SHOPERA

Energy Efficient Safe Ship Operation

Status

abgeschlossen

Beteiligte Wissenschaftler

Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar
Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Robert Potthoff M. Sc.
Sebastian Sigmund M. Eng.
Felix Roettig M. Sc.

Projektbeschreibung

Seit dem 1. Januar 2013 müssen Schiffsneubauten einen geforderten Energy Efficiency Design Index (EEDI) erreichen. Dieser Index gibt das Verhältnis zwischen CO2-Ausstoß und Transportleistung an. Die Reduzierung der installierten Maschinenleistung ist dabei eine einfache Möglichkeit, die Grenzwerte zu unterschreiten.

Bei Einhaltung des EEDI bestehen jedoch Zweifel an der ausreichenden Bemessung von Antriebs- und Steuerleistung zur Gewährleistung der notwendigen Manövrierfähigkeit unter ungünstigen Bedingungen. Die IACS (International Association of Classification Societies) hat zu diesen Themen bereits erste Studien vorgelegt. Während beim EEDI die Begrenzung der Abgasemissionen im Vordergrund steht, halten die Antragsteller eine ganzheitliche Betrachtung für sinnvoll, welche insbesondere auch die Sicherheit berücksichtigt.

Zu diesem Zweck wurden folgende Arbeiten durchgeführt:

  • Weiterentwicklung numerischer Verfahren zur Berechnung der Manövrierbarkeit von Schiffen unter schweren Bedingungen wie z. B. Seegang oder beschränktem Wasser
  • Modellversuche des Seegangs- und Manövrierverhaltens in Umgebungen mit kombiniertem Seegang und Wind für unterschiedliche Schiffstypen
  • Validierung der numerischen Verfahren mittels Modellversuchen sowie der Auswertung von Großausführungsmessungen
  • Untersuchung des Einflusses der Richtlinien auf die Entwurfs- und Betriebseigenschaften verschiedener Schiffstypen
  • Untersuchung des Einflusses der entwickelten Optimierungsprozedur auf den EEDI
  • Entwicklung neuer Richtlinien für die erforderliche Mindest-Antriebs- und -Steuerleistung zum Erhalt der Manövrierbarkeit unter ungünstigen Bedingungen.

Der Aufgabenschwerpunkt des ISMT in diesem Projekt lag auf der Weiterentwicklung eigener numerischer Methoden sowie deren Validierung. Hierzu wurden zahlreiche Modellversuche durchgeführt, sodass sowohl Propulsion, Zusatzwiderstand und Driftkräfte als auch vollständige Drehkreis- und Zick-Zack-Manöver in Wellen untersucht werden konnten, Abbildung 1.


​Abbildung 1: Hinterschiffsgeometrie des DTC für Berechnung des Pfahlzugs Abbildung 1: Hinterschiffsgeometrie des DTC für Berechnung des Pfahlzugs

Im Zuge der Validierungsarbeiten wurde ebenfalls ein internationaler Benchmark veranstaltet (http://shopera.org/benchmark-study/). Zu den Projektzielen gehörte nicht nur, die Fähigkeiten der eigenen Tools zu untersuchen, sondern auch den Stand der Technik zu dokumentieren, Abbildung 2 und [8].

 


Abbildung 2: Drehkreismanöver, DTC, 6kn, H=2m, T=10.6s, Vergleich der Benchmarkteilnehmer

Außerdem wurden vereinfachte Methoden zur Berechnung des Zusatzwiderstandes von Ruderkräften und weiteren Manövrierparametern ermittelt, um diese in einem Vorschlag zur Anpassung der EEDI-Regularien zu verwenden. Die Rudermodelle wurden dabei unter anderem mit Hilfe von CFD-Berechnungen verglichen, Abbildung 3.


Abbildung 3: Ruderquerkraft eines Halbschweberuders im Propellernachstrom, Vergleich von CFD und verienfachtem Modell

Die Ergebnisse des Projekts wurden zusammengefasst dem Maritime Environmental Pollution Committee der IMO (International Maritime Organization) vorgelegt [9].

Förderung

Eu-logo

  Gefördert von der Europäischen Union

 

Webseite

www.shopera.org

Weblinks

Spezifikationen, Teilnehmer und Ergebnisse des, im Rahmen des Projekts durchgeführten, Benchmarks – http://shopera.org/benchmark-study/

Veröffentlichungen
  1. Sigmund, S. and el Moctar, O. “Numerical prediction of the propulsion characteristics of ships in waves”, Proc. of the 35th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE2016 - 54793, Busan, South Korea, 19-24 June 2016
  2. el Moctar, O., Sprenger, F., Schellin, T. and Papanikolaou, A., “Numerical and Experimental Investigations of Ship Maneuvers in Waves”, Proc. of the 35th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE2016 - 54847, Busan, South Korea, 19-24 June 2016

  3. Papanikolaou, A., Zaraphonitis, G., Bitner-Gregersen, E., Shigunov, V., El Moctar, O., GuedesSoares, C., Reddy, D. N., Sprenger, F., “Energy Efficient Safe Ship Operation (SHOPERA)”, Proc. RINA  Int. Conf. on Influence of EEDI on Ship Design, Sept. 2014, London (UK).

  4. Papanikolaou, A., Zaraphonitis, G., Bitner-Gregersen, E., Shigunov, V., El Moctar, O., GuedesSoares, C., Reddy, D.N., Sprenger, F., “Energy Efficient Safe Ship Operation (SHOPERA)”, accepted for presentation at the 2015 World Maritime Technology Conference (WMTC150), 3-7 Nov. 2015, Rhode Island (USA).

  5. Papanikolaou, A., Zaraphonitis, G., Bitner-Gregersen, E., Shigunov, V., El Moctar, O., GuedesSoares, C., Reddy, D.N., Sprenger, F., “Energy Efficient Safe Ship Operation (SHOPERA)”, Proc. 12th Int. Marine Design Conference (IMDC2015 ), 11-14 May 2015, Tokyo (Japan)

  6. Papanikolaou, A., Zaraphonitis, G., Bitner-Gregersen, E., Shigunov, V., El Moctar, O., GuedesSoares, C., Reddy, D. N., Sprenger, F., “Minimum Propulsion and Steering Requirements for Efficient and Safe Operation (SHOPERA)”, Invited paper, 37th Motorship Propulsion and Emissions Conference, 4-5 March 2015, Hamburg (Germany).

  7. Papanikolaou, A., Zaraphonitis, G., Bitner-Gregersen, E., Shigunov, V., El Moctar, O., GuedesSoares, C., Reddy, D.N., Sprenger, F., “Energy Efficient Safe Ship Operation (SHOPERA)”, 6th European Transport Research Conference (TRA2016), 18-21 April 2016, Warsaw (Poland).

  8. SHOPERA, “Presentation of the Benchmark results“, http://shopera.org/download/2385/

  9. IMO (2016) Results of research project "Energy Efficient Safe Ship Operation" (SHOPERA), Paper MEPC 70/INF.33 submitted by Denmark, Germany, Norway and Spain 19 August 2016