A simulation-based decision support tool for arctic transit transport

• Main Author: Schartmüller, Bernhard
• Other Authors: Matyas, Kurt, TU Wien, Österreich, Nemeth, Tanja
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: 2020
• Subjects: Arktische Schiffsrouten; Nordostpassage; Arctic Sea Transport; Northern Sea Route; Arctic; Arktis*
• Online Access: https://doi.org/10.34726/hss.2015.27929; https://hdl.handle.net/20.500.12708/3111

Zsfassung in dt. Sprache Die Russische Föderation möchte die Northern Sea Route (NSR) als eine Alternative zu der etablierten Suez Canal Route (SCR) aufbauen. Deswegen stehen Schiffseigner und Schiffsbetreiber vor der Herausforderung der Beurteilung, ob die NSR für sie ökonomisch vorteilhaft sein könnte. Um sie in dieser komplexen Aufgabe der Analyse der ökonomischen Machbarkeit der gemeinsamen Nutzung oben genannter Routen unterstützen zu können, stellt diese Diplomarbeit ein simulation-based decision-support (SBDS) - Tool, ein simulationsbasierendes entscheidungsunterstützendes Tool, vor. Das SBDS-Tool wird in zwei Schritten umgesetzt. Im ersten werden für schiffs- und routenspezifische Eisdaten die dementsprechenden Transitzeiten und der dazugehörige Treibstoffverbrauch berechnet. Dies wird dann als Input für eine diskrete Ereignissimulation über die gesamte Schiffslebenszeit verwendet, um die Anzahl der Roundtrips, die Menge der transportierten Fracht und den Treibstoffverbrauch für die Kombination der verschiedenen Routen analysieren zu können, das Ganze abhängig vom definierten Operational Window, sprich dem Zeitraum, in dem die arktische Route genutzt wird. Die so erhaltenen Ergebnisse werden benutzt, um die Kosten per transportierte Twenty-foot equivalent unit (TEU) Fracht zwischen zwei Häfen zu berechnen. Darauf aufbauend wird die Sensitivität dieser Leistungskennzahl (Key Performance Indicator) analysiert und überprüft, ob ein ökonomisch vorteilhaftes Transportsystem erreicht werden kann. Des Weiteren können mögliche Economy-of-Scale-Effekte untersucht werden. Allerdings stellt die große Unsicherheit in vielen der Input-Variablen eine Herausforderung dar. Das trifft vor allem auf die Vorhersagen der Eisdaten auf den arktischen Routen, die für diese Diplomarbeit von speziellem Interesse sind, zu. Außerdem ist der Grad des Einflusses der einzelnen Variablen auf das Endergebnis, sprich die Kosten für die transportierte Fracht, unbekannt. Um dieser Komplexität Rechnung zu tragen, wurde eine Discrete-Event-Simulation als Ansatz für die Entwicklung des SBDS-Tools ausgewählt. Um die Anwendbarkeit des entwickelten SBDS-Tools zu zeigen, wurde eine Case-Study für drei Containerschiffe, die zwischen den Häfen Rotterdam und Yokohama verkehren, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass das SBDS-Tool auch unter den komplexen Annahmen und der großen Unsicherheit der Input-Variablen fähig ist, eine angemessene Unterstützung für die Schiffseigner und Schiffsbetreiber bereitzustellen. Für die präsentierte Case-Study wurde herausgefunden, dass die NSR für die verwendeten Eisdaten und die getroffenen Annahmen nicht konkurrenzfähig gegenüber der SCR ist, aber das Potenzial hat, unter gewissen Bedingungen ökonomisch vorteilhaft zu werden. The Russian Federation attempts to foster the Northern Sea Route (NSR) as a transport alternative to the current Suez Canal Route (SCR). Hence, ship operators and owners face the challenge of assessing whether the NSR might be economically advantageous for them. In order to support them in this complex task of comparing the economic feasibility of the joint use of the above-mentioned routes, this thesis presents a simulation-based decision-support (SBDS) tool. The SBDS-tool is carried out in two main steps, where in the first step for a specific vessel and route specific ice data the correspondent transit times and fuel consumption are calculated and used as input for a discrete-event simulation over the ships lifetime to assess the number of roundtrips, transported cargo and fuel consumption for the combination of different routes, dependent on the defined operational window. The gained results are used to calculate the costs per transported Twenty-foot equivalent unit (TEU) cargo between two ports and assess the sensitivity of this ship performance indicator to determine whether an economically advantageous transport system can be achieved. In addition, the effect of economy of scale using larger vessels can be evaluated. However, the high degree of uncertainty in many of the input variables necessary for such a SBDS-tool remains a challenge. This applies especially to ice data predictions for arctic routes, which are of particular interest for this thesis. Furthermore, the influence of single variables on the final results is unknown. To address this complexity, a discrete-event simulation model was chosen as suitable method for the developed tool. In order to show the applicability of the developed SBDS-tool, a comparative case study for three container vessels operating between Rotterdam (NL) and Yokohama (JP) is carried out. The results indicate that this SBDS-tool is capable of giving adequate support to ship operators and owners under the complex assumptions and uncertain inputs. In the specific case study, the NSR is not economically advantageous as compared to the SCR for the implemented ice data and assumptions made, but has the potential to become, under certain conditions, a valuable alternative in the future. 96