• European Marine Science
• Research softwareclose
• Other research productsclose
• 2014-2023close
• Open Access close
• LUTPub close
• European Marine Science close

Electrification and digital tools are both on the rise. Digital tools can save time and resources, while for example hybrid and full electric marine vessels decrease operating costs and emissions in transport. These vessels require their power electronic devices to work perfectly in synchronization as a complete system, which requires careful parameterization of the equipment and control logic. The objective of this thesis is to create a simplified simulation model of a generic marine hybrid powertrain to be used in parameter testing. The minimum required parameters needed to parameterize the model to match a real-life vessel and a verification of the model's function are also needed. The simulation model was made with Matlab and Simulink from MathWorks. The modelled system's layout is based on multiple existing Danfoss Editron projects, as the model would need to be usable for different set-ups. Existing simulation models and their components were used for guidance and as building blocks. The model's logic and rules are based on Danfoss Editron's internal instructions, manuals, and knowledge. The final product is presented in sections. The simulation model contains genset models, an energy storage model, a load model, a power balance model, and a DC-link model. Input and output signals as well as relevant equations are given for each of these sections. Continuous testing was done throughout the development of the model, and the performance of the final version was verified by parameterizing it to match an existing vessel and comparing the model's output data to measured data. A list of minimum required parameters for setting up the model was constructed during the verification tests and these parameter lists are presented. Based on the relatively small errors between simulated and measured data, the model could be used in parameter and control logic testing in pre-commissioning. Further development could be done to include for example a PLC model, more precise diesel and battery models, more options for different control types, and more user interface functions. Maailma sähköistyy ja digitaaliset työkalut yleistyvät. Digitaalisilla työkaluilla voidaan säästää aikaa ja resursseja, kun taas esimerkiksi hybridi- ja täyssähkölaivat vähentävät käyttökustannuksia ja päästöjä liikenteessä. Tällaisissa laivoissa käytetyn tehoelektroniikan on muodostettava yhtenäisesti toimiva järjestelmä, mikä vaatii tarkkaa laitteiden ja ohjauslogiikan parametrisointia. Tämän työn tarkoituksena on tehdä yksinkertainen ja yleispätevä simulaatiomalli hybridilaivan sähköisestä voimansiirtojärjestelmästä parametritestaamista varten. Vähimmäisvaatimuksena olevat parametrit, joilla mallin saa parametrisoitua vastaamaan oikeaa laivaa, sekä mallin verifiointi vaaditaan myös. Simulaatiomalli toteutettiin MathWorksin Matlabilla ja Simulinkillä. Simuloidun järjestelmän rakenne perustuu useaan Danfoss Editronin todelliseen projektiin, koska mallin pitää olla sovellettavissa erilaisiin järjestelmiin. Olemassa olevia simulaatiomalleja ja niiden osia käytettiin työssä sekä suuntaohjeina että varsinaisina komponentteina. Mallin logiikka ja säännöt pohjautuvat Danfoss Editronin sisäisiin ohjeisiin, manuaaleihin ja tietoihin. Lopputulos esitellään osissa. Simulaatiossa on generaattori-, energiavarasto-, kuorma-, tehotasapaino- sekä DC-linkkimallit. Jokaiselle osiolle esitetään sisään- ja ulostulosignaalit sekä olennaiset yhtälöt. Mallia testattiin jatkuvasti sen kehityksen aikana ja lopullinen versio verifioitiin parametrisoimalla se vastaamaan olemassa olevaa laivaa ja vertaamalla mallin antamaa dataa mitattuun dataan. Mallin valmistelussa tarvitut olennaisimmat parametrit listattiin verifiointiprosessin aikana ja nämä listat esitellään työssä. Simuloidun ja mitatun datan suhteellisten pienten eroavaisuuksien perusteella tämän työn aikana rakennettu simulaatiomalli soveltuu kätettäväksi käyttöönottoa edeltävissä parametri- ja ohjauslogiikkatesteissä. Jatkokehitysvaiheissa malliin voitaisiin esimerkiksi lisätä PLC-malli, tarkemmat diesel- ja akkumallit, enemmän ohjauslogiikkavaihtoehtoja, sekä kehittää käyttöliittymää.

Tässä kandityössä tutkitaan polymeerikomposiittien käyttökohteita ja käyttöön johtaneita syitä veneteollisuudessa. Työssä on selvitetty veneteollisuuden erityisiä materiaaleihin liittyviä vaatimuksia, sekä polymeerikomposiittien soveltuvuutta veneteollisuuteen. Työstä selviää myös erilaisia polymeerikomposiittien kehityskohteita veneteollisuudessa. Tutkimus on kirjallisuuskatsaus, jonka tietolähteinä käytetään painettua kirjallisuutta, sekä julkisia internetistä löytyviä artikkeleita ja valmistajien kotisivuja. Tutkimuksessa tutkitaan pääasiassa alle 24-metrisiä veneitä, sillä sitä suurempia aluksia voidaan pitää jo laivoina. Tutkimuksessa selvisi, että polymeerikomposiitit ovat erittäin suosittu materiaali veneteollisuudessa, mutta polymeerikomposiiteilla on kuitenkin vielä kehitys tarpeita. Työn tuloksena löydettiin veneteollisuuteen sopivien polymeerikomposiittien tärkeitä ominaisuuksia, sekä käyttökohteita. This bachelor’s thesis investigates the applications of polymer composites and the reasons behind the use of polymer composites in the boat industry. The research explains what is required from materials in boat industry, and how polymer composites suite the boat industry applications. The work also reveals development needs for polymer composites in the boat industry. The study is a literature review in which printed literature as well as public articles and manufacturers' websites are used as sources. The study focuses on boats less than 24 long in length, as larger ones can already be considered ships. The study found that polymer composites are already a very popular material in the boat industry, but polymer composites still have development needs in the industry. As a result of this study, important properties, and applications for polymer composites in boat industry were found.

Tämän diplomityön tarkoituksena on määrittää teknologiset vaihtoehdot lämpöenergian talteenotolle, varastoinnille ja hyödyntämiselle Itämeren alueen avustavalle jäänmurtajalle. Lämpöenergian talteenoton ja varastoinnin tarkoituksena on alentaa polttoaineen kulutusta, päästöjä ja käyttökustannuksia. Kansainvälisen merenkulun päästöjä tulee vähentää 50 % vuoden 2008 tasosta vuoteen 2050 mennessä. Päästötavoitteen saavuttaminen vaatii alusten energiatehokkuuden parantamista sekä vaihtoehtoisten polttoaineiden käyttöönottoa. Dieselmoottorin hyötysuhde on jo lähes 50 %. Suurin osa jäljelle jäävästä energiasta esiintyy lämpöenergiana pakokaasuissa ja jäähdytysvedessä. Tätä lämpöenergiaa voidaan ottaa talteen, varastoida ja hyödyntää aluksen sekä sen eri järjestelmien lämmittämiseen. Jäänmurtajan vaihtelevasta käyttöprofiilista johtuen talteen otettavan lämpöenergian ja sen kulutuksen suhde eivät useimmissa operointitapauksissa ole samanaikaisia. Työssä esitetään laskennallisesti jäänmurtajan lämpötase. Laskennan ja määritettyjen teknologisten vaihtoehtojen perusteella lämpöenergian talteenotto ja varastointi on kannattavaa. The meaning of this Master’s thesis is to evaluate the technologies for waste heat recovery, thermal energy storage and utilization for the assisting Baltic Sea area icebreaker. The meaning of waste heat recovery and thermal energy storage is to reduce fuel consumption, exhaust emissions and operational costs. The emissions from the international shipping should be reduced by at least 50 % by year 2050 compared to year 2008. In order to achieve the goal measures has to be taken. These measures are better energy efficiency and introduction of alternative fuels. The energy efficiency of a modern diesel engine is close to 50 %. Most of the remaining energy is in form of thermal energy in exhaust gases and cooling water. This thermal energy may be recovered, stored and utilized for the heating of the vessel and its systems. An icebreaker operates on varying engine loads and because of this the production and usage of thermal energy is not always concurrently. Based on the calculations in this thesis it is profitable to recover and store thermal energy onboard an icebreaker.

This master’s thesis is a research for identifying means to improve the manufacturability of marine feeder-booster fuel supply units. The client company Auramarine Ltd. desires to improve the manufacturability of their products for better competitiveness and relieving the production bottlenecks. The research objective is to identify design solutions which can be used to improve the client’s manufacturability locally considering their circumstances, production and the particularities of the products. The research scope is restricted to the client’s marine feeder-booster fuel supply units only. The research uses benchmarking and reverse engineering to study the differences between the client’s products and the benchmarks and to identify the differences with positive impacts on the manufacturability in the designs of the products. For expanding the perceptiveness, deepening the analysis and utilizing silent information, thematic interview is also used. The interviewees are the client’s employees of the from different departments, who have a wide understanding and long experience of the marine sector. The differences identified in the research are the positioning of the inlet and outlet pipe connections of the feeder-booster unit, proportions of the unit’s frame, implementation and installation of the electrical enclosure, orientation of the heaters, insulation material and installation of the feeder pumps. In addition, the width of the feeder-booster unit’s frame, design of the instruments and instrumentation lines, usage of product categories and modularization with the units, pipe design limitations and objectives and the unit’s frame build were identified as possible development subjects from the silent information. As a result of the research, suggestions regarding the connections, frame width, instrument design, usage of product categories and modularization and pipe design were made. Tämä diplomityö on tutkimus laivan polttoainekoneikon valmistettavuutta parantavien menetelmien tunnistamiseksi. Toimeksiantajayritys Auramarine Oy tavoittelee tuotteidensa valmistettavuuden parantamista kilpailukyvyn kohentamiseksi ja tuotannon pullonkaulojen lievittämiseksi. Tutkimuksen tavoitteena on löytää suunnitteluratkaisuja, joilla polttoainekoneikon valmistettavuutta voidaan parantaa paikallisesti toimeksiantajan tilanteen, tuotannon ja tuotteiden ominaispiirteet huomioiden. Tutkimus on rajattu koskemaan ainoastaan toimeksiantajan valmistamia merialan polttoainekoneikkoja. Tutkimuksessa käytetään kilpailijavertailua (benchmarking) ja käänteistä suunnittelua (reverse engineering). Menetelmillä tutkitaan vertailtavien tuotteiden eroavaisuuksia toimeksiantajan tuotteisiin ja tunnistetaan valmistettavuuteen myönteisesti vaikuttavia eroja tuotteiden suunnitteluissa. Havainnoinnin laajentamiseksi, analysoinnin syventämiseksi ja hiljaisen tiedon hyödyntämiseksi käytetään lisäksi teemahaastattelua. Haastateltavat ovat toimeksiantajan työntekijöitä eri osastoilta, joilla on laaja ymmärrys ja pitkä kokemus merialan polttoainekoneikoista. Tutkimuksessa havaittiin eroavaisuuksiksi polttoainekoneikon sisään- ja ulostuloputkien yhteiden sijoittelu, koneikon rungon mittasuhteet, sähkökaappien toteutus ja asennustapa, lämmittimien asento, eristeet sekä syöttöpumppujen asennustapa. Lisäksi hiljaista tietoa hyödyntäen mahdollisiksi kehityskohteiksi tunnistettiin polttoainekoneikon rungon leveys, instrumenttien ja instrumentointilinjojen suunnittelu, tuotekategorioiden ja modularisoinnin soveltaminen koneikoihin, ehdot ja tavoitteet putkistosuunnittelussa sekä koneikon rungon rakenne. Tutkimustuloksena esitettiin ehdotuksia yhteisiin, rungon leveyteen, instrumentoinnin suunnitteluun, tuotekategorioiden ja modularisoinnin hyödyntämiseen sekä putkistosuunnittelun ehtoihin ja tavoitteisiin.

In this master’s thesis, I propose a best practice for providing reduced 3D models to marine customers at sales stage at ABB, a company designing and manufacturing large electric machines. Marine customers often request 3D models early in the sales process to integrate them into their own spatial layouts. The suppliers naturally want to be able to provide models easily and swiftly. To examine what kind of product models customers want and when, and to map ABB’s current sales phase 3D modeling practices, I conducted 14 semi–structured interviews. There were both ABB engineers and marine customers among the interviewees. Using these interviews, I exploited thematic content analysis to find out which of the current methods suit for the needs considered critical. I find that the best practice is to extract the reduced customer model from detailed product designs. If the detail design is 3D modeled, NX tool Linked Exterior should be the primary solution. If, however, only a 2D detailed model is available, I recommend outsourcing. In both cases, a 3D customer model can be provided within one workday. The best practice, however, does not satisfy all customer needs. Customers desire as light model files as possible, and the maximum file size should be much lower than it currently is. Moreover, the inclusion of maintenance and service spaces in the models was widely requested. Although that can be done using Linked Exterior tool, manual extra work from both ABB designers and customers is needed. Tässä diplomityössä selvitetään, mikä olisi paras ABB:n nykyresursseilla toteutettavissa oleva tapa mallintaa yksinkertaistettuja myyntivaiheen 3D–malleja laivateollisuuden asiakkaille. Tutkielma tehtiin ABB:n yksikölle, joka suunnittelee ja valmistaa suuria sähkökoneita. Asiakkaat haluavat 3D–malleja usein jo myyntiprosessin alkupuolella, jotta he voivat integroida ne osaksi omia tilanjärjestelymallejaan. Toimittajat luonnollisesti haluavat toimittaa malleja helposti ja nopeasti. Aluksi perehdyttiin ABB:n nykyisiin myyntivaiheen 3D–mallinnusmenetelmiin sekä siihen, mitä ominaisuuksia asiakkaat tuotemalleilta vaativat ja milloin he niitä tarvitsevat. Tämä tehtiin toteuttamalla 14 puolistrukturoitua haastattelua. Haastateltavana oli sekä ABB:n insinöörejä että asiakkaita laivateollisuudesta. Haastattelujen pohjalta suoritettiin temaattinen sisällönanalyysi, jotta saatiin selville, mikä nykyisistä menetelmistä vastaa parhaiten kriittisiksi koettuja tarpeita. Todettiin, että nykyisissä olosuhteissa paras tapa tuottaa yksinkertaistettuja asiakasmalleja on tehdä ne detaljimallien pohjalta. Jos detaljimalli on 3D–mallinnettu, NX:n Linked Exterior –työkalua tulisi käyttää ensisijaisena ratkaisuna. Jos ainoastaan 2D–detaljimalli on saatavilla, suositellaan mallinnustyön ulkoistamista. Molemmissa tapauksissa 3D–asiakasmalli voidaan tarjota yhdessä työpäivässä. Ehdotettu menetelmä ei kuitenkaan tyydytä kaikkia asiakastarpeita. Asiakkaat haluavat mahdollisimman kevyitä mallitiedostoja, joiden maksimikoon pitäisi olla selvästi nykyistä pienempi. Lisäksi huoltotilojen sisällyttämistä malleihin pidettiin tärkeänä. Vaikka tämä on toteutettavissa Linked Exterior –työkalulla, manuaalista lisätyötä vaaditaan sekä suunnittelijalta että asiakkaalta.

The pivotal target of the Paris Agreement is to keep temperature rise well below 2 °C above the pre-industrial level and pursue efforts to limit temperature rise to 1.5 °C. In order to meet this target, all energy consuming sectors including the transport sector need to be restructured. The transport sector accounted for 19% of the global final energy demand in 2015, of which the vast majority was supplied by fossil fuels, of around 31,080 TWh. Fossil fuel consumption leads to greenhouse gas emissions, which accounted for about 8260 MtCO2eq from the transport sector in 2015. This paper examines the transportation demand that can be expected and how alternative transportation technologies along with new sustainable energy sources can impact the energy demand and emissions trend in the transport sector until 2050. Battery electric vehicles and fuel cell electric vehicles are the two most promising technologies for the future on roads. Electric ships and airplanes for shorter distances and hydrogen-based synthetic fuels for longer distances may appear around 2030 onwards to reduce the emissions from the marine and aviation transport modes. The rail mode will stay the least energy-demanding, compared to the other transport modes. An ambitious scenario for achieving zero greenhouse gas emissions by 2050 is applied, also demonstrating the very high relevance of direct and indirect electrification of the transport sector. Fossil fuel demand can be reduced to zero by 2050, however, the electricity demand is projected to rise from 125 TWhel in 2015 to about 51,610 TWhel in 2050, substantially driven by indirect electricity demand for the production of synthetic fuels. While the transportation demand roughly triples from 2015 to 2050, substantial efficiency gains enable an almost stable final energy demand for the transport sector, as a consequence of broad electrification. The overall Well-to-Wheel efficiency in the transport sector increases from 26% in 2015 to 39% in 2050, resulting in a respective reduction of overall losses from primary energy to mechanical energy in vehicles. Power-to-fuels needed mainly for marine and aviation transport is not a significant burden for the overall transport sector efficiency. The primary energy base of the transport sector switches in the next decades from fossil resources to renewable electricity, driven by higher efficiency and sustainability.

Tutkimuksessa haettiin ratkaisuja yrityksen kunnonvalvontayksikön tarpeisiin ruoripotkurilaitteen laakereista saatavan mittausdatan käsittelyyn ja kuukausiraportoinnin kehittämiseen. Kohdeyrityksenä oli ABB Marine and Ports ja sen kehittämä ruoripotkurijärjestelmä. Tutkimusmetodi perustui triangulaatioon, joka muodostuu kirjallisuuskatsauksesta, asiantuntijoiden Delfoi-haastattelusta ja riskilukuanalyysistä. Käytännön osuus muodostui kohdeyrityksen laivatietokannasta saadun tiedon käsittelystä MATLAB-ohjelmalla. Tulokset jakautuvat kahteen osaan, joista ensimmäinen on laakerin hälytysrajojen suodatusehdot ja toinen automaattisen kuukasiraportin rakenne. Tutkittavia kriittisiä laakerien mittaussignaaleja olivat öljyn vesipitoisuus ja metallipartikkelien määrä öljyssä. Haastattelujen ja kirjallisuudesta löydettyjen lähteiden perusteella molemmille signaaleille luotiin suodatusehdot MATLAB-ohjelmiston avulla. Luotu MATLAB-koodi on pohjana laivakohtaiseen tietokantaan tulevien suodatusehtojen jatkokehitykselle. Kunnonvalvonnan kuukausiraportin rakenne tehtiin mahdollisimman pelkistetyksi, josta näkyvät tarpeelliset mittaussignaalit ja mitattujen signaalien trendien kuvaajat jokaiselle ruoripotkurilaitteelle. Haasteita tutkimuksessa olivat laivoilta saatavassa mittausdatassa esiintyneet eroavaisuudet signaalien yksiköissä ja näytteistys väleissä, sekä anturien epäluotettavat lukemat. Ensimmäinen esille noussut jatkotutkimusaihe on ISO-puhtausluokan aluksilla oleva anturi ja -laboratoriomittauksen eroavaisuuksien tutkiminen. Toinen aihe on käyttöolosuhteiden signaalien riippuvaisuuksien tutkiminen. Kolmas aihe on akselitiivisteiden kunnonvalvonnan liittäminen osaksi laakereiden kunnonvalvontaa. This Master’s Thesis examined the condition monitoring solutions for bearings in propulsion system and the structure of a monthly report generated automatically from vessels sent data. The commissioner of this Thesis was ABB Marine and Ports Condition Monitoring unit. Research Methods of this study consist of three parts; literature review combined to Delphi method interview, Risk Priority Number-analysis and database research with the help of MATLAB. Results achieved are; smart alarm limits for propulsion system bearings and draft of the monthly report’s structure. Studied signals for bearings were water-in-oil and metallic particle concentration in oil. These signals were the most critical to a bearings lifespan. As a result, from interviews and literature research justified smart-alarms and alarm limits were constructed with MATLAB, and carried out to further development. Monthly reports structure was simplified so that it is fast and easy to read while including all the required signals and trend history for each propulsion system. Challenges faced in this study were varying measuring information gained from vessels and corrupted data from bearings sensors. For further research, three different topics aroused; first topic is about signals related to operating conditions and their interaction, second about ISO cleanliness class online measurement versus laboratory measurement and third about condition monitoring development for shaft seals. The goal is to combine shaft seals condition monitoring to already existing bearing condition monitoring by supervising the desired signals and generating smart alarms like in this study.

This thesis describes the occurrence and sources of selected persistent organic pollutants (POPs) such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs), polychlorinated dibenzofurans (PCDFs), polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and hexachlorocyclohexanes (HCHs) in the northern watershed of Lake Victoria. Sediments and fish were collected from three highly polluted embayments (i.e. Murchison Bay, Napoleon Gulf and Thurston Bay) of the lake. The analysis for PCDD/Fs, PCBs and PBDEs was done using a high resolution mass spectrometer coupled to a gas chromatograph (GC), and a GC equipped with an electron capture detector was used for HCHs. Total (Σ) PCDD/Fs, PCBs and PBDEs in sediments ranged from 3.19 to 478, 313 to 4325 and 60.8 to 179 pg g-1 dry weight (dw), respectively. The highest concentrations of pollutants were found at sites close to industrial areas and wastewater discharge points. The maximum concentrations of PCDD/Fs, PCBs, PBDEs and HCHs in fish muscle homogenates were 49, 779, 495 and 45,900 pg g-1 wet weight (ww), respectively. The concentrations of the pollutants in Nile perch (Lates niloticus) were significantly greater than those in Nile tilapia (Oreochromis niloticus), possibly due to differences in trophic level and dietary feeding habits among fish species. World Health Organization-toxic equivalency quotient (WHO2005-TEQ) values in the sediments were up to 4.24 pg g-1 dw for PCDD/Fs and 0.55 pg TEQ g-1 dw for the 12 dioxin-like PCBs (dl-PCBs). 23.1% of the samples from the Napoleon Gulf were above the interim sediment quality guideline value of 0.85 pg WHO-TEQ g-1 dw set by the Canadian Council for Ministers of the Environment. The WHO2005-TEQs in fish were 0.001-0.16 pg g-1 for PCDD/Fs and 0.001-0.31 pg g-1 ww for dl- PCBs. The TEQ values were within a permissible level of 3.5 pg g−1 ww recommended by the European Commission. Based on the Commission set TEQs and minimum risk level criteria formulated by the Agency for Toxic Substances and Disease Registry, the consumption of fish from Lake Victoria gives no indication of health risks associated to PCDD/Fs and PCBs. Principal component analysis (PCA) indicated that anthropogenic activities such as agricultural straw open burning, medical waste incinerators and municipal solid waste combustors were the major sources of PCDD/Fs in the watershed of Lake Victoria. The ratios of α-/γ-HCH varied from 0.89 to 1.68 suggesting that the highest HCH residues mainly came from earlier usage and fresh γ-HCH (lindane). In the present study, the concentration of POPs in fish were not significantly related to those in sediments, and the biota sediment accumulation factor (BSAF) concept was found to be a poor predictor of the bioavailability and bioaccumulation of environmental pollutants.