Analysis of voyage optimization benefits for different shipping stakeholders

Improving energy efficiency and reducing greenhouse gas emissions in shipping have been central objectives in the development of sustainable shipping. The way how ships are operated has a noteworthy impact on the overall energy efficiency and produced emissions. Voyage optimization processes aim to improve the operational efficiency of a ship by optimizing route and speed profiles and consequently bring economic benefit to the shipping stakeholders. The central subject of this thesis is a case study where the overall benefits of voyage optimization for a fleet of a specific shipowner are evaluated. The study utilizes the operational Automatic Identification System data of 49 Medium Range tankers between January 2018 and March 2019 in ship performance simulations where different voyage optimization strategies are implemented. The objective in the case study is to assess the potential of improvement in the fleet energy efficiency and how the implementation of voyage optimization processes would affect the overall economics of the shipowner. The results of the case study show that the potential in fuel saving and emission reduction can be 11.5 to 28% depending on the optimization strategy. For the shipowner economics the consequential reduction in fuel cost would result in approximately 7.2 to 17.8% increase in the average daily revenue performance of the fleet. Several stakeholders are typically involved in the shipping process which makes the implementation of voyage optimization difficult. The discussion part of the thesis focuses on the approaches how to share the benefits from voyage optimization in a way that all stakeholders are motivated to change the operational processes. The key factor would be a creation of benefit distribution scheme where the monetary benefits from the voyage optimization are shared between the ship operator and the charterer. Moreover, a successful implementation of voyage optimization would require changes in port operation scheduling
Laivojen energiatehokkuuden parantaminen sekä päästöjen vähentäminen ovat viime vuosina olleet keskeisiä tavoitteita laivaliikenteen kehittämisessä ympäristöä vähemmän kuormittavaksi. Tavalla, jolla laivoja operoidaan on huomattavaa merkitystä laivojen polttoaineenkulutukseen sekä tuotettuihin päästöihin. Laivojen matkaoptimointi pyrkii parantamaan laivojen operointitehokkuutta löytämällä mahdollisimman tehokkaita reittejä ja nopeusprofiileita, joiden seurauksena voidaan lisäksi saavuttaa taloudellista hyötyä merenkulun eri osapuolille. Tämän diplomityön keskeinen teema on tapaustutkimus, jossa arvioitiin matkaoptimoinnin kokonaishyötyjä olemassa olevalle laivanvarustajalle. Tapaustutkimuksessa hyödynnettiin 49:n Medum Range-tuotetankkerin operatiivista Automatic Identification System-dataa tammikuun 2018 ja maaliskuun 2019 väliltä. Operatiivisen datan, säädatan ja digitaalisen laivamallin avulla suoritettiin matkasimulaatioita eri optimointistrategioita hyödyntäen. Tapaustutkimuksen tavoite oli arvioida kuinka paljon matkaoptimointi voi parantaa laivojen energiatehokkuutta ja millaisia vaikutuksia matkaoptimoinnilla on laivanvarustajan talouteen. Tapaustutkimuksen tulokset osoittivat 11.5 - 28% säästöpotentiaalin polttoaineen kulutuksessa ja tuotetuissa päästöissä käytetystä optimointistrategiasta riippuen. Vastaavasti säästöt polttoaineenkulutuksessa voivat kasvattaa laivanvarustajan päivittäistä kokonaistuottoa 7.2 - 17.8%. Tyypillisesti merenkulkuun liittyy useita osapuolia, mikä tekee matkaoptimoinnin käyttöönotosta hankalaa. Tämän diplomityön keskusteluosa käsittelee lähestymistapoja, joiden avulla matkaoptimoinnilla saavutettuja hyötyjä voidaan jakaa eri merenkulun osapuolten kesken. Avaintekijä muutokseen olisi luoda järjestelmä, jonka avulla matkaoptimoinnin tuoma taloudellinen hyöty voidaan jakaa laivan operoijan ja rahtaajan välillä. Lisäksi matkaoptimoinnin kokonaisvaltainen käyttöönotto vaatii muutoksia satamaoperaatioiden aikataulutuksessa, reaaliaikai