6 | FORSKNING / RESEARCH | NR. 2·2019
Viden om bølgers energi kan
give mere miljøvenlig skibsfart
DOKTORAFHANDLING Ulrik Dam Nielsen kaster nyt lys på den påvirkning fra bølger, et skib er udsat for under sejladsen.
AA Der er generelt
kommet mere fokus
på at monitorere
de enkelte skibes
performance, så
man hele tiden kan
optimere ydeevnen
mest muligt.
Ulrik Dam Nielsen
Knowledge of wave energy can result in more eco-friendly shipping
DOCTORAL DISSERTATION Anyone who
has ever swum in the North Sea can attest to
the immense power of the waves. Wave energy
is often even greater at sea—a fact that has major
implications for all types of shipping.
As a researcher at DTU Mechanical Engineering,
Ulrik Dam Nielsen has for many
years worked on methods to calculate and
predict how ocean waves affect shipping and
other floating structures at sea. This research
has now formed the basis for a doctoral dissertation
which he presented on 7 February.
Knowledge of the size and extent of the
waves—i.e. the wave energy in the form of
wave spectra—is essential in connection with
calculations of ship safety and fuel consumption.
The dissertation is therefore a significant
step forward in the efforts to optimize fuel
consumption and improve safety on today’s
manned vessels and autonomous ships of the
future.
“Armed with precise information about
wave energy in the areas where their ships are
sailing, shipping companies will have a more
precise analysis of their ships’ fuel consumption.
Typically, shipping companies order an
estimate of the weather conditions in a wide
area around their ships from a meteorological
institute. Such estimates, however, may be
quite inaccurate, as the individual ship’s position
rarely matches exactly with the estimate
site,” says the new Dr.Techn.
Af Jeppe Mølgaard og Marianne Vang Ryde
Enhver, der har badet ved Vesterhavet,
kender til bølgernes voldsomme kraft.
På åbent hav er bølgeenergien ofte endnu
større, og det har store konsekvenser for
alle typer flydende fartøjer.
Ulrik Dam Nielsen har igennem
mange år som forsker på DTU Mekanik
arbejdet med metoder til at beregne og
forudsige, hvordan havbølger påvirker
skibe og andre flydende konstruktioner
på havet. Forskningen har
dannet basis for en doktorafhandling,
som han forsvarede
den 7. februar.
Kendskab til bølgernes
størrelse og udbredelse, dvs.
bølgernes energi i form af
bølgespektre, er essentiel i
forbindelse med beregninger
af skibes sikkerhed og brændstofforbrug.
Og afhandlingen
giver
således et væsentlig bidrag
til arbejdet med at optimere
brændstofforbruget og forbedre
sikkerheden på nutidens bemandede og
fremtidens autonome skibe.
„Rederier vil kunne få en mere præcis
analyse af deres skibes brændstofforbrug,
hvis de ved, hvordan bølgerne ser ud nøjagtigt
der, hvor skibene sejler. I dag er den
typiske situation, at et rederi bestiller et
estimat over vejrforholdene i et stort område
omkring deres skibe hos et meteorologisk
institut. Sådanne estimater kan
dog være ganske upræcise, da det enkelte
skibs position sjældent passer nøjagtigt
med stedet for estimatet,“ siger den nybagte
dr.techn.
„Desuden fås estimatet først flere dage
senere. Derfor er målet med min forskning
at etablere metoder, som forbedrer
estimeringen af bølgeenergien på basis af
de bevægelser, man kan måle, at skibet
er udsat for, vel at mærke på
skibets præcise position og i
det aktuelle øjeblik.“
Et sejlende containerskib
møder modstand både fra
det stille vand og fra bølgerne.
Rederierne har de
seneste 10-15 år haft stadig
større fokus på miljø og
brændstoføkonomi, hvilket
blandt andet har ført til, at
særligt containerskibe sejler
væsentligt langsommere
end tidligere. Og det har reduceret stillevandsmodstanden
betragteligt, mens
modstanden som følge af sejlads i bølger
er blevet relativt større. Derfor er det vigtigt
at have præcis viden om bølgernes
størrelse og udbredelse.
„Der er generelt kommet mere fokus
på at monitorere de enkelte skibes performance,
så man hele tiden kan optimere
ydeevnen mest muligt. Eksempelvis
er propelleren og skroget udsat for
slid og begroning af forskellige biologiske
mikroorganismer,
hvilket øger modstanden.
Hvis vi ved præcis, hvilken slags
bølger skibet er udsat for på forskellige
strækninger, kan rederierne mere præcist
udregne, om en dårlig performance
skyldes vejrforhold, eller om skroget skal
renses,“ forklarer Ulrik Dam Nielsen.
Bølgeestimering øger sikkerheden
Den videnskabelige estimering af bølgers
energi har potentiale til mere end at optimere
brændstofforbruget – det kan nemlig
også højne sikkerheden både på skibe
og i forbindelse med anlæg og vedligeholdelse
af forskellige offshore-konstruktioner.
Således kan der med kendskab
til bølgernes energi fastlægges såkaldte
operationsvinduer, som siger noget om,
hvorvidt det f.eks. er sikkert at gennemføre
en løfteoperation fra et kranskib.
„En kaptajn eller et autonomt skib kan
med større sikkerhed navigere gennem
en hård sø, hvis der er pålidelige data om
bølgerne til rådighed under sejladsen,“
siger Ulrik Dam Nielsen og
fortsætter:
„Man har lignende
problemer inden for
offshore-industrien,
hvor man skal lave installation og vedligeholdelse
af blandt andet vindmøller
og havfiskebrug. De arbejder med operationsvinduer
og vil gerne vide, om de sikkert
kan foretage en operation de næste
30-60 minutter frem i tid. Og den eneste
måde at vide det på, er ved at vide noget
om bølgerne.“
Fremtidsperspektiver
Siden Ulrik skrev sin ph.d. i 2002-2005
har han arbejdet som forsker og lektor på
DTU Mekanik. Her har han løbende indsamlet
data og resultater fra sin forskning
i bølgeestimering, som han har brugt i sin
afhandling.
„Jeg synes, det er interessant at arbejde
med problemstillinger knyttet til skibes
sejlads og operation i bølger, og koblingen
mellem skib og bølger er central, når
et skib skal bruges som en sejlende bølgebøje,
altså til bølgeestimering.
Et andet element er, at viden om dette
emne stadig ikke er blevet implementeret
i kommerciel skala. Derfor håber
jeg, at min doktorafhandling er et skridt
på vejen
til at gøre fremtidens skibe og
deres
operationer sikrere og mere miljøvenlige.“
■■Få mere af vide
Ulrik Dam Nielsen, DTU Mekanik, udn@mek.dtu.dk
FOTO JOACHIM RODE
Med Ulrik Dam Nielsens forskning
kan skibssikkerheden øges og
brændstofforbruget mindskes.
Ulrik Dam Nielsen’s research can
increase ship safety and reduce fuel
consumption.