Analysis of design characteristics of ice-class supply vessels with alternative energy sources

Abstract

В работе приведены результаты анализа возможности применения на судах снабжения ледового класса альтернативных источников энергии: сжиженный природный газ, полностью аккумуляторная энергетическая установка и водородные топливные элементы. Актуальность работы связана с ужесточением норм выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, которое заставляет судовладельцев рассматривать применение альтернативных, более чистых в эксплуатации источников энергии. Была проведена начальная разработка проекта классического судна снабжения (с функциями заводчика якорей) ледового класса Arc6 дедвейтом 2700 т и мощностью ~14 МВт, работающего на дизельном топливе, которая использовалась как база для анализа возможности применения альтернативных источников энергии. В результате рассмотрения сжиженного природного газа в качестве основного топлива показано, что уменьшается грузоподъемность судна и ухудшается компоновка в связи с необходимостью размещения цистерн запаса увеличенного объема. Использование полностью аккумуляторной энергетической установки для рассматриваемого проекта невозможно ввиду больших требуемых масс аккумуляторных батарей. Использование водородных топливных элементов, вероятно, потребует серьезного изменения архитектурно-конструктивного типа судна, особенно в связи с увеличением объем криогенных цистерн запаса жидкого водорода, но, очевидно, является перспективным направлением, которое, в свою очередь, требует проведения большого количества научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. The paper presents the results of an analysis of the possibility of development ice-class supply vessels with alternative energy sources, such as liquefied natural gas, Li-ion batteries (a fully electric vessel) and hydrogen fuel cells. The relevance of the work is related to the tight standards for atmospheric air emissions, which forces shipowners to consider the use of alternative energy sources that are cleaner to operate. Initial design of a classic supply vessel (with anchor handling tug functions) with ice class Arc6, a deadweight of 2700 tons and a power of ~14 MW powered by diesel fuel is developed for uses as a basis for analyzing the possibility of using alternative energy sources. It shows that usage of liquefied natural gas as the main fuel decreases vessel’s cargo capacity and deteriorates general arrangement due to necessary to accommodate large storage tanks. The development of fully electric ice-class supply vessel is impossible due to the large required mass of Li-ion batteries. The usage of hydrogen fuel cells leads to serious changes in the vessel’s architecture, especially due to large liquid hydrogen storage tanks. However it is promising direction, which requires a large amount of research and development works.