Hydrodynamic Aspects of Green Shipping

Nasjonale og internasjonale myndigheter har satt ambisiøse mål for reduksjon av skadelige utslipp fra skip. International Maritime Organization (IMO) har etablert "Energy Efficiency Design Index" (EEDI) som et viktig tiltak for å redusere utslipp av drivhusgasser fra skipsfart. EEDI bestemmer maksimalt tillatt CO2-utslipp per tonn-mil for de enkelte skipstyper. Man kan komme seg innenfor grensenivået ved å installere mindre fremdriftsmaskineri. Dette gir imidlertid lavere propulsjonsytelse, som vil kunne redusere fartøyets manøvrerbarhet og sikkerhet i grov sjø. De internasjonale reglene fokuserer mest på utslipp og ytelse i stille vann, med mindre vekt på ytelse i bølger. Dermed kan man risikere at "Grønne" skip får et sub-optimalt design. Det er derfor et presserende behov for mer kunnskap om hvilke utfordringer skip med redusert maskinkraft kan møte under dårlige vær- og bølgeforhold. Skipsdesignere har også et stort behov for bedre verktøy til å simulere fartøyenes oppførsel i grov sjø, slik at fremtidens skip blir designet for sikker operasjon under alle værforhold, samtidig som utslippene holdes på et minimum. SEAWORTHY prosjektet vil adressere disse behovene ved å kartlegge – gjennom intervjuer og møter med operatører, kapteiner og skipsdesignere – hvilke operasjonelle utfordringer man så langt har opplevd med "Grønne" skip. I tillegg vil man kartlegge spesifikke behov for forbedrede simuleringsverktøy, for de forskjellige fasene i designprosessen, og under operasjon av skipet. Deretter vil man videreutvikle dagens analysemetoder og simuleringsverktøy, slik at gapene man har kartlagt lukkes i størst mulig grad. De nye verktøyene testes ut av designere og operatører som er med i prosjektet. I utviklingsprosessen vil man benytte både modellforsøk og målinger på virkelige skip, for å studere relevante fysiske fenomen og for å validere de matematiske simuleringene. Siden prosjektoppstart har vi i intervjuet skipsdesignere og operatører som er med i prosjektet, samt noen utvalgte rederier, for å kartlegge hva de anser som spesielle utfordringer med "Grønne" skip. I tillegg har vi spurt skipsdesigerne om hvordan de jobber og hvilke behov de har når det gjelder nye analyseverktøy. Dette arbeidet danner grunnlaget for hvilke problemstillinger prosjektet skal fokusere på, samt hvilke analysemetoder og beregningsverktverktøy vi skal prioritere å videreutvikle. Utvikling av forbedrede metoder for simulering av skip i bølger er i gang ved at en Ph.D. kandidat i prosjektet har gjort ferdig fagstudiet og begynt å gjøre studier med eksisterende beregningsverktøy med tanke på å forbedre dette. Case-skipet SOBC-1 benyttes i disse studiene og Ph.D. kandidaten har vært involvert i modellforsøk med denne båten utført i havbassenget ved SINTEF Ocean i 2024. Opprinnelig var det planlagt at modellforsøk med den samme modellen skulle utføres ved en koreansk slepetank, men på grunn av omorganiseringer hos denne har dette falt bort. I stedet søker vi nå å utnytte modellforsøk hos SINTEF Ocean i størst mulig grad. Samtidig lager vi en oversikt over alle relevante utførte modellforsøk, slik at vi kan identifisere gap som prosjektet kan bidra til å lukke. Det har blitt klarlagt at vi i SEAWORTHY kan nyttiggjøre oss fullskalamålinger fra skipet Eidsvaag Pioner som har blitt utført i prosjektet ProfSea. Vi skal ha en workshop i oktober for å gå igjennom tilgjengelige data, se hva vi kan bruke, og identifisere hvilke tilleggsmålinger som vil være aktuelle. Vi er i gang med planlegging av aktivitetene innenfor validering av beregningeverktøy. En oversikt over relevant validering gjort i andre prosjekter er under utarbeidelse. Workshop avholdes i oktober for å legge mer detaljerte planer for ny/forbedret funksjonalitet i beregningsverktøyet ShipX, som skipsdesignerne i prosjektet har fått tilgang til.

Two vital problems have been identified through discussion with partners. These relate to sharpening the focus of ship owners and maritime administrations on fulfilling greenhouse gas (GHG) reductions, in line with national and international goals. Firstly, the typical approach of following EEDI guidelines promotes a specialised fleet of ships which are specifically designed to meet the guidelines themselves, while offering only marginal real GHG reductions. Secondly, the promotion of ships with smaller engines for the reduction of fuel consumption can achieve the opposite. Furthermore, underpowered vessels may not be sufficiently seaworthy in adverse weather conditions. This leads to poor manoeuvrability and seakeeping properties along with higher energy consumption in realistic seagoing conditions. The project will test and develop numeric and experimental tools used in studying the operational challenges associated with unconventional low-emission vessel designs. Numerical methods will be further developed for use in design work for such vessels. Based on operational experience, gained by officers on ships designed for low GHG emissions, officers and researchers will collaborate to provide pilot versions of onboard decision support systems for improving situational awareness and operability. An open benchmark vessel, developed by SINTEF Ocean, will be used as test case for comparison of numerical and experimental hydrodynamic methods to investigate operational performance parameters for new low-emission ship designs. Experimental work will apply captive and free-running model tests at the participating laboratories. The results will be used in validation studies and as part of PhD activities. For studies of operations in real seas and adverse conditions, operational data collected from Eidsvaag Pioner will be used for validation of numerical tools and for ensuring that selected motion parameters are satisfactorily represented in physical model tests.