LNG Carrier Boil-Off Gas Management Optimization with Re-liquefaction System

Abstract

Denne masteroppgaven gjennomfører et omfattende literatursøk av moderne flytende naturgass (LNG) skip, med fokus på deres lastetanker, propulsjonssystem og gjenflytningssystem, med hensikten å formulere en metode for optimal behandling av fordampet naturgass (BOG). Literatursøket avdekker et raskt teknologisk fremgang innenfor gjenflyningssystemer drevet av et økende global etterspørsel for LNG. Dette har ført til en rekke innovasjoner som bidrar til å bevare lasten ombord, og å maksimere kapasiteten til LNG flåten i sin helhet. Markedet har for tiden et bredt utvalg gjenflytningssystem, uten at det finnes klare kategorier for sammenligning, og med jevnlige lanseringer av nye, innovative konsept. En optimeringsmodell er formulert som beskriver de fysiske egenskapene av en LNG tank og dens gassbehandlingssystemer. Modellen la grunnlaget for et studie med data fra Hwang et al. (2022) som undersøker et LNG skip i seilas fra USA til Europa. Optimeringsmodellen foreslår to optimale strategier for håndtering av fordampet naturgass, som velges basert på den relative kostnaden av LNG og et alternativ flytende drivstoff. Vippepunktet hvor begge strategiene er begge optimale ble undersøkt nærmere, og det viser seg at dette vippepunktet påvirkes av hvor effektivt det installerte gjenflytningssystemet er. En sensitivitetsanalyse viser at vippepunktet derimot er ganske lite sensitiv til effektiviteten til gjenflytningssystemet. Påvirkningen av forskjellige interessenter på skipets operasjoner blir også diskutert.This master thesis carries out a comprehensive literature review of modern Liquefied Natural Gas (LNG) carriers, focusing on their cargo tanks, propulsion systems, and re-liquefaction systems to establish a methodology for optimizing Boil-Off Gas (BOG) management. The review finds a rapid technological advancement, particularly in re-liquefaction systems, largely due to the escalating global demand for LNG. This has led to innovations aimed at preserving the valuable LNG cargo and maximizing the cargo capacity of the LNG/C fleet as a whole. The market currently features a diverse array of re-liquefaction systems, lacking a clear categorization for comparison, and continues to regularly see new, novel concepts. An optimization model is formulated to describe the physical characteristics of the LNG tank and support BOG management systems. The model laid the foundation for a case study with input from Hwang et al. (2022), examining an LNG carrier during its voyage from the USA to Europe. The optimization model proposes two optimal BOG management strategies, selected based on the relative fuel prices of LNG and an alternative liquid fuel. The point at which both strategies are equally viable, referred to as the breakeven point, is investigated and found to depend on the efficiency of the installed re-liquefaction system. A sensitivity analysis reveals that the breakeven point is fairly insensitive to varying efficiencies. The influence of various stakeholders on vessel operation is also discussed