Kalmar Växjö
Examensarbete
Vågenergikonvertering
ombord
Författare: Johannes Vessman &
Linnéuniversitetet
Sjöfartshögsskolan i Kalmar
Utbildningsprogram: Sjöingenjörsprogrammet
Arbetets omfattning: Självständigt arbete om 15hp
Titel: Vågenergikonvertering ombord
Författare: Johannes Vessman & Stefan Börgesson
Handledare: Magnus Nilsson
Sammanfattning
Linnæus University
Kalmar Maritime Academy
Degree course: Marine Engineering
Level: Diploma Thesis, 15 ETC
Title: Converting Wave Energy Onboard
Authors: Börgesson Stefan & Vessman Johannes
Supervisor: Nilsson Magnus
Abstract
The possibility of converting wave energy in U-‐shaped anti-‐roll tanks onboard a specific vessel to potential electric energy at the expense of the roll stabilizing moment is investigated in this thesis. The rolling motion is recorded and evaluated in compliance with specific tank data, which is the base for dimensioning an oscillation body connected to a linear generator via a wire. According to the results in this thesis the magnitude of the reduction on the performance for the anti-‐roll tanks is one tenth. Recorded data for this thesis can give basic knowledge for future research in converting kinetic energy in anti-‐roll tanks onboard into potential power and thus reducing the total costs for ship propulsion. Keywords:
Innehållsförteckning
1. INLEDNING ... 1 1.1 TIDIGARE FORSKNING ... 1 1.2 BAKGRUND ... 1 1.3 TANKKONSTRUKTION ... 3 1.4 SYSTEMETS FUNKTION ... 51.4.1 Hur systemet opererar till sjöss ... 5
1.4.2 Hur systemet opererar under lastning och lossning ... 6
1.4.3 Hur systemet opererar individuellt ... 6
1.5 LINJÄRGENERATOR MED PUNKTABSORBATOR ... 6
1.6 SYFTE ... 8
1.7 AVGRÄNSNINGAR ... 8
2. METOD ... 9
2.1 BEGONIA SEAWAYS FARTOMRÅDE MED GENOMSNITTSVÄRDE AV ENERGI I HAVSVÅGOR. ... 9
2.2 FÖRFLYTTNING AV VATTENMÄNGD SAMT ALSTRAD ENERGI ... 10
2.3 DIMENSIONERING AV PUNKTABSORBATOR SAMT ABSORBERAD ENERGI ... 11
3. RESULTAT ... 13
3.1 RULLNINGSMÄTNINGAR FÖR BEGONIA SEAWAYS FARTOMRÅDE ... 13
3.2 FÖRFLYTTNING AV VATTENMÄNGD SAMT ALSTRAD ENERGI ... 15
3.3 DIMENSIONERING AV PUNKTABSORBATOR SAMT ABSORBERAD ENERGI ... 16
3.4 RESULTATSAMMANFATTNING ... 16
4. DISKUSSION ... 17
4.1 METODDISKUSSION ... 17
4.2 RESULTATDISKUSSION ... 17
1. Inledning
I en ständigt mer globaliserad värld betyder transporter av varor allt mer. En stor del av dessa sker via fraktfartyg. Enligt Internationella Sjöfartsorganisationen IMO svarar sjöfarten idag för 3 % av det globala koldioxidutsläppet. Transportbehovet förväntas öka speciellt i Asien. Utan restriktioner kommer siffran att vara 18 % år 2050 [14]. Nya miljökrav och en hårdare konkurrens tvingar sjöfartsnäringen att ständigt söka efter energieffektiva besparingar. Det kan vara nya hydrodynamiska skrovlösningar, alternativa bränslen som exempelvis LNG (liquified natural gas), effektivare motorer, lågenergilösningar för fartygens sekundärfunktioner eller tillvaratagande av spillvärme. Det är sådant tillverkarna allt mer försöker optimera i nybyggnationer. Man strävar konstant att minimera energikostnaderna eftersom det utgör så stor del av den totala driftskostnaden. Det specifika fartyget M/S Begonia Seaways berörs i denna studie och befann sig på varv år 2011 i Odense, Danmark, där bl.a. stort underhåll utfördes på det rullningsdämpande systemet ombord. Systemet får sitt arbete utfört genom att en stor mängd vatten förflyttas från sida till sida. Under det pågående underhållsarbetet föddes idén om möjlighet till energikonvertering som ger potentiell reducering av den totala kostnaden för fartyget.
1.1 Tidigare forskning
Det pågår forskning om vågkraft där man utnyttjar höjdskillnaden mellan vågtopp och vågdal för att utvinna elektrisk energi. Exempel på sådan forskning är Lysekilsprojektet [10] som påbörjades våren 2002 och fortsätter än idag. Som vågenergikonverterare används en punktabsorbator som är placerad på vattenytan. Punktabsorbatorn är kopplad via en lina till en linjärgenerator som sitter fast i ett fundament på havsbotten och det är via linan som energin förs vidare till linjärgeneratorn och omvandlas till elektrisk energi.
Vidare finns det forskning som beskriver möjligheten att omvandla vågenergi från havet till elektrisk energi genom passiva rullningsdämpande tankar ombord. Wen-‐Chuan Tiao [13] visar beräkningar för en passiv rullningsdämpande U-‐formad tank placerad ombord ett simulerat fartyg i Stilla havet utanför Taiwans kust. Tanken består av två tuber ventilerade mot atmosfären som är sammankopplade via ett förbindningsrör. I förbindningsröret har det placerats en turbin vilket driver en generator som i detta fall utgör vågenergikonverterare.
1.2 Bakgrund
Vid drift av fartyg till sjöss uppstår det rullningar som orsakas av havsvågor. För att minska dessa rörelser som uppstår har det utvecklats en rad olika rullningsdämpande system ombord. Ett alternativ av sådant system är passiva rullningsdämpande tankar. Vattnet som finns inneslutet i ett U-‐format tanksystem används för att motverka och dämpa rullningen av fartyget. Genom växelvis öppning och stängning av luftningsventiler (se figur 2) fås en fördröjd rörelse av det inneslutna vattnet relativt havets vågrörelser. Med systemet utnyttjas havets vågrörelser och levererar nödvändig energi för att motverka rullning [9]. Genom den dämpning som sker när vattnet i tankarna motsätter sig fartygets krängning absorberar vattnet kinetisk energi. Denna energi, som en punktabsorbator tillfälligt lagrar och sedan förs över till en linjärgenerator via en lina, har teoretiskt undersökts om möjligheten att konvertera till elektrisk alstrad energi på bekostnad av det befintliga rullningsdämpande systemet på det specifika fartyget M/S Begonia Seaways. Tekniska termer samt beteckningar som förekommer i texten finns beskrivet i tabell 1 nedan.
Tabell 1
Terminologi [Storhet] Beskrivning Enhet
Area [A] tvärsnittsarea m2
c strömningshastighet m/s
d diameter m
∆h nivåändring av tankvattnet m
E energi J
g tyngdacceleration m2/s2
M stabiliserande moment kNm
m massa kg
P effekt watt
p tryck, mekanisk spänning Pa
Psi [Ψ] rullningsvinkel grader
Punktabsorbator energiabsorberande boj -‐
Rho [ρ] densitet kg/m³
T tidsperiod s
Tan trigonometrisk funktion -‐
1.3 Tankkonstruktion
Totalt opererar systemet med tre olika tankar placerade i långskeppsled, tank A, B och C, där tank A är längst akterut och tank C längst förut. Endast tank A och B används för den passiva rullningsdämpande funktionen (se fig. 1).
Figur 1. Stabiliseringstankarnas placering långskeppsled [9]
Konstruktionen av tank C gör att den används endast till att korrigera slagsida och anti-‐ heeling vid lastning och lossning av gods när fartyget ligger i hamn. Tank C består av två vertikalt placerade tankar sammankopplade via ett förbindningsrör med högre motstånd vid samma förflyttning. Tankarna A och B är U-‐formade och tillåter på så sätt en förflyttning av en viss mängd vattenmassa med mindre motstånd än i tank C. Endast data för tankarna A och B kommer att redovisas eftersom det är endast dessa som används för att dämpa fartygets krängning under sina resor mellan destinationerna och kommer ligga till grund för denna studie. Figur 2 visar en överblick på tankkonfigurationen där de två nedre tankarna är tank A och tank B med luftningsventiler. Den övre är tank C med ett förbindningsrör.
I figur 3 nedan visas dimensioner för tank A som är placerad akter om tank B.
Figur 3. Dimensioner för tank A, M/S Begonia Seaways [12]
I figur 4 nedan visas dimensioner för tank B som är placerad för om tank A. Denna tank är tre meter kortare i långskeppsled.
Figur 4. Dimensioner för tank B, M/S Begonia Seaways [12]
1.4 Systemets funktion
Rolls-‐Royce Intering Stabilizer, Anti-‐heeling and Stability Test System, som vidare benämns ISTS i studien, är installerad ombord på M/S Begonia Seaways för att dämpa fartygets rörelser till sjöss samt motverka slagsida vid lastning och lossning i hamn. De passiva rullningsdämpande tankarna är speciellt utformade och använder sig av ett hydrodynamiskt kontrollerat flöde av vätska. Vätskeflödet skapar ett stabiliserande moment som motsätter sig vågens moment och minskar därigenom rullningen av fartyget. Vätskeflödet i de stabiliserande tankarna släpar 90° bakom fartygets rullningsperiod och 180° bakom vågens rörelse. När fartyget är nära resonans, kommer rörelsen av vätskan i tanken skapa en stabiliserande kraft direkt motsatt de krafter som skapas av den pådrivande passerande vågen (se fig. 5) [12].
Figur 5. Systemets funktion 1 [12]
1.4.1 Hur systemet opererar till sjöss
Två utav de tre tankarna används i detta läge för att stabilisera fartyget, den tredje är nu blockerad via det pneumatiska ventilsystemet samt en ventil som sitter i förbindningsröret. Krängningen av fartyget används för att orsaka en oscillerande rörelse tvärskepps av vattnet i de två U-‐formade tankarna. På grund av utformningen av tankarna och genom automatisk styrning som håller vattnet cykliskt blockerat på den sida av fartyget som rör sig uppåt, kan man styra när vattnets tvärskeppsrörelse ska ske. På så vis ger havet, genom att påverka fartyget, den nödvändiga energin för att minska krängningen (se fig. 6) [12].
Figur 6. Systemets funktion 2 [12]
1.4.2 Hur systemet opererar under lastning och lossning
Genom förflyttning av vattenmassa i de tre tankarna motverkar man slagsida som annars hade uppstått när gods lastas av eller på fartyget. Denna förflyttning sker med hjälp av komprimerad luft vars flöde riktas med ett ventilsystem till önskad sida och tank där det trycker på vätskeytan. Man tillför i detta läge energi för att driva två eldrivna kompressorer som har till uppgift att tillse erforderlig mängd komprimerad luft till detta system. Krängningsvinkeln övervakas av systemet kontinuerligt och när avvikelsen överskrider ett förinställt riktvärde ges startsignal till luftpåtvingad förflyttning av vattenmassa samt motverka krängningen [12].
1.4.3 Hur systemet opererar individuellt
När fartyget har lastat färdigt och innan det lämnar hamn ändras inställningen från harbour mode till sea mode. Ändringen gör att systemet jämnar ut vattennivåerna i tankarna A och B som tidigare använts för att korrigera slagsida som uppstått vid lasthantering (anti-‐heeling) eftersom det uppstår en liten slagsida som följd av viktförflyttning. För att häva denna slagsida flyttas vatten i tank C som sedan håller nivåerna konstanta hela vägen till nästa hamnuppehåll där ventilerna är blockerade i stängt läge. Det går även att väl ute till sjöss korrigera eventuell slagsida som uppstått på grund av vind i sidan av fartyget genom att trycka över vatten från den ena sidan till den andra i en utav tankarna A eller B, för att sedan låsa den. I detta läge används endast en tank för den rullningsdämpande funktionen. Under normal drift används inte denna funktion utan både tank A och B opererar till den rullningsdämpande funktionen [12].
1.5 Linjärgenerator med punktabsorbator
Med en teknisk lösning kan havsvågors rörelser utnyttjas till nyttig energi. Energin i havsvågor är lägre vid kustnära områden än öppet hav och mer om detta i kap. 2.1 Begonia
Seaways fartområde med genomsnittsvärde av energi i havsvågor. Detta med hjälp av en boj
som driver en linjärgenerator och direkt erhålla elkraft. Bojen är en så kallad axelsymmetrisk
punktabsorbator vilket innebär att bojen är symmetrisk och utseende eller form är
Figur 7. Principskiss, vågkraftanläggning, M/S Begonia Seaways [4, s.29]
1.6 Syfte
Syftet är att undersöka möjligheten till potentiell konverterbar energi i U-‐formade rullningsdämpande tankar ombord på M/S Begonia Seaways. Detta med hänsyn till potentiell prestandareducering av den rullningsdämpande funktionen. För att uppnå syftet skall följande frågeställningar besvaras.
1. Hur stor vattenmängd förflyttar sig och hur stor effekt alstras i de rullningsdämpande tankarna och vilken dimension kan antagas för punktabsorbatorns kapacitet till absorberad effekt?
2. Hur stor omfattning blir prestandareduceringen av den rullningsdämpande funktionen?
1.7 Avgränsningar
Studien kommer enbart beröra den specifika anläggningen ombord på M/S Begonia Seaways. Några generella undersökningar kommer inte att göras. Endast punktabsorbator med tillhörande linjärgenerator kommer ligga till grund för beräkningar av eventuell konverterbar energi kontra prestandareducering av systemets rullningsdämpande funktion. Linjärgeneratorn väljs som ett alternativ för turbin och fördelar kontra nackdelar ställs inte mot varandra. Vidare kommer inte en linjärgenerator dimensioneras i denna studie.
2. Metod
Studien inleddes med en dokumentstudie på de berörda tankarna ombord på M/S Begonia Seaways samt systemmanualen för Rolls-‐Royce´s ISTS [12]. Systemmanualen ombord gav information om hur systemet opererar och hur den vattenmassa som finns i tankarna förflyttar sig. Manualen gav även tankdata som visade fyllnadsgrad och tankkonfiguration. En granskning av tidigare forskning och vetenskapliga artiklar om linjärgenerator med punktabsorbator som vågenergikonverterare har gjorts [4 & 13]. Rullningsmätningar har utförts ombord på M/S Begonia Seaways för den redovisade energi som alstras i tankarna under operation vid två tillfällen. Punktabsorbatorn har dimensionerats för maximal potentiell energiabsorption från rullningsmätningarna med dimensioner begränsade till tankarnas konstruktion [12]. Omfattningen av en potentiell prestandareducering på tankarnas rullningsdämpande funktion har redovisats med stöd av Bernoullisekvationen [1 s.29-‐34].
2.1 Begonia Seaways fartområde med genomsnittsvärde av energi i
havsvågor.
Enligt ”Renewable Energy 34 (6), 2009” [11, s.25], så beskrivs och summeras ett åtta års arbete av vågdata samt diskussioner om Sveriges havsklimat på den svenska västkusten. Datan består av 13 mätpunkter utanför kusten samt närkustområdet, från södra området av Kattegatt till nordligaste området av Skagerrak. Uppgifterna är hämtade från uppsatsen
”Wave Climate off the Swedish West Coast” [11, s.106], och är verifierade av Uppsala
Universitets vågkraftspark utanför Lysekil. Genomsnittsvärdet för transport av energi i Skagerraks havsområde befinns vara 5,2 kW/m, medan närkustområdet transporterar 2,8 kW/m. Genomsnittsvärdet för Kattegatt är uppmätt till 2,4 kW/m [4, s.55]. Genomsnittsvärde för Nordsjön, The Danish Continental Shelf har uppmätts till 16-‐17 kW/m [2, s.4]. Dessa genomsnittsvärden visar att det finns mer energi i hav som inte är kustnära och det kan ses som en fördel för teoretiska linjärgeneratorer placerade i M/S Begonia Seaways rullningsdämpande tankar. Ju mer öppet hav desto mer energi påverkar fartyget och större varians av vattennivån i tankarna uppstår och detta resulterade i att rullningsmätningarna utfördes när fartyget befann sig i Nordsjön.
2.2 Förflyttning av vattenmängd samt alstrad energi
Systemet är fyllt med en bestämd vattenvolym i varje enskild tank med ρ = 1 006 kg/m³. När fartyget ligger i hamn och utan slagsida motsvarar den volymen vatten en servicenivå i båda sidor av tankarna. Under operation som innebär att vatten förflyttas från sida till sida ökar respektive sjunker nivån på vattenytan. Nivåändringen som sker begränsas av en maximal variation från den bestämda servicenivån och detta ger ett 𝛥ℎ!"# på 5,5 m (se fig. 8). I
systemmanualen [12] återfinns vattenvolymen för tankarna A och B samt det maximala stabiliserande momentet för dessa två tankar. Det maximala momentet betecknas 𝐸!"# och
visar den totala mängd energi som kan förflyttas.
Vattenvolym tank A: 483,5 𝑚!
Vattenvolym tank B: 311,9 𝑚!
Maximum stabiliserande moment för tankarna A och B: 21 734 𝑘𝑁𝑚 Tank A och B Servicenivå vatten Min nivå 3,3 m Max nivå 8,8 m Δh max = 5,5 m
Figur 8. Servicenivå och ∆h för tank A och B, M/S Begonia Seaways [13]
I beräkningar som utförts i denna studie har Bernoullisekvationen samt kontinuitetsekvationen tagits hänsyn till [1, s. 29 -‐ 34] och dessa två beskriver kort en stationär endimensionell inkompressibel strömning utan förluster. Bernoullisekvationen beskriver även summan av lägesenergi, tryckenergi och rörelseenergi som konstant.
𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ!+ !∗!! !+!∗!! ! ! = 𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ!+ !∗!! ! + !∗!!! ! = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡
där 𝑚 är massa, 𝜌 är densitet, 𝑔 är tyngdacceleration, ℎ är höjd, 𝑐 är medelhastighet och 𝑝 är tryck.
Energi och effekt beskrivs som [6, s. Fysik sida 6]
»1 J = 1 Nm = 1 Ws. Joule skall användas för all slags energi« »1 W = 1 J/s. Watt skall användas för all slags effekt«
2.3 Dimensionering av punktabsorbator samt absorberad energi
För att kunna dimensionera en punktabsorbator måste det fastställas en maximum absorberande bredd. Avgivna vågor från punktabsorbator måste matcha våglängd och fas från störande vågor som uppkommer av fartygets rörelser. En punktabsorbator avger symmetriska vågor som ett resultat av sin egen oscillation. Maximum absorberande bredd för en punktabsorbator kan beräknas enligt djuphavs-‐approximationen. Denna approximation används om djupet är lika med eller större än våglängden [11, s.43-‐44].
I tanken där punktabsorbator är placerad kan det tillåtas tre möjligheter till förflyttning. Surge som är förflyttning fram/tillbaka, heave som är förflyttning upp/ner och slutligen sway som är förflyttning sida/sida. Detta gör att det kan uppnås en högre absorberande bredd gentemot att endast en riktning tillåts (heave). Från punktabsorbator kan även tre rotationsmöjligheter kring sin egen axel antagas. Dessa tre är, roll kring x-‐axel, pitch kring y-‐ axel och slutligen yaw kring z-‐axel. Endast beräkning för vertikal förflyttning tas hänsyn till i denna studie och förenklingen är att det huvudsakligen ger en linjär verkan som förs över till generatorn samt minskar komplexiteten avsevärt. Horisontell förflyttning samt rotationsmöjligheter som roll, pitch och yaw kommer därför inte att behandlas i denna studie. Placeras punktabsorbatorn i en tank så kan det antas en mer förutsägbar och kontrollerad förflyttning under den tid det rullningsdämpande systemet opererar. Vidare kommer inte förenklingen att påverka resultatet nämnvärt och anses försumbar. Budal och
Falnes [1, s.478-‐479] anger en absorptionsbegränsning för en oscillerande kropp som rör sig
endast i heave. Om en punktabsorbator antas ha en maximal svängningsamplitud av sitt partiella utförande, det vill säga att punktabsorbatorn aldrig är fullt nedsänkt eller att den aldrig lämnar vattenytan. Samt att den maximala tillförda energin antas vara lika med den hydrostatiska lyftkraft när förhållandet mellan absorberad kraft, P till punktabsorbatorns volym, V begränsas av [11, s.44]
𝑃 𝑉 < 𝜋𝜌𝑔Δh 4𝑇 [W/𝑚!]
3. Resultat
3.1 Rullningsmätningar för Begonia Seaways fartområde
Rullningsmätning 1 utfördes under hösten 2014 då Begonia Seaways befann sig under resa mellan Göteborg och Immingham (se figur 9).
Figur 9. Rullningsmätning 1
Rullningsmätning 2 utfördes under våren 2015 då Begonia Seaways befann sig under resa mellan Immingham och Göteborg (se figur 10).
Beräkning av ∆ℎ har utförts utifrån rullningsmätning 1 och rullningsmätning 2. Beräkningsmått med formel, ∆ℎ = tan 𝛹 ∗ 10,4 [6, s.8], enligt figur 11 har beräknats.
Figur. 11. Beräkningsmått för Δh
Nedan visas en grafisk sammanställning av rullningsmätning 1 och rullningsmätning 2 där ∆ℎ i tankarna A och B är en funktion av fartygets rullningsperioder. ∆ℎ för rullningsmätning 1 är grafiskt visad i figur 12, ∆ℎ för rullningsmätning 2 är grafiskt visad i figur 13. Resultaten av de två rullningsmätningarna gav medelvärden av ∆ℎ.
Figur 13. Δh Rullningsmätning
3.2 Förflyttning av vattenmängd samt alstrad energi
Beräkning av maximal alstrad energi har utförts i tank A och B med varierande 𝛥ℎ, där 𝛥ℎ insatt i Bernoullisekvationen utgör ett medelvärde på variansen av vattenytan i tank A och B. 𝑔 ∗ ℎ!+ !!! = !! ! ! + 𝑔 ∗ 𝛥ℎ + !! ! = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡
Medelvärdet 𝛥ℎ! och 𝛥ℎ! från rullningsmätningarna samt datan från systemmanualen som
anges i kap.2.2 Förflyttning av vattenmängd samt alstrad energi blir således förhållandet. Rullningsmätning 1: !!! !!!"#∗ 𝐸!"# = 𝐸! = 2 265,5 𝑘𝑁𝑚 ≈ 2 266 𝑘𝑁𝑚 Rullningsmätning 2: !!! !!!"#∗ 𝐸!"# = 𝐸! = 1 315,9 𝑘𝑁𝑚 ≈ 1 316𝑘𝑁𝑚
Från rullningsmätningarna 1 och 2 kan en effekt beräknas med hjälp av medelhastigheten från rullningsperioderna. För tank A och B blir den rullningsdämpande effekten följande: Rullningsmätning 1: Tankarna utvecklar en effekt av 136,3 𝑘𝑊
3.3 Dimensionering av punktabsorbator samt absorberad energi
Ett genomsnittsvärde för absorptionsbegränsningen beräknades med hjälp av rullningsmätning 1 och 2. I denna studie visade det sig att med hänsyn till tankens konstruktion samt begränsningar för punktabsorbatorns förflyttning i endast heave kan det antagas en maximum absorberande bredd till 2,9 m med hjälp av djuphavsapproximationen.
Genomsnittsvärde för absorberad energi från rullningsmätning 1 och 2 beräknades genom förhållandet 𝑃 𝑉 < 𝜋𝜌𝑔Δh 4𝑇 [W/𝑚!]
och gav resultatet från rullningsmätningarna 1 och 2:
Rullningsmätning 1: 267,2 𝑊/𝑚!
Rullningsmätning 2: 176,6 𝑊/𝑚!
Volym för punktabsorbator med den maximala absorberande bredden beräknades enligt 𝑉 = 𝐴 ∗ 𝐿 =!"!!∗ 𝐿 [𝑚!] 𝑉 =!!!!∗ 0.8 = 5,284 ≈ 5,28 𝑚!
Maximal absorberad effekt beräknas genom rullningsmätning 1 och 2 samt med den approximerade volymen för punktabsorbatorn. De U-‐formade tankarnas konstruktion har begränsat antalet punktabsorbatorer med tidigare antagna dimensioner till tio stycken. För de tio punktabsorbatorerna blir det en potentiell effektupptagning enligt nedan.
Rullningsmätning 1: Punktabsorbatorerna kan maximalt absorbera 14,1 𝑘𝑊 Rullningsmätning 2: Punktabsorbatorerna kan maximalt absorbera 9,3 𝑘𝑊
3.4 Resultatsammanfattning
Den totala effekt som sker vid förflyttning av vattnet i tankarna ifrån rullningsmätning 1 och 2 uppgår till 136,6 kW samt 90,1 kW. Valet av tio stycken punktabsorbatorer ger en maximal upptagning av 14,1 kW respektive 9,3 kW. Potentiella prestandareduceringen av den
rullningsdämpande funktionen är en tiondel av den totala prestanda som det befintliga systemet idag opererar med ombord på M/S Begonia Seaways.
4. Diskussion
4.1 Metoddiskussion
Tillgång till systemmanualen och tillhörande tankritningar för det specifika fartyget M/S Begonia Seaways är begränsad för utomstående. Detta gör det svårt att göra om samma studie, däremot återfinns Rolls-‐Royce Intering system ombord på andra fartyg därav kan en likvärdig studie genomföras utan att just beröra M/S Begonia Seaways. Den tidigare forskningen om linjärgenerator med punktabsorbator som granskats är enligt författarna väl genomarbetad teoretiskt och genom lyckade praktiska experiment ute till havs. Antaganden och approximationer med hänsyn till punktabsorbatorns dimensioner skiljer sig åt mellan den tidigare forskningen och denna studie. Anledningen till detta är olika förhållanden i tilltänk miljö, ute till havs, kontra inne i tankar där vågbilden skiljer sig avsevärt. Antagen dimension för punktabsorbatorn i denna studie kan därför visa sig vara felaktig vid ett eventuellt framtida praktiskt experiment. Samma resultat från de två rullningsmätningarna som utfördes går inte att uppnå eftersom det hade krävts exakt samma förhållande med hänsyn till havets vågbild, fartygets kurs och hastighet. Detta försämrar repeterbarheten för studien ytterligare eftersom vågbilden är unik för ett specifikt område vid specifik tidpunkt och det är därför en parameter att ta hänsyn till vid fortsatt forskning.
4.2 Resultatdiskussion
Resultatet som presenteras visar omfattningen på den potentiella prestandareduceringen av den rullningsdämpande funktionen på det specifika fartyget under de två rullningsmätningar som utförs med tio punktabsorbatorer installerade, för att ge linjärgeneratorerna möjlighet att konvertera en del av den totalt absorberade energin till elektrisk energi. Prestandareduceringen utgör en tiondel av den totala prestanda som det befintliga systemet idag opererar med ombord på M/S Begonia Seaways. Studien visar på en kombination av två tidigare forskningsområden där målet är att konvertera havsvågors rörelseenergi till elektrisk alstrad energi. Idén om att använda U-‐formade rullningsdämpande tankar i fartyg för installation av vågenergikonverterare kommer från tidigare forskning där man använder en turbin [13]. Istället för att använda en turbin kopplad till en konventionell roterande generator som vågenergikonverterare väljs en kombination av Tiao´s arbete [13] med Lysekilsprojektets [10] praktiskt tillämpade vågkraftverk i form av linjärgenerator med punktabsorbator. Detta för att utnyttja den linjära nivåändring av vattennivån som uppstår i de U-‐formade rullningsdämpande tankarna på det specifika fartyget. Komplexiteten i att utföra flerdimensionell beräkning begränsar oss till endimensionell stationär strömningsberäkning med hänsyn till Bernoullisekvationen samt kontinuitetsvillkoren.
4.3 Förslag till fortsatt forskning
Litteraturförteckning
[1] Alvarez, H. (2006). Energiteknik Del 1. Lund: Studentlitteratur AB.
[2] Beels, C., Henriques, J.C.C., De Rouck, J., Pontes, M., De Backerand, G., & Verhaeghe, H. (2007). Wave energy resource in the North Sea.pdf. Porto: Ghent University.
[3] Budal, K., & Falnes, J. (1975). A resonant point absorber of ocean waves, Nature, 256:478 -‐ 479.
[4] Engström, J. (2011). Hydrodyamic Modelling for a Point Absorber Wave Energy Converter.pdf. Uppsala: Uppsala Universitet.
[5] Eriksson, M. (2007). Modelling and Experimental Verification of Direct Drive Wave Energy Conversion, Buoy-‐Generator Dynamics.pdf. Uppsala: Uppsala Universitet.
[6] Fagergren, S. (2012). Teknisk formelsamling. Kalmar: Kalmar Maritime Academy.
[7] Falkemo, C. (1980). Vågenergiboken-‐energi ur havsvågor. Stockholm: Ingenjörsförlaget. [8] Gravråkmo, H. (2014). Buoy Geometry, Size and Hydrodynamics for Power Take Off Device for Point Absorber Linear Wave Energy Converter.pdf. Uppsala: Uppsala Universitet.
[9] Hoppe-‐marine (2013) Hämtad 2013-‐02-‐01 från http://www.hoppe-‐ marine.com/?q=node/14.
[10] Lysekilsprojektet/Uppsala Universitet (2002) Hämtad 2012-‐12-‐12 från
http://www.el.angstrom.uu.se/forskningsprojekt/WavePower/Lysekilsprojektet.html. [11] Rahm, M. (2010). Ocean Wave Energy. Underwater Substation System for Wave Energy Converters.pdf. Uppsala: Uppsala Universitet.
[12] Rolls-‐Royce. (2003). Intering stabilizer/anti-‐heeling system, ISTS-‐control (5-‐5634E ed.) Flensburger: Rolls-‐Royce.
[13] Tiao, W.-‐C. (2013). Estimated electricity production for an anti-‐roll tank deployed offshore for use as a wave energy converter.pdf. Kaohsiung: Taylor & Francis.
