docInfoblad nr1-2012
download 
Report Transcription
Infoblad nr1-2012
Bilfærgernes Rederiforening Grønnere Færgefart i Danmark (OSK-ShipTech 131060.3083.05) Date: 12.12.2014 Sign: ssk/khm Kunde: Kunde Navn: Kontakt person: Bilfærgernes Rederiforening Peter Wallbohm Olsen Mail: Telefon: [email protected] +45 33 11 40 88 Dokument Klassifikation: ingen OSK-ShipTech: Forfatter: Stig Knudsen John Dahlkvist Morten Hansen Hasse Schmidt ____________________ ____________________ ____________________ ____________________ Godkendt: Kristian Holten Møller ____________________ Kontakt person: Stig Staghøj Knudsen Mail: Phone: Department: [email protected] +45 4576 4210 Bryggervangen 55 1.tv DK-2100 Copenhagen OE Resume: Rapporten analyserer de danske færger og mulighederne for at implementere grønne tiltag på disse. Dokument Historie Dokument ID: 131060.3083.02 Grønnere Færgefart 2 Under udarbejdelse 04/08/2014 SSK ANH/RAB 3 Udgivet 27/10/2014 KHM SSK/HES 4 Udgivet 02/12/2014 KHM RAB/HSE/SSK 5 Final 12/12/2014 KHM KHM/SSK Iht. kommentarer Bilf. Rederiforening BR Kommentarer / OSK revision Møde BR 5/12/2014 Rev. Status Dato Sign. Check Note Foreløbig rev. Indholdsfortegnelse 1 Indledning ...........................................................................................................................1 1.1 Baggrund ..............................................................................................................................1 1.2 Formål ..................................................................................................................................2 1.3 Metode .................................................................................................................................2 2 Dataanalyse .........................................................................................................................4 2.1 Kapacitet...............................................................................................................................4 2.2 Overfartslængde ...................................................................................................................7 2.3 Hastighed .............................................................................................................................7 2.4 Motoreffekt............................................................................................................................9 2.5 Kategorisering og cases ..................................................................................................... 10 2.5.1 Kategori A: Små enkeltender færger ............................................................................ 10 2.5.2 Kategori B: Små dobbeltender færger.......................................................................... 10 2.5.3 Kategori C: Store kommercielle færger ........................................................................ 10 3 Grønne tiltag ..................................................................................................................... 11 3.1 Fremdrivningssystemer....................................................................................................... 11 3.1.1 Hybride fremdrivningssystemer.................................................................................... 12 3.1.2 Ren elektrisk fremdrivningssystem .............................................................................. 16 3.1.3 Fremdrivningssystemer med LNG ............................................................................... 17 3.1.4 Fremdrivningssystemer med biodiesel ......................................................................... 18 3.1.5 Fremdrivningssystemer med røggasrensning .............................................................. 18 3.2 Propellersystem .................................................................................................................. 20 3.3 Hjælpemaskineri ................................................................................................................. 21 3.3.1 Batteridrift til andet end fremdrivning............................................................................ 22 3.3.2 Belysning ..................................................................................................................... 22 3.3.3 Kølesystem .................................................................................................................. 23 3.3.4 Varme- og ventilationssystem ...................................................................................... 23 3.4 Operationelle tiltag .............................................................................................................. 24 3.4.1 Power management ..................................................................................................... 24 3.4.2 Drift og operation ......................................................................................................... 24 4 Barrierer ............................................................................................................................ 26 4.1 Infrastruktur ........................................................................................................................ 26 4.1.1 Elektricitet .................................................................................................................... 26 4.1.2 LNG ............................................................................................................................. 26 4.1.3 Biodiesel ...................................................................................................................... 27 4.2 Afgifter ................................................................................................................................ 27 4.2.1 Elektricitet .................................................................................................................... 27 4.2.2 LNG ............................................................................................................................. 28 4.2.3 Biodiesel ...................................................................................................................... 28 5 Casestudier ....................................................................................................................... 29 5.1 Case A: M/F Omø ............................................................................................................... 30 5.1.1 Omlægning til ren elektrisk fremdrivning ...................................................................... 30 5.1.2 Omlægning til hybrid fremdrivning ............................................................................... 31 5.1.3 Omlægning til LNG ...................................................................................................... 32 5.1.4 Konklusion Case A ...................................................................................................... 32 5.2 Case B: M/F Aarø ............................................................................................................... 34 5.2.1 Omlægning til ren elektrisk fremdrivning ...................................................................... 35 5.2.2 Omlægning til hybrid fremdrivning ............................................................................... 35 5.2.3 Omlægning til LNG ...................................................................................................... 36 5.2.4 Konklusion case B ....................................................................................................... 36 5.3 Case C: M/F Lolland ........................................................................................................... 37 5.3.1 Omlægning til ren elektrisk fremdrivning ...................................................................... 37 5.3.2 Omlægning til hybrid fremdrivning ............................................................................... 38 5.3.3 Omlægning til LNG fremdrivning .................................................................................. 39 5.3.4 Konklusion case C ....................................................................................................... 39 6 Konklusioner ..................................................................................................................... 40 6.1 Energioptimering................................................................................................................. 40 6.2 Miljø .................................................................................................................................... 41 6.3 Økonomi ............................................................................................................................. 41 7 Referencer ......................................................................................................................... 43 1 Indledning 1.1 Baggrund Der er behov for at gøre transportsektoren mere grøn. Dette behov, kombineret med stadigt stigende oliepriser, stiller krav til den danske færgefart om at finde nye grønne tiltag, tiltag der kan give billigere og mere miljørigtig færgefart i Danmark. Det handler navnlig om alternative energiformer til fremdrivning af færger, alternative i forhold til den olie der fortrinsvist benyttes i dag. Det er imidlertid hverken enkelt eller billigt at omstille eksisterende færger til andre energiformer. Det kræver ofte forholdsvis store investeringer, særligt hvis der er tale om retrofit af eksisterende færger. Desuden er det ikke kun et spørgsmål om, at kunne anvende en anden energiform, men også at sikre, at den nødvendige forsyningslogistik og sikkerhed er til stede. Dernæst er der de tekniske udfordringer, både i forhold til den enkelte færge, men også i forhold til infrastrukturen i den enkelte havn. Endelig er der spørgsmålet om fremdriftskildens legale status. På hvilken måde er det tilladt at benytte? Er der særlige begrænsninger eller barrierer, der gør det mindre interessant at benytte fremdrivningskilden, frem for den konventionelle løsning? Sluttelig er der risikoen ved at være ”first mover”. En række af landets færgerederier er langt i overvejelserne. Rederiet Færgen har eksempelvis planer om, at overgå til kombineret LNG/batteridrift på ruten Spodsbjerg-Tårs. Rederiet Scandlines arbejder med den langsigtede vision ”Zero Emissions”, og på kortere sigt delvis batteridrift på ruten mellem Rødby-Puttgarten. Endvidere er der overvejelser om fuld batteridrift på ruten HelsingørHelsingborg. Alle tre projekter har imidlertid sine udfordringer i forhold til investeringsomkostninger, forsyningssikkerhed, teknik og infrastruktur, samt løsningens legale anvendelighed. Vedrørende landbaseret anlæg er det i dag tilladt at anvende LNG, der er 2014 formuleret og vedtaget et internationalt og nationalt regelgrundlag for bunkring af LNG mens passagerer er ombord. For danske færger der opererer mellem 2 danske havne er myndighederne på området Søfartsstyrelsen og Beredskabsstyrelsen der baserer deres godkendelse på en risikoanalyse af de aktuelle forhold på færgen såvel på landanlægget. Den tid der medgår til at bunkre LNG, inklusive de sikkerhedsprocedurer der skal foretages, vil være ca. dobbelt så lang som for en konventionel bunkring af diesel brændstof. Korte havneophold er en afgørende konkurrenceparameter for færgedriften, og derfor vil ekstra tid til bunkring sammenholdt med i dag føre til produktionstab. Bunkring af LNG skal derfor tænkes tidlig ind i færgens design og planlægges i forhold til færgens sejlplan. Tilsvarende er der i stigende grad fokus på anvendelsen af landbaseret elektricitet. Der foreligger en EU-anbefaling om, at landbaseret elektricitet fritages / lempes for afgift, i lighed med gældende regler for bunkersolie. Regeringen har netop indført en lov om lempelse af afgift for landbaseret elektricitet der forbruges om bord på skibe. Denne lempelse af afgiften gælder dog kun for skibe over 400 Bruttoregisterton (GT), hvilket afskærer op imod ti (10) af de mindre danske færger fra at udnytte den billige elektricitet til drift af færgerne. De primære grønne tiltag, udover alternative energiformer, er de energibesparende, og dermed miljøvenlige tiltag både i forbindelse med færgernes fremdrivning og øvrige energiforbrug ombord. Potentielt kan der ligge store besparelser for miljø og driftsøkonomi, ved tiltag omfattende energioptimering. 1 1.2 Formål Bilfærgernes Rederiforening ønsker, at skabe et overblik over mulige grønne tiltag via et ”idékatalog”, et idékatalog der for landets færgeruter gennemgår mulighederne for, at overgå til alternative miljøvenlige fremdriftskilder, herunder navnlig mulighed for batteridrift og LNG. Idékataloget skal samtidig analysere barrierer, så det kan gøres klart for de politiske beslutningstagere, myndigheder og øvrige interessenter, hvad der skal til, for at det enkelte rederi / rute kan opnå en særlig grøn profil. Som led i det analysearbejde, der skal danne basis for idékataloget, skal det miljømæssige potentiale ved overgang til anden fremdriftskilde anslås. Eksempelvis overgang fra dieselolie til gas eller elektrisk drift, hovedsageligt baseret på overskud af elektricitet fra vind- eller vandkraft lagret på batterier. I den forbindelse skal den skønnede investering og tilbagebetalingstid estimeres. 1.3 Metode For at kunne evaluere de potentielle grønne tiltag er der brug for viden om de eksisterende danske færger. Der er stor forskel på færgerne, og der er således behov for at inddele dem i kategorier for dermed at reducere analysearbejdet. Udgangspunktet for analysen til idékataloget er data indsamlet fra de danske færgeoperatører. Data indeholder parametre for hoveddimensioner, overfartstid, hastighed, brændstofforbrug, etc. For at inddele færgerne i passende kategorier, der adskiller dem fra hinanden, analyseres data, og der foretages en række plot der viser sammenhængen imellem de enkelte parametre. På baggrund af dataanalysen inddeles færgerne i tre (3) kategorier. For hver af de tre (3) kategorier udvælges en repræsentativ færge, der bruges som casestudie. I casestudierne beregnes de miljømæssige og økonomiske aspekter af en række forskellige løsninger for alternative energiformer og andre energibesparende tiltag. Som baggrund for casestudierne udarbejdes beskrivelse af miljømæssige, praktiske og økonomiske forhold for de potentielle tiltag. Tiltagende begrænses ikke til at være alternative energiformer og fremdrivningsspecifikke, men inkluderer også andre energi- og miljøbesparende tiltag. Desuden analyseres eventuelle barrierer i forbindelse med de forskellige tiltag. Udgangspunktet for nærværende analyse er således udvælgelsen af tre (3) færgekategorier i den danske færgefart, og at fortage en generaliserende analyse af muligheder, samt rentabilitet på en ombygning til en alternativ energiform / grønne tiltag. Rapporten vurderer, at det er vanskeligt at generalisere færgerne i hver kategori, da der på trods af sammenlignelighed mellem færgerne i kategorien, stadig er store variationer i færgernes driftsprofil. Rapporten har derfor ikke fundet det muligt, at lave en generaliserende beregning for hver færgekategori, hvorfor der er valgt en repræsentativ case færge for hver kategori. Beregning af de grønne og økonomiske besparende forhold foretages med udgangspunkt i case færgernes konfiguration før ombygningen til en alternativ energiform / grønne tiltag. Ved beregningerne indgår eksempelvis reduceret brændstofforbrug, reduceret smøreolieforbrug, samt reduceret vedligehold. Herudover vil der for mange ombygninger betyde, at der kan tages en eller flere motorer ud af drift, hvilket i sig selv bidrager yderligere til en kraftig reduktion i drifts og vedligeholdelsesomkostninger, da disse vil stå i standby eller helt bortskaffes fra færgen. 2 Tilbagebetalingstiden (Return Of Investment ROI) for omkostningen til ombygning til en alternativ energiform og grønne tiltag vil naturligvis afhænge af færgernes nuværende driftsomkostninger, herunder brændstofforbrug, maskineriets gangtimer, fremdrivningsmotorens nuværende belastningsområde (se figur 10), samt vedligeholdelsesomkostninger. En relativ høj driftsomkostning vil således give en hurtig tilbagebetalingstid og visa versa. Det har ikke været muligt at få oplyst eksakte driftsomkostninger fra alle færgeoperatører, hvorfor disse omkostninger er estimeret ud fra case færgernes størrelse, driftsprofil og motorleverandørernes oplysninger. Herudover tager rapportens beregning af tilbagebetalingstiden ikke højde for omkostninger til f.eks. forretning og pengestrøm. 3 2 Dataanalyse For at skabe et overblik over de danske færger, og dermed danne en repræsentativ kategorisering af færgerne, er der udsendt et spørgeskema til færgeselskaberne. Spørgeskemaet, vedlagt i appendiks A, efterspørger data om størrelse, kapacitet, overfartslængde, overfartstid, motoreffekt m.m. I det følgende afsnit præsenteres data for at danne et overblik over færgernes parametre. Der er modtaget svar fra 39 færger. Data er suppleret med oplysninger fra Dansk Illustreret Skibsliste 2014 og informationer indhentet fra relevante portaler på internettet. Formålet med dataanalysen er, at skabe et overblik over færgernes type, størrelse og kapaciteter, således at færgerne kan kategoriseres for den videre analyse. For hver kategori vælges en case færge, en færge der er repræsentativ for kategorien. Data analyseres ved at plotte de indsamlede data, og data afledt heraf, på en hensigtsmæssig måde der anskueliggør færgernes parametre. I hvert plot er de valgte case færger repræsenteret som særskilte punkter. Der fokuseres på følgende data i analysen: Kapacitet Overfartslængde Hastighed Motoreffekt I det følgende vises grafer over udvalgte data af relevans for kategoriseringen. 2.1 Kapacitet Kapacitet angives ofte i dødvægt. Forholdet mellem dødvægt og deplacement er interessant, da dette forhold angiver noget om, hvor meget færger kan laste i forhold til deres størrelse. Figur 1 viser dødvægt som funktion af deplacement og Figur 2 viser forholdet mellem dødvægt og deplacement som funktion af deplacementet. I figur 2 og 3 er dobbeltender og enkeltender færger plottet med forskellige farver, således at man kan se, hvorledes de to skibstyper ligger i forhold til hinanden. Der er en tendens til, at enkeltender færgerne (rød) har et mindre dødvægt/deplacementsforhold i forhold til deres størrelse. Dette kan skyldes, at enkeltender færgerne typisk sejler længere distancer, og derfor har mere komfort (aptering) om bord til passagererne. Denne tendens kan også ses på Figur 3 og Figur 4. Her angives lanemeter1 til lastbiler og personbiler. Figur 3 og Figur 4 viser, nok ikke overraskende, at kapaciteten stiger med færgens perpendikulærlængde Lpp. For alle fire (4) figurer ses et antal store dobbeltender færger (Scandlines og Færgen) der falder uden for kategori for de øvrige færger. Disse store færger kategoriseres under kategori C, Store kommercielle færger. 1 4 Et mål for, hvor mange meter vognbane, der er til rådighed på skibet. Dødvægt 3500 3000 Dødvægt [t] 2500 2000 1500 1000 500 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Deplacement[t] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Case C: Lolland Figur 1: Dødvægt som funktion af deplacement. Dødvægt / Deplacement 0,50 Dødvægt / Deplacement [-] 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Deplacement[t] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Figur 2: Dødvægt deplacement forhold, som funktion af deplacement. 5 Case C: Lolland 10000 Lanemeter lastbiler 700 600 Lanemeter [m] 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Lpp [m] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Case C: Lolland Figur 3: Lanemeter (lastbiler), som funktion af Lpp. Lanemeter personbiler 1800 1600 Lanemeter [m] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Lpp [m] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Figur 4: Lanemeter (personbiler), som funktion af Lpp. 6 Case B: Aarø Case C: Lolland 160 2.2 Overfartslængde En anden karakteristisk parameter er overfartslængden. Figur 5 viser overfartslængden som funktion af skibslængden. Med et par enkelte undtagelser ses det at enkeltender færger generelt besejler ruter med længere overfartslængde og skibslængden synes at stige med længden af overfarten Dobbeltender færgerne besejler generelt ruter med en kortere overfartslængde og her varierer overfartslængden ikke på samme måde med skibsstørrelsen med undtagelse af de store færger f.eks. Scandlines på Rødby – Puttgarten og Helsingør – Helsingborg overfarterne. Overfartslængde 30 Overfartslængde [sm] 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Lpp [m] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Case C: Lolland Figur 5: Overfartslængde, som funktion af skibslængde. 2.3 Hastighed Figur 6 viser den oplyste gennemsnitshastighed som funktion af overfartslængden. Som ventet stiger hastigheden med overfartslængden.. Hastigheden af skibe vurderes ofte på baggrund af en dimensionsløs hastighed, hvilket gør det nemmere at sammenligne skibe af forskellig størrelse. Den dimensionsløse hastighed hedder Froude tal2, og er plottet i Figur 7 som funktion af overfartslængden. Generelt stiger Froude tallet med længden af overfarten, indtil Froude tal når 0.25-0.30, hvor Froude tallet bliver konstant. Årsagen til dette er, at øges hastigheden yderligere stiger skibets skrogmodstand kraftigt. 2 Froude tal: Sammenhæng mellem Inertikræfter og Gravitationskræfter 𝐹𝑛 = 7 𝑉 √𝑔𝐿 Hastighed 18 16 Hastighed [kn] 14 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30 Overfartlængde [sm] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Case C: Lolland Figur 6: Hastighed som funktion af overfartslængde. Dimensionsløs hastighed 0,35 0,30 Froude tal [] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 5 10 15 20 25 Overfartlængde [sm] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Figur 7: Dimensionsløs hastighed (Froude tal), som funktion af overfartslængde. 8 Case C: Lolland 30 2.4 Motoreffekt På baggrund af færgernes hoveddimensioner og den rapporterede gennemsnitshastighed er effektbehovet til fremdrivning estimeret ved empiriske metoder. Figur 8 viser den installerede hovedmotoreffekt i forhold til den estimerede fremdrivningseffekt (for de dieselelektriske færger er hotellasten medregnet i estimeret effekt) som funktion af deplacementet. Mange færger, særligt dobbeltender færger, har meget ekstra effekt installeret i forhold til den rene fremdrivningseffekt. Årsagen er ofte, at fremdrivningseffekten er dimensioneret efter færgernes effektbehov til at kunne indhente evt. tabt tid og nødvendig effekt ved havnemanøvre, samt sejlads i dårligt vejr, i højere grad end efter færgens effekt behov ved den ideelle forlægningshastighed3. For de største af færgerne er den installerede fremdrivningseffekt tættere på den fremdrivningseffekt der anvendes ved forlægningshastigheden, det vil sige forholdet i figur 9 er lavere. Figur 9 illustrerer hvor differentieret effektbehovet er for færgernes driftsprofil. Umiddelbart en indikator for, hvor der er behov/potentiale for grønne fremdrivningskonfigurationer der energioptimeres til færgens differentierede driftsprofil. Effekt overhead Installeret effekt / estimeret effekt behov [-] 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Deplacement [t] Enkeltender Dobbeltender Case A: Omø Case B: Aarø Case C: Lolland Figur 8: Installeret effekt i forhold til estimeret effektbehov, som funktion af deplacementet. Som det fremgår har en del eksisterende færger en stor reserveeffekt. F.eks. har færgen LOLLAND en installeret effekt på 4370 kW og ifølge operationsprofilet angivet i ref. [3], skal færgen gennemsnitligt anvende 1197 kW for at kunne holde overfartstiden, hvilket giver en reservefaktor på 3,7. 3 Forlægningshastigheden er den fart som færgen sejler med under selve overfarten. 9 2.5 Kategorisering og cases Med udgangspunkt i resultaterne fra dataanalysen synes det formålstjenligt, at inddele de små færger i to kategorier, henholdsvis små dobbeltender og små enkeltender færger. En tredje kategori udskiller sig helt separat; de større kommercielle færger. I det følgende beskrives de tre kategorier nærmere. 2.5.1 Kategori A: Små enkeltender færger De små traditionelle færger (med stævn og hæk) har en længde mellem 20 til 50 meter og en antal overfarter på mellem 500 til 5.000 pr. år. Overfartstiden for disse færger er typisk over 30 minutter, hvilket betyder at færgerne for en stor del af overfartstiden sejler ved konstant hastighed med undtagelse af variationer på grund af sejlads på forskellige vanddybder. Ved sejlads på lavt vand sænkes hastigheden for at reducere energiforbruget. Omø færgen er valgt som case færge til at repræsentere denne kategori. Færgen repræsenterer de fleste parametre som en gennemsnitlig færge inden for kategorien. 2.5.2 Kategori B: Små dobbeltender færger En stor del af de danske færger er dobbeltender færger. Denne færgetype er kendetegnet ved at de har et symmetrisk skrog og fremdrivningsanlæg således den kan sejle lige godt i begge retninger foruden ikke skal foretage energi og tidskrævende vendemanøvrer. Denne type færger har ofte korte overfartstider med en høj overfartsfrekvens. Færgerne i dette segment har en skibslængde på mellem 25 og 50 meter, med over 10.000 overfarter pr. år. Overfartstiden ligger mellem 3 og 30 minutter. Denne kategori af færger har typisk et meget varierende effektforbrug under en overfart (start, stop, manøvre og sejlads). Den eksisterende maskinkonfiguration om bord på disse færger kan potentielt optimeres i forhold til det meget varierende effektforbrug. Optimeringen eller forbedringerne kan for eksempel findes ved hybridsystemer med forbedret acceleration og havnemanøvre. Aarø færgen er valgt som case færge til at repræsentere denne kategori. Færgen repræsenterer de fleste parametre som en gennemsnitlig færge inden for kategorien. 2.5.3 Kategori C: Store kommercielle færger De store kommercielle færger er i forbindelse med dataanalysen afgrænset til ruter drevet af rederierne Scandlines og Færgen4. Disse færger er dobbeltender færger med længde 100 til 145 meter. Antal af overfarter varierer fra 6.000 til 16.500 overfarter pr. år. Overfartstid ligger fra 20 til 120 minutter. Flere af færgerne inden for denne kategori har allerede gennemført energibesparende tiltag eller har en ombygning nært forestående. Færgen M/F Lolland er valgt som case færge til at repræsentere denne kategori. Færgen har endnu ikke været igennem en omlægning til et endnu mere energieffektivt og grønnere tiltag som eksempelvis elektrisk-hybrid. Færgen har således et åbenlyst potentiale for energioptimering. Færgen M/F Lolland er repræsentativ for de store kommercielle færger på en række af de fælles parametre. 4 Andre færgerederier driver også indenrigs og udenrigs ruter. 10 3 Grønne tiltag I de følgende afsnit beskrives flere forskellige grønne tiltag som identificeret. Ved gennemgangen af tiltag bliver der særligt lagt vægt på, hvorledes de respektive forslag kan anvendes. Indledningsvis beskrives alternative energiformer og løsninger til fremdrivning. Forbedringer til det øvrige energiforbrug ombord på færgerne beskrives efterfølgende separat. Afslutningsvis belyses øvrige tiltag, tiltag der vurderes at være af interesse for potentielt at kunne reducere den samlede miljøpåvirkning. 3.1 Fremdrivningssystemer Et traditionelt fremdrivningssystem på færger af kategori A og B, består af 1-2 dieseldrevne fremdrivnings motorer, også i daglig tale kaldet hovedmotorer (typisk 4-takts), samt 2-3 dieseldrevne generatorer, i daglig tale kaldet hjælpemotorer (typisk 4-takts). Hovedmotorerne driver propellerne og generatorerne leverer den elektricitet som skibet skal bruge for at kunne navigere, servicere kunderne, generel belysning, ventilation, pumper og alt øvrigt energiforbrug. Ved design og konstruktion af skibe, dimensioneres (udlægges) skibets hovedmotorer således, at hovedmotorerne har deres optimale ydelse når skibet sejler sin designfart. Det vil sige, at hvis skibets rute kræver en fart på 18 knob, udlægges hovedmotorerne til at yde i omegnen af 85 % til 95 % af deres maksimale belastning (output) ved netop denne fart. I dette belastningsområde har motorerne typisk også deres optimale udnyttelse af brændstoffet (W/g brændstof), og mindst forurening i forhold til udnyttet effekt. En hver motor har fra fabrikantens side et opgivet specifikt brændolie forbrug (SFOC) for hele motorens belastningsområde. Nedenstående diagram Figur 9 afbilder en typisk 4-takts motors specifikke brændolie forbrug for et givet belastningsområde. Gennemsnit SFOC for 4 takts motor SFOC Kg/Kwh 0,250 0,200 0,150 0,100 SFOC 0,050 0,000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Engine Load % Figur 9: Brændstofforbrug for en typisk 4 takts dieselmotor. Af ovenstående kan det konkluderes, at motorens forbrug af brændolie falder ved stigende ydelse pr. produceret kWh op til området 85 % til 95 %. Det vil således være ideelt, hvis motoren kunne belastes optimalt. En typisk færge sejlende i de danske farvande har en kompleks driftsprofil, bestående af manøvrering ind og ud af havn, overfart samt ventetid mens der lastes og losses. Hvert af disse 11 dele af driftsprofilen er meget forskellige med variation i belastning af både hovedmotor- og hjælpemotor. Færgernes driftsprofil kan generelt opsummeres i følgende dele: 1. Under manøvre ved afgang anvendes meget hovedmotoreffekt, da færgen skal op i fart og for enkeltendere eventuelt også vende ved manøvrer. 2. Under manøvre ved ankomst anvendes der også hovedmotoreffekt da færgen skal opretholde styrefart og efterfølgende stoppes helt op i færgelejet. Energiforbruget ved denne manøvre kan varierer afhængig af hvor trænet styremanden er. 3. Under overfarten anvendes konstant hovedmotoreffekt da færgen sejler designfart forudsat der ikke skal indhentes tabt tid. 4. Under havneophold kører hovedmotor i tomgang og anvender derfor minimal effekt, men med et højt specifikt brændstofforbrug. Ønsket må således være, at kunne holde en ensartet driftsprofil på motorerne i alle delene af en sejlads. 3.1.1 Hybride fremdrivningssystemer Hybride fremdrivningssystemer er kendetegnet ved at være systemer bestående af en generator drevet af en forbrændingsmotor, i kombination med en batteripakke fungerende som energilager. Hybride systemer er bedst kendt fra bilindustrien, hvor der igennem de sidste 15 til 20 år er sket en stor udvikling. Den første masseproducerede hybride bil, Toyota Prius, blev lanceret første gang i Japan i 1997. Bilen var revolutionerende i sin teknologi og havde et brændstofforbrug på 3,94 liter pr. 100 km, helt uhørt inden for bilbranchen på daværende tidspunkt. Året før havde VW lanceret deres spare bil Lupo 3L med hele 33,3 km/l. Lupo´en var dog ikke hybrid, men derimod 100 % dieseldrevet, og havde derfor et højere CO2 udslip en Toyota Prius. Toyota Prius findes i dag som 4. generation hybrid bil og er blevet videreudviklet således, at den også kører som plug-in. Det vil sige, at udover muligheden for at lade bilens batterier med bilens egen motor-generator, kan den også tilsluttes direkte med stik til det elektriske net. Denne 4. generation Toyota Prius kommer desværre ikke til Danmark på grund af den høje danske registreringsafgift. Der er dog i Danmark sket lancering af flere interessante hybrid biler og tendensen viser at befolkningen i Danmark vænner sig mere og mere til denne fremdrivningsløsning. På skibe og færger er hybride systemer stadig på det spæde stadie. Udviklingen går dog stærkt inden for hybridområdet i skibsfarten, hvor flere og flere af de store leverandører af elektrisk udrustning og systemer er fremkommet med løsninger til hybrid drift. Det er firmaer som Simens og ABB, samt en række producenter af batterier der er mest innovative på markedet lige nu. Inden for den maritime verden er der mange nye spændende og innovative tiltag for at fremme grønnere løsninger. Et eksempel er de to (2) færger der i dag er i drift under navnene M/V HALLAIG og M/F AMPERE. MV HALLAIG er en nybygget hybrid færge, som sejler i Scotland, og M/F AMPERE er en nybygget ren elektrisk drevet færge, som sejler i Norge. MF AMPERE har et design hvor batteripakken lades via en landbaseret batteripakke hvorved tiden der medgår til at lade batterierne ikke er en barrier for sejlplanen. Herudover er den landbaserede lade-station billigere at etablere for hvad angår de tilsvarende lade relaterede installationer på selve færgen, på grund af de større tekniske krav der stilles til en skibsbaseret installation. 12 Det skal dog bemærkes, at de to (2) færger er nybygninger, og derfor er potentialet anderledes end for retrofit af eksisterende færger som rapporten analyserer. Men de to (2) færger er glimrende eksempler på, at teknologien er til rådighed, og at andre rederier, inden for det samme segment som rapporten omhandler, kan se de økonomiske fordele ved grønnere tiltag. MV HALLAIG M/F Ampere Behovet for hybride løsninger i skibe er drevet af dels regionale og internationale beslutninger om reduktion i udledning af CO2, NOX og SOX fra skibe, men også behovet for energibesparelse og dermed reduktion af driftsomkostninger spiller en væsentlig rolle. Løsningen giver mulighed for, at energiforbruget kan sænkes ved at operere motorerne i det optimale interval. Hvis der kan holdes en ensartet driftsprofil på motorerne i alle operationsscenarier, ved at forsyne skibets forbrugere med elektricitet og holde motorerne i et optimalt belastningsområde på mellem 85 % og 95 %, vil der, som det fremgår diagram Figur 9, potentielt være meget energi at spare, samt heraf følgelig en væsentlig reduktion i CO2 udledning. Nedenstående diagram, Figur 10, illustrerer en ensartet driftsprofil, op imod en traditionel driftsprofil for en færge. Ved den ensartede driftsprofil er der indsat batteribank der kan lades på, når motorerne ellers traditionelt ville have været belastet mindre end den optimale belastning på 85 % til 95 %. Energien gemmes, og anvendes så igen når der er behov for den. 13 350 Effekt Produceret (KW) 300 250 200 Konventionel Drift 150 Hybrid Last 100 50 0 0 10 15 20 30 40 50 60 70 80 85 90 100 Overfartstid (%) Figur 10: Belastning af motorer ved hybrid henholdsvis normal drift. I ovenstående diagram fremgår det af de to kurver, at der er en optimal driftsprofil ved hybridlast, hvor belastningen holdes konstant. Samtidig fremgår det, at en traditionel normal belastningsprofil, hvor udsving i den leverede effekt er angivet, giver et ugunstigt specifikt brændstofforbrug jfr. 1. Den miljømæssige effekt af ombygning til hybrid løsning er primært besparelsen af brændstof. Sideeffekt ved at motorerne køre i deres optimale driftsområde bliver, at NOX og SOX udledningen reduceres i forhold til drift i motorens ugunstige belastningsområde. Hybride løsninger, samt rene elektriske løsninger for fremdrivning af en færge forudsætter, at fremdrivning sker ved elektriske motorer. For en traditionel dieselmotor er effektivitetsgraden (udnyttelsen af den tilførte energi) omkring 45 %, hvorimod en elektrisk motor har en effektivitetsgrad på hele 90 % til 95 %. I tillæg forbruger en elektrisk motor kun energi når den er i brug. En dieselhovedmotor vil køre i tomgang og have et energiforbrug, når færgen eksempelvis losser og laster. Det skal retfærdigvis her tilføjes at ovenstående effektivitetsbetragtning bør for helhedens skyld medtage alle tab / forbrug som det eksempelvis behandles i EU CEN Standard CEN 16258 "Methodology for calculation and declaration of energy consumption and GHG emissions of transport services (freight and passengers)". Tiltag for ombygning til hybrid drift Når det skal evalueres på, hvorledes en traditionel færge kan ombygges til hybrid drift, skal der i hvert enkelt tilfælde fortages en gennemgribende analyse af færgens driftsprofil. I det følgende er forskellige hybride løsninger for fremdrivning beskrevet. Eksisterende dieselelektrisk færge Omkostningerne ved overgang til hybrid drift vil være mindst for færger der i dag sejler med et dieselelektrisk fremdrivnings system. Disse færger har et dieselmaskineri som via generatorer producerer elektricitet til drift af elektriske motorer, der for deres del driver færgens fremdrivningspropellere. Generatorerne forsyner samtidig andre elektriske forbrugere om bord på færgen, kaldet hotel last. 14 Færger med en dieselelektrisk fremdrivningskonfiguration vil typisk opnå den korteste tilbagebetalingstid. Årsagen ligger i, at der her ”kun” skal installeres en batteripakke, en inverter og en softwarestyring der integreres med det eksisterende elektriske system og kobles ind på den eksisterende hovedtavle. Installationen kan sikre, at generatorerne altid opereres ved det optimale driftspunkt og at overskudsenergien opsamles i batterisystemet. Omkostningen ved ombygning til en hybrid diesel / batteri drift, for færger med eksisterende dieselelektrisk fremdrivningsanlæg, med introduktion af batterier, er ud fra en gennemsnitsbetragtning vurderet til ca. 1.600 euro/Installeret batteri kWh. Ovenstående beløb indeholder omkostninger til anskaffelse af elektrisk materiel, herunder batterier, inverter, transformer, samt installationen af det hybride anlæg. Omkostninger til ændringer af færgens konstruktion, samt foranstaltninger der skaber plads for placering af batterier, inverter og transformer er ikke inkluderet. Den nødvendige plads vil være individuelt fra færge til færge, i forhold til hvor mange ændringer der skal udføres. Eksisterende diesel mekanisk færge For en færge, hvor fremdrivningspropelleren er trukket af hovedmotoren direkte eller via reduktionsgear (diesel / mekanisk), bliver en ombygning til en hybrid løsning mere omfattende. Der skal installeres elektriske motorer til at drive propellerne. Dobbeltender færger har propellere i begge ender af færgen. Supplerende skal det vurderes, om de(n) eksisterende hovedmotor(er) med fordel kan ombygges til et generatoranlæg. Ændringen vil være, at der påbygges en elektrisk generator til at aftage energien, i stedet for det gear og den propelleraksel som hovedmotoren tidligere forsynede. I sin yderste konsekvens, vil det i nogle tilfælde kunne betale sig, at hovedmotorerne afinstalleres og tages i land, men det vil naturligvis afhænge af hovedmotorens egnethed og tilstand, samt om det eksisterende hjælpemaskineri vil have den nødvendige generatorkapacitet, til også at dække effekten til fremdrivningen af færgen (elektriske motorer), i kombination med en batteripakke. I nogle tilfælde vil der være behov for, at der skal suppleres med helt nye generatorer. Sammenfattende, vil det være afhængig af en traditionel færges driftsprofil, om det eksisterende hjælpemaskineri, og eventuelle hovedmaskineri kan genanvendes. Hvis der ikke kan opnås en dækkende og energieffektiv hybrid batteri / generator konfiguration med det eksisterende maskineri, kan det som den yderste konsekvens betyde, at maskineriet helt eller delvist skal erstattes med nyt. Udover nye generatorer og batteripakke skal der installeres ny elektriske motorer og styring til at drive propelleren. Det bør i denne forbindelse også vurderes, om der vil være en gevinst i tillige at udskifte propelleren til et andet propellerdesign. Eksisterende propeller vil oftest ikke være optimal i forhold til drift via en elektrisk motor, grundet den meget forskellige motorkarakteristik, herunder moment og omdrejningstal. Omkostninger ved overgang til en hybrid generator / batteri løsning for traditionelle færger med eksisterende diesel / mekanisk fremdrivningsanlæg, med introduktion af batteripakke, transformer, inverter og elektriske motorer, er ud fra en gennemsnitsbetragtning vurderet til ca. 2.600 euro/ Installeret batteri kWh. Den vurderede omkostning er vejledende og med udgangspunkt i genanvendelse af det eksisterende hjælpemaskineri (generatorer) og propeller, samt med forbehold for tilpasning af færgens øvrige installationer. 15 3.1.2 Ren elektrisk fremdrivningssystem I lighed med hybride systemer, er anvendelsen af en ren elektrisk løsning med forsyning til elektrisk fremdrivning og hotellast fra en batteripakke om bord, en måde at optimere energiforbruget. Energien til at drive færgen tilvejebringes ved opladning fra land. Elektriciteten vil blive produceret af store energi- og emissionsoptimerede kraftværker eller alternative energikilder som for eksempel vindenergi. Dette forhold kan potentielt reducere miljøbelastningen fra en færge med traditionel diesel mekanisk drift der ombygges til ren elektrisk fremdrivning og drift. Som rapporten tidligere har redegjort for er den energi der traditionelt produceres ombord på færgerne generelt produceret energimæssigt ineffektivt, foruden der er en potentiel energibesparelse ved overgang til en elektrisk fremdrivningsmotor. Ved ren elektrisk forsyning til fremdrivning og hotel last opnås en markant grønnere profil for den enkelte færge. Udledningerne fra færgen elimineres og miljøbelastningen flyttes til kraftværker eller alternative energikilder. For denne løsning kan færgen isoleret set blive emissionsneutral, men når den samlede energikæde tages i betragtning er der stadigt en miljøbelastning, hvis størrelse afhænger af hvorledes elektriciteten bliver produceret. En ren elektrisk løsning har mange fordele. Vedligeholdelsesomkostninger på roterende maskineri bliver kraftigt reduceret / bortfalder, ligesom der ikke skal opbevares olie eller filtersystemer til olie om bord. Samtidig kan mange hjælpesystemer samt startsystemer til dieselmotorerne helt bortskaffes. En ren elektrisk løsning har dog også sine begrænsninger, da det med den nuværende batteriteknologi forudsætter, at færgen har korte overfartstider (lille energibehov), og at ophold i havn er af tilstrækkelig varighed, efter hver overfart / rundtur, til at lade batterierne inden næste overfart påbegyndes. Ved en ren elektrisk løsning er færgens driftsprofil, sammen med færgens fartplan, nøglefaktorer i analysen af det nødvendige energibehov (kWh). Energibehovet vil således indgå i en korrekt dimensionering af batteripakken, samt vurdering af den ladekapacitet der skal være til rådighed, for at kunne genoplade batterierne efter en rundtur. Den rene elektriske løsning vurderes derfor med den nuværende batteriteknologi kun at være interessant for mindre færger med relative korte overfarter. Ved introduktion af en ren elektrisk løsning skal det samlede energiforbrug om bord på færgen vurderes nøje og mindskes mest muligt af hensyn til den optimale batterikapacitet. Der skal derfor ved ombygning fra diesel drift til ren elektrisk drift foretages generelle energibesparende foranstaltninger om bord. Dette skal naturligvis også analyseres ved en hybrid løsning, men ved en ren elektrisk løsning tæller hver en kWh, for at formindske størrelsen af batteri pakken og den nødvendige lade tid. Af generelle energibesparende foranstaltninger tænkes her på for eksempel belysningen om bord, ventilationen i passagerområder, pumper til vand og sanitet, optimeret styring af udstyr og andre lignende tiltag – se afsnit 4.3. Nogle af de mindre færger har korte overfarter, og anvender derfor en forholdsmæssig stor del af overfarten på manøvre, herunder acceleration og deceleration. Som bekendt koster acceleration 16 energi (kWh), men accelerationen / deceleration kan styres ved et PMS (Power Management System). Opkøring og nedkøring af motorerne tilpasset den overfart der sejles på, i forhold til afstand, hastighed og fartplan, således at energien der er til rådighed anvendes optimalt. Batterier Batterierne på hybride færger, og færger der kun er elektrisk fremdrevet via batterier, udgør et lager hvori der opbevares energi. Batterierne er sammensat af et antal celler der tilsammen danner en batteribank. Vurderinger og økonomiske betragtninger for denne rapport tager udgangspunkt i data modtaget fra batterileverandøren EST Technologies. Batterierne har forskellig levetid, alt efter hvor stor en del af batteriernes kapacitet der udnyttes. Udnyttes batterikapaciteten med 80 %, vil batteriet have en relativ kort levetid; mindre end 2 år. Udnyttes batteriet kun 40 %, vil batteriet kunne modstå over 10 års drift. Ved 40 % udnyttelsesgrad angiver leverandøren en 10 års garanti. Levetiden og dermed garantien vil være helt afhængig af den frekvens batteriet lades og aflades med. Hvis færgen eksempelvis lades efter hver overfart vil lade-frekvensen være antal overfarter pr. tidsperiode. Batteripakker fra EST Technologies har en budgetpris på 1.000 Euro/kWh og leveres i batteribanker af 136 kWh, med et spændingsniveau på 676VDC. I rapporten er denne pris anvendt som udgangspunkt for alle beregninger af udgifter og tilbagebetalingstider. I konkrete projekter viser erfaringen at der kan opnås en bedre pris efter forhandling, men det afhænger naturligvis af størrelsen på projektet mm. 3.1.3 Fremdrivningssystemer med LNG LNG er den flydende form af naturgas. Naturgas nedkøles, hvorved naturgassen fortættes til sin flydende form. Dette gøres for at give mulighed for transport af naturgas i den fase, hvor den fylder mindst muligt. LNG kan ikke anvendes i traditionelle dieselmotorer, hvorfor dieselmotorerne ved en færges skift til LNG som energiform, skal skiftes til enten rene gasmotorer eller dual fuel motorer der er en motor der kan anvende både gas og dieselolie ved forbrændingen. LNG skal opbevares i sin flydende form, men kan ikke anvendes uden at blive fordampet forud for forbrændingsprocessen. Opbevaring og processerne ved LNG om bord på en færge kræver særlige sikkerhedsinstallationer, ændret tankarrangementer og er generelt pladskrævende. Gassen skal forsynes rundt i færgen i rør med dobbelt væg. Der skal være gas detektorer på udstødningssystemet og på udluftning af krumtaphuset. Desuden skal forsyningen foregå via en gas ventil der fungerer som hurtiglukker, hvis der bliver detekteret et udslip. Bunkring af LNG på en færge er også omfattet af specielle sikkerhedsforanstaltninger og begrænsninger. Der kræves nøje planlægning af fartplan, foruden specielle bunkringsanlæg. Motivet for at skifte fra diesel til LNG er primært begrænsning i emissioner fra færgen. Ved LNG drift kan CO2 emissionerne reduceres med 20 til 25 %, NOX emissionerne kan reduceres med 85 til 90 % (for totaktsmotorer med 20 til 25 %), SOX emissioner kan reduceres med 90 til 95 % og partikler kan reduceres med 35 til 40 %. LNG er ikke smørende ved forbrændingen, hvorfor der skal anvendes specielle smøreolieprodukter på LNG motorer. LNG drevet motorer findes kommercielt i to udgaver, en hvor der anvendes dieselolie for at antænde gassen i forbrændingsprocessen (pilot fuel) kaldet en dual 17 fuel motor, og en type hvor der ikke anvendes dieselolie til antænding, men et tændrør, kaldet gas fuel motor. Forskellen i effektivitetsgraden for en LNG drevet motor, i forhold til en dieseldrevet motor, er relativt beskeden. Når dette sammenholdes med de relativt høje installationsomkostninger. 3.1.4 Fremdrivningssystemer med biodiesel Biodiesel bliver fremstillet ved en reaktion mellem en alkohol og olie/fedtstoffer af vegetabilsk eller animalsk oprindelse. Biodiesel kan anvendes som brændstof i stort set alle dieselmotorer, ved blot at udføre mindre justeringer på motorerne. Biodiesel kan også anvendes blandet op med fossilt dieselolie, og dette er allerede et lovkrav for dieselolie forhandlet på danske tankstationer. Biodiesel kan fremstilles af olie fra planter, som er dyrket udelukkende med det formål at fremstille biodiesel (1. generations biodiesel, 1G). Det er også muligt, at fremstille biodiesel ud fra affaldsfedtstoffer fra for eksempel slagterier (2. generations biodiesel, 2G). Endelig kan biodiesel fremstilles ud fra mikroalger, der bliver dyrket kun til formålet, at producere biodiesel (3. generations biodiesel, 3G). Biodiesel har en bedre smørerevne og et meget højere cetantal (bedre kompressions evner) end low sulfur diesel. Erfaringsmæssigt vil forbruget øges med 20% ved drift på 2 generations biodiesel foruden interval mellem smøreolieskift reduceres pga. øget mængde restprodukter fra forbrændingen. Herudover skal 2G biodiesel opvarmes i tankene for at holde det flydende hvilket er energikrævende Motivet for at skifte fra diesel til biodiesel er primært begrænsning i emissioner fra færgen. Det skal dog her nævnes at der hersker uklarhed om begrænsningen af emissioner ved drift på 2G biodiesel. Ombygningen er relativ simpel og uden høje omkostninger, dog er der specielle forhold vedrørende Anvendelse, håndtering og lagring af biodiesel, foruden den endnu ikke kan erstatte dieselolien helt. 3.1.5 Fremdrivningssystemer med røggasrensning Alle overstående grønne tiltag er baseret på ændringer af fremdrivningsmaskineriet og/eller energiformen. En alternativ måde at nedsætte forureningen lokalt er ved at rense røggassen inden den udledes fra færgen. Der findes forskellige teknologier på markedet, om end de stadig er meget uprøvede, og der forskes og udvikles stadig på området, drevet af den nationale og internationale målsætning om at nedsætte udledninger generelt. Scrubber En scrubber er et anlæg, som kan monteres i udstødningen på skibe, som forbrænder svovlholdigt brændstof, som tung olie (Heavy Fuel Oil eller HFO). Systemet renser udstødningen for svovlforbindelser (SOX), så svovl niveauet i udstødningen kan overholde fremtidige krav. En scrubber bruges altså til at fjerne svovlen fra røggassen, så man efterfølgende kan bortskaffe svovlen på anden vis. For danske færger i indenrigsfart skal bortskaffelsen være i land og konsekvensen er, at man skal opbevare affaldet om bord. 18 Fordelen ved en scrubber er, at man kan anvende brændstof med op til 3,5 % svovl og udlede under de 0,1 % SOX via røggassen, som bliver kravet i 2015. Det kan give en væsentlig drift besparelse, da denne type brændstof er billigere end for eksempel MGO med svovlindhold under 0,1 %. Scrubber teknologien som den findes i dag er dog uden relevans for færgerne i kategori A og B, da ingen af færgerne i kategori A eller B anvender HFO. Det forhold, at størrelsen og kompleksiteten på scrubbere og deres hjælpesystemer som de findes på markedet i dag, gør det vanskeligt og kan være relativt dyrt at efterinstallere på kategori C færgerne afhængig af forholdene ombord. Erfaring fra installation af scrubber på større færger med gode pladsforhold, og som anvender HFO, har vist korte tilbagebetalingstider helt ned til 2 år. SCR katalysatorer Selective Catalytic Reduction (SCR) anvendes til fjernelse af NOX og en meget udbredt løsning i bilindustrien. Løsningen vil, i særdeleshed inden for bilindustrien, komme til at blive anvendt for at kunne tilfredsstille de nye EURO 6 krav der træder i kraft i 2015. Teknologien finder også anvendelse på skibe med sejlads i områder hvor der er skærpet krav til reduktion of NOX udslip. Systemet består af en katalysator der indsættes på udstødningen af motoren. Katalysatoren dimensioneres efter motorens motordata, herunder blandt andet effekt, omdrejningstal, motorvolumen og turboladning. Katalysatoren overvåges af et styrings og reguleringssystem, som måler på aktuel røggas temperatur og mængden af NOX i udstødningsgassen og dosserer ved hjælp af disse data en mængde reaktiv væske. I dag anvendes urea (en ammoniak væske) som den reaktive væske der i katalysatoren omdanner NOX til Nitrogen (N2) og Vand (H2O) Således består systemet i sin enkelthed af: 1. Katalysator, hvori den reaktive væske urea reagerer kemisk med røggassen og spalter denne til nitrogen og vand. 2. En opbevaringstank til urea. 3. En styring og overvågningsenhed der overvåger NOX ved ind og udgang af katalysatoren, samt temperaturen før katalysatoren. Figur 11: Skematisk angivelse af SCR katalysator anlæg. 19 SCR teknologien kan være relevant for færgerne i alle 3 kategorier, hvor der vælges en hybrid dieselelektrisk løsning, og der samtidig ønskes at reducerer NOX udslippet yderligere, udover reduktionen opnået ved et mindre brændstofforbrug. SCR teknologien som den findes i dag er veludviklet og er realistisk at installere i alle færgekategorierne henset til kompleksitet, størrelse og vægt. Udover omkostningen til installationen, må der også påregnes en driftmæssig omkostning, i det SCR systemet har et forbrug af urea, og et behov for bortskaffelse af restprodukter. 3.2 Propellersystem De fleste eksisterende propellere på kategori A og B færgerne har variabel propellerstigning der anvendes for bak manøvre og manøvre i øvrigt. Ved retrofit af en elektrisk motor til fremdrivning skal propelleranlægget derfor undergå en ombygning, i det propellerakslens trykleje og kontrol af propellerstigning (om-styring), oftest er indbygget i reduktionsgearet, der er på bygget hovedmotoren. Generelt bør færgens eksisterende propellerdesign analyseres ved overgang fra diesel / mekanisk fremdrivning til fremdrivning med elektriske motorer, idet karakteristikken for en elektrisk motor er anderledes, end karakteristikken for en dieselmotor. Det har i sidste ende indflydelse på propellerens optimale design. Dertil kommer, at nogle af færgerne besejler ruter uden for den kondition (dybgang, trim, fart) de oprindeligt er designet til, hvorved forudsætningerne er ændret generelt. Rapporten vurderer, at disse forhold samlet vil lede til, at der kan ligge et potentiale i at modificere propellerdesignet og propellersystemet, herunder at anvende propeller med fast stigning. Ved modifikation af propellersystemet skal effektiviteten evalueres over færgens driftsprofil og sejladsscenarier, således at der opnås en høj effektivitet ved de relevante belastninger. Sejler færgen for eksempel primært i acceleration / deceleration det meste af overfarten, vil en propeller designet til den maksimale hastighed formegentligt have en ringere effektivitet under accelerationsfasen, hvor den hastighed, som propellerne oplever, er lavere end det den er designet til. Den lavere hastighed vil med stor sandsynlighed betyde reduceret virkningsgrad og i værste fald kavitation5 med reduceret levetid til følge. Under acceleration vil en propeller arbejde ved lav hastighed og relativt højt propellertryk, så belastningsgraden Cth bliver høj. En høj Cth værdi medfører generelt lav propellervirkningsgrad. En åben propeller uden dyse vil have størst propeller virkningsgrad for meget lave værdier af Cth, mens en dysepropeller vil have størst virkningsgrad for Cth større end ca. 1 jf. det efterfølgende propellerdiagram. Vurderingen af hvilken propeller der er mest fordelagtig for en given færge vil i høj grad bero på en vurdering af propellerbelastningsgraden under hele overfarten. Det skal i den sammenhæng nævnes, at en dysepropeller har en kursstabiliserende effekt på færgens sejlads, hvilket har stor betydning for færger der ofte har ekstreme længde/bredde forhold og ekstreme bredde/dybgangsforhold, da sådanne skibe ofte af natur er kursustabile. 5 Lavt tryk på propelleren får vandet til at koge, og det kan give trykinducerede skader på propeller og ror. 20 1.0 Ideal virkningsgrad Propeller virkningsgrad (-) 0.9 Konv. propeller (Wageningen) 0.8 Dysepropeller 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0 2 4 6 Propeller belastningsgrad Cth (-) 8 10 Figur 12: Propellervirkningsgrad for dyse og konventionel propeller. (Kilde: Forelæsningsnoter af Hans Otto Kristensen) Ved en eventuel udskiftning af propellersystemet skal der således tage højde for de forskellige belastninger ved overfarten, samt særlige belastninger i tilfælde af dårligt vejr. Sejler færgen på lavt vand, hvilket hovedparten af de danske færger gør på et eller flere tidspunkter under overfarten, skal der desuden tages højde for lægtvandseffekten. 3.3 Hjælpemaskineri Det er ikke kun energiforbruget der medgår til fremdrivning af færgen, der kan optimeres for at opnå en mere energieffektiv og grøn drift af færgerne. Hvis det for en diesel / mekanisk færge viser sig, at det indebære for store omkostninger at foretage en fuld ombygning til hybrid fremdrivning, er der mulighed for i stedet at anvende batterier til at dække færgens øvrige forbrug (hotel last), og dermed implementere et grønt tiltag. Energiforbruget der medgår til færgens øvrige systemer, lys, varme og ventilation kan for de fleste færger optimeres. Visse energiforbedrende tiltag kan give væsentlige energibesparelser, blandt andet optimering af kølesystemer og maskinrumsventilation, der for ældre installationer typisk bruger unødigt meget energi, hvorved selv små tiltag giver energibesparelser og deraf afledet mindre udledning af emissioner. Der kan ved energioptimering af disse systemer være tale om meget kort tilbagebetalingstid, da omkostningen til installationen typisk er relativ små. 21 Hjælpemotorerne / generatorerne belastet forskelligt i de forskellige driftsscenarier, da der er variation i elforbruget om bord ved kaj, ved afgang, ved ankomst, samt under overfarten. En udjævning af hjælpemotorernes / generatorernes belastning ved hjælp af batterier (hybrid løsning), vil yderligere bidrage til en reduktion af energiforbruget. 3.3.1 Batteridrift til andet end fremdrivning Et andet grønt tiltag, end at ombygge færgen til elektrisk eller hybrid fremdrivning, kan være ved at der installeres en batteripakke til at dække det øvrige energiforbrug om bord. Det vil sige, at det eksisterende system til fremdrivning, som udgangspunkt bibeholdes, mens hjælpemotorerne helt eller delvist erstattes af en batteripakke. Potentialet er her mindre, end for fleste af de andre anviste løsning. Energiforbruget om bord vil typisk være mindre end det der anvendes til fremdrivning. Til gengæld er omkostningen til installationen væsentligt mindre, da denne løsning kun kræver batterier, inverter og nogle få ændringer af det eksisterende elektriske system. Den nødvendige batteripakke være mindre og heraf billigere. Batterierne kan således helt eller delvist erstatte hjælpemotorerne, afhængigt af behovet. Batterierne kan lades når færgen ligger i havn og / eller ved hjælp af en enkelt generator der kører i det optimale drifts område på mellem 85 % til 95 %. Der installeres mulighed for at aftage elektricitet fra land ved færgelejet/færgelejerne. Elektriciteten anvendes så til opladning af batterierne, en opladning der kan gennemføres når færgen ligger stille i færgelejet over natten og / eller mellem overfarterne. 3.3.2 Belysning Ved en fremtidig energioptimering af færgerne bør det overvejes, om selve belysningen på færgernes forskellige dæk og i rum er optimal. Der er flere måder hvorpå forbrug af energi til lys kan optimeres, og der kan hentes inspiration fra anlæg på land. Selve lyskilden (pære og lysstofrør) kan skiftes til typer med lavere energiforbrug, og alternativt kan man regulere lyset kontinuerligt for at fastholde et minimumsniveau af lys på færgen. De mest energibesparende pærer er de såkaldte sparepærer og LED pærer. I begge tilfælde kan en 40 W gløde pære erstattes med en 7 til 8 W spare eller LED pære. Medregner man anskaffelsesomkostningen i driften, vil driftsbesparelsen for ændringer i belysningen være henholdsvis 70 % og 80 % ved drift på generatorer. Det giver en tilbagebetalings tid på ca. 6 måneder ved introduktion af sparepære og en tilbagebetalingstid på ca. 1 år ved introduktion af LED belysning. Ved en forsyning af elektricitet lempet for afgift, vil man kunne lade billig elektricitet på batterier, og besparelsen vil være ca. 60 % og 75 %. Tilbagebetalingstiden for denne løsning bliver øget til ca. 1 år, henholdsvis 2 år for introduktion af sparepære og LED. En sidegevinst vil være, at en glødepære holder ca. 6 måneder, en sparepære ca. 2 år og en LED pære ca. 6 år. Den store fordel ved LED kontra sparepæren er, at lys kvaliteten ved LED er bedre. I de fleste tilfælde vil man kunne skiftet fra traditionel pære eller lysstofrør til sparepærer og LED, uden at skulle udskifte fatning og lamper. Omlægning af energiforbruget til belysning ved at regulere lyset kontinuerligt kan også være en god og nem måde at spare på energien. Systemet kan ved hjælp af tænd / sluk automatik, men 22 også ved hjælp af automatiseret lys dæmpning regulere forbruget. Automatiseret lysdæmpning kan regulere de forskellige lyskilder, ved at måle den lysstyrke som er i rummet, hvorved lyset reduceres når solen skinner ind i rummet. Dog skal man ved lysdæmpning være opmærksom på, at ikke alle lyskilder kan dæmpes. Specielt kan nogle lysstofrør og nogle LED pærer ikke dæmpes. 3.3.3 Kølesystem En stor del af energiforbruget på hjælpemotorerne bliver brugt til at drive pumper til kølevand. Typisk er disse kølesystemer udlagt til maskineriets maksimale ydelse, med det resultat, at kølesystemerne kører med fuld effekt, upåagtet at dette ikke er nødvendigt. Regulering af kølesystem foregår normalt ved, at der reguleres ned på en ventil, hvorved der bliver afsat en del effekt i form af varme. Disse kølesystemer kan optimeres ved at regulere pumpernes ydelse ud fra kølebehovet ved hjælp af en frekvensomformer. De eksisterende pumper og deres tilhørende elmotorer kan desuden skiftes ud med pumper og motorer med en højere virkningsgrad, hvorved der opnås en yderligere energibesparelse. Selve modstanden i rørføringen bidrager også til et øget pumpeforbrug. Ved en optimeret rør størrelse og rørføring, vil der kunne opnås en mindre besparelse og måske en mulighed for, at installere en mindre pumpe, der igen vil have et mindre effektforbrug. Denne grønne løsning er mest aktuel for færgerne i kategori C, med relativ store maskinanlæg med tilhørende eksterne kølevandspumper. Sådanne systemer har de mindre færger i kategori A og B ikke, hvor det i stedet ofte er tvungentrukket kølevandspumper der er på bygget hoved- og / eller hjælpemaskineriet, og derved ikke kan reguleres individuelt. 3.3.4 Varme- og ventilationssystem En væsentlig del af energiforbruget om bord på en færge bliver brugt til varme- og ventilationsanlæg. Ventilationen i maskinrummet er oftest dimensioneret til at fjerne den totale varmeudvikling fra udstyret der er installeret, samt luftforbruget til motorernes forbrænding, ved maskineriets maksimale belastning. Hvis maskinrumsventilatorer i stedet bliver frekvensstyret og reguleret efter maskineriets aktuelle belastning, så kan der spares en væsentlig mængde energi her. Hvis der i tillæg installeres entalpivekslere6 i forbindelse med den varme luft der ventileres ud af maskinrummet, kan denne varme overføres til opvarmning af i øvrige rum om bord og derved spare den energi der ellers ville være anvendt til formålet, for eksempel via elektrisk opvarmning. I udstødningssystemet kan der installeres economisere7, således at restvarmen fra røggasserne kan genanvendes til produktion af varme ombord. Et sådan grønt tiltag har mest relevans for større færger i kategori C, da installation af economisere er pladskrævende og vægtforøgende. Af andre løsninger på varmegenindvinding kan overvejes genindvinding med varmepumper. Teknologien til anvendelse ombord på skibe er ikke fuldt udviklet og muligheder og potentiale skal afklares for den enkelte færge. Rapporten vurderer, at sådanne systemer vil have et potentiale for særlig de mindre færger i kategori A og B da plads og vægt er beskeden. Teknologien er i dag så fremskreden, at en typisk middel COP8 over et kalenderår vil ligge på 2,2. I praksis vil det svare til, at for hver kWh elektricitet anvendt, opnås 2,2 kWh varme. 6 Varmeveksler der også overfører fugt og dermed har en højere virkningsgrad Varmeveksler der udnytter varmen fra røggasserne. 8 Coefficient Of Performance. Angiver forholdet mellem den varme du får og den mængde elektricitet der anvendes 7 23 Det er naturligvis en forudsætning at der skal være et behov for den varme / energi man kan genindvinde ellers er det formålsløst at installere udstyr til genindvinding. Oftest er de mindre færger opvarmet med en kombination af overskudsvarme fra hovedmaskineriet og elektrisk varme, så her vil der være et potentiale, især hvis færgen ombygning til en hybridløsning, hvor hovedmaskinen afinstalleres. 3.4 Operationelle tiltag 3.4.1 Power management Power management system (PMS) er et elektronisk system, som regulerer driften af hjælpemotorerne i maskinkonfigurationer, hvor der indgår mindst to (2), men som regel flere, generatorer. Systemet overvåger belastningen af hjælpemotorerne, og kan stoppe og starte generatorerne i forhold til det aktuelle effektbehov. Herved afholdes den samlede drift af generatorerne så optimal som muligt. Når der er brug for ekstra effekt, for eksempel under manøvrering, beder man PMS systemet om at gøre klar til manøvrering. PMS sørger hvorefter for, at den ekstra effekt hurtigt er tilgængelig. Efter manøvrering vil systemet så reducere og optimere driften igen. PMS vil således betyde, at færgen for eksempel kan nøjes med at have en (1) ud af tre (3) hjælpemotorer i drift under sejlads, og så startes der automatisk en (1) eller flere hjælpemotorer mere, når effektbehovet stiger ved manøvrering og acceleration. Udover selve belastningen under sejlads, så optimerer PMS også forbruget når færgen eventuelt har elektricitet fra land til rådighed. PMS egner sig bedst til større færger (kategori C) der har mere end to (2) generatorer installeret ombord, og hvor belastningen på generatorerne varierer meget. Det er tillige kendetegnet, at selve sejladsen er en betydelig del af overfartstiden. For hybride løsninger og ren elektriske løsninger kan PMS systemet anvendes til at regulere effekten fra generator og batteripakken ved acceleration og deceleration samt under sejladsen. Således kan generatoren anvendes optimalt og batteripakken lades / aflades inden for deres optimale tolerancer. 3.4.2 Drift og operation Besætningen står for den daglige drift og operation af færgerne. Det betyder alt andet lige, at en veluddannet besætning, der er fokuseret på en optimal drift og udnyttelse af energien, vil kunne sejle en færge meget effektivt. Der er primært to områder, hvor besætningen har stor indflydelse på den mængde energi som anvendes under sejlads. Det ene område er drift af maskineriet, hvor det er vigtigt at sikre en optimal drift, såvel af hovedmotor(er) som hjælpemotorer. Det andet område er selve ruten, hvor havne manøvrering, sejlads i lægt farvand og tiden for overfarten er de primære faktorer. For at sikre optimal drift af færgens maskineri er det vigtig, at besætningen er velinformeret omkring det maskineri og de muligheder der er for det givende anlæg. Sejlads med en færge er forbundet med en maksimal tid for den totale overfart (fast ruteplan). Tidligere studier har vist, at det er vigtigt at sikre en effektiv manøvrering i havn, samt at overholde den planlagte tidspunkt for afgang, for således at kunne sejle jævnt i så lang tid som muligt, og dermed kunne nedbringe den nødvendige hastighed under selve sejladsen. 24 Selve ruten og hastigheden på ruten, kan på nogle ruter også optimeres. Dette vil typisk være ruter, hvor en del af ruten fortages på lægt vand. I nogle tilfælde vil det være en fordel at sænke hastigheden over lægt vand og efterfølgende kompensere ved kun at øge hastigheden over dybt vand. Endelig kan en mere radikal løsning overvejes hvor sejlruten uddybes eller omlægges til dybere vand for at undgå effekten af lægt vand, og/eller at etablere en gravet sejlrende for at opnå en kortere sejldistance. En sådan løsning vil naturligvis være helt afhængig af lokale forhold, og er ikke yderligere behandlet i nærværende rapport. 25 4 Barrierer Ved barrierer menes der de udfordringer, såvel tekniske, fysiske, kommercielle og politiske, som måtte kunne begrænse eller helt udelukke introduktion eller anvendelse af de grønne tiltag. 4.1 Infrastruktur 4.1.1 Elektricitet Forudsætningen for ombygning af en færge til en løsning med ren elektrisk fremdrivning er, at der er adgang til den fornødne mængde energi igennem kabel forsyning fra en landbaseret lade station. Kapaciteten og størrelsen på den krævede landbaseret lade station afhænger af færgens energiforbrug (kWh) anvendt til fremdrivning og øvrige forbrug om bord, herunder pumper, ventilation, belysning m.m. Ønsker man at projekterer en færge til ren elektrisk fremdrivning, skal det det for hvert enkelt tilfælde klarlægges, hvilke muligheder der er for at etablere et lade anlæg i land, med hensyntagen til de forhold der tilbydes fra de eksisterende elektriske landinstallationer. Er der brug for udvidelse, for at sikre forsyningen? Etablering af højspændingsanlæg til færger med længere overfarter og kortere ligge tider vil være et krav. Oftest findes der ikke højspænding ved mange af de eksisterende færgelejer, og en udbygning af nettet med højspænding er derfor nødvendig. Etablering af forsyning med højspænding skal ske i samarbejde med de respektive elselskaber. Ved anvendelse af landbaseret højspændingsanlæg vil der være krav om en automatiseret opkobling. Der er tillige krav til højspændingsinstallationer om bord i skibe, herunder betjening, sikkerhedsafstande, afskærmning m.m. Disse faktorer skal belyses i hvert enkelt installationstilfælde, således at installationen er sikkerhedsmæssigt forsvarligt efter gældende regulativer på området. Et alternativ til udbygning af den landbaserede forsyning kan være, at der etablere en lade station der forsynes fra egen landbaseret generatoranlæg. For at tilgodese reduktion i emissioner ved denne produktion af elektricitet, kan den landbaserede generator forbrænde LNG, hvorved flere af de identificerede barrierer ved LNG installation om bord på færger elimineres. Et landbaseret lade anlæg, med forsyning fra det eksisterende net, vil ved større installationer kunne styres af en automatiseret forbindelse, en forbindelse der automatisk kobler på færgens lade stik til ved ankomst. Mindre installationer vil kunne håndteres manuelt, ved at et besætningsmedlem monterer stikket ved ankomst og fjerner stikket ved afgang. Sidst nævnte løsning vil selvsagt reducere prisen for denne landbaserede installation. 4.1.2 LNG LNG skal opbevares ved meget lav temperatur, hvilket giver nogle kendte tekniske udfordringer. LNG er på nuværende tidspunkt ikke ført i rør frem til de danske havne for det eksisterende distributionsnet af LNG. Hvis LNG anvendes på skibe, skal LNG derfor leveres ved transport med andet skib eller tankbil. LNG kan lagres i mindre forbrugstanke på en færge, og med en ekstra lagertank i land. Med en sådan konfiguration kan færgen løbende bunkre LNG i løbet af et driftsdøgn. Gennemføres bunkring af LNG under drift, og ikke i dedikerede pauser, vil der være sikkerhedsmæssige forhold 26 der skal afklares. Kan man gennemføre bunkring af LNG samtidig med at passagerer går ombord eller fra borde, eller personbiler kører til og fra færgen? Benyttes alternativet, at installeres store LNG tanke om bord på en færge, forudsætter det at pladsforholdene er til stede. Forsyning vil da typisk være via tankbil i forskellige større intervaller. Hvis LNG leveres med andet skib, kræver det et større tankanlæg på land. Et tankanlæg på land skal godkendes af den enkelte kommune og staten, før LNG installationen kan tages i brug. I øjeblikket er prisen for LNG lavere end prisen for olie med lavt svovlindhold (som er det bedst sammenlignelige produkt), hvilket kunne gør det attraktivt at skifte til LNG. Der er dog store udgifter forbundet med installation af motorer og tankanlæg, udgifter som påvirker tilbagebetalingstiden negativt. Som tidligere nævnt er det rapportens vurdering, at LNG drift kun er relevant for større færger i kategori C, på grund af installationens kompleksitet, vægt og pladsforhold. 4.1.3 Biodiesel Overgangen fra fossilt diesel til biodiesel er i teorien simpel og lige til, da almindelig dieselmotorer kan forbrænde biodiesel efter mindre justeringer på motorerne. Biodiesel bliver dog kun produceret i en begrænset mængde. Således er den tilgængelige mængde meget lille, hvilket medfører en øget pris. Den mængde der bliver produceret i Danmark i dag, sælges primært videre til Tyskland. Der er ikke nogle yderligere barrierer i anvendelse af biodiesel, da den kan behandles og transporteres som fossilt diesel. Dog bør man være opmærksom på, at biodiesel meget let kan rådne, hvorfor længere tids opbevaring kan være et problem. Biodiesel siges at være CO2 neutral, hvis man stiller spørgsmålet til dem der producerer produktet. NGO organisationer har lavet rapporter, hvori de påpeger, at hvis man medtager CO2 forbruget ved fremstilling af biodiesel, samt dyrkning af de planter man eventuelt anvender, kan det meget vel være, at CO2 udslippet i realiteten bliver lige så stort som ved konventionel diesel, eller endog større. 4.2 Afgifter De traditionelle brændstoftyper der anvendes i skibstrafikken, såsom tung olie HFO, og de lettere olier MDO og MGO, er fritaget for afgifter, når de anvendes til søtransport. Det betyder, at det driftsøkonomisk kan være dyrt at skifte til alternative brændstoffer eller energikilder der ikke er lempet for afgift. I de følgende beskrives afgiftsforholdene for de brændstoftyper der er relevante for færgekategorierne i nærværende rapport. 4.2.1 Elektricitet Elektricitet er pålagt en høj statslig afgift på 72,1 øre/kWh. Til sammenligning er prisen på elektricitet, eksklusiv afgifter, 42 øre/kWh. Afgiften har således stor betydning for økonomien ved ren elektrisk drift. Beregninger i rapporten tager udgangspunkt i en lempelse af afgiften på elektricitet, således den samlede betaling udgør 46 øre/kWh. Dette kræver imidlertid også, at PSOafgiften fjernes, en afgift som i dag udgør ca. 22 øre/kWh. Fjernes PSO-afgiften ikke sammen med lempelsen af kWh prisen, vil denne samlede betaling udgøre ca. 68 øre/kWh. Herudover vil prisen på differentierer i forhold til geografisk placering samt hvilket tidspunkt på døgnet elektriciteten aftages, hvilket der ikke er taget højde for ved beregning af tilbagebetalingstiden i nærværende rapport. 27 Den 2. juni 2014 blev det vedtaget ved lov [2] i folketinget, at nedsætte afgiften på elektricitet leveret til skibe med en bruttoregistertonnage større end 400 GT. Afgiften nedsættes til 4 øre/kWh, hvilket er en meget væsentlig reduktion. Vedtagelsen af loven er gennemført med henblik på, at få skibsfarten til at anvende elektricitet leveret fra land når skibe ligger i havn, som alternativ til anvendelse af egne hjælpemotorer til produktion af elektricitet. Ændringen skulle gerne mindske emissioner fra skibet, når de er i havn, hvor der er særlig fokus på det stigende antal anløb af krydstogtskibe i danske havne. Loven giver tillige mulighed for, at anvende elektriciteten til at lade på en batteripakke, og dermed muliggøre batteridrift til fremdrivning. 4.2.2 LNG LNG anvendt til søtransport er fritaget for afgifter i Danmark ligesom i Tyskland hvor LNG er pålagt en minimumsafgift fra EU. Der ses ikke umiddelbart en fordel ved at anvende biogas i stedet for LNG idet produktionsprisen for biogassen er væsentligt højere. Den danske produktionen af biogas er stadigvæk meget beskeden, og der findes kun små anlæg til at nedkøle gassen så den bliver flydende, og dermed anvendelig for transport og opbevaring. 4.2.3 Biodiesel I Danmark er det ved lov [2] vedtaget en fritagelse af afgift på biogas dog er den pålagt en minimumsafgift fra EU. 28 5 Casestudier I de følgende afsnit er casestudierne for de 3 kategorier beskrevet og de grønne tiltag er vurderet. For hver casestudie er der fortaget analyse af den enkeltes færge nuværende driftsprofil ud fra indhentet oplysninger fra skibene, suppleret med intern fortaget driftsanalyse af den pågældende cases. Omkostninger Ved beregning af hybride og ren elektriske løsninger med batterier er der anvendt batteri leverandør priser på 1.000 Euro/kWh batteri kapacitet, samt en installations pris på 600 Euro/Installeret batteri kWh for diesel elektriske færger og 1.600 Euro/Installeret batteri kWh for konventionelle færger. Installation dækker elektrisk nødvendigt udstyr for at fortage installationen, samt selve installationen, men eksklusiv eventuelle plads skabende foranstaltninger for udstyret ombord. Ved beregningerne er der antaget nedenstående omkostninger til etablering af landtilslutning, for løsning hvor opladning af batterier ved ren elektrisk drift er forudsat. Følgende anslåede værdier er anvendt: Etablering af landtilslutning i havneleje El selskab etablering af infrastruktur (fremføring) 400 Euro/Installeret batteri kWh 900 Euro/Installeret batteri kWh Ovenstående anvendte værdier kan variere efter hvor færgen sejler, og den allerede eksisterende infrastruktur ved havnelejet. Etablering af landtilslutning kræver en nærmere undersøgelse af den eksisterende infrastruktur, samt nødvendige foranstaltninger i de pågældende havnelejer. Besparelser Ved beregning af besparelser er medtaget brændstof besparelse ved ombygningen (angivet i tabeller som ”brændstofbesparelse pr. år), samt besparelse i vedligehold, som er generaliseret fra data modtaget af motorleverandører. Smøreoliebesparelse er medtaget for den reduceret drift med kørende maskineri, samt er medtaget en estimeret besparelse i effektforbrug ved reduceret anvendelse af hjælpemaskineri i forbindelse med kørende maskineri ombord (angivet i tabeller som ” Andre besparelser pr. år”). Brændstof besparelsen og andre besparelser giver til sammen den totale besparelse (angivet i tabeller som ”Total besparelse pr. år”) Ud fra ovenstående omkostninger og besparelser er der beregnet en tilbagebetalingstid på ombygningen. Da beregningerne ikke bygger på kendte budgettal på færgerne, der ikke har været tilgængelige til foretagelse af disse beregninger kan der være variationer i besparelserne ud fra den enkelte færges drift og vedligeholdelses mønster, ligesom der kan være variationer i omkostninger til ombygningen ud fra den enkeltes færge indretning og nuværende el-tekniske opsætning ombord. Der er i beregningerne forudsat fuld afgiftslempelse til en kWh pris på 46 øre, for alle cases uanset størrelse under eller over afgiftslempelsesgrænsen på 400 BT. Der er i beregningerne ikke medtaget nogen form for stats eller EU tilskud til omkostninger ved ombygning. 29 5.1 Case A: M/F Omø Figur 134: M/F Omø Færgen M/F Omø, sejler mellem Stigsnæs havn og Omø, som ligger i det sydlige Storebælt. M/F Omø har følgende primære data for ruten: Længde, overalt Længde, Lpp Bredde Deplacement Letvægt Effekt hovedmotorer i alt Effekt hjælpemotorer i alt Antal overfarter pr. år 37,30 32,65 11,50 521 396 735 618 5.800 m m m t t kW kW stk. Tabel 1: Data for M/F Omø. M/F Omø er udstyret med to (2) hjælpemotorer, samt to (2) hovedmotorer som driver to (2) konventionelle propellere. M/F Omø er valgt som skib for det casestudie der skal repræsentere små enkeltender færger, kategori A. Færgen er køllagt i 2003 og overfarten er 6,2 sømil9. Overfartstiden er 50 minutter og havneophold er på 10 minutter. Færgen er valgt, da den er en gennemsnitlig færge i et segment, hvor de fleste færger har et konventionelt mekanisk fremdrivningsanlæg. Denne type færge har typisk også et mindre antal overfarter, med en gennemsnitlig sejltid på 30 minutter til 1 time. M/F Omø er større end 400 GT, og færgen vil således være fritaget for afgift, hvis der løsning som forudsætter elektricitet fra land. 5.1.1 Omlægning til ren elektrisk fremdrivning M/F Omø har en lang overfartstid og et heraf afledt relativt højt energiforbrug. Den lange overfart medfører, at en omlægning til ren elektrisk drift vil kræve en stor batterikapacitet. Færgen ligger kun i havn 10 minutter mellem hver overfart. Det relativt store energibehov og korte havneophold 9 En (1) sømil = 1.852 meter. 30 medfører, at det vil være nødvendigt at etablerer en højspændings lade station i hvert havneleje (Omø og Stigsnæs), for at kunne lade den nødvendige mængde på batterier under havneopholdene. I dette særlige tilfælde er forfatteren bekendt med Stigsnæsværket, som ligger tæt ved Omø færgens ene havneleje og dette vil potentielt kunne reducere omkostningerne ved ombygningen i forbindelse med etablering af infrastruktur (fremføring af højspænding) til havnelejet i Stigsnæs. Under forudsætning at installationsprisen i Stigsnæs halveres i forhold til de generelle forudsætninger angivet tidligere i rapporten, vil dette reducere tilbagebetalingstiden med ca. 2 år. Det vurderes at den anviste hybride ombygning vil have en tilbagebetalingstid på ca. 20,6 år. Energibehov pr. overfart (enkelt overfart + enkelt havneophold) 334 kWh Batteripakke 952 kWh Omkostning for ombygning 36.880.480 kr. Drift / vedligehold batterier 10.000 kr. Brændstof besparelse pr. år 1.440.651 kr. Andre besparelser pr. år 411.808 kr. Total besparelse pr. år 1.852.459 kr. Tilbagebetalingstid 19,9 år Levetid for batteripakke >10 år Tabel 2: Nøgletal for omlægning af M/F Omø til EL-drift. 5.1.2 Omlægning til hybrid fremdrivning M/F Omø kan potentielt omlægges til hybrid drift, hvor det forventes at der kan opnås en årlig besparelse i størrelsesordenen 399.974 kr. Den hybride konfiguration opnås ved at installere en batteripakke på 136 kWh, bortskaffelse af hovedmotorerne, samt bibeholdelse af hjælpemotorerne og tilhørende generatorer. Propellerakslerne der før var drevet af de to (2) hovedmotorer, skal så i stedet drives af elektriske motorer, som forsynes af de eksisterende generatorer, i kombination med en batteripakke. Belastningsområdet10 på hjælpemotorerne er antaget for nuværende at have et gennemsnit på ca. 53 % ved normal drift, og disse motorer vil i den tænkte løsning kunne kører i et forbedret konstant lastområde på 85 % (med to hjælpemotorer). Hovedmotorerne, som forudsættes at blive afinstalleret, ligger i et beskedent gennemsnitligt belastningsområde på ca. 28 %. Vægten fra de manglende hovedmotorer, opvejes af batteriinstallationen, således at ombygningen bliver så vægtneutral som muligt. 10 Se typisk brændstofs udnyttelse i forhold til belastning på motor i figur 10. 31 Det vurderes, at denne hybrid ombygning vil have en tilbagebetalingstid på ca. 6,6 år. Energibehov pr. overfart (enkelt overfart + enkelt havneophold) 336 kWh Batteripakke 136 kWh Omkostning for ombygning 2.634.320 kr. Drift / vedligehold batterier 10.000 kr. Brændstof besparelse pr. år 213.868 kr. Andre besparelser pr. år 221.161 Kr. Total besparelse pr. år 435.029 kr. Tilbagebetalingstid 6,1 år Levetid for batteripakke >10 år Tabel 3: Nøgletal for omlægning af M/F Omø til hybriddrift. 5.1.3 Omlægning til LNG M/F Omø kan som færge godt omlægges til fremdrivningssystem og generatoranlæg med forbrænding af LNG. Dette kræver dog en relativ stor investering, da alle motorer skal udskiftes og der skal installeres dedikeret LNG tank(e). Skulle færgen omlægges til anvendelse af LNG, vil den økonomiske besparelse ikke stå mål med den store investering. Tilbagebetalingstiden bliver uforholdsmæssig lang, og overskride færgens forventede levetid. Investering 23.842.800 kr. Besparelse pr. år 501.375 kr. Tilbagebetalingstid 47,6 år Tabel 4: Nøgletal for omlægning af M/F Omø til LNG. 5.1.4 Konklusion Case A Hybrid løsning Den nuværende maskinkonfiguration for M/F Omø gør det muligt, at opnå en optimeret hybrid belastning på generatorerne og dermed opnå et optimeret belastningsområde på de eksisterende generatorer. De eksisterende hjælpemotorer har en kapacitet som overstiger det samlede fælles energibehov til såvel fremdrivning som øvrige behov. Der vil således være overkapacitet på ladning af batteripakken når motorerne holdes i deres optimeret belastningsområde. Årsagen til denne relative store eksisterende overkapacitet kan skyldes, at generatorerne fra nye er udlagt til spidsbelastninger under havnemanøvre, men under overfart vil være belastet i mindre grad med dårligere økonomi til følge. Styring og automatik ved en hybrid løsning vil gøre det muligt, at periodevis stoppe en af generatorerne helt af, og udelukkende eller delvis sejle på energi leveret fra batterierne. Således forbruger færgen den oplagrede energi og driftstimer på motorerne reduceres med heraf følgende minimering af vedligehold, smøreolieforbrug, samt effektforbrug til hjælpemaskineri for den pågældende motor bragt til standsning. Det er rapportens vurdering, at en tilbundsgående undersøgelse vil kunne optimere yderligere på driften af færgen. Det bør undersøges, om der vil kunne udledes yderligere energibesparende foranstaltninger ombord, og derved potentielt opnå et mindre effektbehov for hoteldrift. Et mindre energiforbrug vil kunne reducere driftstimerne på motorerne. 32 Bliver den hybride løsning kombineret med andre tiltag, for eksempel i forhold til drift, PMS og generel sejlads, vil potentiale for yderligere besparelse ved ombygningen til en hybrid løsning være større. Resultatet vil være en reduktion i tilbagebetalingstiden og en endnu skarpere grøn profil. Rapportens konklusion vil for M/F Omø være, at der både økonomisk og miljømæssig eksistere et relativt godt potentiale i en ombygning til en hybrid diesel/elektrisk løsning. Ren elektrisk løsning Rapporten vurderer at omkostningerne til ombygning af M/F Omø til ren elektrisk drift vil være for bekostelige set i forhold til den besparelse der kan opnås. Set i lyset af færgens alder (11 år), vil en ombygning til ren elektrisk ikke være rentabel inden for færgens forventet levetid. Der kan naturligvis være et ønske om at få en ”100 %” grøn profil, men det kræver så accept af at færgen skal forblive i operation på samme rute i mere end 20 år, for at kunne betale investeringen tilbage. LNG For M/F Omø vil en LNG løsning vil være alt for omkostningstung. Omkostningerne vil ikke stå mål med den årlige besparelse, og løsningen vil have en meget lang økonomisk tilbagebetalingstid. 33 5.2 Case B: M/F Aarø Figur 145: M/F Aarø, kilde: faergegalleriet.dk Færgen M/F Aarø, sejler mellem Aarøsund og Aarø, som ligger i Lillebælt. M/F Aarø har følgende primære data: Længde, overalt Længde, Lpp Bredde Deplacement Letvægt Effekt hovedmotorer Effekt hjælpemotorer Antal overfarter pr. år 31,9 31,0 9,4 374 254 471 187 13.346 m m m t t kW kW stk. Tabel 5: Data for M/F Aarø. M/F Aarø er udstyret med to (2) hjælpemotorer, samt to (2) hovedmotorer som driver færgens azimuth thrustere11. M/F Aarø er valgt som skib for det casestudie der skal repræsentere små dobbeltender færger, kategori B. Færgen er køllagt i 1998. Overfarten er 0,6 sømil. Overfartstiden er 8 minutter. Færgen er valgt, da den er en gennemsnitlig færge i et segment, hvor de fleste færger har en konfiguration til fremdrivningen som består af azimuth thruster drevet ved direkte mekanisk drev (hovedmotoren er koblet på gear og direkte aksel til den enkelte thruster enhed). Færgen har et højt antal overfarter, og hver overfart tager ca. 8 minutter. M/F Aarø er mindre end 400 GT, og derfor ikke er omfattet af den nye afgiftslempelse. 11 En azimuth thruster er en selvstændig propellerenhed som kan drejes 360 grader om vertikal aksel, og dermed styrer færgen uden ror. 34 5.2.1 Omlægning til ren elektrisk fremdrivning M/F Aarø har en meget kort overfartstid, og forbruger derfor en relativt begrænset mængde energi for hver overfart. Det er rapportens vurdering, at en omlægning af M/F Aarø til en færge sejlende på ren elektrisk drift har et vist potentiale. Løsningen vil kræve, at opladning af en installeret batteripakke vil kunne ske med lavspændings lade station ved et af havnelejerne. Det vurderes at den anviste ombygning til ren elektrisk drift vil have en tilbagebetalingstid på ca. 11,4 år. Energibehov pr. rundtur (en rundtur + begge havneophold) 91 kWh Batteripakke 272 kWh Investering som engangsbeløb 7.902.960 kr. Løbende udgifter årligt 10.000 kr. Brændstofbesparelse pr. år 489.318 kr. Andre besparelser pr. år 203.826 Kr. Total besparelse pr. år, inklusiv brændstof 693.145 kr. Tilbagebetalingstid12 11,4 år Levetid for batteripakke >10 år Tabel 6: Nøgletal for omlægning af M/F Aarø til ren elektrisk drift. 5.2.2 Omlægning til hybrid fremdrivning MF Aarø kan potentielt omlægges til hybrid drift efter samme mønster, som beskrevet for case A (M/F Omø). Dog er der den forskel fra case A, at M/F Aarø er en mindre færge, og har et mindre forbrug af brændstof og et lavere antal driftstimer på kørende maskineri. Dette forhold reducerer potentialet for besparelse, mens omkostninger for investeringen kan sammenlignes direkte med case A. M/F Aarø er som M/F Omø udlagt med motor kapacitet til at absorbere spidsbelastninger, og det vil derfor være muligt, at flytte belastningsområde på kørende maskineri til et optimeret belastningsområde. Ved denne driftsform vil man kunne lagere overskydende energi og anvende denne igen fra batterierne, når spidsbelastninger indtræder under manøvre. Skulle en omlægning til hybrid drift for M/F Aarø gennemføres, bør færgens alder tages i betragtning. Til sammenligning er M/F Aarø ca. 5 år ældre en M/F Omø, og M/F Aarø vil således være godt 27 år gammel, når investeringen er tilbagebetalt. Det vurderes at den anviste hybride ombygning vil have en tilbagebetalingstid på ca. 12,0 år. Effektbehov pr. rundtur (en rundtur + begge havneophold) 91 kWh Batteripakke 136 kWh Investering engangsbeløb 2.634.320 kr. Løbende udgifter årligt 10.000 kr. Brændstof besparelse pr. år 106.992 kr. Andre besparelser pr. år 127.501 Kr. Total besparelse pr. år 234.492 kr. Tilbagebetalingstid 11,2 år Levetid for batteripakke >10 år Tabel 7: Nøgletal for omlægning af M/F Aarø til hybriddrift. 12 Det forudsættes, at elektriciteten bliver lempet for afgift. 35 5.2.3 Omlægning til LNG M/F Aarø kan som færge godt omlægges til fremdrivningssystem og generatoranlæg med forbrænding af LNG. Dette kræver dog en relativ stor investering, da alle motorer skal udskiftes, og der skal installeres dedikerede LNG tank(e). Skulle færgen omlægges til anvendelse af LNG, vil den økonomiske besparelse ikke kunne stå mål med den store investering. Tilbagebetalingstiden bliver uforholdsmæssig lang, og vil derfor overskride færgens levetid med mange 100 %. Investering 22.539.336 kr. Besparelse pr. år 174.082 kr. Tilbagebetalingstid 129 år Tabel 8: Nøgletal for omlægning af M/F Aarø til LNG. 5.2.4 Konklusion case B Hybrid løsning Rapporten vurderer, at en hybrid løsning kun er at foretrække, hvor der ønskes en mindre engangsinvestering. Tilbagebetalingstiden for hybrid løsning og en ren elektrisk løsning er status quo. Potentiale i besparelse efter det 12 år er dog størst for en ren elektrisk løsning, hvor der spares 669.141 kr./år, imod 218.680 kr./år for en hybrid løsning. Ren elektrisk løsning Rapporten vurderer, at en ren elektrisk løsning med installation af batteri på M/F Aarø vil være at fortrække. Færgens alder skal dog tages i betragtning med henblik på tilbagebetalingstid. Det vurderes ligeledes, at der vil være yderligere potentiale for at nedbringe tilbagebetalingstiden ved en gennemgang af eksisterende installation på færgen, for at identificere andre potentielle spare/grønne tiltag, der yderligere vil kunne reducere effekt behovet til hotellast, og dermed reducere det samlede energibehov under færgens sejlads. LNG For M/F Aarø vil en LNG løsning ikke ville være rentable som et grønnere tiltag. Omkostningerne står ikke mål med den årlige besparelse, og løsningen har en meget lang økonomisk tilbagebetalingstid. 36 5.3 Case C: M/F Lolland Figur 154: M/F Lolland Færgen M/F Lolland, sejler på ruten mellem Spodsbjerg og Tårs, som ligger i det sydlige Storebælt. M/F Lolland har følgende primære data for ruten: Længde, overalt Længde, Lpp Bredde Deplacement Letvægt Effekt diesel generatorer Antal overfarter pr. år 99,9 92,3 18,6 3.093 2.121 4.370 6.250 m m m t t kW stk. Tabel 9: Data for M/F Lolland. M/F Lolland er udstyret med fem (5) generatorer, som forsyner færgens elektrisk drevet azimuth thrustere, i daglig tale et dieselelektrisk fremdrivningsanlæg. M/F Lolland er valgt som færge for det casestudie der skal repræsentere kategori C, stører kommercielle færger. Færgen er køllagt i 2012, og overfarten er 7,6 sømil, som tager ca. 45 minutter. Færgen er valgt, da den er en gennemsnitlig færge i et segment, hvor de fleste færger har azimuth thrustere drevet ved dieselelektrisk eller traditionelt gear. Færgerne i denne kategori har et højt antal overfarter, og en overfartstid fra 20 minutter til 45 minutter. 5.3.1 Omlægning til ren elektrisk fremdrivning Da M/F Lolland allerede er dieselelektrisk er der færre omkostninger ved at omlægge færgen til ren elektrisk drift, da de elektriske fremdrivnings motorer allerede er installeret ombord. Færgen har 37 ved nuværende overfart korte havneophold og et relativt stort energibehov til overfarten. Det vil derfor være en nødvendighed at tilvejebringe en højspændings lade-station i hvert havneleje, for at opnå den nødvendige opladning af batterier under det forholdsvis korte havneophold. Batteripakken skal være relativt stor, for at sikre den nødvendig kapacitet mellem hvert havneophold. Det vurderes, at en ombygning til ren elektrisk fremdrivning vil have en tilbagebetalingstid på ca. 18,2 år. Energibehov pr. overfart (enkelt overfart + enkelt havneophold) 935 kWh Batteripakke 2448 kWh Omkostning for ombygning 76.597.920 kr. Drift / vedligehold batterier 10.000 kr. Brændstof besparelse pr. år 3.814.124 kr. Andre besparelser pr. år 495.781 kr. Total besparelse pr. år 4.309.905 kr. Tilbagebetalingstid 17,8 år Levetid for batteripakke >10 år Tabel 10: Nøgletal for omlægning af M/F Lolland til EL-drift. Omkostningerne for ombygningen indeholder her omkostninger til etablering af højspændings lade-station i hvert havneleje herunder fremførelse af højspændingen. I tilfælde hvor det vil være muligt at få f.eks. energiselskaber og/eller kommunerne til at betale omkostningerne til etablering af den elektriske infrastruktur vil det naturligvis reducere tilbagebetalingstiden væsentligt. Hvis det antages mugligt for færgen LOLLAND reduceres tilbagebetalingstiden til 10,2 år. 5.3.2 Omlægning til hybrid fremdrivning M/F Lolland er som nævnt ovenfor allerede i dag dieselelektrisk. Dette giver et godt potentiale for omlægning til hybriddrift. Analysen viser, at M/F Lolland vil kunne operere med en (1) diesel generator i drift ud af fem (5), såfremt der installeres en batteribank. Analysen er baseret på et beregnet effektbehov for overfarten, da de eksakte værdier ikke er oplyst. Beregningen forudsætter dog, at der i den nuværende driftssituation er to (2) diesel generatorer i drift samtidig. Såfremt der i den nuværende driftssituation anvendes mere end to (2) diesel generatorer under sejlads, bliver tilbagebetalingstiden forbedret med ca. 30 %. Det vurderes, at den anviste hybride ombygning vil have en tilbagebetalingstid på ca. 6,6 år. Energibehov pr. overfart (enkelt overfart + enkelt havneophold) 935 kWh Batteripakke 136 kWh Omkostning for ombygning 1.621.120 kr. Drift / vedligehold batterier 10.000 kr. Brændstof besparelse pr. år 118.544 kr. Andre besparelser pr. år 128.367 Kr. Total besparelse pr. år 246.911 kr. Tilbagebetalingstid 6,6 år Levetid for batteripakke >10 år Tabel 11: Nøgletal for omlægning af M/F Lolland til hybriddrift. 38 5.3.3 Omlægning til LNG fremdrivning M/F Lolland er forberedt til LNG drift, da der er gjort plads til en LNG tank ombord. Motorerne er dog ikke dual fuel eller rene gas motorer, og skal derfor udskiftes ved en sådan løsning. Det betyder, at investeringen for at omlægge til LNG er meget store, og investeringen står ikke mål med den besparelse der vil kunne opnås. Denne analyse underbygges af et detaljeret studie af omlægning af M/F Lolland til LNG hybrid drift, beskrevet i reference [3]. Investering 39.186.000 kr. Besparelse pr. år 85.286 kr. Tilbagebetalingstid 459 år Tabel 12: Nøgletal for omlægning af M/F Aarø til LNG. 5.3.4 Konklusion case C Hybrid løsning M/F Lollands nuværende maskinkonfiguration viser, at der for drift af generatorerne i kombination med en batteripakke kan opnås en konstant belastning i området 85 % til 95 %, da motorstørrelserne i dag passer ind i den samlede driftsprofil. Dette skyldes hovedsageligt, at M/F Lolland allerede i dag er dieselelektrisk. Det kan således konkluderes, at for M/F Lolland er der et økonomisk og miljømæssig potentiale i omlægning til en hybrid driftsløsning. Tallene og beregningerne i denne rapport bygger på forudsætninger for færgens driftsprofil der er anslået konservativt, da det fulde driftsregnskab for færgen ikke er kendt. Det vurderes derfor, at der vil være potentiale for yderligere besparelse ved omlægning til hybridløsningen, og dermed en reduktion i tilbagebetalingstiden og en endnu skarpere grøn profil. Ren elektrisk løsning Det vurderes, at en ren elektrisk løsning med batterier og ladning under havneophold kun vil kunne opnås rentabelt med M/F Lolland, såfremt der opnås tilskud fra staten eller EU til at udføre ombygningen. Kan der opnås et 50 % tilskud, vil tilbagebetalingstiden kunne halveres til ca. 8,9 år. Rapporten tager dog ikke udgangspunkt i denne mulighed, og rapportens vurdering bliver derfor, at det ikke vil være økonomisk rentabelt, at fortage en ombygning til ren elektrisk drift for M/F Lolland. LNG Det vurderes, at en LNG løsning ikke ville være rentable som retrofit til M/F Lolland. Investering står ikke mål med den årlige besparelse, og har en meget lang tilbagebetalingstid. 39 6 Konklusioner Med baggrund i data modtaget fra de danske færgeoperatører, samt efterfølgende beregninger og tekniske vurderinger, er denne rapport udarbejdet som et idékatalog over grønne tiltag for de eksisterende færger. Færgerne er inddelt i tre kategorier efter deres karakteristika, og de grønne tiltag er efterfølgende evalueret for hver færgekategori, via et casestudie. Case færger er udvalgt som repræsentativ færge inden for kategorien. Udgangspunktet for evalueringen er, at der er tale om ”retrofit” hvilket vil sige efterinstallation af de grønne tiltag på eksisterende færger eller i kombination med alternativ forsyningskilde i land. Når de enkelte rederier skal vurdere mulighederne beskrevet i denne rapport, er det vigtigt at færgens alder tages i betragtning, således at tilbagebetalingstiderne vurderes korrekt. 6.1 Energioptimering Færgekategori A, små enkeltender færger, er karakteriseret ved en relativt lang overfartstid, og sejler derfor en stor del af tiden ved maksimal hastighed. Færgerne sejler også hurtigere end de tilsvarende små dobbeltender færger. Den høje hastighed og den lange overfartstid giver et højt totalt energibehov på overfarten. En omlægning til en ren elektrisk løsning vil betyde, at der skal installeres en relativ stor batteripakke for at imødekomme dette store effektbehov. Havneophold for denne kategori af færger er samtidig ofte korte, hvorfor det vil være nødvendigt, at installere en meget kraftig tilslutning for elektricitet fra land i havnelejerne, som færgerne skal anvende, for at kunne lade batterierne tilstrækkeligt. Rapporten vurderer, at denne tekniske løsning ikke vil være rentabel, da omkostningerne til installationer på færgen, samt medfølgende installationer i land, ikke vil stå mål med den besparelse der vil kunne opnås. Rapporten konkluderer derimod, at netop denne færgekategori vil kunne drage økonomiske og miljømæssige fordele ved en omlægning til hybrid drift. Ved en hybrid løsning vil der kunne opnås en optimeret drift af generatorerne, og dermed en god besparelse i brændstof, vedligehold m.m. Omkostningerne for ombygningen til hybrid drift vil være overskuelige, og den estimerede tilbagebetalingstid for den samlede løsning vil være ca. 6-7 år. Færgekategori B, små dobbeltender færger, er karakteriseret ved at færgerne sejler på kortere ruter, med mange overfarter, og ved lav hastighed. Som konsekvens af de korte overfarter er der stor variation i effektbehovet under hver overfart, hvilket bevirker, at maskineriet ofte arbejder uden for deres mest effektive og optimale område. Resultatet er en samlet dårligere brændstoføkonomi. Rapporten vurderer således, at der er et potentiale for besparelser ved anvendelse af ren elektrisk drift eller hybrid drift. Casestudiet på M/F Aarø viser, at der kan opnås besparelse både ved ombygning til en ren elektrisk løsning eller ved omlægning til hybrid drift. Tilbagebetalingstiderne varier ikke meget for de to (2) tekniske løsninger. Der kan således forventes henholdsvis ca. 12 års tilbagebetalingstid for begge løsninger. Det forudsættes dog, at der for den rene elektriske løsning er gennemført en fritagelse for afgift på elektricitet fra land, en fritagelse som også omfatter erhvervsfartøjer mindre end 400 GT. 40 Færgekategori C, store kommercielle færger, er karakteriseret ved at have et stort energiforbrug, og dermed et potentiale for større besparelser. Mange af færgerne i denne kategori er allerede optimeret, ved blandt andet at være bygget med dieselelektriske anlæg, og i visse tilfælde endda med hybride løsninger. Det er rapportens vurdering, at der for M/F Lolland er et potentiale ved en ombygning til en hybrid løsning. Det vurderes, at det vil være fordelagtigt for denne kategori af færger, at foretage denne ombygning, hvorved der kan opnås driftsbesparelser og en optimeret grøn profil. Rapporten vurderer, at en omstilling til ren elektrisk drift vil have en uforholdsmæssig lang tilbagebetalingstid, med mindre omkostningen til etablering af højspændingselektricitet i land ikke medregnes i omkostningerne til ombygning af færgen. Beregninger viser således, at der vil kunne opnås en tilbagebetalingstid på ca. 7-8 år for en hybrid løsning, mens tilbagebetalingstiden for en ren elektrisk løsning vil løbe op i ca. 18-19 år i tilfælde hvor etableringsomkostningen for højspænding til lade-stationen medregnes, og ca. 10 -11 år når denne omkostning ikke medregnes. Da rapporten ikke kender drifts regnskab for M/F Lolland, vil der potentielt kunne optimeres yderligere på færgens driftsprofil, og dermed opnås en reduktion i tilbagebetalingstiden på en hybrid løsning. Øvrige forhold for alle 3 cases er også undersøgt. Omlægning til LNG er i alle tre (3) tilfælde behæftet med meget store omkostninger, sammenholdt med de relativt beskedne besparelser, som omlægningen vil give. Den miljømæssige gevinst ved omlægning til LNG er primært reduktion i udledning af svovlforbindelser og partikler. Udover optimering af færgernes fremdrivning, så anviser rapporten øvrige områder og teknologier, hvor energioptimering kan overvejes, herunder belysning, hjælpesystemer og varmegenindvinding. Effekten heraf afhænger i særdeleshed af færgens driftsprofil og eksisterende installationer. Sådanne tiltag kan enten foretages samtidig med energioptimering af fremdrivningen, eller som et alternativ i tilfælde hvor en optimering af fremdrivningsanlægget ikke findes egnet. 6.2 Miljø Rapporten konkluderer, at med den teknologi der er til rådighed, og som vil være aktuel for færgerne i kategorierne, vil energioptimering og/eller skift af energiform være det primære middel til at reducere miljøpåvirkningen. Rapporten anviser herudover også tekniske løsninger, der alene har til formål at reducere miljøpåvirkningen fra færgerne, løsninger som vil være en ren omkostning, uden positivt bidrag til færgernes driftsøkonomi. 6.3 Økonomi Rapporten anviser, at der er potentiale i flere af de alternative energiformer og grønne tiltag, til forbedring af færgernes driftsøkonomi. Rapporten anviser, at omkostningerne for installeringen af de grønne tiltag vil kunne betale sig over en given periode. Tilbagebetalingstiden vil være afhængig af omkostningens størrelse, indkøb af alternative energi (i forhold til køb af dieselolie) og besparelser på driften. For løsninger med 41 anvendelse af batteripakker er en tilbagebetalingstid svarende til den garanterede levetid på 10 år anvendt. Typiske tilbagebetalingstider (ROI13) for retrofit projekter som kommercielle rederier normalt vurdere som rentable er maksimalt 2 til 3 år. Rapporten vurderer, at det ikke er muligt at skifte energifrom med en så kort tilbagebetalingstid. For alle 3 cases er der medregnet udgifter til drift og vedligehold af maskineriet. Udgifter er baseret på en motorleverandørs beregninger, med et udgangspunkt i en 20.000 timers driftsperiode og det deraf mellemliggende hovedeftersyn på maskineriet. De anvendte drifts- og vedligeholdelsesomkostninger kan således variere fra faktiske tal i færgeoperatørernes driftsbudgetter. Der kan således ligger et yderligere potentiale for nedbringelse af tilbagebetalingstiderne gemt i de individuelle driftsbudgetter. Rapporten vil påpege, at der naturligvis vil kunne være andre motiver end rentabilitet der kan retfærdiggøre omkostningen til at installere grønne tiltag. Miljøgevinsten ved investeringerne kan være stor, særligt ved ren elektrisk drift, og investeringerne bør derfor vurderes på baggrund af, hvor meget ”miljø” man får eller ønsker at få for pengene. 13 Return of investment. 42 7 Referencer [1] A. F. Molland, S. R. Turnoch og D. A. Hudson, Ship Resistance and Propulsion: Practical estimation of ship propulsion power, New York: Cambridge University Press, 2011. [2] Lov om ændring af lov om afgift af elektricitet, lov om afgift af naturgas og bygas, lov om afgift af stenkul, brunkul og koks m.v. og forskellige andre love1, Folketinget, 2014. [3] H.-H. Simonsen, J. Johannnesson, J. Karlsson og E. S. Petersen, »Optimering af LNG/bateridrift for dansk indenrigs færgefart,« Miljøministeriet, 2013. [4] A. Krag og J. G. Trolle, »Danmarks småfærger - en fælles standard,« Svenborg, 2012. 43
