CRUISE-SHIP ENERGY SYSTEM DESIGN AND OPTIMIZATION UNDER UNCERTAINTY

Abstract

El crecimiento acelerado de la industria naviera en los últimos años, incluido el del sector de los cruceros, ha sido acompañada por un aumento proporcional de su contribución a la emisión de gases de efecto invernadero. Leyes medioambientales recientemente anunciadas, que exigen una gran reducción en las emisiones de los barcos, están requiriendo que todas las embarcaciones se conviertan en modos de transporte más eficientes energéticamente. El uso de celdas de combustible de óxido sólido ha sido demostrado ser, en nuevos estudios, de interés particular para solucionar potencialmente este problema. Sin embargo, en la mayor parte de las investigaciones los sistemas energéticos de los barcos han sido, y siguen siendo, optimizados de manera determinística, sin tener en cuenta la incertidumbre presente en sus parámetros de entrada. Dada la posible gran influencia de la incertidumbre en los parámetros sobre la optimización de los sistemas energéticos, el objeto de este proyecto es de valorar dicha incertidumbre y su efecto sobre los resultados de un modelo de un sistema previamente propuesto. Este sistema está basado en el uso de celdas de combustible óxido sólido (SOFC) hibridadas con celdas PEM. Por dicho propósito, se realizan la caracterización de incertidumbre en las entradas, seguido de un análisis de sensibilidad (AS). Los resultados muestran una importante presencia de incertidumbres en el modelo, especialmente con respecto a las tecnologías más nuevas y al coste del combustible. El AS revela que el precio del gas natural y la demanda media de electricidad son los parámetros más influyentes sobre el coste total del sistema. Sin embargo, para los tamaños instalados de las diferentes tecnologías, las eficiencias y las limitaciones de carga de la SOFC tienen un efecto mucho mayor que cualquier parámetro relativo a sus costes.

The accelerated growth of the shipping industry in past years, including that of the cruise-ship sector, has been accompanied by a proportional increase in its contribution to greenhouse gas emissions. Recently announced environmental laws, involving a large reduction in ship emissions, are requiring all ships to evolve into more energetically efficient modes of transportation. The use of solid oxide fuel cells (SOFC) has been proved, by new studies, to be of particular interest as a potential solution to this problem. However, in most investigations, the ship energy systems are optimized deterministically, not accounting for the uncertainty found in their input parameters. The aim of this project is, given the possible great impact of parameter uncertainty in energy systems optimization, to assess the input uncertainty in and its effects on the outputs of an already proposed fuel-cell-based system model. For this purpose, the characterization of the parameter uncertainty and a Sensitivity Analysis (SA) are performed. The results show an important presence of uncertainties in the model, especially regarding the newer technologies and the fuel price. The SA reveals the natural gas price and the mean power demand are the most influential parameters with respect to the objective function of the optimization problem: the total cost. However, for the technology installed sizes, the efficiencies and load limitations of the SOFC have a greater effect than any cost-related parameter.