Echtzeit-nahe Modellierung und Simulation von Umwelteinflüssen auf den Energieverbrauch von Schiffen


Project Acronym
MariModUm
 
Project Title
Echtzeit-nahe Modellierung und Simulation von Umwelteinflüssen auf den Energieverbrauch von Schiffen
 
Funding Code
03SX528L
 
 
Principal Investigator
 
 
Status
Laufend
 
Duration
01-12-2020
-
30-11-2023
 
Contractor Organization(s)
BMWi - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
 
Abstract
Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens MariData ist die Entwicklung eines umfassenden Systems zur Entscheidungsunterstützung zur Optimierung des Energieverbrauchs an Bord von Schiffen. Durch den Einsatz des Systems an Bord soll eine direkte Reduktion verbrauchsabhängiger umweltschädlicher Emissionen erreicht werden. Es soll der tatsächliche Energieverbrauch unter Berücksichtigung der physikalischen Randbedingungen möglichst genau erfasst und analysiert werden. Bei einem Anstieg des Energiebedarfes sollen die diesbezüglichen Ursachen erfasst und Handlungsvorschläge für die Entscheidungsträger im Schiffsbetrieb bereitgestellt werden. Die Vorschläge können dann zum Beispiel eine Geschwindigkeitsanpassung oder die Änderung der Route sein. Das System trägt so zu einem wirtschaftlicheren und ökologischeren Betrieb der Schiffsflotte bei.

Um ein solch umfangreiches System zu entwickeln, ist die rechnerische Berücksichtigung einer großen Bandbreite an Betriebsbedingungen und Umwelteinflüssen erforderlich. Hierzu wird die genaue Schiffsform erfasst und anschließend für die angewendeten fluiddynamischen Modelle verwendet. Diese berücksichtigen auch die aktuellen Betriebs- und Umweltbedingungen. Für einen erfolgversprechenden Einsatz muss das System in die bestehenden Systeme auf der Brücke integriert werden. Um all diese Anforderungen erfüllen zu können, ist für das Verbundvorhaben ein breites Konsortium an Projektpartnern und deren Kompetenzen erforderlich.

Die Komponenten des Kernsystems werden in einzelne Module aufgeteilt, welche die unterschiedlichen Einflüsse auf den Energieverbrauch berücksichtigen. Zu den Umweltbedingungen, denen ein Schiff im Betrieb ausgesetzt ist, zählen unter anderem der Seegang, Wind und der Zustand der Außenhaut des Schiffsrumpfes, welcher sich durch den Bewuchs verändert. Das Ziel des Teilantrages MariModUm des Instituts für Fluiddynamik und Schiffstheorie der Technischen Universität Hamburg ist, die möglichst genaue Erfassung der Widerstände in Abhängigkeit dieser drei aufgezählten Umweltbedingungen. Dazu sollen zunächst die zur Erfassung der Widerstandskomponenten notwendigen numerischen Methoden verbessert werden. Ziel dabei ist, die Genauigkeit und Effizienz zu steigern. Die Simulationsergebnisse der neu eingesetzten Methoden dienen dann als Datengrundlage für Ersatzmodelle, welche die Berechnung der verschiedenen Widerstandskomponenten an Bord in nahezu Echtzeit ermöglichen werden. Die Entwicklung und Anwendung der Ersatzmodelle stellt die zentrale Aufgabe des Teilantrages der TUHH dar. Im Anschluss an die Entwicklung der Module werden diese in das Gesamtsystem integriert und ausführlich getestet.