SINTEF Ocean fått tillatelse til å bruke utviklet VeSim modell for "Havila Capella" (det første av Havila Kystrutens nye fartøy) som et av skipene i dimensjonerisnsstudiet for Stad Skipstunell (som gjennomføres av Multiconsult og med SINTEF Ocean som leverandør av seilingsstudier med to utvalgte fartøystyper).

Inn- og utseiling fra havn er en av de mest kritiske fasene i en sjøreise, spesielt når dette skjer i dårlig vær. Samtidig er havnemanøvrering en fase som ikke har vært gjenstand for krav eller studier i samme grad som skips manøveregenskaper i fart. I slike tilfelle vil det være av interesse å ha tilgang til sanntidsdata for vær- og sjøforhold i havn slik at det kan tas en beslutning om en skal forsøke å starte/avbryte en manøver ut fra manøveregenskaper til det enkelte skipet. Et eksempel på en relevant hendelse er grunnstøting av hurtigruteskipet "Richard With" i Trondheim Havn i 2009. Primært ser en for seg at et framtidig ombordbasert beslutningssystem for havneoperasjoner bygger på at det finnes en egetskips simuleringsmodell ombord. Denne modellen skal inneholde spesifikke 3D havnemodeller og være koplet opp mot aktuelle vær- og sjødata fra havn. Systemet skal være istand til å angi restkapasitet på manøversystemer slik at navigatører kan avgjøre om det er sikkert å starte et anløp, eventuelt at en bør avbryte en operasjon ut fra rapporterte miljøforhold i havna. Et slikt system finnes ikke ombord på relevante passasjerfartøy i dag. En kan se på dette som et skritt på veien mot framtidige autonome fartøy hvor det tas beslutninger i forhold til om et havneanløp kan gjennomføres på en sikker måte. I prosjektet skal utarbeides et datagrunnlag for et ombordbasert beslutningsstøtteverktøy som tar hensyn til skips manøveregenskaper, havnetopografi og aktuelle vær-/sjøforhold. Verktøyet skal kunne angi restkapasitet for kontroll/manøversystemer i forhold til aktuell værsituasjon og spesifikke egenskaper for kritiske havner. En viktig del av prosjektet vil være å utvikle og teste hvordan en kan videreutvikle eksisterende egetskips modeller for passasjerfartøy slik at disse tar inn innflytelse av grunt og begrenset farvann samt stedsvarierende vind og strøm.

Publications from Cristin

No publications found

No publications found

No publications found

No publications found

Funding scheme:

MAROFF-2-Maritim virksomhet og offsh-2