| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Energiforbrug og emissioner fra skibe i farvandene omkring Danmark 1995/96 og 1999/2000

4. Maskinanlæg

Et skib er en helt selvhjulpen enhed udrustet med et stort antal maskiner, aggregater og apparater til at fremdrive skibet, håndtere lasten, og gøre at livet ombord kan foregå under gode og rimelige forhold.

I nedenstående gennemgås kort nogle typiske maskinerier ombord i skibe. Fælles for de nedenfor beskrevne maskinerier er, undtaget atomreaktoranlæg, at de alle kræver brug af olie som brændstof.

4.1 Hovedmaskineri

Ved et skibs hovedmaskineri forstås maskineriet til fremdrivning af skibet. Hovedmaskineriet består af en eller flere hovedmotorer eller hovedturbiner.

Dieselmotorer udgør den altovervejende del af hovedmaskineriet ombord i dagens skibe. Der skelnes mellem 2 hovedtyper af dieselmotorer, 2- og 4-taktmotorer. Totaktmotorerne betegnes også som langsomtgående motorer, og firetaktsmotorerne findes som medium og high speed motorer.

Langsomtgående motorer benyttes hovedsageligt ombord i store skibe og leveres i størrelser fra ca. 1.500 kW op til ca. 70.000 kW (B&W12L98). Langsomtgående motorer er meget driftsøkonomiske og arbejder ved lave omdrejninger. Det er en stor fordel, at motorerne arbejder ved lave omdrejninger, idet det er muligt at opnå den største virkningsgrad på skibsskruen, propelleren, ved lave omdrejninger. De lave omdrejninger betyder endvidere, at det ikke er nødvendigt at indkoble et gear mellem motor og propeller for at øge propelvirkningsgraden, hvilket sparer en dyr og forholdsvis kompliceret maskinkomponent. Langsomtgående motorer har typisk en omdrejningshastighed på ca. 65-150 omdr./min. Som brændstof benyttes fuelolie, og det typiske specifikke brændstofforbrug er på 0,17kg/kWh.

Medium og high speed motorer benyttes hovedsageligt i færger, mindre handelsskibe, krigsskibe og leveres i størrelser fra ca. 500 kW op til ca. 20.000 kW. Disse motorer har et bedre effekt/vægtforhold (flere kW pr. kg motor) end de langsomtgående motorer. Til gengæld er brændstoføkonomien knap så god. Omdrejningerne for medium og high speed ligger i området 100-3000 omdr./min. Som brændstof benyttes fuelolie, dieselolie eller gasolie, og det typiske brændstofforbrug ligger på 0,19 kg/kWtime for medium speed og 0,20 kg/kWtime for high speed.

Dampturbineanlæg ombord i skibe er ved at være en saga blot. De findes stadig, om end i et begrænset antal, ombord i handels- og krigsskibe. Dampturbineanlæg er i hovedbestanddelene identiske med kraftværksanlæg dog med den forskel, at turbinen ikke trækker en generator, men skibets propeller. Turbineanlægget tilføres damp fra en eller flere kedler. Dampen ledes til en turbine, der gennem et reduktionsgear driver skibets propeller. Kedlen fyres typisk med svær fuelolie.

4.1.3 Gasturbiner

Gasturbiner har siden midten af tresserne været brugt ombord i skibe. Den altovervejende del af de installerede gasturbiner har været installeret ombord i krigsskibe. Gasturbiner til fremdrivning er også set anvendt ombord i handelsskibe, og det ser i dag ud til, at brugen af gasturbiner ombord i civile skibe vil øges i de kommende år. Specielt indenfor skibstypen hurtige færger har gasturbiner vundet indpas, og senest er der blevet installeret gasturbineanlæg i nogle enkelte krydstogtskibe – en tendens der formodentlig vil fortsætte i de kommende år.

En af fordelene ved at benytte gasturbiner er, at der opnås en meget høj kW effekt pr. kg installeret maskineri. Dette forhold er en væsentlig faktor ombord i krigsskibe og hurtige færger, hvor en høj effekt/kg er af stor betydning, for at kunne opnå høje hastigheder. Gasturbinen optager endvidere forholdsvis begrænset plads, hvilket er af stor betydning i de nævnte skibstyper. Gasturbiners emission (pr. kWh) af NO_x er væsentlig lavere end en dieselmotors. Dette skyldes, at der i en dieselmotors forbrændingsrum er ugunstige fysiske forhold (tryk og temperatur), hvis NO_x-dannelsen ønskes holdt på et lavt niveau. Da en gasturbine generelt har den højeste virkningsgrad ved høj last, ses gasturbineanlæg i krigsskibe udført i et stort antal konfigurationer. Der kan være tale om en eller flere gasturbiner (op til 4) eller som en kombination af store og små turbiner eventuelt i forbindelse med dieselmotorer. Disse maskinkonfigurationer er opbygget således, at små gasturbiner eller dieselmotorer driver skibet ved lav fart og en kombination af gasturbiner og/eller dieselmotorer ved høj fart afhængig af skibets gearkonfiguration. Disse installationer høres ofte omtalt som CODOG (COmbined Diesel Or Gas) eller CODAG (COmbined Diesel And Gas) anlæg. Der findes andre kombinationer end de nævnte CODOG og CODAG anlæg.

Hurtigfærgen "Mai Mols".
Færgen er bygget i 1996 og i fart på ruten odden-Ebeltoft. "Mai" har 2 General Electric gasturbiner, der tilsammen udvikler 24.800 kW, hvilket resulterer i en service fart på ca. 44 knob.

Sammenfattende giver gasturbiner en høj effekt per kg turbine, og moderne gasturbiner har et forholdsvis lavt specifikt brændstofforbrug, specielt ved høj belastning. Det specifikke brændstofforbrug for en turbine, der yder 19.000 kW, er ca. 240 gram/kWtime. Det specifikke brændstofforbrug er i de fleste tilfælde højere end for dieselmotorer.

4.1.4 Atomreaktoranlæg

Reaktoranlæg benyttes hovedsageligt i ubåde, i enkelte overfalde krigsskibe og i nogle få russiske isbrydere. Der er bygget 3 handelsskibe på forsøgsbasis for at afprøve tekniske og operative koncepter af USA, Tyskland og Japan. Ingen af disse tre skibe er i drift i dag.

Reaktoranlæg er i princippet, og kort fortalt, et dampturbineanlæg, hvor dampen produceres af en atomreaktor og ikke som ellers af en kedel. Fordelene ved reaktoranlæg er, at der i praksis næsten er ubegrænset energi til rådighed. F.eks. yder fremdrivningsanlægget ombord i de amerikanske hangarskibe af Nimitz klassen 196.000 kW, og skibene kan sejle i ca. 13 år eller ca. 700.000-900.000 sømil svarende til ca. 40 gange jorden rundt, mellem hver fornyelse af reaktorkernen. Der findes på verdensplan atomreaktoranlæg installeret i ca. 15 store overflade krigsskibe (hangarskibe og enkelte andre).

Der, hvor reaktoranlæggene benyttes mest, er ombord i ubåde (ca. 295 på verdensplan), idet et reaktoranlæg ikke er afhængig af atmosfærens ilt til forbrænding, da energien til dampfremstilling fremkommer ved atomspaltning.

Som tidligere nævnt er fordelen, at der i praksis er ubegrænset energi til rådighed, samt mulighed for drift uden brug af atmosfærisk luft. De negative sider er, at disse anlæg er utroligt kostbare både i anskaffelse og drift. Sikkerhedsforanstaltningerne er ekstreme, og der er stort behov for højtuddannede specialister til at betjene disse anlæg. Endvidere er hele problematikken omkring bortskaffelse af brugte reaktorer og brugt reaktorbrændsel ikke løst på en tilfredsstillende måde. Reaktoranlæg kunne ellers udfra visse miljøanskuelsesvinkler synes attraktive, idet de ikke medvirker til direkte forurening af atmosfæren, da de ikke benytter fossilt brændsel som brændstof. Således er der ingen emission af CO₂ eller NO_x fra et reaktoranlæg.

Reaktoranlæg synes ikke i den umiddelbare fremtid at ville vinde indpas i civile skibe, da anskaffelses- og driftsomkostninger ikke er rentable udfra rent økonomiske betragtninger. Endvidere er der ikke nogen tilfredsstillende løsning på opbevaring af brugte radioaktive brændselselementer.

4.2 Hjælpemaskineri

Et skibs hjælpemaskineri består af et stort antal maskiner og aggregater. Ombord produceres elektrisk energi til eget brug, ved at en dieselmotor, dampturbine eller gasturbine driver en generator. Der er normalt installeret 2-5 anlæg til fremstilling af el. El kan også frembringes ved en akselgenerator, der trækkes af hovedmaskineriet, når dette er i drift.

Udover hjælpemotorerne kan skibet være udrustet med hjælpekedler til opvarmning af aptering og eventuel olielast. Hjælpekedlen kan også levere damp til eventuelle turbinedrevne cargopumper, der benyttes ombord i tankskibe til at pumpe last, olie, m.m. om og fra borde.

Udover at omfatte aggregater til produktion af el omfatter hjælpermaskineriet et stort antal pumper, kompressorer, køleanlæg, air conditionering, ventilation m.m.

4.2.1 Hjælpemaskineriets brændstofforbrug

Hjælpemaskineriet har i dagens skibe i mange tilfælde en effekt som et lille kraftværk i land. Skibene er som nævnt udrustet med et betydeligt antal hjælpeaggregater, der alle bruger el fra radar og navigationssystemer til køleanlæg og eventuelle reefer containere, kølerum, pumper m.m.

Hjælpemaskineriets størrelse er i nogen grad afhængig af skibets størrelse, men skibstypen har også stor betydning. Køleskibe, containerskibe med mange kølecontainere, tankskibe med mange eldrevne losse/lastepumper, færger og krydstogtskibe med store air conditioneringsanlæg og et meget stort antal lystarmaturer, kan nævnes som typiske skibe med stort elforbrug.

For at få en fornemmelse af elforbruget ombord i nogle forskellige skibstyper er der i den følgende tabel opstillet typiske effekter på installeret hjælpemaskineri, årligt olieforbrug m.m.:

Hjælpemaskineriets forbrugT.

Af tabellen ses den installerede effekt ombord i forskellige skibstyper. Totaleffekten kan være summen af en kombination af konventionelle generatoranlæg, akselgenerator og turbogenerator anlæg. FO betyder fuelolie og DO diesel/gasolie.

Ø-færgen "Aarø",
bygget i 1999.