Ieguvumi:
- Spēja analizēt galvenā dzinēja, dzenskrūves un piedziņas ķēdes veiktspēju, izmantojot SFOC un efektivitātes līknes ar AI
- Spēja iepriekš novērtēt alternatīvās degvielas un piedziņas iespējas (SDG, metanols, hibrīds) ar AI atbalstu
- Spēja pārbaudīt AI dzinējspēka un efektivitātes aprēķinus, izmantojot termodinamisko ticamību un lauka datus
Kuģa sirds atrodas mašīntelpā. Galvenais dzinējs (liels dīzeļdegvielas vai divu degvielu dzinējs, kas virza kuģi) sadedzina degvielu, dod vārpstai pagrieziena momentu, dzenskrūve pārvērš šo momentu par vilces spēku un kuģis virzās uz priekšu. Efektivitātes zudums katrā šīs ķēdes posmā tiek ierakstīts tieši degvielas rēķinā un emisijās. Uz okeāna kuģa degviela var būt vairāk nekā puse no ekspluatācijas izmaksām; Tāpēc katrs viens procents piegādes ķēdes efektivitātes uzlabojums nozīmē miljoniem dolāru gadā. Tajā pašā laikā nozare; Pašlaik notiek pāreja uz alternatīvām degvielām, piemēram, LNG (sašķidrinātā dabasgāze), metanolu, amonjaku un hibrīdelektrību. Mākslīgais intelekts (AI) paātrina šo sarežģīto analīzi un salīdzināšanu; bet tas neaizstāj termodinamiku un lauka datus.
Nosakīsim robežu no paša sākuma: ne SFOC vērtība, ne efektivitātes līkne, ne degvielas ekonomijas solījums, ko dos AI, netiks pieņemts ieguldījuma vai ekspluatācijas lēmumā, ja to neapstiprinās dzinēja ražotāja testa dati (veikala tests), termodinamiskā ticamība un reālie kruīza mērījumi. Enerģijas bilance ir konservatīva; “Bezmaksas” ietaupījumu solījumi bieži vien ir slēpta kļūda vai optimistisks pieņēmums.
Jēdzieni: SFOC: īpatnējais mazuta patēriņš, dzinēja sadedzinātās degvielas grami uz vienu saražoto kWh (g/kWh). MCR: maksimālais nepārtrauktais vērtējums; apstiprinātā dzinēja augšējā jaudas robeža. Slodzes punkts: jaudas procents, ar kādu dzinējs darbojas attiecībā pret MCR. Propellera līkne: jaudas un ātruma attiecība, ko dzenskrūve zīmē ar noteiktu ātrumu. Piedziņas efektivitāte: ātrums, ar kādu dzinēja jauda tiek pārvērsta faktiskajā vilcē. Siltuma efektivitāte: ātrums, ar kādu degvielas ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta darbā.
Galvenā dzinēja un propellera veiktspēja
Dzinēja ekonomisko uzvedību nosaka SFOC līkne: SFOC mainās atkarībā no slodzes punkta un bieži nokrītas līdz zemākajai (visefektīvākajai) vērtībai ap 70–85% MCR tipiskajos dīzeļdzinējos; Tas palielinās gan pie ļoti zemām, gan ļoti lielām slodzēm. AI izskaidro šīs līknes loģiku, aprēķina aptuveno degvielas patēriņu slodzes punktam un modelē jautājumu "kā degviela mainās lēnas tvaicēšanas laikā?" Tomēr faktiskās SFOC vērtības nāk no dzinēja veikala testa ziņojuma; Numurs, ko AI nosauc par "tipisku", jāaizstāj ar jūsu dzinēja sertificētiem datiem.
Propellera pusē efektivitāti nosaka darbības punkts, kurā dzenskrūves līkne sastopas ar dzinēja līkni. Korpusa piesārņojums (piesārņojums; zem laivas uzkrājušās jūras radības un aļģes) un dzenskrūves piesārņojums maina šo punktu, palielinot pretestību un līdz ar to arī degvielas patēriņu. AI aprēķina tādus scenārijus kā “kas notiek ar degvielu, ja piesārņojums rada pretestības pieaugumu par 5%”; Bet patieso piesārņojuma efektu var uzzināt tikai pēc veiktspējas uzraudzības datiem.
Degvielas ātruma attiecība aptuveni atbilst kubiskā likumam: ātruma samazināšana nedaudz samazina degvielu par lielu daudzumu nesamērīgi (aptuveni jauda ~ ātrums³). Tāpēc lēna tvaicēšana ir spēcīgs taupīšanas līdzeklis; Taču šajā lēmumā ir iekļauts reisa ilgums, čarterreisu ātruma saistības un dzinēja efektivitātes zudums pie zemas slodzes. AI apkopo visus šos atlikumus vienā tabulā.
Padoms. Iesakot AI ietaupīt degvielu, lūdziet tai slēgt enerģijas bilanci: "no kurienes nāk jūsu ietaupītā enerģija, kādus zaudējumus samazinājāt?" Apgalvojums par ietaupījumiem bez fiziska avota gandrīz vienmēr ir pieņēmuma kļūda.
Alternatīvas degvielas un piedziņas iespējas
Lēmums starp SDG, metanolu, amonjaku un hibrīdelektriskajām iespējām ir daudzdimensionāls: degvielas enerģijas blīvums un tvertnes tilpums, siltumnīcefekta gāzu un vietējo emisiju (SOx, NOx, daļiņas) ietekme, degvielas cena un pieejamība (bunkurēšanas infrastruktūra), sākotnējais ieguldījums, klasifikācija un SJO noteikumi (piemēram, IGF kodekss, ar gāzi darbināmu kuģu apmācības noteikumi). AI apkopo šos rādītājus lēmumu matricā un veic uz scenārijiem balstītu salīdzinājumu; Taču cenas, tiesību akti un tehnoloģijas strauji mainās, tāpēc katrs numurs tiek pārbaudīts no pašreizējā avota.
degviela/piedziņa
stiprā puse
grūtības
Jāpārbauda
Parastā dīzeļdegviela (VLSFO/MGO)
Plaši izplatīta, infrastruktūra gatava
Oglekļa un sēra slodze
Pašreizējā degvielas cena, EEXI/CII efekts
LNG
Zems SOx, mazāk CO₂
Metāna noplūde, tvertnes tilpums
Bunkurēšanas tīkls, IGF atbilstība
metanols
Viegla uzglabāšana, tīra degšana
zems enerģijas blīvums
Zaļā metanola piegāde, cena
amonjaks
Bezoglekļa degšana
Toksiskums, NOx, nenobriedis
Drošības noteikums, tehnoloģiju gatavība
hibrīds-elektrisks
Efektivitāte ostā/manevrēšanā
Akumulatora svars/izmaksas
Slodzes profils, reāls ietaupījums
Mini futrāļi
1. gadījums — neiespējams SFOC. Komanda no AI pieprasa saimnieka SFOC aprēķinu. AI dod 155 g/kWh. Labākais SFOC mūsdienu lielajiem divtaktu dīzeļiem parasti ir 165-175 g/kWh; 155 g/kWh ir pārāk optimistisks pašreizējai tehnoloģijai. Aplūkojot apkalpes veikala testa ziņojumu, faktiskais zemākais SFOC ir 169 g/kWh. Šī 14 g/kWh atšķirība nozīmē ievērojamu budžeta novirzi desmitiem tūkstošu tonnu degvielas gadā. Nodarbība: SFOC vienmēr tiek ņemts no sertificētiem dzinēja testa datiem.
2. gadījums — lēnas tvaicēšanas līdzsvars. Kuģa īpašnieks apsver iespēju samazināt ātrumu no 15 mezgliem līdz 13 mezgliem. Pamatojoties uz kubisko likumu, AI aprēķina piedziņas jaudas samazinājumu par aptuveni 35% (un degvielas ietaupījumu tuvu tam). Tomēr, palielinoties brauciena laikam, dzinēja SFOC nedaudz palielinās pie zemas slodzes. Ja ņem vērā visus atlikumus, neto ietaupījumi ir nedaudz mazāki, nekā rāda neapstrādāts aprēķins, taču joprojām ir ievērojams. Mācība: kubiskais likums ir labs pirmais minējums, taču brauciena laiks un zemā kravnesības efektivitāte samazina lēmumu.
3. gadījums — trūkst dimensijas degvielas izvēlē. Vienā pētījumā abas degvielas tiek salīdzinātas tikai ar cenu par tonnu, izslēdzot metanolu kā "dārgu". Tomēr metanola enerģijas blīvums ir mazāks nekā dīzeļdegvielai; Lai veiktu vienu un to pašu braucienu, ir nepieciešams vairāk tonnu, un tvertnes tilpums kļūst lielāks un kravnesība samazinās. Reitings mainās, ja tiek ņemta vērā maksa par enerģiju un slodzes zudumi. Nodarbība: tiek salīdzinātas degvielas uz enerģijas vienību un kopējo brauciena ietekmi, nevis cena par tonnu.
Kopējamas uzvedņu veidnes
1. veidne — SFOC un slodzes punktu analīze:
Loma: Jūs esat kuģu piedziņas sistēmu konsultants. Konteksts (reprezentatīvs): galvenā dzinēja MCR ~12 000 kW, ekspluatācijas slodze ~80% MCR. Uzdevums: 1) Paskaidrojiet, kāpēc SFOC mainās atkarībā no slodzes punkta. 2) Aprēķiniet aptuveno degvielas patēriņu manis norādītajam slodzes punktam. 3) Norādiet, vai izmantotā SFOC vērtība ir “tipiska” vai izmērīta. Ierobežojums: ierakstiet, ka es saņemšu faktisko SFOC no dzinēju darbnīcas testa ziņojuma; sniegt rezultātu ar šiem datiem atgādināt man to mainīt. Mērvienības g/kWh, kW, t/dienā.
2. paraugs — kompromiss ar lēnu tvaicēšanu:
Iestatiet lēnas tvaicēšanas analīzi kuģim. Ievade (attēla): pašreizējais ātrums [X] mezgli, kandidāta ātrums [Y] mezgli, brauciena attālums [Z] nm. Es vēlos: 1) Aptuveno jaudas un degvielas maiņu ar jaudas un ātruma kubisko attiecību. 2) Kā pagarināt reisa laiku un tā ietekmi. 3) Kā SFOC pieaugums pie zemas slodzes samazinās ietaupījumus. Ierobežojums: Charter Party ātruma saistības un dzinēja zemāka slodzes robeža ierobežo šo lēmumu; atzīmējiet tos kā "jāpārbauda".
3. veidne — alternatīvās degvielas izvēles matrica:
Izveidojiet matricu, kurā salīdzina SDG, metanolu un parasto dīzeļdegvielu pēc šādiem kritērijiem: enerģijas blīvums/tvertnes tilpums, CO₂ un vietējās emisijas, degvielas cena, bunkurēšanas infrastruktūra, sākotnējais ieguldījums, klasifikācija/SJO atbilstība. Ierobežojums: atzīmējiet cenu un regulējošos datus ar atzīmi "pārbaudīt pašreizējo avotu"; Neizdari galīgo izvēli, piedāvā scenārijus. Veiciet salīdzinājumu par enerģijas vienību, nevis tikai tonnu cenu.
4. veidne — degvielas ekonomijas pamatotības pārbaude:
Kritizējiet šādu apgalvojumu par degvielas ietaupījumu: [ielīmējiet ieteikumu un apgalvoto % ietaupījumu] 1) Kādus fiziskos zaudējumus šis ietaupījums samazina? Aizveriet enerģijas bilanci.2) Vai pieņēmumi (nosūtīšanas efektivitāte, piesārņojums, kravas profils) ir pamatoti?3) Kā pārbaudīt šo apgalvojumu ar faktiskajiem kruīza datiem?Pārbaudiet visus nepamatotos ietaupījumus.
Vāja uzvedne / spēcīga uzvedne
Vāja uzvedne:
Nosauciet visefektīvāko degvielu un labāko galveno dzinēju šim kuģim.
Spēcīga uzvedne:
Loma: Jūs esat nosūtīšanas un energoefektivitātes konsultants. Konteksts (reprezentatīvs): vidējais beramkravu kuģis, MCR ~9000 kW, apkalpošanas ātrums ~14 mezgli, gari okeāna reisi. Uzdevums: salīdziniet parasto dīzeļdegvielu un SDG, ņemot vērā izmaksas par enerģijas vienību, emisijām (EEXI/CII efekts) un tvertnes tilpumu/galvas zudumu. Ierobežojums: atzīmējiet cenu un regulējošos numurus kā "pārbaudīt no pašreizējā avota"; Norādiet, ka aizstāšu SFOC ar reāliem veikala testa datiem; nodrošināt stingru lēmumu pieņemšanu, pamatotus scenārijus.
Vāja uzvedne saka "labākais", un to nevar pārbaudīt; Spēcīgs uzvednes konteksts precizē salīdzināšanas dimensijas un pārbaudes punktus.
Biežas kļūdas
- Sajaucot tipisku SFOC pret īstu. "Tipiskais" SFOC, ko atgriezis AI, ir jāaizstāj ar jūsu dzinēja veikala testa datiem.
- Nenoslēdzot enerģijas bilanci. Degvielas ietaupījuma prasība bez fiziska avota parasti ir pieņēmuma kļūda.
- Degvielas salīdzināšana pēc cenas par tonnu. Ja enerģijas blīvuma atšķirības netiek ņemtas vērā, zema blīvuma degviela izskatās maldinoši “lēta”.
- Kampaņas laika aizmirstība lēnajā tvaicēšanas režīmā. Degviela samazinās, bet laiks palielinās; hartas saistības un zema slodzes efektivitāte maina lēmumu.
- Nolaidība nosmērēties. Korpusa un dzenskrūves piesārņojums palielina faktisko degvielas patēriņu no aplēses; jāuzrauga, izmantojot veiktspējas datus.
Rezumējot
AI ļauj ātrāk analizēt piegādes ķēdes veiktspēju, izmantojot SFOC un efektivitātes līknes, noteikt lēnas tvaicēšanas līdzsvaru un salīdzināt alternatīvās degvielas. Tomēr SFOC vērtības tiek iegūtas no dzinēja sertificētiem testu datiem, degvielas ekonomijas apgalvojumi tiek pārbaudīti attiecībā pret enerģijas bilanci, degvielas tiek salīdzinātas uz enerģijas vienību, un katrs cenas / tiesību akta numurs tiek pārbaudīts no pašreizējā avota. Termodinamika ir konservatīva; Nav “bezmaksas” ražas.
Lietojumprogrammas uzdevums
Reprezentatīvam saimniekdatoram (MCR ~ 10 000 kW, ekspluatācijas slodze ~ 80%), AI apraksta SFOC-slodzes attiecību un aprēķina aptuveno ikdienas degvielas daudzumu slodzes punktam. Pēc tam modelējiet kubiskā degvielas efektu, samazinot ātrumu par 1 mezglu, un apspriediet brauciena laika un zemas slodzes SFOC ietekmi. Visbeidzot, ieteikumam izmantojiet veidni "degvielas ekonomijas ticamības pārbaude" un ziņojiet, vai tas ir sasniedzis enerģijas bilanci.
kontrolsaraksts
- [ ] Es noskaidroju, vai izmantotā SFOC vērtība bija tipiska vai izmērīta.
- [ ] Es pārliecinājos, ka degvielas ietaupījuma prasība kompensē enerģijas bilanci.
- [ ] Es salīdzināju alternatīvās degvielas uz enerģijas vienību un brauciena ietekmi.
- [ ] Es ņēmu vērā ceļojuma laiku un zemo slodzes efektivitāti lēnas tvaicēšanas režīmā.
- [ ] Es pārbaudīju cenu un noteikumu numurus no pašreizējā avota.
- [ ] Galīgo lēmumu par ieguldījumu/operāciju es balstīju uz termodinamiku un lauka datiem.