Forsyningsoperasjoner offshore med utslippsfritt drivstoff

Medforfattere: Tina Andersen, Truls Flatberg, Elin Espeland Halvorsen-Weare, Patrik Kjærran (student), Lars Magne Nonås, Endre Sandvik –

Det er mer fokus på klimagassutslipp fra skip enn noen gang før. Følgelig forventes behovet for lavutslipps- eller nullutslippsdrivkraft å øke. Batteri- og brenselcelleteknologien har utviklet seg de siste par årene, både når det gjelder teknologimodenhet og kostnader for store applikasjoner. Under paraplyen til forskningssenteret LowEmission har en gruppe forskere fra SINTEF Industry og SINTEF Ocean sett nærmere på kostnadsfaktorer forbundet med forskjellige grader utslippsreduksjon for forsyningsskip med hybride energiløsninger – innen en realistisk driftsmessig kontekst.

Hvordan ble studien utført?

Den tverrfaglige tilnærmingen i mulighetsstudien kunne gjennomføres ved hjelp av tre beslutningsstøtteverktøy: GYMIR , HyOpt og MOLO. GYMIR er et simuleringsverktøy for testing av skip under ulike operasjoner og værforhold, HyOpt er en modell for dimensjonering og design av hybride energisystemer og MOLO er et optimeringsverktøy for planlegging av ukentlige ruter for forsyningsfartøy og flåtevalg.

Studien ble gjennomført i et representativt scenario som omfatter en måneds forsyningsfartøyoperasjoner i Nordsjøen, og basert på data verifisert av industrien. Drivkraften var et hybridsystem som brukte den marine gassoljen MGO i den interne forbrenningsmotoren og hydrogen i brenselcellen i kombinasjon med batterier.

Resultater

Det aktuelle testscenarioet skulle fremstille en typisk offshore forsyningsoperasjon i Nordsjøen, som består av gjentatte rundturer fra basen med besøk til fire lokaliseringer offshore, og liggetid på basen innimellom. Simuleringer i GYMIR utføres i fire forskjellige skipshastigheter mellom 8 knop og 11 knop for å kvantifisere den kraften som er nødvendig for å holde i gang et forsyningsskip under realistiske sjø- og værforhold.

HyOpt-verktøyet brukes til å finne de optimale energisystemdesignene for et forsyningsfartøy med et hybrid drivkraftsystem som inkluderer hydrogen (brenselceller), batteri og en dieselmotor, i forskjellige scenarioer. Forskjellige systemvarianter resulterer i 48 testforekomster som er vurdert for utslippsreduksjonsnivå som varierer mellom 0 og 100 %.

I motsetning til fartøyskalaanalyser utført av GYMIR og HyOpt, brukes MOLO-verktøyet til å undersøke flåteperspektivet. Det bidrar til å avgjøre om antall og kombinasjon av skip er tilstrekkelig til å dekke lastebehovet og tilfredsstille alle servicekrav offshore. Analysen er rigget for å studere overgangen fra MGO til hydrogen som foretrukket drivstofftype.

Konklusjoner og potensial for utslippsreduksjon

Reduserte kostnader for et utslippsreduksjonsnivå på 50 % vil være 6 080–6 125 kroner per tonn CO2, avhengig av testenhetens innstillinger og lastprofil. Hvis hydrogen blir tilgjengelig på alle destinasjonsplattformer kan lagringskravene for hydrogen ombord på fartøyet reduseres med omtrent 80 %, mens den optimale brenselcellestørrelsen vil være omtrent den samme som for scenariokonfigurasjonen med hydrogenforsyning bare ved kai på land.

Det er betydelige kostnader involvert i oppgradering av skipsflåter med nye eller ettermonterte hybriddrivkraftsystemer, men disse oppgraderingene har potensial til å gi store utslippsreduksjoner.

Hvis du legger til en ekstra batteripakke på enten 600 kWh eller 1200 kWh øker de totale systemkostnadene, jamført med det optimale hydrogen-diesel-hybridsystemet som muliggjør en utslippsreduksjon på 50 %. Dette er hovedsakelig på grunn av de ekstra investeringskostnadene og at batteriet vil ha en lav utnyttelsesgrad. Det finnes imidlertid betydelige fordeler ved å ha et ekstra batteri om bord, da batteriet kan brukes som reservekraftforsyning i dynamiske operasjoner, eller for mer effektiv drift av den interne motoren, som igjen vil føre til drivstoffbesparelser.

For å fullt ut forstå effekten for den totale skipsflåten, bør analyse av effekten fra en gitt teknologi på en enkeltstående fartøyoperasjon kombineres med en flåteanalyse.

I dette scenarioet må en skipsflåte på 4 hydrogenskip erstatte en flåte på 3 MGO-skip (422 t CO2-utslipp) for å kunne innfri alle logistikkkravene til forsyningsoperasjonene offshore. I et scenario med en blandet skipsflåte kan det samme servicenivået oppnås med en kombinasjon av 2 hydrogenfartøy og 1 MGO-fartøy (173 t CO2-utslipp).