Ottimizzazione di sistemi di propulsione per navi metaniere

This report describes the current scenario for the LNG carriers propulsion systems, showing the strengths and weaknesses of each technology, proposing an original solution with the purpose of improving the combined cycle efficiency. After the first phase of comparison between the cycles currently in use, in relation to performances and pollutant emissions, the work focuses on the combined cycle as prime mover for LNG carriers. For logistical reasons, natural gas is transported in liquid form at a temperature of roughly -163 °C, and, because of inefficiencies, about 0,15% of the load evaporates every day. The natural gas with such a low temperature is interesting for more than one reason as it represents both an important cold source and fuel, therefore it can be used to increase the overall efficiency of the cycle. To do this, a mathematical model of combined cycle has been built. The classic cycle has been compared to a cycle in which a heat exchanger is used to cool down the inlet air temperature by using the naturally evaporated gas. The results show that with this kind of cycle design, is technically feasible to reduce the fuel consumption.

Nel presente elaborato si è descritto lo scenario attuale delle tipologie di propulsione per navi metaniere, evidenziandone pregi e difetti e proponendo una soluzione impiantistica innovativa al fine di aumentare l’efficienza del ciclo combinato. Dopo una prima fase di confronto tra i cicli attualmente adottati, sia dal punto di vista delle performances sia da quello delle emissioni, è stato trattato in maniera dettagliata il ciclo combinato come fonte principale di potenza, asservita alla movimentazione delle metaniere. Per motivazioni logistiche, il gas naturale è trasportato in forma liquida, la sua temperatura rasenta i -163°C e ogni giorno ne evapora una quantità pari a circa lo 0,15% del carico. Il gas naturale, fornito al ciclo a temperatura così bassa, rappresenta un’interessante risorsa e si è quindi cercato di utilizzarlo per aumentare il rendimento complessivo del ciclo. A questo scopo sono stati costruiti diversi modelli di ciclo a gas. Si è confrontato il caso base di ciclo combinato, con uno in cui è presente uno scambiatore di calore che raffredda l’aria in ingresso al compressore del turbogas, innalzando la temperatura del boil-off gas naturalmente evaporato. Si è dimostrato quindi che a livello tecnico è possibile ottenere benefici in termini di consumo, sia in caso di alimentazione a singola turbina sia in caso si utilizzino più turbine, con o senza post-combustore.