ДОСЛІДЖЕННЯ З ВИЗНАЧЕННЯ ОБЛАСТІ МІНІМІЗАЦІЇ ОПЕРАЦІЙНОГО КОЕФІЦІЄНТА ЕНЕРГЕТИЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ СУДНА

Abstract

Рассмотрен реальный переход судна «Warnow Dolphin» по маршруту Майами, США – Манзанилло, Панама – Гуаякиль, Эквадор – Каллао, Перу и обратно. Цель работы — минимизировать операционный коэффициент энергетической эффективности судна и, соответственно, расход судового топлива и эмиссию диоксида углерода в зависимости от параметров морского перехода: скорость судна, масса перевозимого груза, дистанция перехода. Для конкретно выбранной судовой энергетической установки расчетным путем определена параметрическая зависимость скорости судна и расхода судового топлива от доли используемой мощности СЭУ. Конструктивный коэффициент энергетической эффективности судна определялся по модели, приведенной в Резолюции МЕРС.212(63). Операционный коэффициент энергетической эффективности судна рассчитывался в зависимости от расхода судового топлива, концентрации углерода в судовом топливе при принятых на переход основных параметрах: скорости судна, массы перевозимого груза, дистанции морского перехода. Расчетные исследования проводились в широком диапазоне параметров морского перехода — дистанция перехода в пределах 1 200–3 000 морских миль, скорость судна 0,01–27,0 уз, масса груза в пределах 1 200–20 000 т. Определена область минимальных значений операционного коэффициента энергетической эффективности судна (область минимизации), максимально приближающихся к конструктивному коэффициенту энергетической эффективности судна, в зависимости от изменяющихся параметров морского перехода. Впервые установлено, что операционный коэффициент энергетической эффективности судна в зависимости от скорости судна имеет четыре зоны: первая зона 0,01–0,08 уз — значение операционного коэффициента энергетической эффективности судна увеличивается, вторая зона 0,08–1,8 уз — значение проходит через максимум, третья зона 1,8–21 уз — значение снижается, причем наиболее резко в области 1,8–7,0 уз, четвертая зона в области от 21–27 уз и выше — происходит резкое увеличение значения этого коэффициента. Зависимость операционного коэффициента энергетической эффективности судна от массы груза при постоянных значениях скорости судна и дистанции морского перехода может быть описана гиперболой. Установлено, что при массе перевозимого груза в пределах 7 000–18 000 т значения операционного коэффициента энергетической эффективности судна стремятся к величине конструктивного коэффициента энергетической эффективности судна, а при значениях массы груза, приближающихся к нулю, — к бесконечности. Дистанция морского перехода не оказывает влияние на значение операционного коэффициента энергетической эффективности судна. По данным проведенных исследований, установлена область минимальных значений операционного коэффициента энергетической эффективности судна и область его минимизации. Розглянуто реальний перехід судна «Warnow Dolphin» за маршрутом Майамі, США - Манзанілло, Панама - Гуаякіль, Еквадор - Каллао, Перу і назад. Мета роботи - мінімізувати операційний коефіцієнт енергетичної ефективності судна і, відповідно, витрата суднового палива і емісію діоксиду вуглецю в залежності від параметрів морського переходу: швидкість судна, маса вантажу, що перевозиться, дистанція переходу. Для конкретно обраної суднової енергетичної установки розрахунковим шляхом визначено параметричну залежність швидкості судна і витрати суднового палива від частки використовуваної потужності СЕУ. Конструктивний коефіцієнт енергетичної ефективності судна визначався по моделі, наведеної в Резолюції МЕРС.212 (63). Операційний коефіцієнт енергетичної ефективності судна розраховувався залежно від витрати суднового палива, концентрації вуглецю в судновому паливі при прийнятих на перехід основних параметрах: швидкості судна, маси вантажу, що перевозиться, дистанції морського переходу. Розрахункові дослідження проводилися в широкому діапазоні параметрів морського переходу - дистанція переходу в межах 1 200-3 000 морських миль, швидкість судна 0,01-27,0 уз, маса вантажу в межах 1 200-20 000 т. Визначено область мінімальних значень операційного коефіцієнта енергетичної ефективності судна (область мінімізації), максимально наближаються до конструктивного коефіцієнту енергетичної ефективності судна, в залежності від зміни параметрів морського переходу. Вперше встановлено, що операційний коефіцієнт енергетичної ефективності судна в залежності від швидкості судна має чотири зони: перша зона 0,01-0,08 уз - значення операційного коефіцієнта енергетичної ефективності судна збільшується, друга зона 0,08-1,8 уз - значення проходить через максимум, третя зона 1,8-21 уз - значення знижується, причому найбільш різко в області 1,8-7,0 уз, четверта зона в області від 21-27 уз і вище - відбувається різке збільшення значення цього коефіцієнта. Залежність операційного коефіцієнта енергетичної ефективності судна від маси вантажу при постійних значеннях швидкості судна і дистанції морського переходу може бути описана гіперболою. Встановлено, що при масі вантажу, що перевозиться в межах 7 000-18 000 т значення операційного коефіцієнта енергетичної ефективності судна прагнуть до величини конструктивного коефіцієнта енергетичної ефективності судна, а при значеннях маси вантажу, що наближаються до нуля, - до нескінченності. Дистанція морського переходу не робить вплив на значення операційного коефіцієнта енергетичної ефективності судна. За даними проведених досліджень, встановлена область мінімальних значень операційного коефіцієнта енергетичної ефективності судна і область його мінімізації. The actual round voyage of the vessel “Warnow Dolphin” along the route Miami, USA – Manzanillo, Panama – Guayaquil, Ecuador – Callao, Peru is described in the paper. The goal of the paper is to minimize the Operational Energy Effciency Ratio of the ship, and, accordingly, the consumption of ship fuel and carbon dioxide emissions depending on the parameters of the sea passage: vessel speed, mass of the transported cargo and the transition distance. For specifically chosen ship power plant (SPP), the parametric dependence of the ship’s speed and ship fuel consumption on the share of used power plant is determined by calculation. The Energy Efficiency Design Index (EEDI) is determined on the basis of the model given in Resolution MEPC.212 (63). The Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI) is determined depending on the ship fuel consumption, the carbon concentration in the ship’s fuel with the main parameters adopted for the transition — the ship’s speed, the mass of transported cargo, the distance of sea passage. Calculation studies are carried out in a wide range of parameters of the sea passage with the transition distance ranging from 1,200 to 3,000 NM, the vessel speed ranging from 0.01 to 27.0 knots, the cargo mass ranging from 1,200 to 20,000 tons. The purpose of the work is to determine the region of minimum values of the EEOI (the area of minimization of the EEOI), that is as close as possible to the EEDI of the vessel, depending on the changing parameters of the sea transition. For the First time, it was found that the EEOI, depending on the ship’s speed, has four zones: the First zone is 0.01-0.08 knots, the EEOI value increases, the second zone is 0.08-1.8 knots, the value passes through the maximum, the third zone is 1, 8-21 knots, the EEOI value is reduced, with the sharpest decrease in the region of 1.8-7.0 knots , the fourth zone is 21-27 knots and above, where the EEOI value increases sharply. The dependence of EEOI on the cargo mass at the constant values of ship speed and distance of the sea transition can be described by hyperbole. With the mass of transported cargo in the range of 7 000–18 000 tons, the values of EEOI tend to the value of EEDI, and for the values of the load mass approaching zero, the values of EEOI tend to infinity. The distance of the sea transition does not affect the value of the EEOI. According to a specially developed technique, according to the data of the conducted research, the area of minimization of the EEOI is established.