Fuel economy assessment tool for auxiliary kite propulsion of merchant ship

Outil d'évaluation d'économies de carburant pour la propulsion par cerf-volant des navires marchands

¹ ENSTA Bretagne, FRE CNRS 3744, IRDL, F - 29200 Brest, France -
e-mail: kostia.roncin@ensta-bretagne.fr
² Beyond the sea, 1010 avenue de l'Europe, 33260 La Teste de Buch, France
³ CMA CGM, 4 quai d'Arenc, 13235 Marseille cedex 02 France

Abstract

A tool dedicated to assess fuel economy induced by kite propulsion has been developed. To produce reliable results, computations must be performed on a period over several years, for several routes and for several ships. In order to accurately represent the impact of meteorological trends variations on the exploitability of the kite towing concept, a time domain approach of the problem has been used. This tool is based on the weather database provided by the ECMWF. Two sailing strategies can be selected for assessing the performance of the kite system. For a given kite area, the simulation can be run either at constant speed or at constant engine power. A validation has been made, showing that predicted consumption is close from in-situ measurement. It shows an underestimation of 11.9% of the mean fuel consumption mainly due to auxiliary consumption and added resistance in waves that were not taken into account. To conclude, a case study is performed on a 2200 TEU container ship equipped with an 800m² kite on a transatlantic route between Halifax and Le Havre. Round trip simulations, performed over 5 years of navigation, show that the total economy predicted is of around 12% at a speed of 16 knots and around 6.5% at a speed of 19 knots.

Résumé

Un outil dédié à l'évaluation des économies de carburant faites par cerf-volant a été développé. Pour être fiables les calculs doivent porter sur des périodes longues de plusieurs années, sur différentes routes et différents navires. Afin d'appréhender au mieux les effets de l'alternance des phénomènes météorologiques sur l'opérabilité du système, une approche temporelle a été retenue. Celle-ci se base sur l'utilisation d'une base de données mise à disposition par l'ECMWF. Les performances du système de propulsion par cerf-volant peuvent être évaluées via deux stratégies de navigation différentes qui sont à vitesse constante ou à puissance constante et ce pour une surface d'aile souhaitée. Une validation a été réalisée et montre que la consommation du navire prédite par le programme est proche de celle mesurée en mer. Elle montre une sous-estimation de 11.9% sur la consommation moyenne, principalement liée au fait que les consommations auxiliaires et la résistance ajoutée dans les vagues ne sont pas prises en compte. In fine, un cas d'étude est présenté pour un porte-conteneurs de 2200 EVP et une aile de 800m² sur une route transatlantique reliant Halifax au Havre. Les résultats montrent sur une période simulée de 5 ans, une économie globale aller-retour d'environ 12 % pour une vitesse de 16 nœuds et d'environ 6.5% pour une vitesse de 19 nœuds.