Deen Shipping goes Green Shipping

Der Gas-Ottomotor erlebt eine Renaissance in der Binnenschifffahrt

Die niederländische Damen Shipyards Group hat kürzlich ihren ersten mit Erdgas betriebenen Binnentanker TMS ECOLINER in Betrieb gesetzt. Das Damen ECOLINER-Konzept vereint konventionellen Schiffbau mit neuen Techniken: Den weltweit ersten Einbau des ACES-Systems (AIR CHAMBER ENERGY SAVING), einen Gas-Elektrikantrieb und einen der ersten Van der Velden® Flextunnel-Systeme. Nach Aussagen der Werftengruppe wird mit einer vielversprechenden Kraftstoffverbrauchsreduzierung von bis zu 25% gerechnet. Die Europäische Union unterstützte diese besondere Binnenschiffsentwicklung mit rund 1.1 Millionen Euro innerhalb ihres TEN-T Programms. Die Werftengruppe übertrug Deen Shipping das Management.

Zunehmend ist es durch konkrete Vorgaben des Gesetzgebers im Bereich Schadstoff – Reduzierung (CO2, NOx, PM-Werte) und Forderung nach besserer Energieeffizienz, verbunden mit der langfristigen Perspektive, dass die fossilen Energien zu Ende gehen, für alle Fachleute klar, dass Alternativen, auch bei eventuell höheren Investitionskosten, sich zukünftig rechnen werden.
Erdgas zählt als eine ernstzunehmende Alternative zu konventionellem Dieselkraftstoff. Angesichts der steigenden Kraftstoffpreise sowie noch strenger werdenden Emissionsvorschriften, z.B. die geplante Abgasstufe V für Binnenschiffsantriebe, werden umweltverträgliche Kraftstoffe zu einer realistischen Option und die Vorteile von Erdgas zeichnen sich bereits heute deutlich ab. Im Vergleich zu Öl hat Erdgas zwei entscheidende Vorteile: Hohe Leistungsfähigkeit und weniger schädliche Umwelteinflüsse. Die immer noch bestehende größte Herausforderung ist es, Schiffsbetreiber in der See- und Binnenschifffahrt zu überzeugen, auf LNG als geeigneten Kraftstoff umzustellen. Die Vorteile LNG sind gut dokumentiert: Es gibt praktisch keine Partikel- und Schwefeloxid-Emissionen. Die Stickoxidemissionen, NOx, werden um rund 90% und die CO2-Emissionen um rund 25% reduziert.

Neben wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Aspekten spielen im Schiffbau mehr und mehr Fragen des Umweltschutzes sowie der Gesundheitsgefahren durch ausstoßende Schadstoffe in Luft und Wasser eine wesentliche Rolle. Leider wird das mit den herkömmlichen Antriebssystemen immer schwieriger und ist häufig nur mit kostspieligen Zusatzkomponenten, beispielsweise Abgasnachbehandlungssystemen, möglich. Geringe Betriebskosten, präzises manövrieren und ein hohes Anfangs-Drehmoment bei niedrigsten Propellerdrehzahlen sowie ein geräuscharmer Betrieb zahlen sich auf jedem Schiff in mehrerer Hinsicht aus. In Summe besteht in der Schifffahrt im Bereich der Antriebstechnik ein beachtlicher, und aus vorgenannten Gründen, notwendiger Modernisierungsbedarf. Und gerade diese Tatsache birgt die Chance, mit einem innovativen Antriebskonzept die Wettbewerbsfähigkeit dieser Verkehrsträger zu sichern, beziehungsweise bestehende Vorteile auszubauen.

Unsere westlichen Nachbarn, die Niederlande, machen vor wie es geht:

Der ECOLINER ist das neue Konzept von Damen Shipyards für ein mit Erdgas betriebenes und emissionsarmes Binnenschiff, mit dem die Betriebskosten um mindestens 15 % gesenkt werden können. Das Binnentankschiff TMS ECOLINER ist das erste Schiff des neuentwickelten Typs Damen ECOLINER 1145 der Damen-Group in Gorinchem. Es ist für den Transport von besonders gefährlichen Chemikalien und Ölprodukten geeignet (Typ C 2.2 Schiff). Das neuartige luftgeschmierte (ACES-Air Chamber Energy Saving) Kasko wurde von der Santierul Naval SA in Orsova gebaut, und nach dem Transport von der Donau in die Niederlande der Damen Shipyards Group an der Asto-Werft in Raamsdonkveer ausgebaut.

Konstruktion und Technik

Die ECOLINER ist eine Doppelhüllenkonstruktion. Bei einer Länge von 110 m und einer Breite von 11,45 m können in den acht Ladetanks maximal 2.635 to verschiedene Mineralölsorten geladen werden. Dabei erreicht das Schiff einen Tiefgang von 3,29 m. In das Schiff wurden sehr leistungsstarke Lade- und Löschpumpen eingebaut, mit denen bis zu 750 m³/h Flüssigkeiten gepumpt werden können.

Die Antriebstechnik

Der Doppelschrauber wurde als Gas-Elektrikschiff konzipiert und gebaut. Er wird über zwei Axco permanenterregte Elektromotoren angetrieben, die auf zwei Propeller mit Van der Giessen Optima Düsen, 1519 mm Durchmesser, wirken. Vor den Propellern sitzen am Rumpf hydraulisch ausfahrbare Klappen, die bei niedrigem Wasserstand die Anströmung verbessern (Flextunnel-System). Das finnische Unternehmen Visedo Oy lieferte den Antriebsstrang des ECOLINERS. Gemeinsam mit Electric Power Conversion, ihrem Partner im Bereich Schifffahrtstechnik, hat Visedo das Antriebssystem des ECOLINERS bereitgestellt.
Es besteht aus vier Doppelfrequenz Erdgas-Aggregaten, die jeweils 250 / 300 kW (1.500 / 1.800/min) erzeugen und zwei Permanent-Magnet Motore (PM-Antrieb) als getriebelosem elektrischen Direktantrieb mit je 500 kW, sowie Hotelgleichrichtern, Wechselrichtern für Bugstahlruder und Frachtpumpen und dem Regelalgorithmus SmoothTHRUST. Wie das Unternehmen erklärte, konnte dank der robusten Konstruktion des Visedo-Permanentmagnetmotors PowerDRUM sowie der Generatoren und PowerMASTER-Wechselrichter, der Maschinenraum des Schiffes einfach gestaltet werden: Generator und Wechselrichter für die Antriebe sind direkt in die Elektromaschinen statt in die üblichen großen Paneele für Gleichrichter gesetzt.
Die Stromverteilung von den Generatoren zum Antrieb erfolgt mithilfe der DC-Bus-Verteilerlösung des finnischen Unternehmens, die durch Bureau Veritas getestet und zugelassen wurde. Der DC-Verteiler der Firma sorgt für ein voll redundantes und selektives System, in dem jegliche Fehler oder Situationen, in denen Kurzschlüsse auftreten, bewältigt werden, ohne die Funktionstüchtigkeit der übrigen Anlage zu beeinträchtigen. So können die Backbord und Steuerbord-Systeme ständig miteinander verbunden sein.
Durch die Verwendung des SmoothTHRUST-Algorithmus zur Stromerzeugung und Lastverteilung wird eine komplette Energieregelung erreicht, und schädliche Auswirkungen auf Antriebsstrang und Generatoranlage werden vermieden. Es entstand ein äußerst stabiles Stromerzeugungs- und Antriebssystem, das immun gegenüber plötzlichen Stromausfällen ist.

Die Gas-Ottomotoren

Der Scania-Sandfirdenmotor ist ein wassergekühlter, aufgeladener und ladeluftgekühlter 4-Takt-Otto-Gasmotor für Magerbetrieb mit Fremdzündung. Kennzeichen der SGI-16 Gas-Ottomotoren sind Einzel-Zylinderköpfe mit Vierventiltechnik, mikroprozessorgesteuerter Hochspannungszündanlage mit je einer Zündspule pro Zylinder, auswechselbaren Zylinderlaufbuchsen sowie die bekannten Eigenschaften der Basismotoren. Die Zündung des komprimierten Gas-Luft-Gemisches wird über je eine Hochleistungs-Zündkerze pro Zylinder entflammt. Die Zündkerzen sollten nach Herstellerangaben alle 1.200 Betriebsstunden kontrolliert und nach rund 2.400 Stunden gewechselt werden. Ölwechsel wird erst nach 600 Bh gewechselt bzw nach Öluntersuchung. Zylinderköpfe und das Kolbendesign wurden für den Gaseinsatz optimiert. Der komplette Grundmotor wird bei Scania gefertigt. Die gasspezifischen Komponenten werden bei Sandfirden Technics, zusammen mit einem Generator und Gas Valve Unit, zu einem GenSet montiert und auf dem firmeneigenen modernen Prüfstand in Den Oever auf die vom Kunden gewünschte Leistung eingestellt und zertifiziert. Weitere Eigenschaften des Gasmotors sind ein trocken isolierter Abgas-Turbolader. Der Ladeluftkühler und die Abgasrohre wurden im Motorkühlkreislauf integriert und sind wassergekühlt. Der Hubraum der Motoren wird mit 1,95 Litern pro Zylinder angegeben. Die Bohrungs- / Hubabmessungen betragen 127 / 154 mm. Der Leistungsbereich umfasst 250 – 300 kW (COP) bei Drehzahlen von 1.500 beziehungsweise 1.800/min. Wie das Unternehmen bekannt gab, sorgt die Abgasturbogemischaufladung und Gemischkühlung für höchste Leistung. Sie werden mit sehr mageren Gas-Luft-Gemischen gefahren: eine Voraussetzung für extrem niedrige Abgasemissionswerte. Der Mitteldruck bei den genannten Leistungen wird beim SGI-16 mit 12,82 – 14,61 bar angegeben. Die Wirkungsgrade des Gas-Elektrik-Aggregates, thermisch und elektrisch, werden mit 49 und 38 % angegeben. Die Motoren sind mit einem eigens entwickelten integrierten Überwachungssystem mit voller Schutzfunktion ausgerüstet. Das Überwachungssystem beinhaltet folgende Funktionen: Messdatenerfassung für alle Sensoren, Sensorüberwachung, Motorüberwachung mit Grenzwertprüfung, Motorsteuerung inklusive Programmablauf für Start / Stop, Gemischregelung inklusive Ansteuerung der Gasregelstrecke, Regelfunktionen für Leistung und Drehzahl zur Ansteuerung der Drosselklappe, Steuerung der Zündanlage, ein elektronisches Tagebuch und eine CAN-Busschnittstelle zur Kommunikation mit der Anlagensteuerung. Im Vorschiff der ECOLINER ist ein Veth-Jet VSG-1200L mit 350 kW eingebaut. Durch die Kombination von Antriebsart, Luftschmierung, Flextunnel und geänderter Rumpfform sind Brennstoffersparnisse bis zu 25 Prozent möglich. Die vier Gasmotoren, die in zwei getrennten Maschinenräumen aufgestellt sind, werden elektronisch je nach Belastung zu- oder abgeschaltet. Hinter der zum Teil im Rumpf eingelassenen Wohnung (Roof) stehen zwei Kryogen-Gastanks mit je 26 m³ Inhalt. Die Maschinenräume sind mit chemischen Löschanlagen ausgerüstet. Als Löschmittel dient eine organische Fluorverbindung (Handelsname Novec 1230 von 3M).
Bureau Veritas vergab dem TMS ECOLINER das Zertifikat Chemical Tanker Type C2.2, I5Z IN(0,6) Tanker / Double Hull – DP = 50 kPa / – TP = 65 kPa + Hull * MACH

Das Deen Shipping Schiffsmanagement

VEUS-Shipping hatte die Gelegenheit mit Glenn Deen, Operational Manager und ein Familienmitglied des Unternehmens, zu sprechen.

VEUS-Shipping: Herr Deen, Sie haben zurzeit 5 eigene Schiffe. Alle Schiffe sind Binnentankschiffe. Die ARGONON, hat einen DF-Antrieb. Wie sind Sie zu dem ECOLINER gekommen bzw wie sind die Besitzverhältnisse?
Glenn Deen: Eigner der ECOLINER ist Damen Shipyards Group. Verwaltet wird das Schiff durch unsere Reederei, die Deen Shipping B.V. Unsere Reederei ist bekannt dafür, dass wir mit umweltfreundlichen Schiffen fahren. Mit unserer ARGONON haben wir seit einigen Jahren die meisten Erfahrungen mit Zweistoff-Motoren sammeln können. Das führte dazu, dass Damen uns das Schiff, zwecks Erfahrung mit einem reinen mit Erdgas als Kraftstoff betriebenen Schiff, angeboten hat. Seit dem 4. Juli fahren wir die ECOLINER in den ARA-Gebieten (ARA=Amsterdam-Rotterdam-Antwerpen).
VEUS-Shipping: Was sind Ihre bisherigen Erfahrungen?
Glenn Deen: Bisher sind wir sehr zufrieden mit den Fahreigenschaften des Schiffes. Das integrierte Powermanagement sorgt dafür dass nur so viel Leistung von den Antriebsmotoren abverlangt wird, wie im Moment benötigt wird. Je nachdem laufen alle vier Gensets oder auch nur eins. Ein großer Unterschied ist in der Geräuschemission der Verbrennungsmotoren zu sehen: Diese Gasmotoren sind auch im Volllastbetrieb so leise, dass wir uns erstmal an das niedrige Motorengeräusch gewöhnen mussten.
VEUS-Shipping: Wie ist Ihre Meinung zu dem Erdgasbetrieb?
Glenn Deen: Wir sehen darin absolut keine Probleme in der Handhabung. Erdgas ist mehr und mehr die kommende Kraftstoffalternative. Die weitverbreitete Meinung der Öffentlichkeit: „Erdgas ist gefährlich!“ können wir nicht teilen. Die Allgemeinheit übersieht ganz offensichtlich dass im Haushalt auch mit dem gleichen Erdgas geheizt und gekocht wird. Und das wird ohne Widerspruch akzeptiert.
VEUS-Shipping: Wie sehen die Bunkermöglichkeiten in Ihrem Fahrtgebiet aus?
Glenn Deen: Wir haben auf dem Achterschiff zwei LNG-Tanks installiert die zusammen 42 m3 (95%) Erdgas in verflüssigter Form (LNG) beinhalten. Je nach Fahrtbedingungen kommen wir damit rund drei Wochen aus. Feste LNG-Bunkerplätze gibt es zurzeit in Amsterdam, Rotterdam, Moerdijk und Antwerpen. Die ECOLINER hat auch Fahrterlaubnis für den gesamten Rhein. Und da können wir in Köln und Mannheim bunkern. Wenn ich feste Bunkerplätze sage, heißt das dass hier über Tank-LKW’s gebunkert wird.
VEUS-Shipping: Um wieviel Prozent ist ein mit Gaskraftstoff betriebenes Binnenschiff teurer als ein mit Dieselkraftstoff?
Glenn Deen: Wir gehen von rund 15 bis 20 Prozent höheren Investitionskosten aus. Das relativiert sich aber über den Gaspreis der zurzeit rund 25 Prozent billiger als Dieselkraftstoff ist.
VEUS-Shipping: Herr Deen vielen Dank für das Gespräch