Strategic Planning for Optimal Zero-Emission Passenger Vessel Services

Viktige aktører, som International Maritime Organisation (IMO) og den norske regjeringen, understreker viktigheten av å konvertere de nåværende utslippsintensive hurtigbåt-sambandene til nullutslippslønsinger i nær fremtid for å overholde klimaforpliktelsene. Denne masteroppgaven bidrar med beslutningsstøtte til denne overgangen ved å undersøke om holistisk planlegging kan redusere de relaterte tekniske og økonomiske utfordringene. Et problem er definert for å fange opp beslutninger på strategisk, taktisk og operasjonelt nivå. Problemet strekker seg over en langsiktig planleggingshorisont over flere år, og hovedmålet er å opprettholde servicenivået for et sett med hurtigbåt-samband gjennom overgangen til nullutslipp, samtidig som passasjer- og operatørkostnader minimeres. De strategiske beslutningene omfatter å legge en optimal investeringsplan for infrastruktur, strømnett og fartøy i løpet av planleggingshorisonten, mens de taktiske beslutningene inkluderer å allokere fartøysflåten og infrastrukturer til rutene. De operasjonelle beslutningene omfatter hovedsakelig håndtering av energiproduksjon og -forbruk. Fokuset er i hovedsak på det strategiske og taktiske planleggingsnivået. Videre er det hydrogen og elektriske batterier som er vurdert som alternative nullutslipps-energibærere, inkludert den nye teknologien med batteribytte. Ettersom omfanget av problemet innebærer mange gjensidige avhengigheter som gjør det svært komplekst å løse, blir det foreslått en løsningsmetode som fordeler problemet på to interagerende blandet heltalls- og lineær-programmerings-modeller. Disse modellene distribuerer den langsiktige planleggingshorisonten over en rekke tidssteg og dekomponerer problemet til et to-stegs stokastisk hovedproblem, som omfatter de strategiske og taktiske beslutningene, og et underproblem som løser de operasjonelle beslutningene og returnerer dem som inndata til hovedproblemet. For å gjennomføre analyser av problemet, blir modellene implementert og løst for data fra eksisterende hurtigbåt-samband i Nordland fylkeskommune (Norge). Analysene evaluerer hvordan de alternative nullutslipps-energibærerne presterer i overgangen, og spesielt hvordan de presterer sammenlignet med dagens betjening av sambandene. En hovedobservasjon er at batteri-elektriske hurtigbåter foretrekkes i overgangen, men at rekkeviddebegrensninger gjør at de ikke er anvendbare for et betydelig antall av sambandene. Hydrogenfartøy utfyller rekkeviddebegrensningene ved batteri-elektris