Low Energy and Emission Design for Ships

Hvordan kan sivilingeniør studenter i marin teknikk bidra til skipsdesign og løsninger for fremtidens energieffektive sjøtransport? Studenter fra Institutt for marin teknikk ved NTNU, støttet av Low Energy and Emission Design of Ships, LEEDS prosjektet deltar i samarbeid med HydroContest (www.hydrocontest.org) om å videreutvikle en Maritime Ship Eco Marathon. HydroContest er en internasjonal studentkonkurranse med omkring 30 lag dedikert til maritim energieffektivitet. Her samles fremtidige ingeniører fra hele verden rundt et felles problem: Energieffektiv sjøtransport frakte mer, raskere, med bruk av mindre energi. Alle lag blir tildelt samme elektriske batteri og motor, og konkurrerer i tre klasser: Rundbaneseilas med lettvektsklasse med 20 kg nyttelast og tungvektsklasse med 200 kg, og langdistanseklasse hvor lettvektsbåten skal seile lengst mulig i løpet av to timer, eller til batteriet blir tomt. Langdistanseklassen gir spesielt mange innsiktspunkt i forhold til reell skipsfart, da det er viktig å forstå energiforbruket i forhold til sjøtilstand og gjenværende distanse eller tid i forhold til energiutgang og gjenværende energi i batteriet. Kunnskapsdeling av ideer og bidrag til nye design og forbedring står sentralt. Blant annet skjer kunnskapsdeling gjennom ?tech-talks? hver kveld, hvor lagene presenterer hovedpunkt fra sine skipsdesign samt designelementer og forhold som arrangøren anser som spesielt viktig å dele Institutt for marin teknikk, NTNU, har deltatt med ett lag og to båter i HydroContest fra 2016 til 2019, og bidro til refokusering av HC i 2015. Fra studiestart i august, frem til konkurransen i slutten av sommeren året etter prosjekterer, bygger og tester laget ut design som skal bidra til spesifikke forbedringer i forhold til energieffektivitet. Laget dekker disiplinkunnskap som marin prosjektering, marin hydrodynamikk, marin konstruksjonsteknikk, elektroteknikk, marin kybernetikk, teknisk drift og pålitelighetsteknikk, samt prosjektledelse. For å prosjektere og bygge båtene må skrog prosjekteres og bygges, propell prosjekteres, lages og testes i forhold til de ytelser som en ønsker at propellen skal dekke, samt i forhold til batteriets yteevne. Enkeltskrog, katamaran og trimaran design er testet ut, med og uten faste og aktive foiler som kan redusere båtens motstand i vann, med tilhørende styringssystem for foilene. Digitalisering som muliggjørende teknologi kan bidra positivt til innsikt i energieffektiv design og operasjon av fartøy. LEEDS prosjektet har støttet planlegging og utvikling av et grunnlag for en digital tvilling av NTNUs forskningsfartøy FF Gunnerus. Et studentprosjekt har utviklet en 3D modell av FF Gunnerus, etablert oversikt over sensorer om bord i fartøyet, laget en produktmodell av fartøyet, samt en informasjonsflate som gir innsikt i operasjonsprofil, samt ytelses- og forbruksprofiler. Digitalisering kan også gi innsikt i hvor fartøy ferdes og seiles. Slike operasjonsprofiler kan etableres basert på AIS data for ulike fartøy og shipping segmenter. Dette krever en database over AIS data som er søkbar og kan etablere uttrekk av data for de segment av fartøy som skal analyseres, og for relevante tidsperioder. Kombinert med metocean data gir dette et godt grunnlag for simuleringsbaserte studier av skipsdesign og konfigurasjon av maskineri- og fremdriftssystem. Samlet skal dette skal bli et grunnlag for at studenter innen marin teknikk og andre relevante studier har tilgang til digital(e) tvilling(er) av virkelig(e) fartøy, i operasjon, hvorfra de kan få løpende innsikt om status og sanntidsoperasjon, samt tidsserier med data. Forbedret innsikt i design og operasjon for energieffektivitet og lavutslipp vil være et sentralt faglig tema som digitale tvillinger kan utnyttes for, og gir studentene direkte mulighet for innsikt i sammenheng mellom metocean kondisjoner, operasjonsprofiler, ytelsesparametre og energiforbruk. Dette er viktige grunnlag for forskningsdrevet utvikling av energieffektive og lavutslipp design for fremtidens sjøtransport.

Økt energieffektivitet krever innsikt i ny teknologi og operasjonelle betingelser, samt evne til å prosjektere ny teknologi inn i nye løsninger. Utvikling og deltakelse i student-ship-eco-marathonen HydroContest bidratt til nytteverdi ved at studenter får delta i FoU aktivitet med mål om økt energieffektivitet, og doktorgradskandidater med forskningskompetanse som er tatt opp i industri, akademia og nyskapingsvirksomhet. Teknologivalgene fra HydroContest er hvert år presentert for skolelever under Ocean Space Race. Industri har fått tilgang til sivilingeniører med praktisk prosjekteringserfaring av skipstekniske løsninger for økt energieffektivitet, samt doktorgradskandidater med forskningskompetanse om spesifikke forbedringsområder for økt energieffektivitet i sjøtransport. Samfunnet forøvrig har fått flere kandidater på ulike utdanningsnivå med kompetanse som kan bidra til forbedret energieffektivitet innen sjøtransport og kan ta del i ansvarlige diskusjoner om tiltak og effekt.

The baseline for energy usage and emission level is to a large degree set with the the ship design. As such, to meet the challenges to reduce energy usage and emission levels from shipping, a continuous line of new ship designs are required. This project will contribute both with new knowledge of low energy and emission ship design, as well as the education of personell with confidence and background to challenge low energy and emission ship design that can become key personnel in the maritime industry fo r developing novel solutions for energy and emission reduction. The project aims at creating world-leading competence in advanced ship design methodology by bringing together expertise in ship design with expertise in the various specialized disciplines that ship design relies on. Furthermore, the project will involve students at different levels in this process. Thus, the project will produce both new knowledge and tools in environmentally friendly ship design as well young people with expert knowledge in this field. The project will contribute to preserving and enhancing the position of Norway as a global maritime knowledge and innovation hub, and will stimulate the innovation process in that respect at the Department of marine technology at NTNU, wh ich is the main supplier of master candidates of maritime technology in Norway.